植物细胞工程课件高二下学期生物人教版选择性必修3-1

2.1

植物细胞工程1.

植物细胞工程的理论基础2.

植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术3.

怎样进行菊花的组织培养4.植物细胞工程在生产实践中有哪些应用科技探索之路——细胞工程发展历程1907年哈里森用一滴淋巴液成功培养了蝌蚪的神经元，首创了动物组织体外培养法1958年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。1998年汤姆森和吉尔哈特获得可体外培养的人胚胎干细胞2006年山中伸弥获得诱导多能干细胞1975年米尔斯坦和科勒获得能稳定遗传的单克隆抗体的杂交瘤细胞株。1971年卡森诱导烟草原生质体融合，培育出第一株体细胞杂交植物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。1996年世界上第一只体细胞克隆羊多莉诞生，随后多种克隆动物相继问世。2017年我国科学家首次培育了体细胞克隆猴。你好，还记得我吗？克隆羊“多莉”

指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。细胞工程：按操作对象分植物细胞工程动物细胞工程一、植物组织培养技术“其芽茸茸，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫花开，凝晴露，万态千妍，薰风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！”这是我国历史上第一部兰谱中对兰花的一段描述。从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征，很多人喜欢养兰花。但是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？一、植物组织培养技术科学家利用菊花花瓣培养的菊花怎样才能由一块组织通过培养得到一株完整植株？依据的原理什么？应该如何操作?2.原理：植物细胞的全能性

植物组织培养技术——（无性繁殖）指离体的植物器官、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，诱导其分化为完整植株的技术。1.概念：一、植物组织培养技术细胞的全能性1、定义：

2、原因：

一般情况下，生物体的每一个细胞都包含有该生物的

。

生长发育所需的全套基因3、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＞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一、植物组织培养技术＞＞＞＞＞3、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4、不体现全能性的实例：芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶细胞的全能性一、植物组织培养技术5、为什么生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官？基因在特定的时间和空间条件下

表达的结果；选择性分裂分化分裂分化共同组成生物个体受精卵干细胞体细胞外植体脱分化愈伤组织再分化试管苗驯化移栽完整植株根、芽等3.一般过程：一、植物组织培养技术(1)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。(2)脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…一、植物组织培养技术(3)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。

一些分化的细胞，经过植物激素诱导可以脱分化为具有分生能力的薄壁细胞组织。一、植物组织培养技术(4)再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出根或芽等器官的过程。(5)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。一、植物组织培养技术切取形成层无菌接种愈伤组织试管苗的形成脱分化再分化植株23℃~26℃恒温避光将生长良好的愈伤组织转移到分化培养基上一、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一、植物组织培养技术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、原理：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、步骤：1）制备外植体2）接种到诱导愈伤组织培养基3）接种到诱导生芽培养基4）接种到诱导生根培养基菊花的组织培养一、植物组织培养技术151、原理：植物细胞的全能性2、材料：离体的茎尖、根尖、叶片、花药等（外植体）。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）3、培养基4、过程:菊花的组织培养一、植物组织培养技术（1）制备外植体消毒：切割：（无菌操作）酒精30S无菌水2-3次次氯酸钠溶液30min材料：幼嫩的菊花茎段2-3次无菌水洗消毒与无菌水冲洗切割与接种菊花的组织培养一、植物组织培养技术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。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。超净工作台或接种箱（2）接种到诱导愈伤组织培养基脱分化避光形成愈伤组织愈伤组织培养有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。菊花的组织培养一、植物组织培养技术在酒精灯火焰旁，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。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。（3）接种到诱导生芽培养基（4）接种到诱导生根培养基接种室若先生根后面就不易生芽菊花的组织培养一、植物组织培养技术培养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。试管苗移栽培养室菊花的组织培养一、植物组织培养技术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。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？5.结果分析与评价一、植物组织培养技术1、导致外植体被污染的原因可能有：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。5.结果分析与评价2、观察实验结果，看看是否培养出了愈伤组织，记录多长时间长出了愈伤组织。从刚接种的外植体到长出愈伤组织一般需要2周左右的时间。统计更换培养基后愈伤组织进一步分化成芽和根的比例和时间.一、植物组织培养技术3、做好统计和对照，填好结果记录表，培养严谨的科学态度。从实验的第一步开始就要做好实验记录，可以分组配制不同的培养基，如诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基等，还可以进行不同配方的比较。4、幼苗的移栽是否合格：幼苗移载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。一般使用无土载培的办法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷洒质量分数为5%的高锰酸钾溶液，并用塑料薄膜覆盖12h。掀开塑料薄膜后24h才能移栽。移裁的幼苗要在培养箱内生长几天，待其长壮后再移植到大田或盆中。同学们可以在课后统计自己移载的幼苗的成活率，看看移栽是否合格。5.结果分析与评价一、植物组织培养技术生长素/细胞分裂素作用效果高有利于根的分化、抑制芽的形成低有利于芽的分化、抑制根的形成适中促进愈伤组织的生长简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤比较脱分化、再分化两过程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、再分化的关键因素一、植物组织培养技术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。一、植物体细胞杂交技术1.概念:将不同来源的植物体细胞，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。一、植物体细胞杂交技术细胞A细胞B原生质体B原生质体A融合原生质体杂合细胞AB脱分化愈伤组织再分化杂合植株植物细胞融合植物组织培养1．你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？2．有没有一种温和的去壁方法呢？酶解法去细胞壁纤维素酶、果胶酶去壁原生质体与原生质层的区别：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一、植物体细胞杂交技术3、把原生质体放在一起能自然融合吗？诱导原生质体融合的方法：①物理法：

