2.1.1植物细胞工程的基本技术（教学课件）高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

第二章细胞工程第一节植物细胞工程人教版（2019）选择性必修三（一）植物细胞工程的基本技术学习目标1.简述植物组织培养和植物体细胞杂交的原理和过程。(生命观念)2.“结合菊花的组织培养”的实验操作，尝试设计植物组织培养技术的流程简图。（科学探究）3.查阅资料，尝试探究植物生长素和细胞分裂素使用比例对植物组织培养的影响。(社会责任)科技探索之路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。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。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。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。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年课前导入“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？一、植物组织培养技术是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。植物细胞具有全能性（1）什么是细胞的全能性？（2）细胞具有全能性的原因是什么？（3）为什么生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官？1.植物组织培养技术概念2.理论基础一、植物组织培养技术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。3.全能性的概念叶子花瓣花粉细胞植物体原因高度分化的细胞仍含有该物种的全部遗传信息，具有发育成完整个体所需要的全套基因。一、植物组织培养技术全能性大小的比较体细胞全能性与细胞的分化程度体细胞全能性与细胞分裂能力不同类型不同生物分化程度低的

>分化程度高的分裂能力强的>分裂能力弱的受精卵>生殖细胞>体细胞受精卵>干细胞>体细胞植物细胞>动物细胞一、植物组织培养技术4.植物组织培养的基本流程根、芽脱分化再分化愈伤组织离体的植物器官、组织或细胞（外植体）如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、不定形的薄壁组织团块已经分化的细胞，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愈伤组织重新分化为芽、根等器官的过程完整植株生长发育探究·实践

菊花的组织培养一、植物组织培养技术材料用具：材料：幼嫩的菊花茎段、体积分数为70%的酒精，质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液和无菌水和培养基（p116）等。用具：50mL锥形瓶、烧杯、酒精灯、超净工作台（或接种箱）、高压蒸汽灭菌锅、培养箱、封口膜、滤纸、标签、消毒用酒精棉球、培养皿、解剖刀和镊子等。分裂旺盛，更容易诱导形成愈伤组织蔗糖：提供能源物质、维持渗透压。琼脂：固体培养基（不淹没缺氧；也不影响扎根）探究·实践

菊花的组织培养一、植物组织培养技术方法步骤：1.消毒双手和超净工作台酒精擦拭外植体（幼嫩的茎段）：酒精消毒30s无菌水2～3次次氯酸钠30min无菌水2～3次注意：实验使用的培养基和所有机械都要灭菌。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的机械都要灭菌。探究·实践

菊花的组织培养一、植物组织培养技术方法步骤：2.取材将消毒过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。超净工作台无菌操作探究·实践

菊花的组织培养方法步骤：3.接种在酒精灯火焰旁，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，并在培养瓶上做好标记。

接种外植体时，不要倒插！一、植物组织培养技术探究·实践

菊花的组织培养方法步骤：4.脱分化将接种了外植体的锥形瓶置于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。愈伤组织注意：诱导愈伤组织期间一般不需要光照。有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。一、植物组织培养技术探究·实践

菊花的组织培养方法步骤：5.再分化培养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。取决于植物激素的浓度和比例主要是生长素与细胞分裂素注意：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！一、植物组织培养技术一、植物组织培养技术探究·实践

菊花的组织培养高细胞分裂素/低生长素细胞分裂素与生长素比例适宜高生长素/低细胞分裂素产生愈伤组织产生不定根产生不定芽探究·实践

菊花的组织培养方法步骤：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。逐步过渡适应，提高移栽成活率。洗净培养基；不伤及根部试管苗一、植物组织培养技术一、植物组织培养技术探究·实践

菊花的组织培养一、植物组织培养技术脱分化外植体黑暗愈伤组织再分化试管苗植株光照移栽成活离体无菌适宜培养基适宜的外界条件(温度、光照、pH、气体等)水琼脂碳源无机盐植物激素蔗糖：作为碳源，提供能量、调节渗透压植物激素：主要是生长素和细胞分裂素氮源二、植物体细胞杂交技术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？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二、植物体细胞杂交技术1.过程：植物细胞融合+植物组织培养（1）去除细胞壁去壁原因：细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体间的融合）方法：酶解法酶解法原理：植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成；酶具有专一性原生质体二、植物体细胞杂交技术1.过程：植物细胞融合+植物组织培养（2）原生质体间的融合①原理：细胞膜具有一定的的流动性

