2.1植物细胞工程 课件高二下学期生物苏教版选择性必修3

第一节植物细胞工程第二章

细胞工程第1课时

细胞工程（cellengineering)是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等学科的原理和方法，通过细胞、细胞器或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞或组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。操作水平原理和方法目的动物细胞工程植物细胞工程植物组织培养植物体细胞杂交细胞工程情境导入当我们食用香蕉、草莓等水果的时候，可能没有想到除了传统的栽培方式外，它们还可以通过植物组织或细胞培养生产出来。植物组织或细胞培养的理论基础是细胞全能性。科学家为证实植物细胞具有全能性，付出了50多年的艰辛努力。我们从科学家证实植物细胞全能性的史实中能学到什么？积极思维事实：1.1902年，奥地利植物学家哈伯兰特（1854-1945）预言，离体的植物细胞具有全能性，在合适的条件下能够发育成为完整的植物体。随后，许多科学家为此开展了相关的研究。2.1937年，有科学家用胡萝卜根的小块组织，在人工培养条件下成功地诱导出分化程度低、具有分裂能力的愈伤组织。但他们仍然未能从愈伤组织中诱导出芽和根。3.1958年，美国植物学家斯蒂瓦特（1904-1993）等人用胡萝卜韧皮部的组织块培养出完整植株，这一植株能够开花结果。至此，科学家终于证实了哈伯兰特50多年前的预言。4.科学研究是人类探索未知、揭示真理的过程。实证是愈科学研究的重要方法，是一个提问、假设、对假设进行验证的过程。如果验证与假设相符了，这种假设就可能得到认可；反之，就需要重新验证或者提出新的假设，并进一步验证。从科学家证实植物细胞全能性的史实中能学到什么？1960年，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。1902年，哈伯兰特，提出细胞全能性的理论。1958年，斯图尔德，发现胡萝卜的体细胞可分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。1964年，古哈，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。1971年，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。1974年，土壤农杆菌的Ti质粒发现。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。积极思维植物细胞工程的发展历程积极思维从科学家证实植物细胞全能性的史实中能学到什么？思考：1.分析

科学家耗时50多年的研究能证实植物细胞具有全能性吗？2.概括

实证是科学研究的本质之一。基于这一视角，我们应该如何对待生物学课程的实验或探究活动？科学家在证实植物细胞具有全能性后，通过培养植物的组织获得了一批又一批所需植株。此后，植物组织培养技术也渐趋成熟。让我们先从植物组织培养内容开始，学习植物细胞工程的知识吧！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。韧皮部细胞细胞团块根或芽幼苗胡萝卜植株叶子花粉花瓣细胞积极思维从科学家证实植物细胞全能性的史实中能学到什么？芽原基的细胞只能发育为芽叶原基的细胞只能发育为叶体现细胞全能性的原因：生物体的每个细胞中都含有发育成为完整个体所需的全部遗传物质。①不体现全能性的实例：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、光照、无菌等外界条件积极思维从科学家证实植物细胞全能性的史实中能学到什么？生长点叶原基芽轴芽原基枝芽结构示意图叶原基的细胞只能发育为叶芽原基的细胞只能发育为芽在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性表达积极思维从科学家证实植物细胞全能性的史实中能学到什么？植物组织培养技术植物组织培养：利用细胞植物组织培养（planttissueculture）技术是利用细胞全能性，在无菌条件下，将离体的植物器官、组织、细胞或原生质体等，在培养基上培养，使其发育成部分或完整植株的技术。接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽诱导生根移栽成活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外植体脱分化愈伤组织再分化芽、根试管苗移栽完整植株植物组织培养技术对分化形成的幼小植株需要进行炼苗，使之逐渐适应自然环境，以保证幼苗移植到大田能顺利成活。炼苗成功后，可以将植株移栽到大田，用于生产。实验原理外植体愈伤组织芽、根脱分化再分化生长发育植物细胞一般具有全能性脱分化再分化让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。排列疏松无而无规则，是一种高度液泡化的，呈无定形状的薄壁细胞。愈伤组织愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。个体植物组织培养技术直接途径间接途径外植体胚状体幼苗外植体胚状体幼苗愈伤组织胡萝卜根韧皮部的细胞愈伤组织胚状体幼苗胡萝卜胚状体：离体培养条件下，没有经过受精过程，但是经过了胚胎发育过程所形成的胚状类似物，因而统称为体细胞胚或胚状体。胚状体途径植物组织培养技术走进实验室：天竺葵的组织培养1.学会配制植物组织培养的培养基（如MS培养基），学会外植体的制备、接种、消实验目的毒、灭菌等多项技术。2.掌握植物激素在愈伤组织再分化等过程中的作用，学会合理使用植物激素。3.尝试进行植物组织培养，关注植物组织培养技术在生产中的应用。实验目的实验原理1.植物体的每个体细胞都携带了来自受精卵的完整的基因组。当植物细胞脱离了原来植物体的组织、器官而处于离体状态时，经过适当处理后，它们在适宜的培养基上，经过脱分化、再分化，可发育成完整的植株。2.组织培养得到的试管苗是非常幼嫩的植株。它们生长在试管或培养瓶内，在恒温、高湿、弱光、无菌和有完全营养供给的条件下，植物表面蜡质和角质层等保护组织不发达，气孔数目少，有叶绿体但光合作用能力差。这样的试管苗一般要经过炼苗，以逐渐适应自然环境下的生长条件。实验原理实验器材和试剂1.天竺葵（如香叶天竺葵、马蹄纹天竺葵）幼嫩叶片。2.高压蒸汽灭菌锅、超净工作台、光照培养箱、冰箱、烘箱、摇床、显微镜、镊子、剪刀、解剖刀、酒精灯、定时器、温度控制器、培养架、锥形瓶、天平、酸度计、电炉等。走进实验室：天竺葵的组织培养走进实验室：天竺葵的组织培养3.MS母液、酒精、氯化汞、氢氧化钠、吲哚丁酸、萘乙酸和6-苄氨基原吟等。实验器材和试剂实验步骤1.培养基的配制与灭菌→2.外植体的选择与制备（1）外植体的选择：选用天竺葵的幼嫩叶片作为外植体。（2）外植体的制备：取天竺葵幼嫩的叶，流水冲净后，用体积分数为70%的酒精浸泡10s（时间过长会伤害植物细胞），再用无菌水冲洗2~3次后，用无菌滤纸吸干表面水分，浸没在质量分数为0.1%的氯化汞溶液中约5min。消毒流水冲洗外植体的切段防止杂菌污染接种外植体作好标记走进实验室：天竺葵的组织培养脱分化：将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于15～25℃的培养箱中培养。注意：该过程一般不需要光照。有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织。走进实验室：天竺葵的组织培养产生愈伤组织高细胞分裂素/低生长素细胞分裂素与生长素比例适宜高生长素/低细胞分裂素产生不定根产生不定芽走进实验室：天竺葵的组织培养培养15～20d后，将生长良好的愈伤组织转入到生芽培养基上。长出芽后，再将其转接到生根培养基上，进一步诱导形成试管苗。

