植物细胞工程课件高二下学期生物人教版选择性必修32

选择性必修三《生物技术与工程》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）科技探索之路：植物细胞工程的发展历程哈伯兰特提出细胞全能性的理论，但相关实验尝试没有成功。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。1902年1958年1960年1964年1971年1974年情景导入菊花种子在自然条件下萌发率较低；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，菊花的价格就会比较高，所需要的时间就会很长。菊花常用于表达对逝者的怀念和敬意，清明节快要到了，菊花的需求量很大。如何让它大量、快速地繁殖，且成本不要太高呢？利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育菊花。情景导入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。外植体(1)概念：(2)生殖方式：(3)分裂方式：无性生殖有丝分裂(4)条件：①离体②无菌、无毒环境③适宜的培养基：一定的营养物质、植物激素④适宜的温度和pH一、植物组织培养技术为什么离体的植物组织、器官或细胞能培养成完整植株？植物细胞的全能性一、植物组织培养技术接种外植体离体培养的植物器官、组织或细胞。脱分化诱导愈伤组织细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、无叶绿体、不定形的薄壁组织团块。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，转变为未分化的细胞。诱导生芽再分化愈伤组织能重新分化成芽、根等器官。诱导生根移栽成活愈伤组织(5)流程图：（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。（)×√√√（1）定义：细胞→完整个体或其他各种细胞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，即细胞具有全能性。细胞的全能性复习回顾细胞的全能性复习回顾植物体内所有细胞都能表现出全能性吗？不是，芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶，这是为什么？（4）细胞不能体现全能性的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达。（3）植物细胞具有全能性的原因：一般来说，植物体的细胞都含有该物种所持有的全套遗传信息。(5)细胞全能性大小的比较：一般来说，细胞分化程度越高，全能性

；随着细胞分化程度的不断提高，细胞的分裂能力和全能性

。越低逐渐降低不同种生物细胞: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＞（动物细胞具有全能性，但目前只有细胞核能体现全能性）＞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＞＞

复习回顾任务：请同学们结合视频和教材P35-37，

小组合作讨论完成以下问题。（5min）

1.在植物组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？2.为什么要先诱导生芽，再诱导生根呢？3.诱导愈伤组织期间一般不需要光，后续培养过程中，为什么每日要给予适当时间和强度的光照？4.在植物组织培养过程中，诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基的成分有什么不同？探究·实践:菊花的组织培养探究·实践:菊花的组织培养1.实验原理：植物组细胞具有全能性。2.材料用具：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）。植物组织培养常用的培养基：MS培养基

(P116)。分裂旺盛，更容易诱导形成愈伤组织。植物组织培养瓶探究·实践:菊花的组织培养（1）培养基名称：

；（2）物理性质：

；（3）碳源：

。拓展1：植物组织培养常用的培养基配方

P116MS培养基

固体培养基有机碳源（蔗糖）作为碳源，提供能量。①无机营养成分(水和无机盐)②有机营养成分(蔗糖、氨基酸、维生素等)③特定浓度和比例的激素(主要是生长素和细胞分裂素)(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3.实验步骤：探究·实践: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次防止杂菌生长。一方面杂菌与培养物竞争营养；另一方面杂菌产生有害物质危害培养物。1.为什么进行无菌操作？探究·实践: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。①操作环境：酒精灯火焰旁②接种方法：将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中③注意：接种外植体时，不要倒插！（将“形态学上端”朝上）探究·实践: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

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。①培养条件：18～22℃，避光②培养过程：定期观察和记录愈伤组织的生长情况愈伤组织不含叶绿素，不能进行光合作用。光照下容易诱导形成维管组织，而不易形成愈伤组织。探究·实践: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诱导出芽诱导生根长出芽后，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。①培养条件：光照②诱导顺序：先生芽后生根探究·实践: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①培养条件：光照②诱导顺序：先生芽后生根诱导出芽诱导生根思考：2.为什么要先诱导生芽，

再诱导生根呢？

3.进行再分化时为什么要在光照下进行？芽产生的生长素有利于生根，若先生根后面就不易生芽。诱导叶绿素的形成，进一步形成叶绿体进行光合作用。探究·实践:菊花的组织培养4.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细胞分裂素生长素

