2.1植物细胞工程的基本技术【知识精讲精研】高二下学期生物人教版选择性必修3

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。第2章

细胞工程原理和方法操作水平目的分类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获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品细胞器、细胞或组织植物细胞工程和动物细胞工程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。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。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。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1902年1958年1960年1964年1971年1974年【科技探索之路】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。第1.1节植物细胞工程的基本技术目标导航1.概述植物组织培养和植物体细胞杂交技术的原理和过程2.举例说明植物细胞工程的应用有效提高了生产效率3.尝试进行植物组织培养第二章细胞工程利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。

“其茅葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨（dài）夫花开，凝晴滚露，万态千妍，薰（xūn）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（zhānɡ）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？【从社会中来】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

叶插成功多肉进行叶插繁殖为什么多肉叶片能发育成植株？需要具备哪些条件？【从社会中来】叶子花瓣花粉细胞植物体植物细胞工程的基本技术植物组织培养植物体细胞杂交植物细胞工程的理论基础是什么?细胞的全能性植物细胞工程的基本技术1.细胞的全能性：2.体细胞具有全能性的根本原因：

一.细胞的全能性细胞经过分裂和分化后，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受精卵＞生殖细胞＞体细胞

②植物细胞＞动物细胞

③分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞每个细胞都含有该物种所特有的全套遗传物质。3.生物体生长发育过程中并不是所有细胞都表现出全能性（1）不体现全能性的实例：芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶（2）不体现全能性的原因：基因在特定时间、空间条件下选择性表达4、植物细胞表现出全能性的条件：（1）离体（2）一定的营养物质、植物激素（3）适宜的温度、pH、无菌等外界条件3.过程：外植体脱分化愈伤组织再分化根、芽等试管苗驯化移栽完整植株二.植物组织培养技术外植体：离体的植物器官、组织或细胞接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽诱导生根移栽成活脱分化再分化再分化1.概念：指将离体的植物器官、组织或细胞（称为外植体）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。2.原理：植物细胞的全能性二.植物组织培养技术1.什么是外植体？2.什么是脱分化？3.什么是愈伤组织？4.什么是再分化？离体的植物器官、组织或细胞在一定的激素和营养条件的诱导下，使已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变为未分化的细胞。未分化的细胞，不定形的薄壁组织团块愈伤组织重新分化成芽、根等器官愈伤组织阅读课本：思考并回答一下问题

离体、无菌条件、种类和比例适宜的营养物质、植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）的诱导和调节、适宜的外界条件（温度、pH、光照等）。5.适宜的培养条件：生长素/细胞分裂素效果比值高时比值低时比值适中植物激素在组织培养中的作用有利于根的分化，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课堂延展探究实践

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.实验目的：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。3.材料用具①外植体：幼嫩的菊花茎段(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：湿热灭菌法探究实践

菊花的组织培养1）培养基名称：

；2）物理性质：

；3）碳源：

。拓展1：植物组织培养常用的培养基配方P116MS培养基

固体培养基有机碳源（蔗糖）流水冲洗

→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。外植体的消毒外植体的切段接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽生根移栽外植体的消毒外植体的切段将消过毒的外植体置于无菌培养皿中→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。探究实践

菊花的组织培养外植体的消毒外植体的切段接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽生根移栽接种外植体1.接种外植体在什么附近进行？2.将外植体接种到什么培养基中？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探究实践

菊花的组织培养注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插！（将“形态学上端”朝上，下端朝下）外植体的消毒外植体的切段接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽生根移栽诱导愈伤组织1.诱导愈伤组织的培养基中生长素和细胞分裂素的比例？2.应该置于光照条件还是黑暗条件下培养？3.培养基提供的碳源应是有机碳源还是无机碳源？1：1黑暗条件有机碳源探究实践

菊花的组织培养探究实践

菊花的组织培养1.诱导生芽生根的培养基中生长素和细胞分裂素的比例？2.应该置于光照条件还是黑暗条件下培养？外植体的消毒外植体的切段接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽生根移栽诱导生芽生根需光照。移栽3.培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？注意：先诱导生芽，再诱导生根！生芽过程：生根过程：

