【课件】2.1.1植物细胞工程基本技术课件高二下学期生物人教版选择性必修3

原理和方法操作水平目的分类细胞生物学、分子生物学和发育生物学细胞器、细胞或组织获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品动物细胞工程和植物细胞工程

细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性生物工程。第2章

细胞工程科技探索之路哈伯兰特提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。斯图尔德等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。科金用真菌的纤维素酶分解番茄根的细胞壁，成功获得了原生质体古哈等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉粒发育而来的胚。卡尔森诱导烟草种间原生质体融合，获得了第一株体细胞种间杂种植株。土壤农杆菌的Ti质粒被发现。之后，该质粒应用于植物分子生物学领域，促进了植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合。植物细胞工程的发展历程1902年1958年1960年1964年1971年1974年1植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术？2植物细胞工程的理论基础？3菊花的组织培养？2.1植物细胞工程一、植物细胞工程的基本技术

“其茅葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨（dài）夫花开，凝晴滚露，万态千妍，薰（xūn）风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！岂非有国香乎！”这是我国历史上第一部兰谱——《金漳（zhānɡ）兰谱》（宋·赵时庚）中对兰花的一段描述。从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征，很多人喜欢养兰花。但是，兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低；传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长、繁殖率低等问题，如果靠自然繁殖，兰花的价格可想而知了。如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？从社会中来利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花①原因？生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质。②体现细胞全能性的标志？细胞→完整个体或其他各种细胞④在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现全能性的原因？基因在特定时间、空间条件下选择性表达③全能性大小比较：分化程度越高，全能性越低如何激活细胞的全能性呢？一、植物细胞工程的理论基础细胞的全能性细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能，即细胞具有全能性。植物组织培养技术接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽诱导生根移栽成活二、组织培养技术

植物组织培养将_______的植物器官、组织、细胞等，培养在人工配制的______上，给予适宜的培养条件，诱导其形成

___________的技术

。离体培养基完整植株实例：菊花的植物组织培养根、芽植物体脱分化再分化培养条件：①无菌

②营养物质③适宜环境条件（温度、PH、光等）

④植物激素：遮光一定的光照芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照愈伤组织离体的植物器官、组织或细胞（外植体）愈伤组织重新分化为芽、根等器官失去特有结构和功能转变成未分化的细胞植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键。生长素和细胞分裂素的比例和浓度都会影响植物细胞的发育方向。如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…排列不规则，高度液泡化，呈不定型状态的薄壁细胞①外植体消毒②外植体切段③接种外植体④诱导愈伤组织⑤诱导芽和根⑥移栽用酒精擦拭双手和超净工作台面流水冲洗外植体(幼嫩的茎段)酒精消毒30s无菌水清洗2~3次次氯酸钠溶液处理30min无菌水清洗2~3次菊花的组织培养——方法步骤①外植体消毒②外植体切段消毒过的外植体置于无菌培养皿，用无菌滤纸吸去表面水分，再用解剖刀将外植体切成0.5~1cm长的小段在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3~1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。③接种外植体接种时注意外植体的方向，不要倒插。1.接种3~4d后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，试分析它们被污染的可能原因。

2.从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？3.培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？培养基、接种工具灭菌不彻底；外植体消毒不彻底；操作过程不符合无菌操作要求等。2周左右

生根苗移栽技术的关键是既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。一般使用无土栽培方法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷洒质量分数为5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12h，掀开塑料薄膜24h后才能移栽。新移栽的组培苗要在温室过渡几天，待其长壮后再移植到大田或盆中。菊花的组织培养——结果与分析离体无菌培养基适宜的外界条件(温度、光照、气体等)外植体愈伤组织试管苗植物体脱分化再分化移栽黑暗光照水琼脂有机物无机物植物激素蔗糖：提供能量、调节渗透压。植物激素：主要是生长素和细胞分裂素。菊花的组织培养——小结1）培养基的灭菌（高压蒸汽灭菌）2）外植体的消毒（酒精、氯化汞）3）接种的无菌操作（酒精、酒精灯——灼烧）4）无菌箱中的培养；5）移栽到消过毒的环境中生存一段时间。2、在整个操作过程中，是如何来实现无菌环境的？思考：1.为什么整个过程要保证无菌操作？避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，同时防止有些杂菌危害培养物的生长。1）培养基名称：