芽分化愈伤组织根分化巧记：裂芽生根中愈伤结果比值≈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探究·实践:菊花的组织培养脱分化再分化过程分裂、分化结果需要条件脱分化与再分化的比较外植体→愈伤组织有分裂，无分化形成愈伤组织a.离体、适宜的营养c.生长素与细胞分裂素的比例适中d.一般不需光愈伤组织→幼苗有分裂，有分化形成根、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。

幼苗长壮后移栽入土，每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。①炼苗②移栽蓄水性强、透性好探究·实践:菊花的组织培养探究·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

,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:菊花的组织培养胚状体：离体培养条件下，没有经过受精过程，但经过胚胎发育过程形成的胚状类似物，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）拓展：植物组织培养的两种途径4.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，并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。(2)从刚接种的外植体到长出愈伤组织经历了多少天？一般需要2周左右的时间。探究·实践:菊花的组织培养5.实验结果分析与评价幼苗移栽的关键是既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。一般使用无土栽培的办法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷洒质量分数为5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12h。掀开塑料薄膜24h后才能移栽。新移栽的组培苗要在温室过渡几天，待其长壮后再移植到大田或盆中。可以在课后统计移裁的成活率，看看移栽是否合格。(3)培育的幼苗移栽到露地后，能够正常生长吗？探究·实践:菊花的组织培养1.判断正误(1)植物体的任何细胞都具有全能性，也都能表现出全能性()(2)在植物组织培养时，对外植体要进行灭菌处理()(3)若用菊花茎切段作为外植体，应将其形态学上端插入诱导愈伤组织的

培养基中()(4)诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基完全一样()×不一定；并不是所有细胞都能表达全能性×消毒处理；×形态学下端；×生长素与细胞分裂素的比值不同；针对训练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织培养需要用适宜浓度的乙醇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．再生植株需要去除根部残留的培养基进行锻炼后才能移种大田D．试管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C外植体消毒:酒精消毒-无菌水清洗-次氯酸钠-无菌水清洗，×;不影响气体交换，×;蛭石保水透气，但不含营养，×;针对训练3.如图是植物组织培养过程示意图，下列相关说法正确的是()A．上述植物组织培养过程依据的生物学原理是植物细胞具有全能性B．需要对外植体进行严格的灭菌处理，以防止杂菌污染C．外植体若是月季的花药，则图中的①过程需要光照D．外植体若是菊花的根尖组织，因细胞中无叶绿体，故培养成的新植株叶片无色A消毒，×;①脱分化-不需要光照且应避光培养，×;有全套基因，细胞分化过程中，基因的选择性表达会使叶片呈绿色，×;针对训练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课后练习2.如图所示为菊花组织培养的过程，下列叙述错误的是(

)A.①过程用酒精、次氯酸钠等对生理状况良好的嫩枝茎段进行表面消毒B.通过③过程叶肉细胞失去了其特有的结构和功能C.④过程需要先诱导生根，长出根后再诱导生芽D.⑤过程移栽前需要先打开封口膜或瓶盖让试管苗适应外界环境C课后练习（1）A、B过程分别为

。C是

。

A过程细胞分裂方式是

，

B过程细胞分裂方式是

,同时也进行

。A过程一般

光照；B过程需要光照，因为

。（2）影响A、B过程的关键因素是

，主要是

和

，二者添加的

会影响脱分化和再分化过程。（3）植物组织培养是一个

过程。（填“无性繁殖”、“有性繁殖”）植物体根、芽或胚状体外植体

有丝分裂细胞分化植物激素细胞分裂素生长素无性繁殖A有丝分裂浓度及比例C脱分化、再分化愈伤组织不需要叶绿素的合成需要光照B3.课后练习课堂小结根、芽植物体再分化培养条件：①无菌②营养物质③适宜条件（温度、PH、光等）④植物激素：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）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。如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…排列不规则，高度液泡化，呈不定型状态的薄壁细胞1.通过有性杂交能实现吗？为什么？【思考.讨论】不能，不同种物种间存在生殖隔离。植物体细胞杂交技术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？西红柿土豆二、植物体细胞杂交技术

