生物（人教版选修3）课件2.1植物细胞工程

专题二细胞工程2．1植物细胞工程1．了解细胞工程的含义。2．掌握植物组织培养技术的过程及用途。3．理解植物体细胞杂交技术的过程。4．举例说明植物细胞工程的应用。一、细胞工程的含义原理和方法

生物学和

生物学操作水平

水平或

水平目的按照人的意愿改变细胞内的

或获得___________分类

细胞工程和

细胞工程细胞分子细胞细胞器遗传物质细胞产品植物动物二、植物细胞的全能性1．含义：具有某种生物

的任何一个细胞，都具有发育成

的潜能。2．脱分化：让

的细胞，经过诱导后，失去其特有的

而转变成未分化细胞，进而形成

。3．再分化：

在一定的培养条件下，分化出

，进而形成完整小植株。全部遗传信息完整生物体已经分化结构和功能愈伤组织愈伤组织幼根和芽细胞的全能性

脱分化愈伤组织(2)过程取材：消毒后选取根的

部位，切取1cm3左右的小块，因为该部位容易诱导形成愈伤组织

接种：将组织块接种到诱导培养基上，诱导出

培养：在23℃～26℃恒温

条件下培养一段时间，再将愈伤组织转接到

培养基上培养诱导出试管苗

移栽：将试管苗移栽到大田，培养成正常植株形成层愈伤组织避光分化3．概念：在

和

条件下，将

的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生

、

，最终形成完整的植株。无菌人工控制离体愈伤组织丛芽1．不同的细胞全能性大小相同吗？提示：不同的细胞全能性表达的难易程度不同，一般来说，有以下特点：(1)植物细胞>动物细胞；(2)受精卵>生殖细胞>体细胞；(3)分化程度低的细胞>分化程度高的细胞。四、植物体细胞杂交技术1．概念将不同种的植物

，在一定条件下融合成

，并将其培育成

的技术。体细胞杂种细胞新的植物体2．杂交过程(以番茄—马铃薯植株培育为例)3．融合成功的标志杂种细胞再生出

。4．意义克服不同种生物

的不亲和性。细胞壁远缘杂交2．植物细胞A和B去除细胞壁后的原生质体两两融合后有几种？提示：三种，A－A、B－B、A－B。五、植物细胞工程的应用1．植物繁殖的新途径单倍体

纯合子

稳定遗传

缩短

(2)突变体及利用①产生：在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的

而易受培养条件和外界压力(如辐射、化学物质等)的影响而产生

。②利用：从产生突变的个体中筛选出对人类有用的

，进而培育成新品种。③实例：抗

的甘蔗，抗

的野生烟草、抗

的白三叶草等。分生状态突变突变体花叶病毒盐碱除草剂3．细胞产物的工厂化生产(1)细胞产物种类：

等。(至少5种)(2)技术：植物

技术。(3)实例：我国利用植物组织培养技术实现了大量生产

；另外，三七、紫草和银杏的

也都已经实现了工厂化生产。蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱组织培养人参皂甙干粉细胞产物一、植物组织培养及其原理1．植物组织培养的原理——细胞的全能性(1)全能性的原因：一般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，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。(2)全能性的高低(通常情况下)：①受精卵>配子>体细胞。②植物细胞>动物细胞。③具有持续分裂能力的细胞>不分裂的细胞。④分化程度低的细胞>分化程度高的细胞。2．植物细胞全能性表达所需条件(1)体细胞未表现全能性的原因：基因的选择性表达。(2)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的植物激素外界条件①无菌操作②光照：愈伤组织培养最初避光培养，后期见光培养3.组织培养过程注意的问题(1)灭菌：①所有的实验用具严格灭菌。②接种过程严格的无菌操作。(2)严格控制光照：在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，而在分化再生的阶段一定要有光照。因为愈伤组织诱导阶段的暗培养有利于细胞的脱分化，产生愈伤组织，若有光照则容易分化产生维管组织，不利于产生大量的愈伤组织。(3)植物激素比值的控制：生长素/细胞分裂素的比值作用效果比值高时有利于根的分化、抑制芽的分化比值低时有利于芽的分化、抑制根的分化比值适中时促进愈伤组织的生长 “迷你植物”是通过植物组织培养技术，在人工控制的无菌环境下，生长在玻璃或透明塑料容器等相对密封的空间内的一系列微型植物的总称，如图甲所示。图乙是“迷你植物”组织培养过程示意图，图丙是两种植物激素对愈伤组织分化的影响示意图。回答下列问题：(1)培育“迷你植物”的原理是植物细胞具有______。为了使培育的“迷你植物”无病毒，选材时一般选取茎尖或根尖，原因是______________________________________________。(2)为了保证“迷你植物”的正常生长，容器内装有的凝胶状透明培养基中需要含有植物生长所需要的________________________________________________________________________。(3)培育“迷你植物”时，为了有利于嫩枝组织细胞启动细胞分裂形成愈伤组织，常常需要在配制好的培养基中添加______。嫩枝组织细胞接种后2～5天，若发现其边缘局部污染，可能的原因是___________________________________。(4)在图乙中，若愈伤组织没有形成根，但分化出了芽，其原因可能是______________；若要获得更多的愈伤组织，培养基中两种植物激素的含量应该是________________________________________________________________________。(5)切取若干光照处理后幼苗芽尖处的组织块，消毒后，接种到培养基中培养，该培养基中两种植物激素浓度相同。从理论上分析，分化的结果是生根；原因是________________________________________________________________________。解析：植物细胞具有全能性，这是植物组织培养的原理，为了保证“迷你植物”的正常生长，培养基中一定要消毒、灭菌，植物组织培养基中需无机盐及水分。植物组织培养过程中，启动细胞分裂和愈伤组织分化离不开植物激素。培养嫩枝组织细胞时发生局部污染，可能原因是嫩枝消毒不彻底。从图丙可知，植物激素的种类及其浓度配比会影响愈伤组织分化的方向，具体结合图示和题干信息回答即可。答案：(1)全能性茎尖或根尖病毒很少，甚至无病毒(2)各种无机盐和水分(3)植物激素嫩枝消毒不彻底(4)培养基中生长素较少，细胞分裂素较多细胞分裂素中等量，生长素少量(5)原培养基中细胞分裂素与生长素的浓度相等，而经光照后的幼苗芽尖处组织块含较多生长素1．下图为植物组织培养的过程。据图分析下列叙述正确的是(

