植物细胞工程+新教材课件 【知识精研+拓展延伸】高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

第2章

细胞工程细胞工程

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、动物细胞工程植物细胞工程的发展历程1.

1902年，哈伯兰特（G.Haberlandt,1854-1945)提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。2.

1958年，斯图尔德（E.C.Steward,1904-1993)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。3.

1960年，科金（E.C.Cocking,1931-)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。4.1971年，卡尔森（P.S.Carlson,1944-2017)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。1964年，古哈（S.Guha,1938-2007)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。5.

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。动物细胞工程（含胚胎工程）1.1890年，希普（W.Heape,1855-1929)将安哥拉兔的胚胎移入比利时兔的输卵管内，得到了两只安哥拉兔，这是世界上胚胎移植成功的首例。2.1907年，哈里森（R.G.Harrison,1870-1959)用一滴淋巴液成功培养了蝌蚪的神经元，首创了动物组织体外培养法。3.1951年，张明觉（1908-1991)等发现了哺乳动物精子的获能现象。4.1958年，格登（J.Gurdon,1933-)用非洲爪蟾进行体细胞核移植实验，成功培育出性成熟个体。同一时期，我国科学家童第周（1902-1979)等开展了鱼类细胞核移植工作。5.1959年，试管家兔诞生。之后，多种试管动物相继出生。1975年，米尔斯坦（C.Milstein,1927-2002)和科勒（G.Kohler,1946-1995)等创立了单克隆抗体技术。动物细胞工程的发展历程6.1975年，米尔斯坦（C.Milstein,1927-2002)和科勒（G.Kohler,1946-1995)等创立了单克隆抗体技术。7.1978年，小鼠的桑甚胚被成功分割。次年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵美羊。8.1996年，世界上第一只体细胞克隆羊多莉在英国诞生。随后多种克隆动物相继问世。9.1981年，埃文斯（M.J.Evans,1941-)等成功分离和培养了小鼠的胚胎干细胞。10.2006年，山中伸弥（S.Yamanaka,1962-)等获得了诱导多能干细胞。我国科学家用这种细胞培育出了小鼠。11.2014年，世界上第一个用单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿在我国诞生。12.2017年，我国科学家首次培育了体细胞克隆猴。动物细胞工程的发展历程细胞工程植物细胞工程动物细胞工程植物组织培养动物细胞融合植物体细胞杂交动物细胞培养单克隆抗体技术核移植

第1节

植物细胞工程兰花（学名：Cymbidiumssp.）单子叶植物纲、兰科、兰属植物通称高贵典雅兰花种子通常发育不全，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？

一植物细胞工程的基本技术ZHIWUXIBAOGONGCHENGDEJIBENJISHU一、细胞工程的理论基础1.细胞的全能性：

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。2.具有全能性的原因：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质。3.体现细胞全能性的标志：细胞→完整个体或其他各种细胞4.在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现全能性的原因：基因在特定时间、空间条件下选择性表达细胞全能性实例：——多肉进行叶插繁殖1.选取多肉上健康、饱满的叶片。2.用剪刀切下整片叶片，切口要平滑、整齐。也可以直接用手轻轻掰下叶片。3.平躺放在沙床上，叶片间隔相聚2~3厘米。4.叶片切口不要有碰脏，摆放通风处2~3天，晾干。5.待叶片晾干后移至半阴处养护。6.约2~3周后生根，或从叶基处长出不定芽。7.叶插成功5.实例

（1）表现出全能性的例子：（2）未表现出全能性的例子：①利用菊花茎段培养获得试管苗；②利用胡萝卜的韧皮部细胞培养获得胡萝卜幼苗；③芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶；④受精卵发育成个体；⑤一粒玉米种子长成一棵植株；⑥神经干细胞分化形成各类神经细胞；⑦蜜蜂的孤雌生殖中，卵细胞直接发育成雄蜂；⑧通过花药离体培养，获得单倍体幼苗；⑨胚胎干细胞可分化发育成为各种组织器官的细胞；⑩造血干细胞可分化形成多种血细胞；*多莉羊的诞生有没有表现出动物细胞的全能性？①②④⑦⑧⑨③⑤⑥⑩只表现了动物细胞核的全能性6.全能性大小比较（1）受精卵、体细胞、生殖细胞________________________________________（2）分化程度高的细胞、分化程度低的细胞________________________________________（3）分裂能力强的细胞、分裂能力弱的细胞

________________________________________（4）植物细胞、动物细胞________________________________________（5）幼嫩的细胞、衰老的细胞________________________________________分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞分裂能力强的细胞＞分裂能力弱的细胞受精卵＞生殖细胞＞体细胞植物细胞＞动物细胞幼嫩的细胞＞衰老的细胞（1）离体状态（2）种类齐全、比例适合的营养物质、激素等（3）适宜的外界条件7.细胞表现全能性的条件

