【高中生物】植物细胞工程课件+高二下学期生物人教版选择性必修3

第2章细胞工程新课导入马铃薯植株能在地下结马铃薯块茎，番茄植株在地上部分会结番茄果实，我们能否培育成一种新型植株，让它在地上结番茄，地下结马铃薯？能否用传统的有性杂交方法？因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。新课讲解▼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生物工程。1.原理方法：____________________________________；2.操作水平：____________________________________；3.目的：________________________________________；4.分类：________________________________________；细胞生物学、分子生物学和发育生物学细胞器、细胞或组织水平获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品植物细胞工程、动物细胞工程新课讲解1902年，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1958年，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新课讲解▼植物细胞工程的技术手段和理论基础植物组织培养植物体细胞杂交1.植物细胞工程的技术手段：2.细胞全能性：(1)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各种细胞的潜能。(2)细胞具有全能性的原因：经分裂和分化的细胞具有该物种的全套遗传物质，具有发育成为完整个体所必需的全部基因。(3)植物细胞实现全能性的条件：①离体。②提供营养物质、激素(生长素、细胞分裂素)的诱导。③无菌无毒、温度、PH适宜等条件。(4)生物体生长发育过程中细胞不表现全能性的原因：在特定的时间时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达(从而形成生物体的不同组织和器官)。课堂训练1.下列有关细胞全能性的含义，正确的是（）A.每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能B.生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功能C.生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜能D.未脱离母体的细胞也可能发育成完整的个体C2.在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，是因为（）A.细胞丧失了全能性 B.基因的表达有选择性C.不同的细胞内基因不完全相同D.在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化B3.以下不能说明细胞全能性的实验是（

）A.胡萝卜韧皮部细胞培育出植株

B.紫色糯性王米种子培育出植株

C.转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株D.克隆羊多莉的培育B特别提示：植物的种子发育成成熟的植株，并没有体现出细胞的全能性。新课讲解一、植物组织培养(一)植物组织培养的概念：就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株的技术。菊花的组织培养实验探究(二)植物组织培养的过程——菊花的组织培养实验原理1.植物细胞的全能性：植物的根、茎、叶细胞一般都具有全能性。因为这些细胞都含该种生物的全套遗传信息，具有个体发育所必需的全部基因。2.细胞表现出全能性需要一定的条件：(1)离体；(2)提供一定的营养物质：①有机营养：蔗糖、氨基酸、维生素等；②无机营养：多种矿质元素(无机盐)。(3)激素的诱导(生长素和细胞分裂素等植物激素)；(4)无菌、无毒、温度和PH适宜等。实验探究材料用具●幼嫰的菊花茎段；●经过灭菌的培养基；●体积分数为70%的酒精，质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液；●无菌水；●

50mL锥形瓶或大试管、烧杯；●酒精灯；●恒温箱；●超净工作台（或接种箱）；●高压灭菌锅；●封口膜、滤纸、标签；●消毒用酒精棉球；●培养皿、解剖刀、镊子等。实验探究方法步骤1.外植体：把用于离体培养的植物体的一部分组织、器官或细胞，叫外植体。常用的外植体是根尖、茎尖或花粉、子房等。2.植物组织培养中常使用根尖和茎尖作为外植体的理由：(1)根尖和茎尖细胞分裂、分化能力强，全能性较高。(2)根尖、茎尖可用于培养无病毒植株(脱毒苗)。例：下列不能作为植物组织培养的材料是（

