【省級公開課】2.1.1植物細胞工程（一）植物細胞工程的基本技術課件-2021-2022學年高二下學期生物人教版（2019）選擇性必修3

1、第2章 細胞工程首個體細胞克隆動物克隆動物多莉羊體細胞克隆猴“中中”和“華華”如何能讓名貴的蘭花大量、快速地繁殖？細胞工程應用細胞生物學、分子生物學和發(fā)育生物學等多學科的原理和方法，通過細胞器、細胞或組織水平上的操作，有目的地獲得特定的細胞、組織、器官、個體或其產品的一門綜合性的生物工程。原理和方法操作水平目的分類細胞生物學、分子生物學和發(fā)育生物學細胞器、細胞或組織水平獲得特定的細胞、組織、器官、個體或其產品植物細胞工程和動物細胞工程哈伯蘭特哈伯蘭特提出了提出了細胞全能性的理論細胞全能性的理論，但相關的實驗嘗試沒有成功。，但相關的實驗嘗試沒有成功。斯圖爾德斯圖爾德等發(fā)現等發(fā)現胡蘿卜的體細胞可以

2、分化為胚胡蘿卜的體細胞可以分化為胚，為細胞全能性理，為細胞全能性理論提供了強有力的支持。論提供了強有力的支持?？平鹂平鹩谜婢睦w維素酶分解番茄根的細胞壁，成功獲得了用真菌的纖維素酶分解番茄根的細胞壁，成功獲得了原生質體原生質體古哈等古哈等在培養(yǎng)毛曼陀羅的花藥時，首次得到了由花藥中在培養(yǎng)毛曼陀羅的花藥時，首次得到了由花藥中的的花粉粒發(fā)育而來的胚花粉粒發(fā)育而來的胚?？柹柹T導煙草誘導煙草種間原生質體融合種間原生質體融合，獲得了第一株體細胞，獲得了第一株體細胞種間雜種植株種間雜種植株。土壤農桿菌的土壤農桿菌的Ti質粒質粒被發(fā)現。之后，該質粒應用于被發(fā)現。之后，該質粒應用于植物分子生物學領域，促

3、進了植物細胞工程與分子植物分子生物學領域，促進了植物細胞工程與分子生物學技術的緊密結合。生物學技術的緊密結合。1902年年1958年年1960年年1964年年1971年年1974年年【科技探索之路】植物細胞工程的發(fā)展歷程【從社會中來】“其茅葺，其葉青青，猶綠衣郎，挺節(jié)獨立，可敬可慕。迨（di）夫花開，凝晴滾露，萬態(tài)千妍，薰（xn）風自來，四坐芬郁，豈非入蘭室乎！豈非有國香乎！”這是我國歷史上第一部蘭譜金漳（zhn）蘭譜（宋趙時庚）中對蘭花的一段描述。從古至今，我國人民都把蘭花看作高潔、典雅的象征，很多人喜歡養(yǎng)蘭花。但是，蘭花種子通常發(fā)育不全，在自然條件下萌發(fā)率極低；傳統(tǒng)分株繁殖的方法又存在繁殖

4、周期長、繁殖率低等問題，如果靠自然繁殖，蘭花的價格可想而知了。如何能讓名貴的蘭花大量、快速地繁殖，從而走入尋常百姓家呢？植物組織培養(yǎng)技術第1節(jié) 植物細胞工程01植物組織培養(yǎng)技術目錄 /CONTENTS一、植物細胞工程的基本技術葉子花瓣花粉細胞植物體01植物組織培養(yǎng)技術一、植物細胞工程的理論基礎是什么?細胞的全能性?1.細胞全能性的定義：細胞經過分裂和分化后，仍然具有產生完整生物體或分化成其他各種細胞的潛能，即細胞具有全能性。2.細胞具有全能性的根本原因：生物體的每一個細胞都包含有該物種所特有的全部遺傳物質。每一個體細胞都是由同一個受精卵細胞經有絲分裂增殖分化而形成的。體細胞內的遺傳物質（基因）

5、與受精卵完全一樣。3.全能性大小的比較：體細胞全能性與細胞分化程度：植物細胞動物細胞【說明】特例：卵細胞雖然已經高度分化，但仍具有較高的全能性。體細胞全能性與細胞分裂能力：分裂能力強的分裂能力弱的不同類型細胞的全能性：受精卵生殖細胞（配子、精子、卵細胞）體細胞受精卵干細胞體細胞不同生物細胞的全能性：一般來說，細胞分化程度越高，細胞全能性越低。負相關不體現全能性的實例：芽原基只能發(fā)育為芽，葉原基只能發(fā)育為葉4.生物的生長發(fā)育過程中，細胞并未表現出全能性，而是分化成各種組織和器官。細胞分化：在個體發(fā)育中，由一個或一種細胞增殖產生的后代，在形態(tài)、結構和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程，叫做細胞分化。細