植物组织培养是指在无菌条件下，将离体的植物的器官、组织、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）概念外植体如：茎尖、根尖无性生殖有丝分裂植物细胞的全能性生殖方式：分裂方式：原理：1.植物组织培养二.植物细胞工程的基本技术（2）植物组织培养的条件：1.植物组织培养二.植物细胞工程的基本技术离体无菌培养基适宜的外界条件培养基：①种类齐全、比例适合的营养物质

②植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）诱导和调节生长素/细胞分裂素

结果比值高(＞1)比值低(＜1)比值适中(=1)有利于根的分化，抑制芽的形成有利于芽的分化，抑制根的形成促进愈伤组织的形成蔗糖：提供能量、调节渗透压。1.植物组织培养二.植物细胞工程的基本技术(3)一般过程：外植体

愈伤组织

根、芽等

试管苗

完整植株脱分化再分化驯化移栽1.植物组织培养二.植物细胞工程的基本技术(2)一般过程外植体

愈伤组织

根、芽等

试管苗

完整植株脱分化再分化驯化移栽A.外植体：离体的植物器官、组织、细胞或原生质体。

植物的茎尖、幼嫩的叶片、花药是常用的外植体。B.脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功

能而转变成未分化细胞的过程。

思考：若培养物取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，愈伤组织中是否会含有叶绿体？为什么？

愈伤组织中不含有叶绿体；

培养物经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞，因此，愈伤组织中不含有叶绿体愈伤组织代谢类型？异养需氧型1.植物组织培养二.植物细胞工程的基本技术(2)一般过程外植体

愈伤组织

根、芽等

试管苗

完整植株脱分化再分化驯化移栽C.愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状

态的薄壁细胞团。注意：无叶绿体，可进行有丝分裂1.植物组织培养二.植物细胞工程的基本技术(2)一般过程外植体

愈伤组织

根、芽等

试管苗

完整植株脱分化再分化驯化移栽D.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

成胚状体、根、芽等,这个过程叫做再分化。脱分化过程中涉及的生命活动：_________________________________只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化再分化过程中涉及的生命活动：_________________________________既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化愈伤组织的细胞排列疏松而无规则是一种高度液泡化的无定形状态的细胞。愈伤组织形成以后，如果在原来的培养基上续培养，就会由于培养基中养分不足或有毒代谢产物的，导致愈伤组织生长停止，甚至老化变黑乃至死亡。如果要愈伤组织续生长增殖，必须定期地将它们分成小块，接种到新鲜的培养基上，这样愈伤组织就可以长期保持旺盛的生长。愈伤组织的再分化主要有两种方式。一种是不定芽方式，就是在某些条件下，愈伤组织的细胞发生分化，形成不同的器官原基，再逐渐形成芽和根。另一种是胚状体方式，就是由愈伤组织诱导分化出的具有胚芽、胚根、胚轴的类似于胚的结构。能够产生胚状体的愈伤组织常见于胡萝卜、芦笋、玉米和小麦等植物。小贴士胚状体：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（类似于自然种子胚(合子胚)的结构,），因而统称为胚状体。根、芽植物体脱分化再分化培养条件：①无菌②营养物质③适宜环境条件（温度、PH、光等）④植物激素：

细胞分裂素生长素2.

植物组织培养技术的一般过程细胞排列疏松不规则，高度液泡化，呈不定形状态的薄壁组织团块愈伤组织离体的植物器官、组织或细胞（外植体）愈伤组织重新分化为芽、根等器官失去特有结构和功能转变成未分化的细胞特点：子代与亲代性状高度遗传菊花的组织培养1.实验原理①植物细胞一般具有______；全能性②在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过______和______，形成________，长出_________，进而发育成__________；脱分化再分化胚状体芽和根完整的植株③植物激素中______和__________是启动_________、______和______的关键激素，它们的_____、_____等都会影响植物细胞的发育方向；生长素细胞分裂素细胞分裂脱分化再分化浓度比例2.材料用具①外植体：幼嫩的菊花茎段(分化程度低，容易诱导形成愈伤组织)②体积分数为70%的酒精：对手、超净工作台、外植体进行消毒③质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液:对外植体进行消毒④无菌水:清洗外植体⑤培养基（参见本书附录1）包括无机营养成分（水和无机盐）、有机营养成分（蔗糖、氨基酸、维生素等）、特定浓度和比例的激素（主要是生长素和细胞分裂素）；蔗糖的作用：提供能量，调节渗透压灭菌方法为：湿热灭菌法植物组织培养技术案例：菊花的组织培养

常用的培养基是____________，主要成分包括：

①____________：N、P、S、K、Ca、Mg等。

②____________：B、Mn、Cl、Zn、Fe、Mo、I、Co等。

③有机物：甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素、以及________（葡萄糖/蔗糖）等。MS培养基大量元素微量元素蔗糖配制过程：1.配制各种母液。大量元素浓缩

倍，微量元素浓缩

倍2.培养基ph：

。10100偏中性（5.8左右）3.方法步骤（1）消毒①双手和超净工作台台面:用酒精擦拭②外植体:

流水冲洗→酒精消毒30s→立即用无菌水清洗2～3次→次氯酸钠溶液处理30min→立即用无菌水清洗2～3次。（2）外植体切段

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。既要考虑消毒效果，又要考虑植物耐受力（3）接种外植体

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，并在培养瓶上作好标记。注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插！（4）脱分化

