2023-2024学年 人教版 选择性必修三植物细胞工程的基本技术 课件（53张）

第2章细胞工程第1节植物细胞工程第1课时植物细胞工程的基本技术课标内容要求核心素养对接1．阐明植物组织培养是在一定的条件下，将离体的植物器官、组织和细胞在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织，并重新分化，最终形成完整植株的过程。2．概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定的条件下融合成杂种细胞，继而培育成新植物体的技术。1．采用模型与建模、归纳与概括的方法掌握植物组织培养和植物体细胞杂交的流程。2．依据实验步骤，制订实验方案，合作交流，完成菊花的组织培养的操作，并如实记录实验数据，得出实验结论。必备知识·自主预习储备01一、细胞的全能性1．概念细胞经分裂和分化后，仍然具有_______________或_____________________的潜能。2．生长发育过程中细胞没有表现出全能性的原因在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会_____________。产生完整生物体分化成其他各种细胞选择性地表达二、植物组织培养技术1．概念将_____的植物器官、组织或细胞等，培养在_________________上，给予适宜的培养条件，诱导其形成_________的技术。2．菊花的组织培养(1)植物细胞全能性的表达过程①脱分化：已经分化的细胞经过诱导后，失去其特有的__________，转变成未分化的细胞的过程。离体人工配制的培养基完整植株结构和功能②再分化：脱分化产生的_________能重新分化成_____________的过程。③激素的作用：植物激素中_______和___________是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。愈伤组织芽、根等器官生长素细胞分裂素(2)操作流程外植体的消毒：将流水充分冲洗后的外植体用_____消毒30s，用无菌水清洗2～3次，再用_____________处理30min后，用无菌水清洗2～3次。外植体的分割：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。接种：在___________旁，将外植体的1/3～1/2插入_____________的培养基中。酒精次氯酸钠溶液酒精灯火焰诱导愈伤组织培养：将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18～22℃的_______中培养。定期观察和记录_________的生长情况。转移培养：将生长良好的愈伤组织转接到_________的培养基上。长出芽后，再将其转接到_________的培养基上，进一步诱导形成试管苗。移栽：将幼苗移植到消过毒的_____________等环境中，待其长壮后再移栽入土。培养箱愈伤组织诱导生芽诱导生根蛭石或珍珠岩在组织培养过程中，诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基的成分有什么不同？提示：三种培养基成分的不同是生长素和细胞分裂素的比例不同。三、植物体细胞杂交技术1．概念将_________的植物体细胞，在一定条件下融合成_________，并把杂种细胞培育成_________的技术。不同来源杂种细胞新植物体2．过程(1)去壁：用_________________去除植物细胞壁，获得原生质体。(2)诱导原生质体融合的方法①物理法：_______法、_____法等。②化学法：________________融合法、______________融合法等。3．意义打破_________，实现远缘杂交育种。纤维素酶和果胶酶电融合离心聚乙二醇(PEG)高Ca2+—高pH生殖隔离判一判

(正确的打“√”，错误的打“×”)1．植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性。 (

)提示：具有某种生物全部遗传信息的细胞在离体的情况下才能表现出全能性。2．脱分化和再分化是植物组织培养的重要过程。 (

)3．在植物组织培养过程中需要给予光照，以诱导脱分化过程。 (

)提示：植物组织培养过程中，脱分化过程是要求避光培养的。×√×4．植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是细胞壁阻碍了原生质体的融合。

(

)5．植物体细胞杂交过程中，细胞融合成功的标志是产生新的细胞壁。 (

)√√关键能力·重难探究达成02核心点一植物组织培养技术核心点二植物体细胞杂交技术

如图为植物组织培养过程中培养物的变化核心点一

植物组织培养技术

4．诱导愈伤组织期间一般不需要光，后续培养过程中，为什么每日要给予适当时间和强度的光照？提示：后续培养过程中，给予适当时间和强度的光照的目的是诱导叶绿素的形成，进一步形成叶绿体进行光合作用。1．植物组织培养的理论基础：植物细胞的全能性。2．植物组织培养的条件：(1)离体；(2)无菌；(3)培养基；(4)适宜的培养条件。3．体现细胞全能性的条件材料离体的细胞、组织或器官培养基种类齐全、比例合适的营养物质及一定比例的植物激素外界条件①无菌操作②光照：诱导愈伤组织时一般不需要光照，再分化时需要光照4．生长素用量与细胞分裂素用量的比值对植物细胞发育方向的影响生长素用量与细胞分裂素用量的比值结果比值高有利于根的分化，抑制芽的形成比值低有利于芽的分化，抑制根的形成比值适中促进愈伤组织的形成1．某课外活动小组获得了一株性状优良的结球生菜，并利用植物组织培养技术对其进行快速繁殖。下列叙述正确的是(

