2.1.2+植物体细胞杂交技术【知识精研+能力提升】高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

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细胞工程概念.P311890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。1907年，哈里森（R.

G.Harrion，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。1951年，张明觉（1908-1991）等发现哺乳动物精子的获能现象。1958年，格登（J.Gurdon，1933-）用非洲爪蟾进行体细胞核移植，成功培育出性成熟个体。同一时期，童弟周（1902-1979）等开展了鱼类细胞核移植工作。1959年试管兔诞生，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.

Köhler，1946-1995）等创立了单克隆抗体技术。1978年，小鼠桑葚胚被成功分割。次年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵羔羊。1981年，埃文斯（M.J.Evans，1941-）等成功分离和培养小鼠的胚胎干细胞。1996年，世界上第一只细胞克隆羊多莉在英国诞生。随后多种克隆动物相继问世。2006年，山中伸弥（S.Yamanaka，1962-）等获得了诱导多能干细胞。我国科学家利用这种细胞培育出了小鼠。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。2017年，我国科学家首次培育出体细胞克隆猴。1902年，哈伯兰特（G.

Haberlandt，1854-1945）提出了细胞全能性的理论，但相关实验尝试没有成功。1958年，斯图尔特（F.

G.

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。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。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发育而成的胚。植物细胞工程动物细胞工程（含胚胎工程）1971年，卡尔森（P.S.

Carlson，1944-2017）诱导烟草种间原生质体融合，获得种间杂种。1974年，土壤农杆菌Ti质粒被发现。第2章细胞工程第1节植物细胞工程----植物细胞工程的基本技术Ihaveadream!能

这

样

操

作

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原

理

是

什

么？植物细胞的全能性1、全能性定义：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、体现全能性的标志：细胞→完整个体或其他各种细胞实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株受精卵发育成个体（动植物）蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰

用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株4、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5、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复习旧知思考：1.是不是所有的活细胞都具有全能性？2.种子发育成植株体现了全能性了吗？3.细胞具有的全能性一定能表现出来吗？不是；例如哺乳动物成熟的红细胞、植物成熟的筛管细胞没有；植物种子种的胚已完成了早期发育，相当于新植物体的幼体，没有体现出细胞具有发育成完整植株的潜能；不一定；例如动物的体细胞

高度分化的植物组织细胞，如叶片和花瓣的细胞如何表现出全能性呢？需要什么条件呢？细胞全能性大小的比较①植物细胞

>

动物细胞(动物细胞只有细胞核表现全能性)。②受精卵

>生殖细胞(精子、卵细胞)>

体细胞。③体细胞：分化程度低的

>

分化程度高的，

细胞分裂能力强的

>

细胞分裂能力弱的，

幼嫩的细胞

>

衰老的细胞。10一、植物组织培养技术01

1、概念：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。3、大致过程：外植体脱分化愈伤组织再分化根、芽完整植株2、理论基础：植物细胞的全能性外植体已经分化的细胞可以经过脱分化，即失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞，进而形成不定形的薄壁组织团块脱分化如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…愈伤组织重新分化为芽、根等器官再分化1958年Steward利用胡萝卜韧皮部诱导分化产生了胚状体，这是人类第一次获得了人工胚状体，并获得个体植株。植物细胞表现出全能性的条件：1离体状态：器官、组织或细胞2一定的营养物质、植物激素3适宜的温度、pH、光照等外界条件（必修一

P118-121）4无菌环境如何让细胞表现全能性呢？内容脱分化再分化过程外植体愈伤组织愈伤组织幼苗形成体特点排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞有根、芽需要条件a.离体b.适宜的营养c.生长素与细胞分裂素d.一般不需光a.离体b.适宜的营养c.生长素与细胞分裂素的比例适中脱分化和再分化的比较探究-实践外植体脱分化愈伤组织再分化根、芽等试管苗完整植株移栽1、原理：2、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、步骤：1）制备外植体2）接种到诱导愈伤组织培养基3）接种到诱导生芽培养基4）接种到诱导生根培养基菊花的组织培养菊花的组织培养菊花的组织培养流水冲洗