；2）物理性质：

；3）碳源：

。拓展1：植物组织培养常用的培养基配方P116拓展2：植物组织培养的两种途径胚状体途径胚状体：离体培养条件下，没有经过受精过程，但是经过了胚胎发育过程所形成的胚状类似物，因而统称为体细胞胚或胚状体。器官发生途径进一步探究

若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？①

空白对照：不加任何激素；②

实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1；③

实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1；④

实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1。

能否从以上内容中概括植物组织培养中细胞表现出全能性所需要的条件？4.植物组织培养是一个

过程（填繁殖方式）。1.A、B过程分别为

。C是

。A过程细胞分裂方式是

，

B过程细胞分裂方式是

,同时也进行

。2.影响A、B过程的关键因素是

。植物体胚状体或生芽生根外植体脱分化、再分化C有丝分裂细胞分化植物激素无性繁殖AB3.A过程需要

光，B过程需光照，叶绿素的合成

光照。有丝分裂愈伤组织避需要练一练×三、植物体细胞杂交技术利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？不能。因为不同种物种之间存在着生殖隔离1.概念：将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。阅读课文36-38页，图2-4，讨论：（1）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？（2）怎样通过比较温和的方法去掉细胞壁？（3）怎样诱导两个原生质体的融合？与细胞膜的什么特性有关？（4）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步如何将杂种细胞培育成杂种植株？（5）这项技术的出现有什么意义？A细胞B细胞纤维素酶果胶酶1.去壁：酶解法正在融合的原生质体再生出细胞壁2.诱融物理法：化学法：电融合法、离心法聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+—高PH融合法等脱分化再分化移栽植物细胞融合植物组织培养杂种植株愈伤组织A原生质体B原生质体移栽后的植株细胞膜的流动性和植物细胞的全能性1.原理：植物体细胞杂交技术过程2.两个标志（1）植物细胞融合完成的标志：再生出新的细胞壁（2）植物体细胞杂交完成的标志：培育成新植物体打破生殖隔离，实现远缘杂交育种3.意义：思考：①参与此过程中的主要细胞器是？②杂种细胞的染色体数是多少？③杂种细胞染色体组数是多少？④融合后，培养基中有几种类型的细胞？高尔基体两亲本染色体数之和两亲本染色体组数之和A、B、AA、BB、AB。（只考虑两两融合）需要进一步筛选植物体细胞杂交育种四倍体4.变异类型——染色体数目变异生殖类型变异类型染色体数染色体组数基因组成无性繁殖，育种过程中不遵循孟德尔定律染色体数目变异两亲本染色体数之和。2n+2m两亲本染色体组数之和。2+2两亲本基因型之和。AaBbCcDd①番茄马铃薯植株是异源四倍体。②若亲本植株可育，则杂种植株可育。③杂种植株是不同于亲本的新物种。杂交育种诱导多倍体四倍体二倍体概念植物细胞融合原生质体制备过程变异类型植物组织培养原生质体融合原理育种类型原理过程花药离体培养细胞全能性操作步骤脱分化再分化外植体根、芽、胚状体愈伤组织外植体消毒接种切块形成愈伤组织诱导生芽生根植物体细胞杂交植物组织培养植物细胞工程优缺点本堂小结练习与应用一、概念检测1.下图是利用甲、乙两种植物的各自优势，通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。下列相关叙述错误的是()A.进行a处理时能用胰蛋白酶B.b是诱导融合后得到的杂种细胞C.c是培养后得到的具有耐盐性状的幼芽D.进行d选择时要将植株种在高盐环境中A2.科学家在制备原生质体时，有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞的细胞壁。据此分析，蜗牛消化道提取液中可能含有什么成分？【答案】纤维素酶和果胶酶。二、拓展应用“番茄-马铃薯”杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上结番茄，地下长马铃薯，这是为什么？【提示】1978年，梅尔彻斯(G.Melchers)等人首次获得了马铃薯与番茄的体细胞杂种植株。他们将培育的二倍体马铃薯和番茄的叶片细胞原生质体进行融合，产生了杂种植株一一“番茄-马铃薯”，它同时具有马铃薯和番茄的形态特征。其中一些植株形成了“类似块茎的生殖根”，但是并没有产生可结实的花、果实以及真正意义上的块茎。到目前为