植物细胞工程的基本技术课件高二下学期生物人教版选择性必修3

Cellengineering00细胞工程

细胞工程是指应用细胞生物学、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、个体或其产品动物细胞工程和植物细胞工程植物细胞工程发展历程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。1902年1958年1960年1964年1971年1974年植物细胞工程的理论基础是什么？什么是植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术？怎样进行菊花的组织培养？植物细胞工程的基本技术CONTENTS目录植物组织培养技术Planttissueculturetechnology01植物体细胞杂交技术Somatichybridizationofplants02习题巩固Exercisestoconsolidate03

Fromsociety01从社会中来兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低；传统分株繁殖的方式，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？利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。植物组织培养技术PlanttissueculturetechnologyPART01离体

Planttissueculturetechnology01植物组织培养技术2.原理：1.概念：指

的植物器官、组织或细胞等，培养在人工控制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其分化为

的技术。离体完整植株植物细胞的全能性外植体外植体：在植物组织培养过程中，从植物体上被分离下来的，接种在培养基上供培养用的原生质体、细胞、组织、器官等。细胞经过

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。分裂和分化

Planttissueculturetechnology——Totipotency01植物组织培养技术——全能性1.具有全能性的原因：一般生物体的每一个细胞都包含有该物种的

。即都有发育成

所必需的全部遗传信息。全套遗传信息完整个体2.体现全能性的标志：细胞→完整个体或其他各种细胞实例：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

Planttissueculturetechnology——Totipotency01植物组织培养技术——全能性实例：芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶3.生物体内细胞不体现全能性的原因：基因在特定的时间和空间条件下

表达的结果。选择性4.全能性大小比较：（1）分化程度低的

分化程度高的（2）细胞分裂能力强的

细胞分裂能力弱＞＞（3）受精卵

胚胎干细胞

生殖细胞

体细胞

植物细胞

动物细胞＞＞＞＞

Planttissueculturetechnology01植物组织培养技术3.一般过程：外植体愈伤组织试管苗完整植株脱分化芽、根等再分化生长发育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分化状态未分化状态

Planttissueculturetechnology——Dedifferentiation01植物组织培养技术——脱分化外植体愈伤组织试管苗完整植株脱分化芽、根等再分化生长发育1.脱分化：

在一定的

和

等条件的

下，

的细胞

，转变成

的过程。激素营养诱导已经分化失去其特有的结构和功能未分化的细胞①光照条件：②过程中涉及的生命活动：一般不需要光照只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化

Planttissueculturetechnology——Dedifferentiation01植物组织培养技术——脱分化注意说明1.外植体脱分化的难易因植物种类、器官来源及生理状况的

不同而不同。一般来说，植物的花和幼嫩的组织脱分化相

对较易，而植物的茎、叶等成熟的组织脱分化则较难。2.该过程添加的外源激素主要是细胞分裂素和生长素（比例适中），

因为二者能强烈地促进愈伤组织的形成。③结果形成愈伤组织（不定形的薄壁组织团块）3.无菌操作——植物组织培养成功的关键。

Planttissueculturetechnology01植物组织培养技术愈伤组织

细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞团。3.再分化：

脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以

出芽或根等器官的过程。重新分化①实质：②光照条件：基因的选择性表达需要给予适当强度的光照诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用原因：

Planttissueculturetechnology——Redifferentiation01植物组织培养技术——再分化③过程中涉及的生命活动：既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化。④结果：愈伤组织芽低高根生长素细胞分裂素胚状体4.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。

Planttissueculturetechnology——Redifferentiation01植物组织培养技术——再分化注意说明影响植物组织再分化的因素a.外植体的遗传特征和取材的位置会影响愈伤组织的再分化

能力。b.培养基的成分和物理性质对器官的形成有一定的影响，但起决定作用的是植物激素，特别是生长素和细胞分裂素的配比。5.生长发育：

将试管苗移到大田中栽培或进行无土栽培，使之进一步生长发育为具有根、茎、叶且能开花、结果的完整植株。

Planttissueculturetechnology01植物组织培养技术脱分化再分化过程外植体→愈伤组织愈伤组织→幼苗结果形成愈伤组织形成根、芽需要条件a.离体b.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a.离体b.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.光照决定植物脱分化、再分化的关键因素

Planttissueculturetechnology——TissuecultureofChrysanthemum01植物组织培养技术——菊花的组织培养1.原理：外植体愈伤组织试管苗完整植株脱分化芽、根等再分化生长发育植物细胞一般具有

。全能性生长素/细胞分裂素

结果比值高(＞1)比值低(＜1)比值适中(=1)有利于根的分化，抑制芽的形成有利于芽的分化，抑制根的形成促进愈伤组织的形成简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤离体的茎尖、根尖、叶片、花药等（外植体）

TissuecultureofChrysanthemum01菊花的组织培养2.目的：1）了解植物组织培养的基本原理2）了解生长素和细胞分裂素的浓度、用量比例对菊花愈伤组织形成和