→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炼苗、移栽探究•实践防止杂菌生长。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。为什么进行无菌操作？可以灭菌操作吗？菊花的组织培养流水冲洗

→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炼苗、移栽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Expand01拓展一、植物组织培养常用的培养基配方P116二、MS培养基配过程⑴培养基名称：

；⑵物理性质：

；⑶碳源：

。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)；还可以提供能量，调节渗透压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炼苗、移栽

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。探究•实践

接种外植体时，不要倒插！

（将“形态学上端”朝上）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炼苗、移栽探究•实践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。置于黑暗

有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。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炼苗、移栽探究•实践

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。一般要先诱导其生芽，然后诱导其生根如何控制？

进一步探究

若想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，则应如何设计对照实验？①

空白对照：不加任何激素；②

实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1；③

实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1；④

实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1。探究•实践

使用比例

实验结果生长素细胞分裂素>生长素细胞分裂素<生长素细胞分裂素＝有利于根的分化有利于芽的分化促进愈伤组织的形成巧记：高根低芽中愈伤使用顺序实验结果先使用生长素后使用细胞分裂素有利于细胞分裂先使用细胞分裂素，后使用生长素细胞既分裂也分化同时使用分化频率提高简记为：先“生”分裂不分化，后“生”分裂又分化，同“使”分化频率高按照不同的顺序使用这两类激素，会得到不同的实验结果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炼苗、移栽探究•实践

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。置于光照！芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照一般要先诱导其生芽，然后诱导其生根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炼苗、移栽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。探究•实践炼苗！移栽！观察！回顾实验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诱导生芽生根⑥炼苗、移栽植物组织培养过程中应注意的问题：(1)接种时注意外植体的方向，应将外植体的___________插入培养基，不能倒插。(2)培养一株完整的试管苗，必须先进行生芽培养，再进行生根培养。如果顺序颠倒，先诱导生根，就不好诱导生芽了。(3)菊花的组织培养中，愈伤组织的形成一般___________光照，而在再分化的培养过程中，_________一定的光照。(4)试管苗一般在高湿、弱光、恒温等条件下培养生长，出瓶后一定要注意保温、保湿。(5)试管苗的光合作用能力弱，在移栽前应给予较强光照闭瓶炼苗，以促进幼苗向自养苗转化。形态学下端不需要需要Expand02拓展植物组织培养的两种途径胚状体途径器官发生途径类似胚的结构胚状体探究点一植物组织培养技术观察菊花的组织培养流程图，探究以下问题：(1)植物细胞具有全能性的原因是________________________________。由植物组织培养过程可知，植物细胞全能性表现的条件为

、一定的营养条件、适宜__________的诱导、无菌无毒等。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，它们的______、______等都会影响植物细胞的发育方向。(2)植物组织培养过程中________

(填“脱分化”或“再分化”)过程需要光照，光的作用是________________________________________。细胞中含有本物种全套的遗传信息植物激素生长素细胞分裂素浓度比例再分化诱导叶绿素的合成，利于幼苗进行光合作用离体提示

形成层细胞由于分裂旺盛，全能性高，容易诱导形成愈伤组织，其他部分如叶、花全能性低，不易培养成小植株。(3)选用菊花的外植体时，一般选用形成层细胞或组织块，其原因是什么？___________________________________________________________________。(4)为什么说从繁殖方式上看，植物组织培养的繁殖方式是无性繁殖？提示

植物组织培养是在细胞有丝分裂和细胞分化的基础上实现的，此过程并没有生殖细胞的产生，所以是无性繁殖。(5)在植物组织培养的过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？提示

培养物一旦受到微生物的污染，这些微生物会和外植体争夺培养基中的营养物质，并且产生大量对外植体有害的物质，导致外植体死亡。[例1]

植物细胞表现出全能性的必要条件和增殖方式分别是(

)A.脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件；减数分裂B.导入其他植物细胞的基因；有丝分裂C.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内；减数分裂D.脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件；有丝分裂D解析