6、胞分化的實質：在特定的時間和空間條件下，細胞中的基因選擇性表達。全能性表現的條件：具有完整的細胞結構，處于 狀態(tài)，提供一定的營養(yǎng)、激素和其他適宜外界條件。離體體現細胞全能性的標志：細胞 完整 或其他 。 生物體各種細胞【強調】細胞分化時遺傳物質保持不變。二、植物組織培養(yǎng)技術1.概念：指將離體的植物器官、組織或細胞等，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導其形成完整植株的技術。2.原理：植物細胞的全能性外植體？離體培養(yǎng)的植物器官、組織或細胞被稱為外植體。3.繁殖方式：無性繁殖接種外植體誘導愈傷組織誘導生芽誘導生根移栽成活4.一般過程：外植體脫分化愈傷組織再分化根、芽等試管苗馴化移栽完

7、整植株相關概念脫分化：在一定的激素和營養(yǎng)等條件的誘導下，已經分化的細胞失去其特有的結構和功能，轉變?yōu)槲捶只募毎?，進而形成愈傷組織的過程。愈傷組織： 脫分化形成的不定形的薄壁組織團塊。再分化： 愈傷組織重新分化成芽、根等器官的過程。（1）離體狀態(tài)； （2）無菌操作（3）種類齊全、比例適合的營養(yǎng)物質（4）植物激素（主要是生長素和細胞分裂素）誘導和調節(jié)（5）適宜的外界條件（溫度、pH、光照等）適宜的培養(yǎng)條件細胞特點？細胞排列疏松無規(guī)則、高度液泡化、色淺，具有較強的分裂能力三、【探究實踐】菊花的組織培養(yǎng)1.實驗原理：植物細胞一般具有全能性。在一定的激素和營養(yǎng)等條件的誘導下，已經分化的細胞可以經過脫分

8、化形成愈傷組織，將愈傷組織接種到含特定激素的培養(yǎng)基上，就可以誘導其再分化成胚狀體，長出芽和根，進而發(fā)育成完整的植株。植物激素中生長素和細胞分裂素是啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關鍵激素，它們的濃度、比例等都會影響植物細胞的發(fā)育方向。2.材料用具外植體：幼嫩的菊花莖段（容易誘導形成愈傷組織）體積分數為70%的酒精：對手、超凈工作臺、外植體進行消毒質量分數為5%左右的次氯酸鈉溶液：對外植體進行消毒無菌水： 清洗外植體培養(yǎng)基（P116-參見本書附錄1）包括無機營養(yǎng)成分（水和無機鹽）、有機營養(yǎng)成分（蔗糖、氨基酸、維生素等）、特定濃度和比例的激素（主要是生長素和細胞分裂素）。蔗糖的作用：提供營養(yǎng)滅菌方法

9、為：濕熱滅菌法維持培養(yǎng)基的滲透壓固體培養(yǎng)基1）培養(yǎng)基名稱： ；2）物理性質： ；3）碳源： 。植物組織培養(yǎng)常用的培養(yǎng)基配方 P1163.方法步驟（1）消毒雙手和超凈工作臺臺面：用酒精擦拭外植體:流水沖洗 酒精消毒30s 無菌水清洗23次 次氯酸鈉溶液處理30min 無菌水清洗23次。（2）外植體切段將消過毒的外植體置于無菌培養(yǎng)皿中 用無菌濾紙吸去表面的水分 用解剖刀將外植體切成0.51cm長的小段。（3）接種外植體在酒精燈火焰旁，將外植體的1/31/2插入誘導愈傷組織的培養(yǎng)基中。用封口膜或瓶蓋封蓋瓶口，并在培養(yǎng)瓶上作好標記。【注意】接種時注意外植體的方向，不要倒插！將“形態(tài)學上端”朝上，下端朝