)A．外植体消毒的过程：酒精消毒30s→次氯酸钠溶液处理30min→无菌水清洗2～3次B．愈伤组织是一种不定形的薄壁组织团块，诱导产生愈伤组织时每日应给予适时光照C．诱导生芽的培养基与诱导生根的培养基相比，前者中细胞分裂素所占的比例和用量更高D．打开封口膜后直接用流水冲洗掉幼苗根部的培养基，再移植到消过毒的蛭石环境中炼苗处理√C

[消毒的原则是既要杀死材料表面的微生物，又要减少消毒剂对细胞的伤害，故外植体消毒可先用体积分数为70%的酒精消毒30s后，用无菌水清洗2～3次，再用次氯酸钠溶液处理30min后，立即用无菌水清洗2～3次，A错误；诱导形成愈伤组织的脱分化过程不需要光照条件，否则会形成维管组织，不会形成愈伤组织，B错误；生长素和细胞分裂素的比值低时，有利于芽的分化，抑制根的形成，即诱导生芽的培养基中细胞分裂素所占的比例和用量更高，C正确；移栽时，应先将培养瓶的封口膜打开一段时间，让试管苗在培养箱内生长几日，然后用流水冲洗掉根部的培养基，再移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中炼苗处理，D错误。]

请回答下列问题：(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有_______________________________________。(2)步骤③切取的组织块中要带有形成层，原因是______________________________。全能性(或形成完整植株所需的全部基因)形成层容易诱导形成愈伤组织(3)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基，其原因是_________________________________________________________________________________。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的_____________过程，最终可形成试管苗。(4)步骤⑥要进行光照处理，其作用是____________________________________________。(5)经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的__________，这种繁殖方式属于________繁殖。诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同分化(或再分化)诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用遗传特性无性[解析]

(1)分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有全能性。(2)在本实验中，切取胡萝卜块时要切取含有形成层的部分，原因是形成层容易诱导形成愈伤组织。(3)决定植物细胞脱分化和再分化的关键因素是植物激素的种类和比例，步骤⑤(诱导愈伤组织形成)和步骤⑥(诱导愈伤组织分化形成试管苗)所需的生长素和细胞分裂素的比例不同，故从步骤⑤到步骤⑥需更换培养基。愈伤组织通过细胞的再分化过程形成试管苗。(4)步骤⑥要进行光照处理，其作用是诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用。(5)组织培养没有经过两性生殖细胞的结合，因此属于无性繁殖，组织培养得到的植株保持了原品种的遗传特性。

以下为植物体细胞杂交技术流程图，其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞，所含有的染色体组分别是AA和BB。核心点二

植物体细胞杂交技术1．②过程和④⑤⑥过程依据的原理分别是什么？提示：②过程依据的原理是细胞膜的流动性；④⑤⑥过程依据的原理是植物细胞的全能性。2．将若干a和b等量混合，经过②和③过程，c细胞的类型有哪些？(不考虑三个或三个以上的细胞融合，用染色体组成表示)。提示：AA、BB、AAAA、BBBB、AABB。3．科学家采用植物体细胞杂交的方法得到了“番茄—马铃薯”杂种植株，但这种植株并没有地上结番茄、地下长马铃薯。你如何解释这一现象？提示：生物体内基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，两种生物的基因结合到一个细胞中之后，不能按照原来的顺序表达了。1．植物组织培养和植物体细胞杂交的比较项目植物组织培养植物体细胞杂交原理植物细胞的全能性细胞膜具有流动性和植物细胞的全能性过程项目植物组织培养植物体细胞杂交选材根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化不同来源的植物体细胞技术操作脱分化、再分化等除脱分化、再分化外，还要用酶解法去除细胞壁，用一定的方法诱导细胞融合关系植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂2.植物体细胞杂交后代的遗传变化体细胞杂交P1：2n(Aabb)与P2：2m(ccDd)生殖类型无性生殖、育种过程中不遵循孟德尔定律变异类型染色体数目变异染色体数两亲本染色体数之和，即2n＋2m染色体组数两亲本染色体组数之和，即2＋2基因组成两亲本基因型之和，即AabbccDd3．(2023·广东选择性考试)人参皂苷是人参的主要活性成本。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合，以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是(

