2.1.1 细胞工程-植物细胞工程的基本技术课件-2023-2024学年人教版高二下生物

第1节

植物细胞工程第1课时

植物细胞工程的基本技术第一章从社会中来

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。国画作品《兰》

问题:可利用兰花的一片叶、一片花瓣、一粒花粉或一个细胞进行繁殖来解决上述问题吗？为什么？细胞具有全能性一、细胞的全能性任务1：联系教材P34和必修1，解决问题：1.细胞全能性的概念？

据概念判断：①细胞表现全能性的标志是？

②种子萌发成幼苗，是否体现了细胞的全能性？2.（必修1内容）①细胞具有全能性的原因是什么？②细胞全能性的大小与什么相关？3.在生物生长发育过程中，为什么不是所有的细胞都表现出全能性？4.如何才能让高度分化的植物细胞表现出全能性？细胞内含有该生物的全套遗传信息细胞经分裂和分化后，产生完整生物体或其他各种细胞一般与细胞分化程度呈负相关①受精卵＞胚胎干细胞＞生殖细胞＞体细胞②植物细胞＞动物细胞因为在特定的时间和空间条件下，基因才会进行选择性表达否，种子是植物的胚状结构，相当于是一个个体（P34）植物组织培养技术2.根据概念，判断：

①要使已分化的细胞、组织、器官表现出全能性需要什么条件？②植物组织培养利用的原理：

③植物组织培养的生殖方式

，

细胞分裂方式_________。1.植物组织培养的概念：二、植物组织培养技术任务2：阅读教材P35，解决问题：

指将

的

等，培养在上，给予

，诱导其

的技术。植物器官、组织或细胞人工配制的培养基适宜的培养条件形成完整植株植物细胞具有全能性无性生殖离体②营养物质提供能量，调节渗透压（常用MS培养基）适宜的温度、PH、无菌条件(水、无机盐、蔗糖等有机物和植物激素)有丝分裂①②③①③（课本P116）1.什么是外植体？2.什么是脱分化和再分化？分别是指图中哪个过程（①或②）？3.愈伤组织的特点是什么？4.决定细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素是？

它们如何影响影响植物细胞的发育方向？5.用文字和箭头概述植物组织培养过程？外植体脱分化愈伤组织再分化生芽、生根（或胚状体）生长发育试管苗（植物体）二、植物组织培养技术的过程诱导生芽诱导生根移栽成活接种外植体诱导愈伤组织脱分化再分化②①生长素和细胞分裂素的浓度和比例未分化、不定形、高度液泡化的薄壁细胞任务2：阅读探究实践第1段，解决：生长素细胞分裂素

巧记：生长素多根少芽均愈伤（课本P116）探究.实践一、实验目的：菊

花

的

组

织

培

养注意：1.实验中使用的培养基、器械需要_______处理；操作者、工作台需_______处理；操作过程需要在_______________进行。2.接种注意外植体的方向，不要_____。3.诱导愈伤组织时

，后续培养过程则

。灭菌消毒酒精灯火焰旁倒插不需要光照需要光照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。幼嫩的菊花茎段（生理状况好，细胞分化程度较低，其全能性易表达）二、材料用具：菊花的组织培养探究·实践1.用

擦拭双手和超净工作台台面。将流水充分冲洗后的外植体用

消毒30s，然后立即用

清洗2～3次；再用

溶液处理30min后，立即用

清洗2～3次。酒精酒精无菌水次氯酸钠无菌水外植体消毒(1)注意酒精和次氯酸钠消毒的时间和浓度。对外植体的消毒既要达到消毒的效果，又不能杀死外植体。(2)用无菌水清洗是为了防治消毒液残留，消毒过度杀伤外植体。三、实验步骤：菊花的组织培养探究·实践2.将消过毒的外植体置于无菌的

中，用

吸去表面的水分。用

将外植体切成0.5～1cm长的小段。培养皿无菌滤纸解剖刀3.在

旁，将外植体的

插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养基上做好标记。酒精灯火焰1/3～1/2

不能倒插外植体切段接种外植体三、实验步骤：菊花的组织培养探究·实践4.将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于

