2.1 植物细胞工程课件-高二下学期生物人教版选择性必修3

指应用细胞生物学、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。原理和方法操作水平目的分类细胞生物学、分子生物学和发育生物学细胞器、细胞或组织获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品植物细胞工程和动物细胞工程细胞工程第2章细胞工程第1节植物细胞工程----植物细胞工程的基本技术发酵工程目录/CONTENTS0102植物组织培养技术植物体细胞杂交微生物的纯培养从社会中来P34鬼兰（幽灵兰）灰绿色世上最贵的兰花,没有之一！市场价格：1500万每株！

细胞的全能性实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株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。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。细胞→完整个体或其他各种细胞1.全能性定义：2.具有全能性的原因：3.体现全能性的标志：4.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。8植物组织培养技术01

1、概念：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。3、大致过程：外植体脱分化愈伤组织再分化根、芽完整植株2、理论基础（原理）：植物细胞的全能性外植体9植物组织培养技术01在___________________条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变为_____________，进而形成_________的过程。一定的激素和营养等未分化的细胞愈伤组织不定形的薄壁组织团块。脱分化：愈伤组织：相关概念愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。再分化：

进一步探究

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为1；③

实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1；④

实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1。探究•实践

使用比例

实验结果生长素细胞分裂素>生长素细胞分裂素<生长素细胞分裂素＝有利于根的分化有利于芽的分化促进愈伤组织的形成菊花的组织培养流水冲洗

→酒精消毒30s

→无菌水清洗2～3次

→次氯酸钠溶液处理30min

→无菌水清洗2～3次。外植体的消毒外植体的切段接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽生根炼苗、移栽探究•实践防止杂菌生长。一方面与培养物竞争营养；另一方面产生有害物质危害培养物。为什么进行无菌操作？造成培养基污染的因素：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。菊花的组织培养流水冲洗

→酒精消毒30s

→无菌水清洗2～3次

→次氯酸钠溶液处理30min

→无菌水清洗2～3次。外植体的消毒外植体的切段接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽生根炼苗、移栽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Expand01拓展一、植物组织培养常用的培养基配方P116二、MS培养基配过程菊花的组织培养外植体的消毒外植体的切段接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽生根炼苗、移栽

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

接种外植体时，不要倒插！

（将“形态学上端”朝上）菊花的组织培养外植体的消毒外植体的切段接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽生根炼苗、移栽探究•实践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。

一般不需要光

有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。菊花的组织培养外植体的消毒外植体的切段接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽生根炼苗、移栽探究•实践

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。

一般需要光芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照菊花的组织培养外植体的消毒外植体的切段接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽生根炼苗、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•实践炼苗！移栽！观察！菊花组织培养过程中，诱导外植体脱分化形成愈伤组织的培养基，其成分中是否应含有蔗糖等有机物？为什么？菊花组织培养中，前后三次用到的培养基其功能分别是什么？第一次：诱导外植体脱分化形成愈伤组织；第二次：诱导愈伤组织生芽；第三次：诱导愈伤组织生根。应含有；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。回顾实验①外植体消毒②外植体切段③接种外植体④诱导愈伤组织⑤诱导生芽生根⑥炼苗、移栽(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具有全能性。(

)(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)试管苗在诱导形成后，就可以直接移栽到土壤中，不过还需要适时浇水、施肥。(

)×××√21植物体细胞杂交技术02

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？不能。因为两种生物之间存在着天然的生殖隔离利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？“番茄-马铃薯”的假想图22

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。植物体细胞杂交技术021.概念：

参考动物细胞融合，若是植物细胞之间的杂交，则应先做什么？得到杂种细胞后，如何培育成植株？23植物体细胞杂交技术022.过程去壁①去壁①融合

②再生新壁③脱分化④再分化⑤移栽植物原生质体融合植物组织培养植物体细胞杂交马铃薯细胞番茄细胞马铃薯原生质体番茄原生质体杂种细胞杂种植株24植物体细胞杂交技术02(1)去除细胞壁①去壁原因：②方法：

③相关酶：

细胞壁阻碍着细胞间的杂交酶解法纤维素酶和果胶酶25植物体细胞杂交技术02（2）原生质体

间的融合①理论基础：②方法：细胞膜具有流动性物理方法：电融合法、离心法化学方法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法26植物体细胞杂交技术02（4）植物体细胞杂交完成的标志：培育成新植物体（杂种植株）（3）植物细胞融合完成的标志：再生出新的细胞壁27植物体细胞杂交技术02打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等3、优点：缺点：不能按照人们的意愿定向表现出亲代的优良性状28思考：①植物体细胞杂交的结果？②植物体细胞杂交属于有性生殖还是无性生殖？③实验人员利用矮牵牛（二倍体，2n=14）的红色花瓣细胞（液泡呈红色）与枸杞（四倍体，4n=48）的叶肉细胞，制备了相应的原生质体，并诱导其融合（若原生质体均为两两融合，则融合后的细胞有几种类型？），经筛选获得的杂种植株体细胞中染色体数是？染色体组数？杂种植株是几倍体？获得杂种植株无性生殖62条6个染色体组

六倍体主要原因是∶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。④"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，地下长马铃薯，这是为什么?