10、下（4）脫分化誘導愈傷組織將接種了外植體的錐形瓶或植物組織培養(yǎng)瓶置于1822的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。在培養(yǎng)過程中，定期觀察和記錄愈傷組織的生長情況?！咀⒁狻吭撨^程一般不需要光照培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件：激素比例1：1有光易形成維管組織，不易形成愈傷組織。提供有機碳源（蔗糖）細胞排列疏松無規(guī)則、高度液泡化異養(yǎng)生活（5）再分化誘導生芽生根培養(yǎng)1520d后，將生長良好的愈傷組織轉接到誘導生芽的培養(yǎng)基上培養(yǎng)。長出芽后，再將其轉接到誘導生根的培養(yǎng)基上，進一步誘導形成試管苗?！咀⒁?】誘導順序：先誘導生芽，再誘導生根！【注意2】該過程每日需要給予適當時間和強度的光照！（6）移栽培養(yǎng)移栽前先打開封口膜或瓶蓋，讓試管苗在培養(yǎng)

11、箱內生長幾日。用流水清洗掉根部的培養(yǎng)基后，將幼苗移植到消過毒的蛭石或珍珠巖等環(huán)境中，待其長壯后再移栽入土。每天觀察并記錄幼苗的生長情況，適時澆水、施肥，直至開花?？偨Y：植物組織培養(yǎng)的基本流程外植體消毒外植體切段接種外植體誘導愈傷組織誘導生芽生根移栽4.實驗結果分析與評價（1）接種34d后，檢查外植體的生長情況，統(tǒng)計有多少外植體被污染，有多少能正常生長，試分析它們被污染的原因。培養(yǎng)基、接種工具滅菌不徹底；外植體消毒不徹底；操作過程不符合無菌操作要求等。（2）從剛接種的外植體到長出愈傷組織需經歷多少天？一般需要2周左右（3）你培育的幼苗移栽到露地后，能夠正常生長嗎？生根苗移栽技術的關鍵是既要充分清

12、洗根系表面的培養(yǎng)基，又不能傷及根系。一般使用無土栽培的辦法。培養(yǎng)基質要提前消毒，可以向培養(yǎng)基質噴酒質量分數為5%的高錳酸鉀，并用塑料薄膜覆蓋12h。掀開塑料薄膜24h后才能移栽。新移栽的組培苗要在溫室過渡幾天，待其長壯后再移植到大田或盆中?？梢栽谡n后統(tǒng)計移栽的成活率，看看移栽是否合格。（4）植物激素中生長素和細胞分裂素是啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關鍵激素，它們的濃度、比例等都會影響植物細胞的發(fā)育方向。生長素/細胞分裂素 結果比值高(1)比值低(1)比值適中(=1)有利于根的分化，抑制芽的形成有利于芽的分化，抑制根的形成促進愈傷組織的形成生長素類作用：用于誘導細胞的伸長生長和根的分化；細胞分

13、裂素類作用：促進組織細胞的分裂或從愈傷組織和器官上分化出不定芽。5.進一步探究若想探究生長素與細胞分裂素的使用比例對植物組織培養(yǎng)的影響，則應如何設計對照實驗？ 空白對照：不加任何激素； 實驗組1：生長素用量與細胞分裂素用量的比值為1； 實驗組2：生長素用量與細胞分裂素用量的比值大于1； 實驗組3：生長素用量與細胞分裂素用量的比值小于1。生長素/細胞分裂素 結果比值高(1)比值低(1)比值適中(=1)有利于根的分化，抑制芽的形成有利于芽的分化，抑制根的形成促進愈傷組織的形成接種時注意外植體的方向，不要 。脫分化誘導愈傷組織期間一般 光照，在后續(xù)的培養(yǎng)過程中，每日 給予適當時間和強度的光照?！究偨Y

14、：植物組織培養(yǎng)過程需要注意的問題】實驗中使用的培養(yǎng)基和所有的器械都要 。接種操作必須在酒精燈 進行，并且每次使用后的器械都要 。火焰旁滅菌滅菌為什么要強調所用器械的滅菌和實驗人員的無菌操作？避免雜菌與培養(yǎng)物競爭營養(yǎng)，且有些雜菌會危害培養(yǎng)物的生長。倒插不需要需要若細胞不離體，細胞中的基因會選擇性地表達，從而形成生物體的不同組織和器官，不能表現出全能性?！究偨Y】植物組織培養(yǎng)中細胞表現出全能性的條件（1）離體（最關鍵）:（2）嚴格的無菌條件：對操作環(huán)境、雙手、外植體進行消毒；對培養(yǎng)基和器械進行滅菌；接種操作必須在酒精燈火焰旁進行。（3）適宜的培養(yǎng)條件：（4）適宜濃度和比例的激素：（5）一定的營養(yǎng)條件