再分化：诱导生芽生根在温度约为25℃，光照强度为2000~3000lx的光照培养箱内继续培养，每天光照14~16h。走进实验室：天竺葵的组织培养分阶段解开锥形瓶的瓶盖，再培养几天后，用流水清洗试管苗，除去根部的培养基，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中生活一段时间后，再移栽到大田土壤中。炼苗与移植走进实验室：天竺葵的组织培养根、芽植物体遮光光照芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照脱分化愈伤组织离体的植物器官、组织或细胞（外植体）排列不规则，高度液泡化，呈不定型状态的薄壁细胞如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…培养条件：①无菌②营养物质③适宜条件（温度、PH、光等）④植物激素生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键。生长素和细胞分裂素的比例和浓度会影响植物细胞的发育方向。愈伤组织重新分化为芽、根等器官失去特有结构和功能转变成未分化的细胞走进实验室：天竺葵的组织培养再分化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？植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术概念：将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。融合实例+=白菜甘蓝白菜-甘蓝植物体细胞杂交技术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原生质体：脱去细胞壁的细胞植物细胞=细胞壁+原生质体植物体细胞杂交技术方法电刺激法、离心法聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH值融合法细胞膜的流动性原理化学方法物理方法A细胞B细胞B原生质体A原生质体融合原生质体融合去壁去壁5种：A、B、AA、BB、AB。（只考虑两两融合是3种）需要进一步筛选融合后，培养基中有几种类型的细胞？优点：使用方便，诱导细胞融合的频率高缺点：有一定的毒性对某些细胞不适用（如卵细胞）优点：诱导细胞融合的频率高、对细胞无毒害作用、操作简便、可重复性好，诱导过程可控性强植物体细胞杂交技术原生质体融合项目

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）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：植物体细胞杂交技术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课堂小结1.植物组织培养技术常用于商业化生产，其过程一般为：无菌培养物的建立→培养物增殖→生根培养→试管苗移栽及鉴定。下列相关叙述错误的是()A.为获得无菌培养物，外植体要消毒处理后才可接种培养B.组织培养过程中也可无明显愈伤组织形成，直接形成胚状体等结构C.提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根D.用同一植株体细胞离体培养获得的再生苗不会出现变异答案：D解析：植物组织培养过程中应注意无菌操作，为获得无菌培养物，外植体要经过表面消毒处理后，才能进行培养，所用的培养基必须彻底灭菌；组织培养过程中也可无明显愈伤组织形成，直接形成胚状体等结构，胚状体若包裹上人工种皮，可制作成人工种子；生长素和细胞分裂素的比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成，因此提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根；用同一植株体细胞离体培养获得的再生苗会出现变异，如在愈伤组织的培养过程中可能发生基因突变等变异；故选D。课堂训练2.植物细胞工程包括植物组织培养、植物体细胞杂交等技术，具有广泛的应用前景和实用价值。下列对这些操作或应用描述错误的是()A.通过植物组织培养技术实现种苗的大量繁殖,可保持优良品种的遗传特性B.以茎尖为材料利用植物组织培养技术，可获得具有抗病毒特性的新品种C.利用植物体细胞杂交技术获得白菜—甘蓝杂种植株，打破了生殖隔离D.利用植物细胞培养技术可大量获得紫草宁，且已投入规模化生产答案：B解析：通过