【高中生物】植物细胞工程的基本技术课件 高二下学期生物人教版选择性必修3

第二章细胞工程第1节

植物细胞工程人教版·选择性必修3（第一课时）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？细胞工程的发展历程

在这之前，科学家培育了胚胎细胞克降猴，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？细胞工程的发展历程1.细胞工程的概念

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1902年，哈伯兰特，提出细胞全能性的理论。细胞工程的发展历程1958年，斯图尔德，发现胡萝卜的体细胞可分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。1960年，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。1964年，古哈，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。1971年，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。1974年，土壤农杆菌的Ti质粒发现。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1975年，米尔斯坦和科勒，创立单克隆抗体技术细胞工程的发展历程1890年，希普，世界上首例胚胎移植成功。1907年，哈里森，首创了动物组织体外培养法。1951年，张明觉，发现哺乳动物精子获能现象。1958年，格登，体细胞核移植成功；1959年，试管家兔诞生1978年，胚胎分割移植工程1981年，埃文斯，分离和培养小鼠胚胎干细胞1996年，克隆羊诞生2006年，山中伸弥，获得诱导多能干细胞2014年，单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿诞生2.动物细胞工程的发展历程2017年，我国科学家首次培育了体细胞克隆猴问题探究：

“其茅葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫开也，凝睛瀼露，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?植物组织培养。一、植物组织培养技术韧皮部细胞细胞团块根或芽幼苗胡萝卜植株1.什么是细胞全能性？原因是什么？2.不同细胞全能性大小比较？(1)受精卵

生殖细胞

体细胞

(2)受精卵

胚胎干细胞

体细胞(3)动物细胞

植物细胞(4)分化程度低的细胞

分化程度高的细胞(5)分裂能力强的细胞分裂能力弱的细胞3.为什么生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官？4.植物细胞表现出全能性的条件？复习旧知一、植物组织培养技术1.理论基础①定义植物细胞具有全能性

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。②原因

高度分化的细胞仍含有该物种的全部遗传信息，具有发育成完整个体所需要的全套基因。叶子花粉花瓣植物体细胞一、植物组织培养技术③

全能性大小的比较体细胞全能性与细胞的分化程度体细胞全能性与细胞分裂能力不同类型不同生物分化程度低的

>分化程度高的分裂能力强的>分裂能力弱的受精卵>生殖细胞>体细胞受精卵>干细胞>体细胞植物细胞>动物细胞1.理论基础一、植物组织培养技术④为什么植物体中细胞没有表现出全能性？生长点叶原基芽轴芽原基枝芽结构示意图叶原基的细胞只能发育为叶芽原基的细胞只能发育为芽在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性表达。1.理论基础⑤植物细胞表现出全能性的条件？a、离体b、一定的营养物质、植物激素c、适宜的温度、pH、光照、无菌等外界条件一、植物组织培养技术

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。接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽诱导生根移栽成活2.植物组织培养技术的概念外植体一、植物组织培养技术①植物细胞一般具有全能性

在一定植物激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过脱分化和再分化形成完整的植株。探究

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实践：菊花的组织培养1.实验原理细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁组织细胞团块。用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能，转变成未分化细胞的过程。愈伤组织继续进行培养，重新分化成芽、根等器官的过程。外植体脱分化愈伤组织再分化芽、根植株一、植物组织培养技术探究

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实践：菊花的组织培养②植物激素

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激素。

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。生长素细胞分裂素适中利于愈伤组织的形成低利于芽的分化高利于根的分化1.实验原理一、植物组织培养技术探究

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实践：菊花的组织培养①了解植物组织培养的基本原理②了解生长素和细胞分裂素的浓度、用量的比例对菊花愈伤组织形成和分化的影响③尝试进行植物组织培养2.实验目的3.材料用具酒精灯体积分数为70%的酒精培养基无菌水幼嫩的菊花茎段质量分数为5%的次氯酸钠烧杯锥形瓶解剖刀培养皿镊子超净工作台高压蒸汽灭菌锅培养箱封口膜滤纸一、植物组织培养技术探究

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实践：菊花的组织培养4.实验步骤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移栽一、植物组织培养技术探究

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实践：菊花的组织培养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4.实验步骤第1步：外植体消毒第2步：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用解剖刀将外植体切成0.5~1cm的小段注意：实验使用的培养基和所有机械都要灭菌。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的机械都要灭菌。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。一、植物组织培养技术探究

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实践：菊花的组织培养在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3~1/2插入诱导愈伤组织的培养基中用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上做好标记注意：4.实验步骤第3步：接种外植体接种时，注意外植体的方向，不要倒插（使形态学下端接触培养基）。将接种了外植体的锥形瓶置于18~22℃的培养箱中培养培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况第4步：诱导愈伤组织注意：诱导愈伤组织期间一般不需要光照。一、植物组织培养技术探究

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实践：菊花的组织培养培养15~20天后，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进一步诱导形成试管苗4.实验步骤第5步：诱导芽和根注意：诱导芽和根期间需要给予适当时间和强度的光照（叶绿素合成）。愈伤组织再分化芽根外植体脱分化适中高低生长素细胞分裂素一、植物组织培养技术探究

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实践：菊花的组织培养4.实验步骤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将幼苗移植到消毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土每天观察并记录生长情况适时浇水、施肥，直至开花第6步：移植一、植物组织培养技术探究

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实践：菊花的组织培养4.实验步骤一、植物组织培养技术探究

