2.1.1植物细胞工程的基本技术课件-【知识精研】高二下学期生物人教版选择性必修3

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。——细胞工程

细胞工程第2章细胞工程第1节植物细胞工程

1.植物细胞工程的理论基础是什么？2.什么是植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术？3.怎么进行菊花的组织培养？本节聚焦：一植物细胞工程的基本技术高洁、典雅的兰花颇受人喜欢。但兰花种子通常发育不全，繁殖率低，价格不菲，如何让它大量、快速地繁殖呢？植物组织培养从社会中来植物细胞工程的基本技术植物组织培养植物体细胞杂交植物细胞工程的理论基础是什么?细胞的全能性一片花瓣一个细胞一粒花粉1．细胞为何具有全能性？是不是所有细胞都具有全能性？未离体的组织细胞不能表现全能性的原因是什么？2.什么是植物组织培养？大致流程是怎样的？基本原理是什么？3.什么是外植体？什么是脱分化？什么是愈伤组织？愈伤组织的细胞有什么特点？什么是再分化？植物组织培养要无菌操作的目的是什么？4．植物组织培养的培养基一般含有哪些成分？进行植物组织要注意什么？对光照有何要求？植物组织培养过程中需要换培养基吗？生长素与细胞分裂素比例不同如何影响愈伤组织分化？5．植物组织培养的基本条件有哪些？1、概念：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、体现全能性的标志：种子发育成植株，体现了植物种子的全能性。（

）胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株。（

）受精卵发育成个体。（

）胚胎干细胞分化成其他种类的细胞。（)×√√√细胞→完整个体或其他各种细胞芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶。（）×一、细胞的全能性5、细胞没有体现全能性的原因：基因在特定时间、空间条件下选择性表达。3、细胞具有全能性的原因：一般来说，生物体的每一个细胞都含有该物种的全套遗传信息。4、细胞全能性大小的比较：不同种生物细胞:同种生物不同细胞：植物细胞

动物细胞受精卵

生殖细胞

体细胞＞＞同种生物不同体细胞的全能性大小：幼嫩的细胞

衰老的细胞＞＞一、细胞的全能性细胞具有的全能性一定能表现出来吗？哺乳动物成熟的红细胞、高等植物成熟的筛管细胞没有（无细胞核，无遗传物质）一般来说，细胞分化程度越高，全能性

。越低一、细胞的全能性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。细胞如何表现出全能性的呢？1、概念：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。2、原理：细胞的全能性3、生殖方式：无性生殖二、植物组织培养技术4、分裂方式：有丝分裂外植体5、技术流程：离体培养的植物器官、组织或细胞。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已失去特有的结构和功能，由未分化的细胞，形成的不定形的薄壁组织团块（无叶绿体）。离体条件下已分化的细胞经过诱导，失去特有的结构和功能，重新获得分裂能力。愈伤组织重新分化成芽、根等器官。二、植物组织培养技术注意：决定植物脱分化、再分化的关键因素外植体愈伤组织试管苗完整植株脱分化芽、根等再分化关键激素生长素和细胞分裂素结果比值≈1比值＜1比值＞1促进芽的分化促进根的分化促进愈伤组织的形成生长素用量细胞分裂素用量细胞分裂素生长素

芽分化愈伤组织根分化如何诱导离体的植物器官、组织或细胞等脱分化和再分化？生长素作用：用于诱导细胞的

和

的分化；细胞分裂素作用：促进组织细胞的分裂或促进

的分化。伸长生长根芽巧记：生根分芽中愈伤探究·实践:菊花的组织培养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、实验材料：幼嫩的菊花茎段、体积分数70%的酒精，质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液和无菌水，50mL锥形瓶（或植物组织培养瓶）、MS培养基

(P116)。分裂旺盛，更容易诱导形成愈伤组织。作为碳源提供能量植物可少量吸收，调节渗透压培养基名称：

；物理性质：

；碳源：

。MS培养基

固体培养基有机碳源（蔗糖）特定浓度和比例的激素(主要是生长素和细胞分裂素)探究·实践:菊花的组织培养因为此时外植体不能进行光合作用制造有机物，需要依赖环境中的有机物才能生存。2、方法步骤：(1)外植体消毒酒精30s无菌水2-3次次氯酸钠溶液30min2-3次无菌水洗防止杂菌生长。①杂菌与培养物竞争营养；②产生有害物质危害培养物。(2)切割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:菊花的组织培养2、方法步骤：(3)接种到诱导愈伤组织培养基