）

A.秋海棠的叶B.马铃薯的块茎C.成熟的花粉

D.木质部中的导管细胞D实验探究3.对外植体和操作人员要进行消毒，一般来说用酒精溶液和次氯酸钠溶液。而对培养基和器械(如镊子、解剖刀等)要进行灭菌，一般用高压蒸汽灭菌的方法。4.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？提示：防止杂菌污染，培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡。5.取材时，切取菊花的幼嫩茎段时要注意切取含有形成层部分。提示：这是因为形成层部分细胞分裂旺盛，容易诱导产生愈伤组织。实验探究6.配制培养基——固体培养基：(1)有机营养成分：①碳源：2%~5%的蔗糖。(常用的是蔗糖：其作用是提供营养和调节渗透压)。②含氮物质：维生素和氨基酸.(2)无机营养成分：多种矿质元素(无机盐)。(3)生长调节物质(植物激素或其类似物)：主要是生长素(或其类似物)、细胞分裂素。(4)琼脂：作为凝固剂，起固定和支持作用。7.接种：将培养物(即外植体)插入到(诱导)培养基中培养。实验探究8.脱分化(又叫去分化)：外植体接种在诱导培养基上后，在一定的外部因素(适宜的温度、激素、避光)的作用下，会恢复细胞分裂能力，并通过细胞分裂，形成愈伤组织。

(1)脱分化的概念：已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。(2)愈伤组织的特点：细胞分裂速度快，结构疏松，颜色浅而透明，细胞高度液泡化，细胞排列无序，由一群活的薄壁细胞组成。(3)脱分化形成愈伤组织的培养条件：适宜的温度、激素诱导、避光等。▼特别提醒：1.细胞分化本是不可逆的，但植物组培中的脱分化现象说明了在一定条件下，分化又是可逆的。2.培养物(外植体)与经脱分化形成的愈伤组织相比较，愈伤组织的全能性更高，分化程度又变得更低。3.在植物的组织培养中，脱分化是一个非常关键的步骤。实验探究9.再分化：通过脱分化产生的愈伤组织接种到生芽培养基上继续培养，又可以分化，形成各种不同的细胞，进而重新形成芽，再转接到生根培养基上，继续分化形成根等器官(或形成胚状体)，形成试管苗，这一过程叫再分化。再分化的概念：愈伤组织接种到分化培养基上产生芽、根等器官(或形成胚状体)，进一步形成试管苗的过程，叫再分化。愈伤组织根、芽(胚状体)再分化▼植物组织培养的流程图：知识拓展■影响脱分化和再分化形成根、芽的一个重要因素：生长素和细胞分裂素及其它们的比例(配比)。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性激素。●在脱分化形成愈伤组织时，需要高生长素，因为生长素主要被用于诱导愈伤组织形成、诱导根的分化和促进细胞伸长生长。●在再分化形成芽时，细胞分裂素/生长素的比例需要较高。而在再分化形成根时，细胞分裂素/生长素的比例则较低。因为细胞分裂素有诱导芽的分化作用，而生长素有利于根的分化。观看视频知识拓展“激素杠杆”：生长素用量/细胞分裂素用量，比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化、抑制根的形成；比值适中时，促进愈伤组织的形成。课堂训练1.下列有关植物细胞与组织培养的叙述中，错误的是（

）A.花药、胚不能作为组织培养的材料

B.植物细胞具有全能性C.外植体是指用于培养的植物组织或器官D.外植体可诱导出愈伤组织2.下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是（

）A.培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压B.培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化C.离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织D.同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因型相同AD3.在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的（）A.消毒灭菌B.适宜的温度C.充足的光照D.适宜的养料和激素C课堂训练4.如图为植物组织培养过程的示意图。下科有关叙述错误的是（）

A.经脱分化形成的②的全能性较①低。B.植物组织培养所依据的原理是细胞的全能性C.③→④过程指植物的营养生长和生殖生长阶段D.②→③的再分化过程中，诱导②生根的激素为生长素A课堂训练5.如图所示胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管后，在一定的条件下，形成试管苗的培育过程，请据图回答下列问题：（1）要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素，营养物质包括

和小分子有机物；激素包括____________和____________两类植物激素。（2）A和B阶段主要进行的分裂方式是_________________，B阶段除了细胞分裂外，还要进行细胞_______________等。（3）此过程要无菌操作，主要是指对___________________进行灭菌。B阶段需要光照，原因是______________________________________。（4）试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因________________的结果。无机物生长素细胞分裂素有丝分裂分化培养基芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件选择性表达新课讲解二、植物体细胞杂交因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。于是，科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。这幅番茄—马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？新课讲解1972年卡尔森等通过两个烟草品种之间原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。1978年梅尔彻斯等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种——“马铃薯番茄”。