分化的影响3）尝试进行植物组织培养3.材料：离体的茎尖、根尖、叶片、花药等（外植体）。4.MS培养基：水（去离子水）、无机营养（大量元素、微量元素）、有机营养（蔗糖、维生素、氨基酸）、天然附加物、植物激素（生长素、细胞分裂素等）TissuecultureofChrysanthemum01菊花的组织培养5.步骤：制备外植体接种培养试管苗正常植株用酒精擦拭双手和超净工作台台面。将流水充分冲洗后的外植体。②消毒：③切割：无菌操作30S2-3次30min①材料：幼嫩的菊花茎段2-3次酒精无菌水次氯酸钠溶液无菌水洗将消过毒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。切割与接种TissuecultureofChrysanthemum01菊花的组织培养制备外植体接种培养试管苗正常植株在酒精灯火焰旁，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接种到诱导愈伤组织培养基脱分化形成愈伤组织有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。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。避光TissuecultureofChrysanthemum01菊花的组织培养制备外植体接种培养试管苗正常植株②接种到诱导生芽培养基③接种到诱导生根培养基培养15~20d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。接种室若先生根后面就不易生芽TissuecultureofChrysanthemum01菊花的组织培养制备外植体接种培养试管苗正常植株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虹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。TissuecultureofChrysanthemum01菊花的组织培养幼苗愈伤组织脱分化CTK/IAA比例适合再分化IAA/CTK比例先减小再增大植物组织培养过程示意图完整植株外植体TissuecultureofChrysanthemum01菊花的组织培养6.结果分析与评价：用于植物组织培养的培养基同样适合某些微生物的生长，如一些细菌、真菌等的生长。培养物一旦受到微生物的污染，就会导致实验前功尽弃，因此要进行严格的无菌操作。1.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且

要求无菌操作？

胡萝卜根形成层容易诱导成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。2.为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？TissuecultureofChrysanthemum01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。TissuecultureofChrysanthemum01菊花的组织培养外植体愈伤组织试管苗完整植株脱分化芽、根等再分化生长发育黑暗光照离体无菌培养基适宜的外界条件(温度、光照、气体等)水琼脂有机物无机物植物激素蔗糖：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。Expand01拓展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P116Expand01拓展拓展2：植物组织培养的两种途径胚状体途径器官发生途径Expand01拓展拓展2：植物组织培养的两种途径胚状体途径器官发生途径Furtherinquiry01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。

能否从以上内容中概括植物组织培养中细胞表现出全能性所需要的条件？

Planttissueculturetechnology01植物组织培养技术（1）离体状态（2）无菌操作（3）种类齐全、比例适合的营养物质（4）植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）诱导和调节（5）适宜的外界条件（温度、pH、光照等）归纳——细胞表现全能性的条件植物体细胞杂交技术SomatichybridizationofplantsPART0202植物体细胞杂交技术

Somatichybridizationofplants要培育出如图所示的番茄—马铃薯利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？不能，因为不同种生物之间存在着生殖隔离。

于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。02植物体细胞杂交技术

Somatichybridizationofplants1.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。融合实例:+=白菜甘蓝白菜-甘蓝02植物体细胞杂交技术

Somatichybridizationofplants细胞融合初期人细胞鼠细胞人鼠杂交细胞细胞融合细胞融合37°培养40min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？去除细胞壁（获得原生质体）原生质体：是指去除细胞壁后的植物细胞原生质层：是指植物细胞的液泡膜、细胞膜及其之间的细胞质构成的红色荧光素标记的抗体绿色荧光素标记的抗体02植物体细胞杂交技术

SomatichybridizationofplantsA细胞B细胞A原生质体B原生质体正在融合的原生质体杂种细胞愈伤组织杂种植株移栽后的植株①①②③④⑤⑥①去除细胞壁纤维素酶去壁：酶解法果胶酶②诱导融合物理法：化学法电融合法、离心法聚乙二醇（PEG）融合法高Ca2+

-高pH融合法等③细胞壁再生④脱分化⑤再分化⑥移栽植物细胞融合植物组织培养植物细胞的全能性细胞膜的流动性2.过程02植物体细胞杂交技术

Somatichybridizationofplants

体细胞融合成功后培养基中共有

种细胞类型()，其中融合细胞类型有3种()，而真正符合要求的是AB，因此要对融合细胞进行筛选。细胞融合后，共有几种细胞类型？融合细胞有几种，符合要求的是哪种？AB5A、B、AA、BB、ABAA、BB、AB3.原理细胞膜的流动性（原生质体融合）植物细胞具有全能性（杂种细胞培养成杂种植株）02植物体细胞杂交技术

Somatichybridizationofplants（1）植物细胞融合完成的标志：再生出新的细胞壁（2）植物体细胞杂交完成的标志：培育成新植物体4.标志5.意义打破生殖隔离，克服远缘杂交不亲和的障碍，培育植物新品种。在此过程中活跃的细胞器是

。线粒体和高尔基体6.研究现状

仍有许多理论与技术问题没有解决，还不能让杂种植株表现出人们所需要的所有性状02植物体细胞杂交技术

Somatichybridizationofplants+=白菜甘蓝白菜-甘蓝1.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。36

（异源）四

2.白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）进行杂交（相互授粉），

所得植株白菜-甘蓝的细胞染色体数为

，属于

倍体。（异源）二

18

基因重组染色体数目变异02植物体细胞杂交技术

Somatichybridizationofplants7.变异类型染色体数目变异

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。AaBbCcDd02植物体细胞杂交技术

Somatichybridizationofplants植物体细胞杂交育种四倍体杂交育种诱导多倍体四倍体二倍体如何处理植株使其可育？看减数分裂联