15、：溫度，光照包括有機營養(yǎng)成分、無機營養(yǎng)成分主要是生長素和細胞分裂素（1）植物體的任何細胞都具有全能性，也都能表現出全能性 （ ）（2）脫分化和再分化是植物組織培養(yǎng)的重要過程 （ ）（3）在植物組織培養(yǎng)時，對外植體要進行滅菌處理 （ ）（4）誘導生芽的培養(yǎng)基和誘導生根的培養(yǎng)基完全一樣 （ ）判斷常考語句，澄清易混易錯第1節(jié) 植物細胞工程01植物組織培養(yǎng)技術目錄 /CONTENTS一、植物細胞工程的基本技術欲培育地上長番茄和地下結馬鈴薯的“超級作物”。你會有什么辦法呢？利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實現嗎？為什么？番茄結馬鈴薯不能不同種生物之間存在著生殖隔離1.植物體細胞雜交的過程A細胞B細胞纖維素酶果膠

16、酶去壁：酶解法正在融合的原生質體再生出細胞壁誘融物理法化學法電融合法、離心法聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+ 高pH融合法等脫分化再分化移栽植物細胞融合植物組織培養(yǎng)雜種植株愈傷組織A原生質體B原生質體移栽后的植株雜種細胞過程分析細胞壁阻礙著細胞間的雜交（阻礙了原生質體間的融合）酶解法纖維素酶和果膠酶植物細胞的細胞壁主要由纖維素和果膠構成（1）去除細胞壁去壁原因：方法：相關酶：纖維素酶和果膠酶的酶溶液中一般加入一定濃度的無機鹽離子和甘露醇，試分析原因？使溶液具有一定的滲透壓，防止原生質體吸水過多而漲破，保持原生質體正常。等滲溶液原生質體原生質層原原生生質質體體細胞壁細胞壁細胞膜細胞膜細胞質細

17、胞質液泡液泡細胞核細胞核原原生生質質層層成熟植物細胞的細胞膜、液泡膜和介于這兩層膜之間的細胞質（2）兩個標志植物細胞融合完成的標志：再生出新的細胞壁，形成雜種細胞植物體細胞雜交完成的標志：培育成新的植物體參與此過程中的主要細胞器是？驗證再生出新壁的實驗？質壁分離和質壁分離復原實驗高爾基體（3）融合細胞類型的分析A種原生質體與B種原生質體融合后，有哪幾種類型（只考慮兩兩融合）？而我們需要的是哪種類型？所以原生質體融合后，我們要進行怎樣的處理？有 種融合類型：AA、BB、AB我們需要的是？AB3培養(yǎng)基中共有 種類型的細胞？因此要對融合后的原生質體進行 。篩選AA、BB、ABA、B5【問題探究4】若

18、植物A的基因型是AaBb，植物B的基因型是aaBb，則只考慮細胞之間的兩兩融合，則融合形成的細胞基因型有 ? 種，分別是?AAaaBBbbaaaaBBbbAaaaBBbb3雜種細胞若A細胞具有2x條染色體，2個染色體組，基因型為Aabb。B細胞含有2y條染色體，2個染色體組，基因型為ccDd，則通過植物體細胞雜交技術獲得的新植株染色體條數？染色體組數？基因型？屬于可遺傳變異類型中的？2x2y4個AabbccDd染色體數目變異兩親本染色體數之和兩親本染色體組數之和兩親本基因型之和異源多倍體【問題探究5】總結：有性雜交與植物體細胞雜交的比較植物A體細胞染色體數20條植物B體細胞染色體數40條有性雜

19、交后代體細胞中染色體數 條植物體細胞雜交后代體細胞中染色體數 條植物A為二倍體植物B為四倍體有性雜交后代為 倍體植物體細胞雜交后代為 倍體有性雜交遵循孟德爾遺傳規(guī)律植物體細胞雜交不遵循孟德爾遺傳規(guī)律3060三六2.植物體細胞雜交的概念：植物體細胞雜交是指將不同來源的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新植物體的技術。原理（理論基礎）？ 植物細胞融合植物組織培養(yǎng)細胞膜的流動性植物細胞的全能性白菜甘藍白菜甘藍具有兩個物種的遺傳物質3.植物體細胞雜交的實例：具有生長期短、耐熱性強和易于貯藏等優(yōu)點多種柑橘屬不同種間的雜種植株普通小麥長穗偃麥草4.植物體細胞雜交的意義：打破生殖隔離，實現遠緣雜交育種，培育了植物新品種。5.植物體細胞雜交存在的問題：有些雜種植株還未按照人們的意愿表現出親代的優(yōu)良性狀。如，番茄馬鈴薯番茄馬鈴薯雜種植株沒有如科學家所想象的那樣，地上結番茄，地下長馬鈴薯，這是為什么?生物體內基因的表達不是孤立的，它們之間是