【课件】植物细胞工程课件-2022-2023学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

细胞工程体细胞克隆猴“中中”和“华华”第2章

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的生物工程。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、个体或其产品植物细胞工程和动物细胞工程其芽葺葺，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！

第一部兰谱——《金漳兰谱》（宋•赵时庚）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？利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。从社会中来细胞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。1.具有全能性的原因：生物体的每个细胞中都含有该物种发育成为完整个体所需的全部遗传物质。2.体现全能性的标志：细胞→完整个体或其他各种细胞3.全能性的高低分裂能力越强，分化程度越低，全能性越如：受精卵>胚胎干细胞>生殖细胞>体细胞植物细胞的全能性>动物细胞全能性判断下列例子能否体现细胞全能性？受精卵发育成个体（动植物）；蜜蜂卵细胞发育成雄峰；通过花药离体培养，获得单倍体幼苗；胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株；胚胎干细胞可分化发育成为各种组织器官的细胞；用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株。种子发育成植株√√√√√√×在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性，比如，芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶。注意.细胞不体现全能性的原因:在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因选择性表达高度分化的植物细胞能在适宜条件下表现出全能性。植物组织培养自主阅读教材35页—36页，小组思考并讨论以下问题：1.概述植物组织培养的基本过程？2.决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？3.在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？一是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。1.概念2.理论基础植物细胞的全能性3.植物细胞表现出全能性的条件(1)离体条件：(2)一定的营养物质、植物激素：(3)适宜的外界条件：（细胞、组织或器官）（蔗糖、矿质元素、维生素等）（细胞分裂素、生长素）——培养基(温度、pH、无菌、光照的控制等)植物组织培养技术一外植体MS培养基植物组织培养技术一参考教材“图2-1植物组织培养流程图”写出植物组织培养的基本流程。接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽诱导生根移栽成活外植体脱分化愈伤组织再分化试管苗驯化移栽完整植株生芽生根或胚状体分化状态未分化状态脱分化再分化再分化（1）脱分化：

在一定的

和

等条件的诱导下，

细胞

，转变成

的过程。激素营养已经分化失去其特有的结构和功能未分化的细胞①光照条件：②过程中涉及的生命活动：一般不需要光照只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化植物组织培养技术一外植体脱分化愈伤组织再分化试管苗驯化移栽完整植株生芽生根或胚状体1、相关概念注意：外植体脱分化的难易程度与植物种类、器官来源及生理状况有关。一般来说，植物的花和幼嫩的组织脱分化相对较易，而植物的茎、叶等成熟的组织脱分化则较难。（2）再分化：

脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以

出芽或根等器官的过程。重新分化①实质：②光照条件：基因的选择性表达需要给予适当强度的光照原因：诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用③过程中涉及的生命活动：细胞增殖（有丝分裂），细胞分化细胞____________________________________________的薄壁细胞团。具有_____和未_____特性。分裂分化③结果形成愈伤组织植物组织培养技术一排列疏松、无规则、高度液泡化、呈无定形状态探究•实践菊花的组织培养一、原理1、植物细胞一般具有

。全能性2、细胞分裂素和生长素是启动细胞分裂、影响脱分化和再分化的关键激素，激素浓度和比例会影响植物细胞发育的方向。生长素/细胞分裂素

结果比值高(＞1)比值低(＜1)比值适中(=1)促进根的分化促进芽的分化促进愈伤组织的形成简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤探究•实践菊花的组织培养二、方法步骤（观看菊花组织培养实验操作视频，注意操作要点）外植体消毒探究•实践菊花的组织培养——方法步骤材料：幼嫩的菊花茎段(外植体)消毒：酒精30S无菌水2-3次次氯酸钠溶液30min2-3次无菌水洗外植体切段接种外植体培养外植体转接培养移栽将消过毒的外植体置于无菌的培养皿中→用无菌滤纸吸去表面的水分→用解剖刀将外植体切成0.5～1cm长的小段。外植体消毒探究•实践菊花的组织培养——方法步骤外植体切段接种外植体培养外植体转接培养移栽在________________，将外植体的1/3~1/2插入_____________________培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记。酒精灯火焰旁诱导愈伤组织的

接种外植体时，不要倒插！

（将“形态学上端”朝上）将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于

____℃的

__中培养。在培养过程中，定期观察和记录

_________的生长情况。18～22培养箱愈伤组织脱分化

避光培养有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。外植体消毒探究•实践菊花的组织培养——方法步骤外植体切段接种外植体培养外植体转接培养移栽培养15～20d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导

____的培养基上。长出芽后，再将其转移到诱导

_______的培养基上，进一步诱导形成试管苗。生芽生根

1.照光培养2.先生芽后生根，培养基不同再分化叶绿素的生成需要光若先生根后面就不易生芽移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。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，待其长大后再移栽入土。每天观察并记录幼苗生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。炼

苗换培养基探究•实践结果分析与评价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。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。无菌操作目的防止杂菌生长。一方面与培养物竞争营养；另一方面产生有害物质危害培养物。2、从刚接种的外植体到长出愈伤组织经历了多少天?愈伤组织进一步分化出芽和根了吗？