接种外植体时，不要倒插！

（将“形态学下端”朝下）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:菊花的组织培养2、方法步骤：(4)培养，观察愈伤组织的生长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。有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。培养条件：激素比例1：1提供有机碳源（蔗糖）避光异养生活探究·实践:菊花的组织培养2、方法步骤：(5)接种到诱导生芽、生根培养基试管苗再分化（有光）②接种到诱导生根培养基①培养15〜20d后，接种到诱导生芽培养基③进一步诱导形成试管苗有利于叶绿素的形成注意诱导顺序：先诱导生芽，再诱导生根探究·实践:菊花的组织培养诱导生根诱导出芽2、方法步骤：(6)试管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:菊花的组织培养固体基质型，含水量高、蓄水性强、透性好，适合栽培珍珠岩,是一种火山喷发的酸性熔岩，经急剧冷却而成的玻璃质岩石，有弧形或圆形裂隙，如珍珠的结构，所以被命名为珍珠岩。蛭石，是一种天然、无毒的矿物质，在高温作用下会膨胀的矿物。它是一种比较少见的矿物，属于硅酸盐。探究·实践:菊花的组织培养归纳：植物细胞表现全能性的条件①离体②一定的营养物质、植物激素③适宜的温度、pH等外界条件④无菌环境二、植物组织培养技术*若细胞不离体，细胞中的基因会选择性地表达，从而形成生物体的不同组织和器官，不能表现出全能性。脱分化与再分化的比较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脱分化再分化过程分裂、分化结果需要条件有分裂，无分化有分裂，有分化形成愈伤组织形成根、芽a.离体、适宜的营养c.生长素与细胞分裂素的比例适中d.一般不需光（有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织）a.离体、适宜的营养c.生长素与细胞分裂素的比例高或低诱导生根或生芽d.光照（诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用）外植体→愈伤组织愈伤组织→幼苗实验结果分析与评价（1）接种3～4d后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，有多少能正常生长，试分析它们被污染的原因。培养基、接种工具灭菌不彻底；外植体消毒不彻底；操作过程不符合无菌操作要求等。被污染的外植体（3）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≈1；③

实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值＞1；④

实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值＜1。实验结果分析与评价①培养基的灭菌（高压蒸汽灭菌）②外植体的消毒（酒精、次氯酸钠）③接种的无菌操作（酒精、酒精灯——灼烧）④无菌箱中的培养；⑤移栽到消过毒的环境中生存一段时间。（2）在整个操作过程中，是如何来实现无菌环境的？拓展：植物组织培养的两种途径胚状体途径器官发生途径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（移栽到大田）探究·实践:菊花的组织培养花药试管苗脱分化再分化愈伤组织秋水仙素诱导纯合品种拓展：植物组织培养——花药离体培养单倍体：植株矮小、高度不育。探究·实践:菊花的组织培养例1、某课外活动小组获得了一株性状优良的结球生菜，并利用植物组织培养技术对其进行快速繁殖。下列叙述正确的是（

）A.外植体消毒的过程：酒精消毒30s→次氯酸钠溶液处理30min→无菌水清洗2～3次B.愈伤组织是一种不定形的薄壁组织团块，诱导产生愈伤组织时每日应给予适时光照C.诱导生芽的培养基与诱导生根的培养基相比，前者中细胞分裂素所占的比例和用量更高D.打开封口膜后直接用流水冲洗掉幼苗根部培养基，再移植到消毒的蛭石环境中炼苗处理C例2、下图为用取自基因型为AaBb的胡萝卜韧皮部细胞培育出胡萝卜小苗的过程，下列叙述中不正确的是（