目前，已得到栽培烟草与野生烟草、栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等细胞杂种及其后代，获得了有价值的新品系或育种上有用的新材料。“白菜－甘蓝”同普通白菜相比，具有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。新课讲解二、植物体细胞杂交植物体细胞杂交技术流程图新课讲解1.你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？番茄细胞马铃薯细胞植物细胞外面有一层坚韧的细胞壁，阻碍了细胞间的杂交。2.如何去除细胞壁，有无温和的去壁方法呢？酶解法：用纤维素酶和果胶酶处理器。去壁原生质体3.在用酶解法去壁时，通常要加较高渗透压的的甘露醇(0.5~0.6mol/L)，为什么？防止原生质体吸水胀破。4.两个来源不同的原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？细胞膜的结构特性：即细胞膜具有一定的流动性。新课讲解正在融合的原生质体杂种细胞再生出新的细胞壁5.如何诱导两个来源不同的原生质体间的融合，有哪些方法？(1)物理法：电融合、离心、振动等。(2)化学法：①聚乙二醇(PEG)融合法。②高Ca2+——高pH融合法等。6.植物体细胞杂交实质上就是将不同的植物体细胞的原生质体融合的过程。原生质体融合完成的标志是：产生新的细胞壁。7.杂种细胞产生新的细胞壁与植物的哪两种细胞器的活动最为密切相关？高尔基体、线粒体8.如何将杂种细胞培育成杂种植株？采用植物组织培养技术，可将杂种细胞通过脱分化和再分化，培养成杂种植株。杂种植株知识归纳1.植物体细胞杂交的概念：是指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的植物体的技术。二、植物体细胞杂交2.植物体细胞杂交的流程：3.植物体细胞杂交的原理：(1)细胞(原生质体)融合的原理：细胞膜的流动性。(2)杂种细胞能培养成杂种植株的原理：细胞全能性。(3)变异原理：染色体(数目)变异。4.与传统有性杂交相比，其优越性表现在：(1)克服植物远缘杂交不亲和的障碍。(大大扩展了可用于杂交亲本组合的范围)。从而培育出自然界中没有的、具有优良品质的新品种。(2)打破物种之间的生殖隔离。植物体细胞杂交技术在打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等方面发挥出独特的优势。知识归纳思考讨论1.为什么“番茄—马铃薯”体细胞杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？提示：主要原因是生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯—番茄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受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。异想天开2.假设番茄和马铃薯都是二倍体，则它们的体细胞杂种是几倍体？假设它们能进行有性杂交，则其有性杂交的后代是几倍体？是否可育？提示：番茄和马铃薯的体细胞杂种是异源四倍体，表现为可育。而有性杂交种是异源二倍体，表现为不育。课堂训练1.植物体细胞杂交的目的中错误的是（

）A.把两个植物体的优良性状集中在杂种植株上B.获得杂种植株C.克服远源杂交不亲和的障碍D.实现原生质体的融合2.植物体细胞杂交的目的是（

）A.用酶解法去掉细胞壁分离出有活力的原生质体B.以人工诱导法使两个不同植物的原生质体融合C.用植物组织培养法培养融合的原生质体得到杂种植株D.通过以上三者来完成3.不能人工诱导原生质体融合的方法是（