)A．细胞融合前应去除细胞壁B．高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合C．融合的细胞即为杂交细胞D．杂交细胞可能具有生长快速的优势√C

[在细胞融合前，必须先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，再诱导原生质体融合，A正确；人工诱导原生质体融合有物理法和化学法，用高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合，B正确；两两融合的细胞中有人参根—人参根细胞、人参根—胡萝卜根细胞、胡萝卜根—胡萝卜根细胞，只有人参根—胡萝卜根细胞才是杂交细胞，C错误；杂交细胞含两种细胞的遗传物质，可能具有生长快速的优势，D正确。]4．如图表示利用植物体细胞杂交技术获得杂种植株白菜—甘蓝的过程，以下说法错误的是(

)A．①过程表示利用酶解法去除细胞壁获得原生质体的过程B．②过程可用聚乙二醇诱导原生质体融合C．③过程中高尔基体活动旺盛D．最终获得的杂种植株体细胞内含19条染色体D

[最终获得的杂种植株体细胞内含有两个亲本的全部遗传物质，即含有20＋18＝38条染色体，故D项错误。]√应用创新·问题情境探究03下面是某科研小组研究某植物组织培养过程中的实验数据。编号植物生长调节剂浓度/(mg/L)愈伤组织诱导率/%2，4-D6-BA13052.1±2.225055.2±2.1330.142.4±1.9450.146.9±2.0570.138.6±1.4630.343.7±2.8本案例考查学生演绎与推理的科学思维能力及实验设计和对实验结果的交流讨论的能力。(1)表中2，4-D和6-BA分别是什么类型的植物生长调节剂？(2)诱导愈伤组织的最佳植物生长调节剂浓度是多少？(3)诱导愈伤组织的培养基中加入3%的蔗糖的作用是什么？(4)该实验需不需要光照条件？提示：(1)2，4-D是生长素类调节剂，6-BA是细胞分裂素类调节剂。(2)5mg/L2，4-D，不添加6-BA。(3)提供营养，调节渗透压。(4)不需要光照条件。1．核心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，即细胞具有全能性。2．结论语句(1)植物组织培养的原理是植物细胞的全能性，主要过程包括脱分化和再分化。(2)植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染，所有实验用具要严格灭菌，接种过程要进行严格的无菌操作。(3)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。(4)植物细胞融合依据的生物学原理是细胞膜的流动性，融合成功的标志是杂种细胞再生出细胞壁。学习效果·随堂评估自测041．下列有关植物细胞全能性的说法，错误的是(

)A．体细胞具有发育成完整个体所必需的全部基因B．高度分化的细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性C．植物细胞的全能性是植物组织培养的理论基础之一D．从一粒玉米种子长成一棵植株体现了细胞具有全能性D

[植物的体细胞具有发育成完整个体所必需的全部基因，即植物细胞的全能性，也是植物组织培养的理论基础之一，A、C正确；高度分化的细胞只有处于离体状态且有适宜的生长条件时才有可能表现出全能性，B正确；从一粒玉米种子长成一棵植株是自然生长过程，不能体现植物细胞的全能性，D错误。]12345√2．下列关于“菊花的组织培养”实验的叙述，不正确的是(

)A．该实验的理论依据是植物细胞具有全能性B．在本实验中，应将切好的外植体全部插入培养基中C．实验过程中需要注意器械的灭菌和实验人员的无菌操作D．整个培养过程需要适宜的温度和一定的营养条件B

[在菊花的组织培养实验中，应将切好的外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中，B错误。]√123453．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

[形成愈伤组织需要在消毒、灭菌条件下进行，因为只有在消毒、灭菌条件下，才能保证培养出的组织、细胞避免感染，否则培养基内将长出许多微生物，与离体细胞争夺营养与生存空间，使其不能形成愈伤组织。由于此阶段形成的是愈伤组织，并没有形成具有根、茎、叶的植物体，因此不需要光照。]√123454．下图表示以某种杂合体名贵花卉的绿色叶片为材料，利用植物组织培养技术繁殖该植物过程中出现的不同结果。下列分析正确的是(

)12345A

B

CA．不同结果的出现主要是由是否提供光照造成的B．A通过脱分化得到B，B通过再分化得到CC．利用花粉粒进行单倍体育种也能培养出该杂合子花卉D．B组细胞的全能性高于A组和C组√12345D

[不同结果的出现主要是细胞分裂素与生长素的比例不同导致的，A错误；B(愈伤组织)在不同植物激素比例下分化为