。

②化学法：用

诱导。电融合法、离心法聚乙二醇融合法、高Ca2+—高PH融合法等4．为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？一定的流动性一、植物体细胞杂交技术3、把原生质体放在一起能自然融合吗？诱导原生质体融合的方法：①物理法：

。

②化学法：用

诱导。电融合法、离心法聚乙二醇融合法、高Ca2+—高PH融合法等一、植物体细胞杂交技术4．为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？一定的流动性一、植物体细胞杂交技术体细胞融合成功后培养基中共有5种细胞类型(A、B、AA、BB、AB)，其中融合细胞类型有3种(AA、BB、AB)，而真正符合要求的是AB，因此要对融合细胞进行筛选。5.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？AB杂种细胞形成的标志是杂种细胞再生出细胞壁。6.杂种细胞形成的标志是？在此过程中哪种细胞器活跃？在此过程中活跃的细胞器是线粒体和高尔基体一、植物体细胞杂交技术细胞膜的流动性植物细胞的全能性8.原理：7.意义：（1）克服远缘杂交不亲和的障碍（2）扩大基因重组的范围9.融合实例:细胞A细胞B原生质体B原生质体A人工诱导融合，并筛选融合原生质体再生出细胞壁杂合细胞AB脱分化愈伤组织再分化杂合植株去壁去壁植物细胞融合植物组织培养植物体细胞杂交酶解法一、植物体细胞杂交技术练习与应用一、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√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

"番茄—马铃薯"没有像人们预想的那样地上结番茄、地下长马铃薯，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。练习与应用一、概念检测"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?二、拓展应用小结植物组织培养植物体细胞杂交原理步骤繁殖方式意义

性繁殖植物细胞的全能性①脱分化②再分化保持优良性状，繁殖速度快大规模生产克服远源杂交不亲和的障碍①杂种细胞形成②植物组织培养细胞膜流动性,植物细胞的全能性

性繁殖无无植物细胞工程的实际应用（一）、植物繁殖的新途径（二）、作物新品种的培育（三）、细胞产物的工厂化生产1、单倍体育种；2、突变体的利用药物，香料，蛋白质等1、微型繁殖；2、作物脱毒；三、植物细胞工程的实际应用（1）微型繁殖1、植物繁殖的新途径：优点：利用组织培养技术，将优良植物的器官、组织和细胞进行离体培养，在短期内获得大量遗传性一致优良品种的技术，也称为植物快速繁殖技术。

兰花、杨树、生菜以及无籽西瓜的试管苗①无性繁殖，保持优良品种的遗传特性②繁殖率高，可大批量生产③培养周期短④不受自然生长季节的限制概念：实例：试管苗大规模培养三、植物细胞工程的实际应用运用组织培养的途径，一个单株一年可以繁殖几万到几百万个植株，而且均来自单一的个体，可以保持优良品种的遗传特性。例如一株葡萄一年繁殖到3万多株，一株兰花一年繁殖到400万株。1960年，荷兰科学家通过对兰花茎尖进行培养，获得了快速繁殖的脱毒兰花，随后在国内外进行了“兰花试管苗产业化”。培养无籽西瓜接种1、快速繁殖三、植物细胞工程的实际应用【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？植物组织培养到愈伤组织阶段，细胞进行旺盛、快速的有丝分裂，从而获得大量的组织细胞。不断地对愈伤组织进行分割、移瓶、诱导再分化就可以形成大量的新植株。另外，植物组织培养在实验室进行，一般不受季节、气候等条件的限制。实际应用：快速繁殖经济苗木、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。三、植物细胞工程的实际应用生姜是药食两用的经济作物，在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%-50%。