℃的

中培养。在培养过程中，定期观察和记录

的生长情况。脱分化5.培养15～20d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导

的培养基上。长出芽后，再将其转移到诱导

的培养基上，进一步诱导形成试管苗。再分化18～22培养箱愈伤组织

避光培养生芽生根1.需要光照

2.先生芽后生根，培养基不同（因为叶绿素的合成需要光）（若先生根后面就不易生芽）有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。培养三、实验步骤：菊花的组织培养探究·实践6.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，待其长大后再移栽入土。每天观察并记录幼苗生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。移栽炼苗三、实验步骤：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“无性生殖”、“有性生殖”）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生殖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2.决定脱分化和再分化的关键激素是

;3.植物组织培养利用的原理：

；4.植物组织培养的生殖方式

，

细胞分裂方式________。下节课前提问外植体脱分化愈伤组织再分化生芽、生根（或胚状体）生长发育试管苗（植物体）植物细胞具有全能性无性生殖有丝分裂生长素和细胞分裂素避光光照

1.植物组织培养流程图：利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？不能，因为两种生物之间存在着天然的生殖隔离。番茄马铃薯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？植物体细胞杂交技术情境分析

将

，在一定条件下

，并把杂种细胞

的方法。任务3：阅读P38，解决问题1.植物体细胞杂交概念：三、植物体细胞杂交技术不同来源的植物体细胞融合成杂种细胞培育成新植物体打破生殖隔离，实现远缘杂交育种2.植物体细胞杂交的意义？3.你知道目前有哪些杂种植株实例吗？1.①代表的过程？去除细胞壁的原因和方法？去璧的植物细胞称为什么？2.杂交过程的关键环节？②代表的过程？诱导融合的方法？融合成功的标志？3.③是什么细胞？④和⑤代表的过程？⑥⑦体现什么技术和原理？4.植物体细胞杂交完成的标志是什么？任务4：阅读P37-38，解决问题：A细胞B细胞愈伤组织①①②②③④⑤5.植物体细胞杂交技术

流程：去除细胞壁原生质体移栽后的植株正在融合的原生质体再生出细胞壁培育出杂种植株脱分化再分化杂种细胞去除细胞壁人工诱导原生质体融合酶解法⑦⑥融合成功的标志杂交完成的标志原理：细胞膜的流动性原理：植物细胞的全能性植物细胞融合技术植物组织培养技术原生质体二思维拓展：原生质体A和原生质体B融合后，获得的所有细胞一定是所需要的杂交细胞吗？如果不是该如何处理？AAABBB筛选ABAB

白菜（2N=18）基因型为AAbb，与甘蓝（2N=18）基因型为YYEe进行体细胞杂交所得植株白菜-甘蓝的细胞中：

染色体数为

，属于

倍体，基因型为________36

四

AAbbYYEe思维提升：原生质体A和原生质体B融合后，杂种细胞的染色体数目发生变化，属于哪种变异类型？染色体数目变异二、植物体细胞杂交技术1.下图是利用甲、乙两种植物的各自优势，通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。下列相关叙述错误的是（

）A.进行a处理时能用胰蛋白酶B.b是诱导融合后得到的杂种细胞C.c是培养后得到的具有耐盐性状的幼芽D.进行d选择时要将植株种在高盐环境中AP38练习与应用二、植物体细胞杂交技术2.科学家在制备原生质体时，有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞的细胞壁。据此分析，蜗牛消化道提取液中可能含有什么成分？纤维素酶和果胶酶。

拓展应用：“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上长番茄、地下结马铃薯，这是为什么？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P38练习与应用1.植物体细胞杂交技术的两大过程及原理：①植物细胞融合②植物组织培养（原理：细胞膜的流动性）（原理：植物细胞的全能性）2.关键环节和两个标志：②植物细胞融合完成的标志：植物体细胞杂交完成的标志：再生出新的细胞壁培育出杂种植株3.意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种4.杂种植株的染色体变化属于哪种变异类型？染色体数目变异下节课前提问①关键环节：原生质体间的融合×土豆西红柿1.通过有性杂交能实现吗？为什么？不能，不同物种之间存在生殖隔离。植物体细胞杂交技术。2.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？【思考·讨论】