观察实验结果，看看是否培养出了愈伤组织，记录多长时间长出了愈伤组织。从刚接种的外植体到长出愈伤组织一般需要2周左右的时间。统计更换培养基后愈伤组织进一步分化成芽和根的比例和时间。探究•实践结果分析与评价做好统计和对照，填好结果记录表，培养严谨的科学态度。从实验的第一步开始就要做好实验记录，可以分组配制不同的培养基，如诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基等，还可以进行不同配方的比较。（3）观察外植体的分化情况，填好结果记录表，并及时分析结果。4.培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？探究•实践结果分析与评价试管苗移栽的关键：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。探究•实践进一步探究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。

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？

归纳提升使用顺序实验结果先使用生长素，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又分化同时使用分化频率提高以上关系可简记为：先“生”，分裂不分化；后“生”，分裂又分化；同“使”分化频率高生长素和细胞分裂素的使用顺序及用量的比例对实验结果的影响拓展1：植物组织培养的两种途径胚状体：离体培养条件下，没有经过受精过程，但经过胚胎发育过程形成的胚状类似物，因而统称为体细胞胚或胚状体。胚状体途径器官发生途径拓展2：特殊的植物组织培养——花药离体培养花药离体培养配子DDTTDDttddTTddtt正常植株（纯合）秋水仙素诱导高杆抗病

DdTtDTDtdTdt单倍体植株DTDtdTdt需要的纯合矮抗品种（1）植物组织培养过程中涉及的分裂方式为_________；（2）该过程涉及的生殖方式是_____________*；（3）经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为_______，一定是吗？_______。有丝分裂有性生殖纯合子不一定亲本植物体细胞杂交技术二利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？不能，不同种物种间存在生殖隔离有什么新技术可以实现吗？植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术二概念将不同来源的植物细胞，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。植物体细胞杂交技术二自主阅读课本36—38页“植物体细胞杂交技术”相关内容，小组思考讨论以下问题：1、为什么要去除细胞壁？用什么方法可以温和地去除细胞壁而不伤害原生质体？2、诱导原生质体融合的方法有哪些？3、如何将杂种细胞培养成杂种植株？4、什么是植物体细胞杂交技术？它的优点是什么？再生出细胞壁愈伤组织植物体细胞杂交技术二A细胞B细胞正在融合的原生质体A原生质体B原生质体去除细胞壁去除细胞壁诱导融合杂种细胞移栽杂种植株脱分化原生质体融合

植物细胞融合完成的标志（细胞膜的流动性）植物组织培养（植物细胞的全能性）

植物体细胞杂交技术完成的标志再分化植物体细胞杂交技术二（一）过程去除细胞壁去除细胞壁诱导融合杂种细胞原生质体融合

植物细胞融合完成的标志（细胞膜的流动性）移栽脱分化植物组织培养（植物细胞的全能性）

植物体细胞杂交技术完成的标志再分化植物体细胞杂交技术二（一）过程（1）为什么要去除细胞壁?用什么方法可以去除细胞壁?1、去除细胞壁①去壁原因：细胞壁阻碍着细胞间的杂交②方法：酶解法（纤维素酶和果胶酶）利用了酶的专一性（2）上述酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，试分析原因？使溶液有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破植物体细胞杂交技术二（3）原生质体和原生质层的区别原生质体细胞壁细胞膜细胞质液泡细胞核原生质层指的是脱去细胞壁的细胞。动物细胞也可看做是原生质体。包括细胞膜、细胞质和细胞核。原生质体成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质。（不包括细胞液和细胞核）原生质层光学显微镜下烟草叶肉细胞原生质体植物体细胞杂交技术二（一）过程2、诱导原生质体融合方法：物理方法：化学方法：电融合法、离心法聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法使用方便，融合频率高对细胞无毒害作用，操作简便，可重复性好优点优点缺点：有一定的毒性,某些细胞不适用（如卵细胞）

最常用的促融剂1、原生质体A和原生质体B融合后，获得的所有细胞一定是需要的杂交细胞吗？若只考虑两两融合，我们需要的是那种类型？所以原生质体融合后，我们要进行怎样的处理？不一定诱导融合后的产物有三类：①未融合的细胞

②两两融合的细胞

③多细胞融合体若只考虑两两融合的细胞，有3种类型：AA、BB、AB；我们需要的是AB。因此要对融合后的原生质体进行筛选。思考

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讨论2.若A细胞具有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。B细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则通过植物体细胞杂交技术获得的新植株的染色体条数：

；染色体组数：___个；基因型：________；属于可遗传变异类型中的____。思考

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讨论2x＋2y4AabbccDd染色体数目变异两个细胞融合成一个细胞，不管染色体、基因组还是染色体组都采用直接相加的方法。例如，番茄是二倍体，马铃薯是四倍体，杂交得到的番茄—马铃薯杂种植株是六倍体。由于含有两个母体的遗传物质，因此具有两个母体的遗传特性，染色体数目增加，属于染色体数目变异思考

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讨论4、植物体细胞杂交技术的优点是什么？植物体细胞杂交过程在没有生殖细胞的形成和结合，应属于无性生殖，不遵循孟德尔定律3、植物体细胞杂交技术获得的杂种植株属于有性生殖还是无性生殖？是否遵循孟德尔遗传定律？杂种植株是否可育？打破生殖隔离，实现远缘杂交育种