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实践：菊花的组织培养脱分化外植体黑暗愈伤组织再分化试管苗植株光照移栽成活离体无菌适宜培养基适宜的外界条件(温度、光照、pH、气体等)水琼脂碳源无机盐植物激素蔗糖：作为碳源，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4.实验步骤氮源5.实验结果分析与评价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，有多少能正常生长，并分析它们被污染的原因。一、植物组织培养技术探究

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实践：菊花的组织培养

用于植物组织培养的培养基同样适合某些微生物的生长，如一些细菌、真菌等的生长。培养物一旦受到微生物的污染，就会导致实验前功尽弃，因此要进行严格的无菌操作。导致外植体被污染的原因可能有：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.你培养出愈伤组织了吗？如果培养出来了，从刚接种的外植体到长出愈伤组织经历了多少天？这些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。5.实验结果分析与评价一、植物组织培养技术探究

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实践：菊花的组织培养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。

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。4.你培育的幼苗移栽到露地后，能够正常生长吗?

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。一般使用无土栽培的办法。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。可以在课后统计移裁的成活率,看看移栽是否合格。一、植物组织培养技术探究

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实践：菊花的组织培养1.一般来说，容易进行无性繁殖的植物也容易进行组织培养，如芦荟、秋海棠和月季等，你可以从中挑选一种你喜欢的植物，尝试进行组织培养。6.进一步探究2.如果你对植物激素的作用感兴趣，可以在查阅资料的基础上，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。对照实验A组：空白对照，不加任何激素B组：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1C组：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1D组：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1一、植物组织培养技术植物组织培养的两种途径胚状体途径直接途径间接途径外植体胚状体幼苗外植体胚状体幼苗愈伤组织胡萝卜根韧皮部的细胞愈伤组织胚状体幼苗胡萝卜

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。胚状体一、植物组织培养技术植物组织培养的两种途径器官发生途径直接途径外植体芽幼苗外植体间接途径根芽幼苗根愈伤组织接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽诱导生根移栽成活第二章细胞工程第1节

植物细胞工程人教版·选择性必修3（第二课时）植物细胞工程的基本技术思考·讨论：植物体细胞杂交技术2.“番茄-马铃薯”，通过什么技术能够获得呢？1.地上结番茄，地下长土豆的超级作物通过传统的有性生殖可以产生吗？×问题探究：西红柿土豆

植物体细胞杂交技术

不能，因为不同种生物之间存在着生殖隔离。

20世纪60年代，科学家尝试将番茄和马铃薯杂交，希望培育出一种地上结番茄、地下长马铃薯的超级作物。二、植物体细胞杂交技术A细胞B细胞纤维素酶去壁酶解法正在融合的原生质体杂种细胞AB诱导融合物理法：化学法：电融合法、离心法等聚乙二醇（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去壁植物细胞融合完成的标志植物体细胞杂交完成的标志（植物细胞的全能性）（细胞膜具有一定的流动性）再生细胞壁果胶酶二、植物体细胞杂交技术思考·讨论：1、不同植物的体细胞发生融合，遇到的第一个障碍是什么？4、两个原生质体如何融合在一起？用什么方法？其原理是什么？2、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？5、融合完成的标志是什么？6、杂种细胞遗传物质有什么特点？7、如何将杂种细胞培养成杂种植株？再生出新的细胞壁，形成杂种细胞具有两个物种的遗传物质细胞壁细胞膜具有一定的的流动性植物组织培养技术3、去除细胞用什么酶？为什么用上述酶？酶解法利用了原理？纤维素酶和果胶酶植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成酶的专一性细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体间的融合）酶解法二、植物体细胞杂交技术通电之前通电2min后通电3min后通电10min后1.只考虑两两融合的情况下，将大量的马铃薯和番茄细胞放到一起进行融合处理，将会得到几种融合的杂种细胞？

3.植物体细胞杂交技术获得的变异植株的变异类型？思考·讨论：3种(AA细胞、BB细胞、AB细胞)5种细胞类型(A细胞、B细胞、AA细胞、BB细胞、AB细胞)AAAA来自番茄BBBB来自马铃薯ABBAAABB二、植物体细胞杂交技术

指的是脱去细胞壁的细胞。动物细胞也可看做是原生质体。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。原生质层【注意】质壁分离的“质”指的是原生质层高尔基体A为2a=20

B为2b=3050条染色体4个染色体组2、杂种细胞染色体数为？1、此过程中起主要作用的细胞器是？3、杂种细胞染色体组数为？4、从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？染色体数目的变异细胞壁细胞膜细胞质液泡细胞核原生质体与原生质层的比较正在融合的原生质体（AB）杂种细胞（AB）再生细胞壁思考·讨论：异源四倍体二、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方法。2.

植物体细胞杂交的优势

打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。3.

物体细胞杂交技术成功的实例a、培育出了白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等杂种。b、在木本植物的体细胞杂交方面，培育出了多种柑橘属不同种间的杂种植株。白菜甘蓝白菜—甘蓝×源于选择性必修3P36“正文”：“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上长番茄、地下结马铃薯的主要原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的。所以番茄—马铃薯杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达二、植物体细胞杂交技术思考·讨论：生物基因的表达不是提示：纤维素酶和果胶酶。因为植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶组成，利用酶的专一性，在降解植物细胞的细胞壁时要利用纤维素酶和果胶酶。源于选择性必修3P38“练习与应用”2题：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