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。融合实例+=白菜甘蓝白菜-甘蓝三、植物体细胞杂交技术1.概念A细胞B细胞杂种细胞AB脱分化再分化杂种植株愈伤组织A原生质体B原生质体再生细胞壁2.技术流程AB原生质体原生质体融合去除细胞壁三、植物体细胞杂交技术原生质体：脱去细胞壁的细胞植物细胞=细胞壁+原生质体原生质体④酶解法原理：植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成；酶具有专一性（1）去除细胞壁①去壁原因：细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体间的融合）②方法：酶解法③相关酶：纤维素酶和果胶酶2.技术流程B细胞A原生质体B原生质体去壁去壁A细胞B细胞A原生质体B原生质体去壁去壁A细胞正在融合的原生质体融合杂交过程中的一个关键环节（1）物理方法：

①电融合法

②离心法等（2）化学方法：

①聚乙二醇(PEG)融合法

②高Ca2+—高pH融合法原理:

细胞膜具有一定的流动性注意：去除细胞壁和诱导原生质体融合时，要将细胞放在等渗或略大于的溶液中，比如，在溶液中加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，防止原生质体吸水而涨破，保持原生质体正常。（2）原生质体间的融合融合的原生质体重新产生细胞壁，形成杂种细胞验证再生出新壁的实验：质壁分离和质壁分离复原实验细胞融合完成的标志：细胞壁细胞膜细胞质液泡细胞核概念辨析：原生质体和原生质层原生质体：脱去细胞壁的细胞，包括细胞膜、细胞质、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。【注意】质壁分离的“质”指的是原生质层。原生质层（3）植物组织培养：B细胞A原生质体B原生质体去壁去壁A细胞正在融合的原生质体融合再生出细胞壁杂种细胞愈伤组织杂种植株脱分化再分化细胞杂交完成的标志:培育成新植物体植物细胞融合细胞膜的流动性植物组织培养细胞的全能性若只考虑两两融合有三类：①未融合的细胞②两两融合的细胞③多细胞融合体AAABBB筛选AB高尔基体两亲本染色体数之和两亲本染色体组数之和思考：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、细胞融合后，共有几种细胞类型？符合要求的是哪种？项目

体细胞杂交P1:2n(AaBb)与P2:2m(CcDd)生殖类型变异类型染色体数染色体组数基因组成无性繁殖，育种过程中不遵循孟德尔定律染色体(数目)变异两亲本染色体数之和（2n+2m）两亲本染色体组数之和（2+2）两亲本基因型之和（AaBbCcDd）植物体细胞杂交后代的遗传变化杂种植株是不同于亲本的新物种(与亲本之间均存在生殖隔离)（异源四倍体）打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。意义：注意：为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？（拓展应用P38）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。未解决的问题：有些杂种植株未按照人们的意愿表现出亲代的优良性状三、植物体细胞杂交技术去除细胞壁去除细胞壁脱分化再分化练习(1)原生质体融合时常用的化学法包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法等。()(2)植物体细胞杂交技术的最终目的是得到杂种细胞。()(3)利用物理法或化学法可以直接将两个植物细胞诱导融合。()(4)同一株番茄不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因型一定相同。()√杂种植株××原生质体×不一定，如花粉细胞培养形成的愈伤组织细胞的细胞核中的基因只有体细胞的一半归纳总结：植物组织培养和植物体细胞杂交的比较植物组织培养植物体细胞杂交技术生殖方式原理步骤意义联系植物体细胞杂交技术包括

和

两个过程，植物组织培养是植物体细胞杂交的一个环节，融合的体细胞只有通过植物组织培养才能发育成完整的个体。无性繁殖细胞全能性①脱分化②再分化保持优良性状，繁殖速度快打破生殖隔离，实现远缘杂交育种①去除细胞壁②融合形成杂种细胞③组织培养（脱分化、再分化）细胞膜具有一定的流动性、植物细胞的全能性无性繁殖植物细胞融合植物组织培养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练习用酶解法制备原生质体时，需先用较________(填“高”、“低”)渗透压的蔗糖溶液处理植物细胞，使细胞处于微弱的___________状态，然后用酶去除细胞壁，获得原生质体。通常在等渗或高渗溶液(有利于原生质体的分离及防止原