病毒引起的植物病害有500多种。受害植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉等。而且没有有效的防治办法，只能拔除，造成经济损失。病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几乎不含病毒。三、植物细胞工程的实际应用（1）选材部位植物

。选材原因：该部位的病毒极少，甚至无病毒。（2）方法切取一定大小的

进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。（即：茎尖组织培养技术）茎尖顶端分生区附近（2）作物脱毒1、植物繁殖的新途径三、植物细胞工程的实际应用无性繁殖的作物，容易将病毒传染给后代。病毒积累，导致作物产量降低、品质变差。脱毒苗不等于抗毒苗，与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。原因：（2）作物脱毒1、植物繁殖的新途径三、植物细胞工程的实际应用脱毒草莓未脱毒草莓脱毒产品甘蔗香蕉马铃薯菠萝单倍体概念:本细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同的个体，叫作单倍体，如蜜蜂中的雄蜂。2n=322n=32n=16单倍体特点：植株弱小，高度不育应用：单倍体育种三、植物细胞工程的实际应用选择亲本有性杂交F1代花粉离体培养单倍体植株

诱变染色体加倍可育纯合子选择所需类型

(1)方法：花药的离体培养获得单倍体植株，染色体加倍，选择稳定遗传优良品种

(2)过程：二、作物新品种的培育（3）原理：染色体数目变异、植物细胞的全能性。（4）优点：后代都是纯合子，能稳定遗传；明显缩短育种年限，加速育种进程。（5）缺点：技术相当复杂（6）实例：单育1号烟草品种，中花8号、11号水稻，京花1号小麦等品种配子：DTDtdTdt单倍体幼苗：DTDtdTdt花药离体培养秋水仙素第2年DDttddTTddtt纯合体:DDTT矮抗P高杆抗病

DDTT×矮杆感病

ddttF1高杆抗病

DdTt第1年选择矮秆抗病即为新品种1、单倍体育种：2、作物新品种的培育三、植物细胞工程的实际应用水稻小麦烟草柏树1、单倍体育种：2、作物新品种的培育三、植物细胞工程的实际应用产生：组织培养时，由于培养的细胞一直处于不断的分生状态，易受培养条件和外界压力（如射线，化学物质等）的影响而产生突变利用：筛选对人们有利的突变体,进而培育成新品种2、突变体的利用2、作物新品种的培育三、植物细胞工程的实际应用对植物组织培养过程中得愈伤组织进行诱变处理，促其发生突变，诱导分化成植株，筛选对人们有利突变体,进而培育新品种外植体新品种筛选培育愈伤组织脱分化多种突变体诱导分化诱变处理方法：白三叶草抗病、抗盐、含高蛋白、高产2、突变体的利用2、作物新品种的培育三、植物细胞工程的实际应用原理：基因突变和植物细胞的全能性。优点：提高变异的频率，加速育种进程。大幅度地改良某些性状。难以控制突变方向，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。缺点：应用：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草、抗除草剂的白三叶草等糖类、脂质、

和核酸等。植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物——次生代谢物。蛋白质1、次生代谢物（1）含义（2）种类（3）作用代谢产物是一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等），在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。三、植物细胞工程的实际应用3、细胞产物的工厂化生产2.细胞产物的工厂化生产人们利用植物细胞培养来获得目标产物的过程就叫做细胞产物的工厂化生产。三、植物细胞工程的实际应用3、细胞产物的工厂化生产

技术。植物组织培养（3）生产过程（2）技术蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱(紫草素、人参皂甙、紫杉醇)等。（1）细胞产物种类3.细胞产物的工厂化生产的优点快速高效，不受季节、外部环境等条件的限制，还能保护生态环境。4.实例紫草宁——具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性紫杉醇——具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的治疗人参皂苷三、植物细胞工程的实际应用3、细胞产物的工厂化生产练习与应用一、概念检测1.运用植物细胞工程技术可以培育单倍体植株和进行细胞产物的工厂化生产。判断下列相关表述是否正确。（1）用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养技术。（）（2）细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞生长的培养条件，提高了