【公开课】植物细胞工程的基本技术课件2022-2023学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第1节植物细胞工程

一

植物细胞工程的基本技术照片中两只可爱的小猴，分别叫“中中”和“华华”，它们诞生于2017年，一出生就轰动了全世界，这是我国科学家的研究成果。你知道它们是如何培育出来的吗？在这之前，科学家培育了胚胎细胞克隆猴，你知道两者有什么不同吗？其实，自1996年首个体细胞克隆动物多莉羊（Dolly)诞生以来，人类已经成功克隆了马、牛和猪等大型家畜，但为什么体细胞克隆猴的诞生能轰动世界呢？上面这些成果的取得都有赖于细胞工程的发展，培育克隆动物只是细胞工程的一个方面。近年来，细胞工程领域成果迭出，方兴未艾。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。本节聚焦1.植物细胞工程的理论基础是什么？2.什么是植物组织培养技术3.怎么样进行菊花的组织培养？“其芽葺葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫花开，凝晴瀼露，万态千妍，薰风自来，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”1.细胞全能性的概念：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。2.细胞全能性的遗传基础：每个细胞都具有发育成完整生物体所必需的全部遗传信息3.细胞全能性的遗传基础：每个细胞都具有发育成完整生物体所必需的全部遗传信息一、细胞的全能性4.体现全能性的标志：细胞→完整个体或其他各种细胞实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株；受精卵发育成个体（动植物）；蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰二、植物组织培养技术1.概念：指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。2.理论基础：植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性（具有某种植物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成为完整植株的潜力）3.过程植物组织培养流程图接种外植体诱导愈伤组织诱导发芽诱导生根移栽成活（1）外植体：用于离体培养的植物器官、组织或细胞（2）脱分化：已经分化的植物组织或细胞在一定的激素和营养等条件的诱导下，失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞，进而形成愈伤组织的过程（3）愈伤组织：通过细胞分裂形成，其细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁组织团块（4）再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化成根或芽等器官的过程4.适宜的培养条件：（细胞表现全能性的条件）（1）离体状态（2）无菌操作（3）种类齐全、比例适合的营养物质（4）植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）诱导和调节（5）适宜的外界条件（温度、pH、光照等）外植体消毒①用流水充分冲洗外植体（幼嫩的茎段）②用体积分数为70%的酒精消毒30s③立即用无菌水清洗2～3次，以冲洗掉残留的酒精④用质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液处理30min⑤立即用无菌水清洗2～3次，漂净次氯酸钠溶液切段接种在酒精灯火焰旁，将已消毒的菊花茎段切成0.5～1cm长的小段将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中，用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并作好标记（1）方法步骤菊花的组织培养③幼苗长壮后移栽入土培养18～22℃,培养15～20d→将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上→长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上→诱导形成试管苗移栽①打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日②用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中生活一段时间（2）注意事项①实验中使用的培养基和所有器械都要灭菌，接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的器械都要灭菌②对外植体进行表面消毒时，既要考虑药剂的消毒效果，又要兼顾植物材料对药剂的耐受性③接种时注意外植体的方向（形态学上下端），不要倒插激素使用实验结果使用顺序先使用生长素，后使用细胞分裂素有利于细胞分裂，但细胞不分化先使用细胞分裂素，后使用生长素细胞既分裂也分化生长素与细胞分裂素同时使用分化频率提高生长素用量与细胞分裂素用量的比值比值大于1时有利于根的分化，抑制芽的形成比值小于1时有利于芽的分化，抑制根的形成比值为1时促进愈伤组织的形成5.植物激素对植物组织培养的影响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激素，其作用及特点如表所示二、植物体细胞杂交技术1.植物体细胞杂交的概念：将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。2.过程：（1）过程①:去除植物细胞壁获得原生质体。常用方法是酶解法（所用酶是纤维素酶和果胶酶）（2)过程②：原生质体的融合。常用方法包括物理法（电融合法、离心法等）、化学法［聚乙二醇（PEG)融合法、高Ca2+-高pH融合法等］（3）过程③：形成杂种细胞。杂种细胞再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志植物体细胞杂交技术流程图3.植物体细胞杂交技术的优点和应用：植物体细胞杂交可以克服植物远缘杂交不亲和的障碍，大大扩大了可用于杂交的亲本组合的范围，在培育作物新品种方面具有广阔的应用前景。如科学家利用植物体细胞杂交技术已经培育出了白菜－甘蓝、烟草－海岛烟草、胡萝卜一羊角芹等种间或属间杂种。但目前仍有许多理论和技术问题没有解决，离推广应用仍有一定距离。4.植物体细胞杂交存在的问题：①亲缘关系越远，染色体排斥丢失的现象越严重。②由于两个物种的全部遗传物质的合并，各种基因都在其中，目前还不能让杂种植株完全按人们的要求表现出亲代的性状。课堂练习1.在植物组织培养过程中要使用植物激素，但不同的植物激素的浓度以及使用的先后顺序和用量的比例都影响细胞的分裂、分化。下列叙述错误的是()A.先使用生长素，后使用细胞分裂素，有利于细胞分裂，但细胞不分化B.先使用细胞分裂素，后使用生长素，细胞既分裂也分化C.生长素与细胞分裂素用量比值低，有利于芽的分化，抑制根的形成D.不使用植物激素，有利于愈伤组织的形成D2.为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力，某研究小组的实验过程如图。下列叙述正确的是()A.过程①获得的原生质体需悬浮在30%蔗糖溶液中B.过程②需提高生长素的比例以促进芽的分化C.过程③需用秋水仙素处理诱导细胞壁再生D.原生质体虽无细胞壁但仍保持细胞的全能性D3.下列有关植物组织培养的叙述，不正确的是（）A.花粉细胞具有全能性，可通过组织培养获得单倍体植株B.脱分化过程在避光条件进行，再分化过程需要给予光照C.愈伤组织培养时加入聚乙二醇诱导可获得染色体加倍的细胞D.茎尖组织培养可获得脱病毒苗，紫外线照射愈伤组织可获得突变体C4.科研人员利用植物体细胞杂交技术培育矮牵牛新品种，技术流程示意图如下。下列叙述正确的是()A.愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞分化形成的B.获得的杂种植株都能表现双亲的优良性状C.可用聚乙二醇诱导原生质体甲和乙的融合和细胞壁再生D.用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以获得原生质体D5.白菜和甘蓝均为二倍体生物，科学家利用植物体细胞杂交的方法获得了白菜—