)A．⑤植株根尖细胞的全能性比①植株根尖细胞的强B．②试管的培养基中含有植物生长调节剂，不含有机物C．③试管中的细胞能进行减数分裂D．调节④培养基中植物生长调节剂的比例可诱导产生不同的植物器官解析：⑤植株根尖细胞的全能性与①植株根尖细胞的相同；②试管的培养基中含有植物生长调节剂和有机物等；③试管中的细胞进行的分裂方式为有丝分裂；调节④培养基中植物生长调节剂的比例，可诱导产生根和芽。答案：D二、植物体细胞杂交技术1．原理：细胞膜的流动性(原生质体融合)、植物细胞的全能性(植物组织培养)。2．操作流程步骤图解做法原生质体的获得酶解法(纤维素酶、果胶酶)去除细胞壁，得到原生质体杂种细胞的形成通过一定的技术手段(电刺激、聚乙二醇诱导等)进行人工诱导实现原生质体的融合杂种植株的产生对杂种细胞进行植物组织培养3.优点(1)克服了植物远缘杂交不亲和的障碍，可以将不同物种的优良性状集合于一体。(2)可以定向地改良生物性状。4．植物组织培养和植物体细胞杂交名称植物组织培养植物体细胞杂交原理细胞的全能性细胞膜的流动性和细胞的全能性过程名称植物组织培养植物体细胞杂交注意事项(1)取材：选取有形成层的部位最容易诱导形成愈伤组织(2)光照：在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，有利于细胞的脱分化产生愈伤组织。当愈伤组织分化出芽和叶时，一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成(1)去壁方法：酶解法，所用的酶是纤维素酶和果胶酶(2)人工诱导融合的方法：物理法：离心、振动、电激化学法：聚乙二醇【特别提醒】(1)杂种细胞产生的标志是新细胞壁的形成，植物体细胞杂交技术完成的标志是得到杂种植株。(2)植物体细胞杂交技术的结果是产生新的植株，包括制备原生质体、诱导原生质体融合和植物组织培养三个过程。 (2013天津高考)花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病。野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化，并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合，以获得抗黑腐病杂种植株。流程如下图。据图回答下列问题：(1)过程①所需的酶是________________________________________________________________________。(2)过程②后，在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的______存在，这一特征可作为初步筛选杂种细胞的标志。(3)原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压，其作用是________________。原生质体经过______再生，进而分裂和脱分化形成愈伤组织。(4)若分析再生植株的染色体变异类型，应剪取再生植株和______植株的根尖，通过______、______、染色和制片等过程制成装片，然后在显微镜下观察比较染色体的形态和数目。(5)采用特异性引物对花椰菜和黑芥基因组DNA进行PCR扩增，得到两亲本的差异性条带，可用于杂种植株的鉴定。下图是用该引物对双亲及再生植株1～4进行PCR扩增的结果。据图判断，再生植株1～4中一定是杂种植株的有______。(6)对杂种植株进行______接种实验，可筛选出具有高抗性的杂种植株。解析：(1)过程①是利用纤维素酶和果胶酶去除幼叶细胞和根细胞的细胞壁，制备相应原生质体；(2)过程②在PEG的作用下两个原生质体融合在一起，形成杂种细胞，来自幼叶的原生质体中有叶绿体存在，可以作为显微镜下初步筛选杂种细胞的标志；(3)原生质体及刚形成的杂种细胞因为没有了细胞壁的束缚作用，必须浸泡在适宜浓度且无毒害作用的等渗溶液中，以保持原生质体的完整性，原生质体经过细胞壁的再生后，才能进而分裂和脱分化形成愈伤组织。