生长素比例少、有机营养、不需光照；生长素比例多、无机营养、需光照。

的植物器官、组织或细胞

组织植物体A、

分化B、

分化1、A过程进行

分裂,不分化。2、B过程进行

分裂同时也进行分化3、A

光照，遮光。而B

光照，叶绿素的合成需光照（排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞）愈伤脱再细胞分裂素、生长素有丝有丝不需需离体胚状体探究实践

菊花的组织培养(1)在植物组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？提示：避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。(2)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。(3)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。(4)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提示：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，愈伤组织中不含有叶绿体。探究实践

菊花的组织培养

：

结果分析与评价

若细胞不离体，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，不能表现出全能性；植物组织培养中细胞表现出全能性的条件（2）离体（最关键）:①对操作环境、双手、外植体进行消毒；②对培养基和器械进行灭菌；③接种操作必须在酒精灯火焰旁进行；（4）适宜的培养条件:（5）适宜浓度和比例的激素:（6）适宜的营养条件:温度,光照包括有机营养成分、无机营养成分主要是生长素和细胞分裂素（3）严格的无菌条件:（1）细胞的结构完整、活性正常课堂小结1.A、B过程分别为

。C是

。

A过程细胞分裂方式是

，

B过程细胞分裂方式是

,同时也进行

。A过程一般

光照；B过程需要光照，因为

。2.影响A、B过程的关键因素是

，主要是

和

，二者添加的

会影响脱分化和再分化过程。3.植物组织培养是一个

过程。（填“无性繁殖”、“有性繁殖”）植物体根、芽或胚状体外植体脱分化再分化

有丝分裂细胞分化植物激素细胞分裂素生长素无性繁殖AB有丝分裂浓度及比例【练习】下列是植物组织培养流程图，请回答：C脱分化、再分化愈伤组织不需要叶绿素的合成需要光照问题情景：欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你有什么妙招？利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？不能。因为不同种物种之间存在着生殖隔离思考：有没有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？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①①②与高尔基体有关原生质体原生质层原生质体细胞壁细胞膜细胞质液泡细胞核原生质层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①去壁原因：

。②方法：

。③相关酶：

。*为什么用上述酶？___________________________________*酶解法利用了原理？___________*纤维素酶和果胶酶的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？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使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常（1）去除细胞壁相关提醒相关提醒原生质体原生质层方法：物理方法：电融合法、离心法化学方法：聚乙二醇（PEG）融合法、

高Ca2+-高pH融合法理论基础：细胞膜具有流动性

原生质体细胞壁细胞膜细胞质液泡细胞核原生质层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（2）原生质体间的融合融合的原生质体重新产生细胞壁，形成杂种细胞思考：1、参与此过程中的主要细胞器是？2、杂种细胞的染色体数是多少？3、杂种细胞染色体组数是多少？4、融合后，培养基中有几种类型的细胞？验证再生出新壁的实验：质壁分离和质壁分离复原实验（3）细胞融合完成的标志*：高尔基体两亲本染色体数之和两亲本染色体组数之和①未融合的细胞：A、B②两两融合的细胞：AA、BB、AB③多细胞融合体需要进一步筛选相关提醒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.理论基础：细胞膜具有一定的流动性植物细胞的全能性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。三、植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交过程原生质体A原生质体B去壁方法？产物促融方法？遗传物质?1.去除细胞壁2.原生质体融合杂种植株(番茄马铃薯)愈伤组织杂种细胞纤维素酶、果胶酶物理方法和化学药剂:聚乙二醇杂种细胞再生出细胞壁植物组织培养植物细胞融合总结两两融合类型有？原生质体融合成功的标志?脱分化再分化1.植物体细胞杂交过程中，杂种植株属于哪种变异类型？属于几倍体植物？提示：杂种植株的变异类型属于染色体数目变异。杂种植株的染色体数目通常是两亲本细胞染色体数目之和，杂种植株属于异源多倍体。2.植物体细胞杂交过程中，得到的杂种植株是否可育？提示：判断是否可育需看同源染色体能否正常联会。植物体细胞杂交得到的杂种植株中，同源染色体能正常联会，所以可育。问题思考1.假设用于体细胞杂交的双方细胞都有2个染色体组，则杂种细胞有4个染色体组，由杂种细胞发育而来的杂种植株被称为异源四倍体。该杂种植株联会正常，表现为可育。2.植物体细胞杂交过程中杂种细胞类型(假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B)(1)未融合的