②方法：物理法：电融合法、离心法等化学法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法等注意：去除细胞壁和诱导原生质体融合时，不能在低渗溶液中进行。将细胞放在等渗或略大于的溶液中，防止原生质体吸水而涨破，保持原生质体正常。原生质体融合酶解法去壁二、植物体细胞杂交技术马铃薯细胞番茄细胞正在融合的原生质体马铃薯原生质体番茄原生质体植物体细胞杂交完成的标志原理：植物细胞的全能性再分化杂种植株移栽移栽后的植株脱分化愈伤组织植物组织培养杂种细胞原生质体融合成功的标志再生出细胞壁植物细胞融合原理：细胞膜的流动性筛选人工诱融酶解法去壁1.过程：植物细胞融合+植物组织培养二、植物体细胞杂交技术在此基础上，科学家们利用植物体细胞杂交技术，又相继培育出了白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等杂种。我国科学家还在木本植物的体细胞杂交方面培育出了多种柑橘属不同种间的杂种植株。白菜甘蓝白菜—甘蓝二、植物体细胞杂交技术2.植物组织培养和植物体细胞杂交的异同点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无性繁殖无性繁殖细胞全能性细胞膜具有一定的流动性、植物细胞的全能性①脱分化②再分化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）保持优良性状，繁殖速度快打破生殖隔离，实现远缘杂交育种植物体细胞杂交技术包括植物细胞融合和植物组织培养两个过程，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。脱分化再分化原理过程花药离体培养细胞全能性操作步骤外植体根、芽、胚状体愈伤组织外植体消毒接种切块形成愈伤组织诱导生芽生根植物组织培养植物细胞工程植物体细胞杂交变异类型原理育种类型概念植物细胞融合原生质体制备过程植物组织培养原生质体融合优缺点知识总结课堂小测1.藿香是一味重要的中草药，《本草纲目》记载“豆叶曰藿，其叶似之，故名”。如图为藿香叶片植物组织培养流程。下列叙述错误的是()

A.外植体可用酒精和次氯酸钠溶液消毒B.过程②为脱分化，不需要光照C.过程③为再分化，需要赤霉素诱导D.诱导生芽和生根的植物激素比例不同C解析：植物组织培养时外植体用流水充分清洗后用体积分数为70%的酒精消毒30s，用无菌水清洗2—3次，再用次氯酸钠溶液处理30分钟，立即用无菌水清洗2—3次，A正确；过程②为脱分化，将外植体诱导成未分化的愈伤组织，该过程不需要光照，B正确；过程③为再分化，通过一定比例的生长素和细胞分裂素诱导生芽，C错误；植物组织培养中培养基生长素用量比细胞分裂素用量，比值高时，诱导生根，比值低时，诱导生芽，诱导生芽和生根的植物激素种类相同，但比例不同，D正确。课堂小测2.下列关于菊花组织培养的叙述，正确的是()A.用自然生长的茎进行组培须用适宜浓度的酒精和次氯酸钠的混合液消毒B.接种时，无需考虑外植体的方向C.培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入及瓶内外的气体交换D.再生植株需去除根部残留的培养基进行锻炼后才能移种大田D解析:自然生长茎段的消毒属于外植体消毒，先用体积分数为70%的酒精消毒，用无菌水清洗，再用质量分数为5%左右的次氯酸钠处理，最后再用无菌水清洗，A错误；接种时，需要将形态学下端插入培养基，不应倒插，是为了生长素的极性运输，保证成活率，B错误；培养瓶用专用封口膜封口的目的是防止杂菌污染，并不影响气体交换，C错误；再生植株移种大田前，需去除根部残留的培养基，并进行锻炼，以使其能够适应移栽后的环境，提高成活率，D正确。课堂小测3.科研人员利用植物体细胞杂交技术培育矮牵牛新品种，技术流程示意图如下。下列叙述正确的是()A.愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞分化形成的B.获得的杂种植株都能表现双亲的优良性状C.可用聚乙二醇诱导原生质体甲和乙的融合和细胞壁再生D.用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以获得原生质体D解析：愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞脱分化形成的，A错误；由于基因的选择性表达和基因间的互作效应，获得的杂种植株不一定能够表现亲本的优良性状，B错误；可用聚乙二醇诱导原生质体甲和乙的融合，但不能诱导细胞壁的再生，C错误；由于植物细胞壁的成分主要是纤维素和果胶，故可以用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以获得原生质体，D正确。课堂小测4.科学家利用植物体细胞杂交技术成功培育出“番茄—马铃薯”杂种植株。下列有关叙述不正确的是()A.用传统的有性杂交方法不能得到二者的杂种后代B.用酶解法去除细胞壁，获得具有活力的原生质体C.诱导原生质体融合的方法有物理法、化学法及灭活的病毒D.该技术依据的主要原理是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性C解析：由于不同的两种生物之间存在着天然的生殖隔离，用传