判断：(1)植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种细胞。(

)(2)植物体细胞杂交利用了植物组织培养技术。(

)(3)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。(

)30×√×发酵工程植物细胞工程的应用0102植物繁殖的新途径作物新品种的培育微生物的纯培养03细胞产物的工厂化生产32植物细胞工程的应用植物繁殖的新途径作物新品种的培育细胞产物的工厂化生产快速繁殖作物脱毒单倍体育种突变体的利用初生代谢物次生代谢物3301植物繁殖的新途径（1）概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。也叫微型繁殖。1.

快速繁殖外植体脱分化愈伤组织再分化根、芽试管苗（2）优点：①高效、快速地实现种苗的大量繁殖。②无性繁殖，保持优良品种的遗传特性。③不受自然生长季节的限制，培养周期短。（3）应用：快速繁殖经济林木、名贵花卉、珍稀濒危植物等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持的植物。3401植物繁殖的新途径（4）实例：甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。铁皮石斛的工厂化生产3501植物繁殖的新途径马铃薯草莓香蕉组培脱毒苗顶端分生区（如茎尖）：病毒极少，甚至无毒注：脱毒苗不等于抗毒苗。（思考：两种苗的培育分别应用的什么工程技术？）

2、作物脱毒（3）优点：明显提高农作物的产量和品质感染的病毒很容易传给后代无性繁殖病毒在作物体内积累作物产量降低品质变差（1）脱毒原因（2）脱毒方法3601植物繁殖的新途径（4）实例：脱毒草莓普通草莓脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。3702作物新品种的培育（1）单倍体：

与正常植株相比，单倍体植株长得弱小，且高度不育。特点：由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成的个体。1、单倍体育种（2）单倍体育种原理：植物细胞的全能性、染色体（数目）变异。3802作物新品种的培育（3）优点秋水仙素花药离体培养①极大地缩短了育种的年限。②后代都是纯合子，能稳定遗传。③可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。原因是？（常需5～6年）（当年）技术相当复杂

(4)缺点：3902作物新品种的培育

我国科学家在1974年成功培育出世界上第一个单倍体作物新品种——单育1号烟草。(5)实例

我国科学家把单倍体育种与常规育种结合起来，育成水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。4002作物新品种的培育（1）原理在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变外植体愈伤组织试管苗脱分化再分化植株诱变筛选有用的突变体2、突变体的利用突变=基因突变＋染色体变异抗病、抗盐、含高蛋白、高产突变体4102作物新品种的培育（2）优点：提高变异的频率，加速育种进程。难以控制突变方向，需要大量处理实验材料。（3）缺点：白三叶草（4）实例：抗除草剂的白三叶草抗花叶病毒的甘蔗抗盐碱的野生烟草4203细胞产物的工厂化生产植物代谢初生代谢：

生物生长生存所必需的代谢活动，一直进行

非生物生长所必需，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下进行。次生代谢：缺点：①植物细胞的次生代谢物含量很低。②有些产物不能或难以通过化学途径得到。一类小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等)产物：如糖类、脂质、蛋白质、核酸等产物：应用多、产量低4303细胞产物的工厂化生产1.概念：

在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。外植体愈伤组织细胞悬液脱分化振荡分散细胞悬浮培养细胞产物提取2.优势不占用耕地、不受季节、天气的限制，对社会、经济、环保具有重要意义。植物细胞培养4403细胞产物的工厂化生产3、实例：具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的治疗。红豆杉→紫杉醇紫草→紫草宁抗菌、消炎和抗肿瘤，世界首例药用植物细胞工程产品人参→人参皂苷用组织培养技术生产的人参，生长速度比栽培人参约快100倍以上10g左右45判断：(1)快速繁殖不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性。()(2)作物脱毒后不再感染病毒。()(3)脱毒草莓能明显提高产量，但品质没有发生变化。()(4)作物脱毒所培养的材料常选自顶端分生区附近。()(5)快速繁殖本质上是一种无性繁殖。()(6)单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。()(7)突变体培育通常对植物的愈伤组织进行诱变处理，而工厂化生产的细胞产物也是来自愈伤组织细胞。()(8)植物组织培养与植物细胞培养的生物学原理是相同的。()√××√√××√46【巩固训练】1.(2022·浙江6月选考)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．培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换C．组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石带菌量低且营养丰富D．不带叶片的菊花幼茎切段可以通过器官发生的途径形成完整的菊花植株D472．两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出。若其中一个细胞的染色体在融合前由于某种原因断裂，形成的染色体片段在细胞融合后可能不会被全部排出，未排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体上而留存在杂种细胞中。依据该原理，将普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种，过程如图所示。下列说法错误的是()A．过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞B．过程②的目的是使中间偃麦草的染色体断裂C．过程③中常用灭活的病毒诱导原生质体融合D．耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段C483.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4．在下列过程中，需要用到植物组织培养技术的是（）①利用秋水仙素处理萌发的四倍体小黑麦种子或幼苗获得八倍体植株②利用紫草细胞获得治疗烫伤的紫草素③利用茎尖大量繁殖三倍体无子西瓜④利用细胞工程培养“番茄—马铃薯”杂种植株⑤培育转基因“向日葵豆”植株A．①②③ B．③④⑤ C．①②④⑤ D．②③④⑤CD495．如图为蓝莓植