植物细胞表现全能性的条件：①离体的器官、组织或细胞和适宜的外界条件；②一定的营养(无机、有机成分)和植物激素。植物细胞经组织培养形成植物体，包括脱分化和再分化两个重要的过程，在这两个过程中细胞都是通过有丝分裂方式进行增殖的。[例2]

下面是植物组织培养过程示意图，下列相关说法正确的是(

)AA.上述植物组织培养过程依据的生物学原理是植物细胞具有全能性B.需要对外植体进行严格的灭菌处理，以防止杂菌污染C.外植体若是月季的花药，则图中的①过程需要光照D.外植体若是菊花的根尖组织，因细胞中没有叶绿体，故培养成的新植株叶片无色菊花根尖组织中含有控制叶绿体形成的基因，在培养过程中，基因的选择性表达会使培养成的新植株叶片呈绿色植物体细胞杂交技术02

欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你有什么好妙招？不能。因为两种生物之间存在着天然的生殖隔离利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？“番茄-马铃薯”的假想图

将不同来源的植物细胞，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。（课本P38）植物体细胞杂交技术021.概念：

参考动物细胞融合，若是植物细胞之间的杂交，则应先做什么？得到杂种细胞后，如何培育成植株？自主阅读课本37—38页内容，思考并小组讨论以下问题：1、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？2、诱导原生质体融合的方法有哪些？3、如何将杂种细胞培养成杂种植株？植物体细胞杂交技术022.过程去壁①去壁①融合

②再生新壁③脱分化④再分化⑤移栽植物细胞融合植物组织培养植物体细胞杂交马铃薯细胞番茄细胞马铃薯原生质体番茄原生质体杂种细胞杂种植株去壁①去壁①融合

②再生新壁③脱分化④再分化⑤移栽植物细胞融合植物组织培养植物体细胞杂交杂种细胞杂种植株植物体细胞杂交技术02(1)去除细胞壁①去壁原因：②方法：

③相关酶：

细胞壁阻碍着细胞间的杂交酶解法纤维素酶和果胶酶植物细胞融合光镜下烟草叶肉细胞原生质体原生质体制备

用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，得到原生质体。利用酶的专一性原生质体制备植物体细胞杂交技术02（2）原生质体

间的融合①理论基础：②方法：细胞膜具有流动性物理方法：电融合法、离心法化学方法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法融合后，培养基中有几种类型的细胞？

A、B、AA、BB、AB。（只考虑两两融合）需要进一步筛选

融合完成的标志是重新产生细胞壁，形成杂种细胞。高尔基体A：2a=20

B：2b=30504原生质体融合植物细胞融合

杂种细胞染色体数为？

此过程中起主要作用的细胞器是？

杂种细胞染色体组数为？

从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？染色体数目变异植物体细胞杂交技术02（4）植物体细胞杂交完成的标志：培育成新植物体（3）植物细胞融合完成的标志：再生出新的细胞壁原理？原理？细胞膜的流动性细胞的全能性

主要原因是∶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，所以"番茄—马铃薯"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，它们不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂种植株自然就不能地上结番茄、地下长马铃薯了。

"番茄—马铃薯"杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上结番茄，地下长马铃薯，这是为什么?

Expand02拓展课本P3845植物体细胞杂交技术02打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等3、意义：融合实例:探究点二植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术流程图如下：(1)图中过程：①为____________，②为__________________，③为________，④为________。(2)获得原生质体时，应在______

(填“低渗”或“等渗”)溶液中进行，理由是______________________________。(3)若只考虑细胞两两融合，经过程②后可得到____种细胞，其中符合要求的细胞中含有____个染色体组。去除细胞壁再生出新的细胞壁脱分化再分化等渗低渗溶液中原生质体易吸水涨破34(4)通过体细胞杂交获得的植株是否可育？说出你的理由。提示

可育，通过体细胞杂交获得的植株为异源四倍体，含有同源染色体，可以正常联会。(5)从新品种培育的角度分析，植物体细胞杂交技术最大的优点是什么？提示

打破生殖隔离，使不同种植物杂交成为可能。[例3]

甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分