）A.振动B.电刺激C.PEG试剂D.重压DCD4.A种植物的细胞和B种植物细胞的结构如下图所示(仅显示细胞核)，将A、B两种植物细胞去掉细胞壁后，诱导二者的原生质体融合，形成单核的杂种细胞，若经过组织培养后得到了杂种植株，则该杂种植株是（）A.二倍体；基因型是DdYyRrB.三倍体；基因型是DdYyRrC.四倍体；基因型是DdYyRrD.四倍体；基因型是DdddYYyyRRrrC课堂训练新课讲解三、植物细胞工程的应用(一)植物繁殖的新途径：1.快速繁殖；2.作物脱毒——即培育无病毒植株；3.制备人工种子。(二)作物新品种的培育：1.单倍体育种；2.突变体的利用——即用于体细胞诱变育种；3.运用植物体细胞杂交技术培育体细胞杂种。(三)细胞产物的工厂化生产：新课讲解(一)植物繁殖的新途径：(1)概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，称为植物的快速繁殖技术，也叫作微型繁殖技术。(2)优点(特点)：①可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖。②可以保持优良品种的遗传特性。铁皮石斛的产业化育苗▼微型繁殖技术的其他优点：取材少，培养材料经济，可以人为控制培养条件，还便于自动化管理。不受自然条件的影响，生长周期短，繁殖率高。1.快速繁殖思考讨论用一个兰花茎尖进行组织培养，可以在一年内生产出400万株兰花苗。1.为什么植物组织培养可以进行快速繁殖？提示：植物组织培养到愈伤组织阶段，细胞进行有丝分裂，细胞分裂速度较快，从而获得大量的组织细胞，然后不断地分割、移瓶、诱导再分化形成新植株。并且，植物组织培养在实验室进行，受季节、气候等条件限制较小。2.为什么植物的微型繁殖技术可以保持优良品种的遗传特性？提示：因为植物组织培养是一中无性繁殖技术，通过植物组织培养得到的个体遗传物质与提供外植体的母本相同。新课讲解2.作物脱毒(培养无病毒植株)：(1)无病毒植株：指用植物的根尖或茎尖通过进行组织培养得到的植株。脱毒马铃薯田与被病毒感染的未脱毒马铃薯叶片(2)培育过程：茎尖或根尖愈伤组织根、芽脱毒苗(试管苗)无病毒植株脱分化再分化移栽思考讨论1.为什么用根尖或茎尖通过组织培养出的植株就是无病毒植株呢？提示：因为长期进行无性繁殖的植物，体内往往会积累大量的病毒，并且它们感染和积累的病毒很容易传给后代，从而影响植物的产量或品质(如观赏价值降低)。但是这些植物顶端分生区附近(茎尖、根尖)的病毒极少，甚至无含病毒，因此我们可选用茎尖、根尖进行组织培养，从而获得脱毒苗。2.为什么根尖、茎尖没有病毒的积累？提示：因为病毒在植物体中的扩散主要是通过导管、筛管等输导组织进行的，而在根尖、茎尖没有导管、筛管；其次根尖、茎尖的细胞代谢旺盛，病毒难于积累。新课讲解3.神奇的人工种子——制备人工种子：(1)人工种子：就是指以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。(2)意义：人工种子可以解决某些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。(3)人工种子的优点：①保持优良品种的遗传特性。②生产上也不受季节的限制。③方便贮藏和运输(与试管苗相比)。▼提醒：利用天然种子繁殖属于有性生殖，而利用人工种子繁殖属于无性生殖。新课讲解(二)作物新品种的培育：1.用于单倍体育种：*我国培育的单育1号烟草是世界上第一个单倍体作物新品种新课讲解2.突变体的利用——用于诱变育种：体细胞诱变育种：在作物育种中，可对植物的愈伤组织进行化学或物理方法进行诱变处理，促使其发生突变，再通过诱导分化形成植株。从这些植株中筛选出高抗、高产、优质的突变体，就可以培养成新品种。

新课讲解(三)细胞产物的工厂化生产：1.植物细胞代谢产物的划分：①初生代谢产物：植物代谢过程产生的对于维持植物基本生命活动(生长、生存和繁殖)必需的物质。如糖类、脂质、蛋白质、核酸等。②次生代谢产物：植物代谢过程产生的对于维持植物基本生命活动(生长、生存)不是所必需的物质。一般在特定组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才能产生。次生代谢物是一类小分子有机化合物(