将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18～22℃的培养箱中培养。在培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况。注意：该过程一般不需要光照形态学下端插入有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织。（5）再分化

培养15～20d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→将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。注意：注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根；该过程每日需要给予适当时间和强度的光照！（6）移栽培养

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，待其长壮后再移栽入土。每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照思考：整个过程中使用的培养基中，生长素/细胞分裂素的比值大小是如何变化的？比值适中→比值低→比值高(1)植物体的任何细胞都具有全能性，也都能表现出全能性(

)(2)脱分化和再分化是植物组织培养的重要过程(

)(3)在植物组织培养时，对外植体要进行灭菌处理(

)(4)诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基完全一样(

)判断正误×√××(1)为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？提示避免杂菌与培养物竞争营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。(2)高度分化的细胞是如何启动细胞分裂、脱分化和再分化的？提示需要在一定的激素和营养等条件的诱导下。(3)在植物组织培养的过程中，如何控制光照条件？提示脱分化过程中一般不需要光照，但是再分化过程中需要给予适当时间和强度的光照。1.(2021·辽宁高二期中)下列有关菊花组织培养的叙述，错误的是A.对外植体需要消毒处理，对培养基需要高压蒸汽灭菌处理B.产生愈伤组织是细胞脱分化的结果，受基因选择性表达的调控C.要先诱导生根后再转接到诱导生芽培养基上进一步形成试管苗D.幼苗要先移植到消过毒的蛭石或者珍珠岩等环境下生活一段时间典题应用及时反馈知识落实√解析将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上培养，长出芽后再诱导生根，C错误。2.(2021·合肥检测)植物组织培养依据的原理、培养基本过程的顺序及诱导的植物激素分别包括①植物细胞的全能性②离体的植物器官、组织或细胞③根、芽④生长素和细胞分裂素⑤生长素和乙烯⑥愈伤组织⑦再分化⑧脱分化⑨完整植株A.①、②⑦⑥⑧③⑨、④B.①、②⑧⑥⑦③⑨、④C.①、⑥②⑨⑧③⑦、⑤D.①、②⑨⑧⑥⑦③、⑤√问题探讨

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。讨论：用传统的有性杂交方法能得到杂种后代吗？为什么？不能；因为两种生物之间存在着生殖隔离；有没有一种方法可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，获得“番茄-马铃薯杂种植株”呢？尝试用这两种植物的体细胞进行杂交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？2．有没有一种温和的去壁方法呢？请思考：去细胞壁酶解法纤维素酶和果胶酶细胞壁阻碍着细胞间的杂交拓展：①原生质体是指植物细胞去除细胞壁后剩余的部分，包括细胞膜、细胞质和细胞核。动物细胞也可看做是原生质体。②原生质层是指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，包括细胞膜、细胞质、液泡膜。区分原生质体与原生质层：【注意】质壁分离的“质”指的是原生质层。原生质层三、植物体细胞杂交技术1.过程A细胞B细胞纤维素酶果胶酶1.去壁：酶解法正在融合的原生质体再生出细胞壁2.诱融物理法：化学法：电融合法、离心法聚乙二醇（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融合完成的标志思考：1.获得的所有细胞一定是需要的杂交细胞吗？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2.若只考虑两两融合，原生质体A和原生质体B可以形成几种融合细胞？哪种融合细胞才是符合要求的？AAABBB筛选AB3.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：

；基因型：

；属于可遗传变异类型中的

。2x＋2y4个AabbccDd染色体数目变异得到的杂种植株为____倍体理论上该植株可育吗？四*异源四倍体可育，有同源染色体，同源染色体能联会，可形成配子两亲本染色体数之和两亲本染色体组数之和两亲本基因型之和2.植物体细胞杂交的概念：

植物体细胞杂交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植物体的技术。3.原理：4.两个标志（1）植物细胞融合完成的标志：再生出新的细胞壁（2）植物体细胞杂交完成的标志：培育成新植物体5.实例：白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等。6.意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。相关细胞器：高尔基体、线粒体体细胞杂交利用了细胞膜具有一定的流动性。（结构特性）杂种细胞培育成植株利用了植物细胞的全能性。7.生殖方式：________8.分裂方式：________无性生殖有丝分裂识图：数字代表过程，字母代表细胞、组织或植株①_______________a/b_____________②_______________c_______________③_______________d_______________④_______________e_______________⑤_______________f_______________①②③___________④⑤____________

去除细胞壁原生质体原生质体间的融合正在融合的原生质体再生出新的细胞壁杂种细胞脱分化愈伤组织再分化杂种植株植物细胞融合植物组织培养思考：杂种植株包含两个物种的全部遗传物质，各种基因都包含在内，却未按照人们的要求表现出亲本所有的性状，例如“番茄-马铃薯”并没有地上结番茄，地下长马铃薯，这是为什么？

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，杂种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，它们不能像在原植株细胞内实现有序表达，因此不