(4)若分析再生植株的染色体变异类型，应剪取再生植株和双亲植株的分生组织(如根尖)，通过解离、漂洗、染色和制片等过程制成装片，再在显微镜下观察比较染色体的形态和数目。(5)识图可判断再生植株1～4中一定是杂种植株的有1、2、4；(6)对杂种植株进行黑腐病菌接种实验，可筛选出具有高抗性的杂种植株。答案：(1)纤维素酶和果胶酶(2)叶绿体(3)保持原生质体完整性细胞壁(4)双亲(或花椰菜和黑芥)解离漂洗(5)1、2、4(6)黑腐病菌【名师点睛】区分植物组织培养与植物体细胞杂交的方法(1)看后代：①植物组织培养是利用单一亲本的组织或细胞，经培养使之增殖、分化成为一个完整植株，为无性生殖过程，因此其后代一般均能保持该亲本的遗传特性。②植物体细胞杂交的本质是将两种不同来源的原生质体，在人为条件下进行诱导融合。由于植物细胞具有全能性，融合之后的杂种细胞可以再生出具有双亲性状的杂种植株。(2)看关系：杂种细胞需经植物组织培养才能发育为具有双亲遗传特性的杂种植株，否则将无任何意义，因此，植物组织培养是植物体细胞杂交的基础。2．(2013重庆高考)某兴趣小组拟用组织培养繁殖一种名贵花卉，其技术路线为“取材→消毒→愈伤组织培养→出芽→生根→移栽”。下列有关叙述，错误的是(

)A．消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对细胞的伤害B．在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞C．出芽是细胞再分化的结果，受基因选择性表达的调控D．生根时，培养基通常应含α­荼乙酸等生长素类调节剂解析：消毒剂的使用既要杀死表面微生物，有防止伤害组织细胞，影响组织培养，A项正确；植物细胞融合是指经纤维素酶和果胶酶处理后得到的原生质体的诱导融合，带有细胞壁的愈伤组织细胞不能诱导融合形成染色体加倍的细胞，B项错误；出芽和生根都是细胞再分化的结果，其实质是基因的选择性表达，C项正确；α­荼乙酸为生长素类似物，可诱导愈伤组织生根，D项正确。答案：B3．如图为“番茄—马铃薯”的培育过程示意图，有关叙述正确的是(

)A．获得a、b细胞需要胰蛋白酶和果胶酶B．诱导a、b细胞融合的化学试剂一般用秋水仙素C．a、b细胞融合为c细胞的原理是生物膜具有流动性D．d、e、f过程表示植物的组织培养过程，e、f分别为脱分化和再分化解析：植物体细胞在杂交之前，必须先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体；a、b细胞融合为c细胞的原理是细胞膜的流动性，诱导a、b细胞融合的化学试剂一般是聚乙二醇，d、e分别为脱分化和再分化。答案：C一、讨论11．在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？(教材P35)提示：植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以在上面迅速生长，所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡。造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植体带菌，培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员操作不规范等。所以在组织培养实验中用到的植物材料和各种器械都要进行彻底地灭菌，实验人员操作一定要规范，避免带入杂菌。2．在本实验中，切取胡萝卜块时强调要切取含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分(如茎、叶、花)，是否也能培养成小植株，你能用实验的方法进行验证吗？(教材P35)提示：胡萝卜的其他部分(如茎、叶、花)也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织形成比较困难。可以参考胡萝卜根进行组织培养的实验，尝试设计出利用胡萝卜的茎、叶、花进行组织培养的实验流程。3．请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技术的流程简图，并与其他同学交流。(教材P35)提示：二、思考与探究1．为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？(教材P38)提示：1978年，梅尔彻斯(Melchers)等人首次获得了马铃薯与番茄的属间体细胞杂种。他们将培育的二倍体马铃薯品系和番茄叶片细胞进行融合，所产生的杂交株被称为“马铃薯—番茄”。像大多数杂种一样，杂交株同时具有马铃薯和番茄的形态特征。其中一些植株形成了“类似块茎的生殖根”，但是没有产生可结实的花、果实以及真正意义上的块茎。到目前为止，“番茄—马铃薯”一类的体细胞杂种植物还不能产生经济效益，但是其研究价值不可忽视。至于“番茄—马铃薯”没有像人们预想的那样地上长番茄、地下结马铃薯，其主要原因是：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，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受到相互干扰，不能再像马