）A.a→b过程是通过细胞有丝分裂完成的B.b→c→d过程发生了细胞分化C.a→b过程中使用的培养基中应含有机碳源和氮源D.杂合植株经上述过程获得的幼苗会出现性状分离D1.通过有性杂交能实现吗？为什么？不能，不同种物种间存在生殖隔离。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？番茄马铃薯三、植物体细胞杂交技术1、概念：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。3.得到杂种细胞后，如何培育成植株？阅读教材，思考：1.要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？2.获得杂种细胞时利用了哪些融合方法？三、植物体细胞杂交技术2、过程：（1）去除细胞壁B细胞A原生质体B原生质体去壁去壁A细胞——酶解法（纤维素酶和果胶酶）酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，目的是

.维持渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破三、植物体细胞杂交技术区分：原生质体和原生质层细胞壁细胞膜细胞质液泡细胞核指的是脱去细胞壁的细胞。包括：细胞膜、细胞质、细胞核。原生质体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。原生质层原生质层三、植物体细胞杂交技术2、过程：（2）诱导融合——物理方法：

①电融合法

②离心法等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关键环节原理：

。细胞膜的流动性化学方法：

①聚乙二醇(PEG)融合法

②高Ca2+—高pH融合法三、植物体细胞杂交技术2、过程：（3）再生出细胞壁——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融合完成的标志杂种细胞有关细胞器：

。高尔基体、线粒体再生出细胞壁三、植物体细胞杂交技术思考：若只考虑原生质体的两两融合，A种原生质体与B种原生质体融合后，有哪几种类型？而我们需要的是哪种类型？番茄细胞原生质体马铃薯细胞原生质体PEG未融合的细胞杂种细胞自身融合的细胞等量混合因此要对融合后的原生质体进行筛选。三、植物体细胞杂交技术（4）植物组织培养2、过程：植物体细胞杂交技术流程图三、植物体细胞杂交技术3、原理：细胞膜的流动性、细胞的全能性三、植物体细胞杂交技术+=白菜甘蓝白菜-甘蓝4、意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种分析：白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）体细胞杂交所得植株白菜-甘蓝的细胞染色体数为

，属于

倍体。该植株

（可育/不可育）。36

（异源）四

可育。该植株为异源四倍体，含有同源染色体，能正常联会。三、植物体细胞杂交技术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5、缺点：有可能杂交不成功，即使杂交成功也可能不产生人们想要的性状。番茄马铃薯三、植物体细胞杂交技术2．(2022·天津静海一中高二期末)如图表示利用植物体细胞杂交技术获得杂种植株白菜—甘蓝的过程，下列有关说法错误的是(

)A．①过程表示利用酶解法去除细胞壁获得原生质体的过程B．②过程可用聚乙二醇诱导原生质体融合C．③过程中高尔基体活动旺盛D．最终获得的杂种植株体细胞内含19条染色体1．(2023·广东)人参皂苷是人参的主要活性成分。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合，以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是(

)A．细胞融合前应去除细胞壁B．高Ca2＋-高pH溶液可促进细胞融合C．融合的细胞即为杂交细胞D．杂交细胞可能具有生长快速的优势C课堂练习D植物组织培养植物体细胞杂交技术原理过程意义联系细胞膜的流动性和植物细胞的全能性植物细胞的全能性离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织脱分化再分化根、芽或胚状体植物体生长发育植物组织培养与植物体细胞杂交技术的总结植物细胞A植物细胞B原生质体A去壁原生质体B去壁人工诱导融合的原生质体AB杂种细胞AB愈伤组织脱分化再生细胞壁杂种植株再分化保持优良性状,繁殖速度快、大规模生产提高经济效益植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术克服不同种生物远缘杂交的障碍课堂总结一、概念检测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A练习与应用（P38）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。（3）“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，地下结马铃薯，这是为什么？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。

(1)高度分化的细胞，只有发育成一个完整的生物个体，才能体现出细胞的全能性。()(2)植物组织培养技术的理论基础是植物细胞的全能性。()(3)植物激素中的生长素和赤霉素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。()(4)植物体细胞杂交就是利用一定的方法将去除细胞壁的不同来源的植物细胞融合为杂种细胞的过程。()(5)若原生质体均为两两融合，则融合后的细胞有3种类型。()