将___________的植物体细胞，在一定条件下融合成____________，并把____________培育成____________的技术。不同来源杂种细胞新植物体杂种细胞1.概念：

普通小麦-长穗偃[yǎn]麦草、

白菜-甘蓝等2.融合实例:生长期短，耐热、易贮藏+=白菜甘蓝白菜-甘蓝①不同细胞融合：②培育成新植株：3.原理:细胞膜的流动性植物细胞的全能性①物理法：_______法、______法等。诱导原生质体融合的方法②化学法：__________________融合法、

__________________融合法等。4.技术流程：正在融合的原生质体杂种细胞ABA细胞B细胞电融合聚乙二醇(PEG)离心高Ca2＋－高pH去壁去壁A原生质体B原生质体纤维素酶和果胶酶酶解法原生质体=原生质层细胞种类：（1）未融合的细胞（A、B）（2）两两融合的细胞：

（AA、BB、AB）融合原理：细胞膜具有流动性二、植物体细胞杂交技术注意：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、细胞核等。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。原生质层原生质层二、植物体细胞杂交技术植物体细胞融合成功的标志杂种细胞AB再生出细胞壁诱导脱分化愈伤组织获得杂种植株诱导再分化移栽植株植物体细胞杂交成功的标志植物细胞融合（细胞膜的流动性）植物组织培养（植物细胞的全能性）二、植物体细胞杂交技术A为2a=20

B为2b=30504

1.杂种细胞染色体数为？

2.杂种细胞染色体组数为？

3.从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？染色体数目变异染色体数、染色体组数、基因型都采用直接相加的方法。拓展：二、植物体细胞杂交技术融合细胞类型的分析若A细胞具有2m条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。B细胞含有2n条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则通过植物体细胞杂交技术获得的新植株：染色体条数染色体组数

基因型

属于可遗传变异类型中的2m＋2n4个AabbccDd染色体数目变异二、植物体细胞杂交技术染色体数、染色体组数、基因型都采用直接相加的方法。打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。（P38）5.意义：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。6.缺点：+=白菜甘蓝白菜-甘蓝二、植物体细胞杂交技术杂种植株再生出新的细胞壁无性无性染色体变异01020304易错提醒植物体细胞杂交的结果不是形成杂种细胞，而是要经过组织培养形成____________。植物细胞融合成功的标志是__________________，植物体细胞杂交成功的标志是________________。植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此应为________生殖。获得杂种植株的变异类型属于______________。杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，杂种植株属于异源多倍体。形成杂种植株二、植物体细胞杂交技术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植物组织培养和植物体细胞杂交的比较(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)植物原生质体融合的原理是植物细胞的全能性()(4)利用物理法或化学法可以直接诱导两个植物细胞融合()×获得杂种植株；√×细胞膜具有流动性；×应先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，再用物理法或化学法诱导原生质体融合；针对训练1．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只考虑细胞两两融合，融合的细胞中有人参根－人参根细胞、人参根－胡萝卜根细胞、胡萝卜根－胡萝卜根细胞，只有人参根－胡萝卜根细胞才是杂种细胞，×;针对训练2．如图为植物体细胞杂交技术的流程图，其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞，所含有的染色体组分别是AA和BB。据图分析，下列叙述错误的是()A．经过程①获得的a、b称为原生质体，过程②利用了细胞膜的流动性B．c细胞只有AABB这一种类型C．过程④和⑤分别是脱分化和再分化D．获得的植株d，因在减数分裂时同源染色体能正常配对，所以理论是可育的若只考虑两两融合，则融合的细胞有三种类型：AAAA、BBBB、AABB，×;B针对训练3．为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力，某研究小组的实验过程如下图所示。下列叙述正确的是 (

)A．过程①获得的原生质体需悬浮在质量分数为30%的蔗糖溶液中B．过程②需提高生长素的比例以促进芽的分化C．过程③需用秋水仙素处理诱导细胞壁再生D．原生质体虽无细胞壁，但仍保持细胞的全能性D

D

等渗溶液秋水仙素的作用是诱导染色体数加倍细胞分裂素针对训练1.图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：

（1）步骤①是

，最常用的方法是

。

（2）步骤②一般常用的化学试剂是

，目的是

。