選修三2-1植物細胞工程1-唐海說課講解

選修三2-1植物細胞工程1-唐海1996年7月5日，世界上第一只體細胞克隆動物-----克隆羊多利誕生于英國，標志著一種新的生物技術---動物體細胞克隆技術面世，也揭開細胞工程更深層次發(fā)展的序幕!什么叫細胞工程？

細胞工程是指應用細胞生物學和分子生物學的原理和方法，通過細胞水平或細胞器水平上的操作，按照人們的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合科學技術。什么叫細胞工程？

細胞工程是指應用細胞生物學和分子生物學的原理和方法，通過細胞水平或細胞器水平上的操作，按照人們的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合科學技術。什么叫細胞工程？按操作對象分類植物細胞工程動物細胞工程思考1.植物組織培養(yǎng)技術的理論基礎是什么？細胞的全能性思考1.植物組織培養(yǎng)技術的理論基礎是什么？2.什么叫做細胞全能性？動物細胞具有全能性嗎？3.生物體所有細胞全能性都一致嗎？2.什么叫做細胞全能性？動物細胞具有全能性嗎？具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞，都具有發(fā)育成完整生物體的潛能，即每個細胞都具有全能性。3.生物體所有細胞全能性都一致嗎？2.什么叫做細胞全能性？動物細胞具有全能性嗎？具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞，都具有發(fā)育成完整生物體的潛能，即每個細胞都具有全能性。3.生物體所有細胞全能性都一致嗎？受精卵>生殖細胞>體細胞;植物細胞>動物細胞細胞的全能性1、定義：

指已經(jīng)分化的細胞，仍具有發(fā)育成完整個體的潛能。2、原因：

生物體的任何一個細胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因，從理論上講，生物體的每一個活細胞都應該具有全能性。

3、大小：

植物細胞的全能性受精卵生殖細胞體細胞＞＞科學利用菊花花瓣培養(yǎng)的菊花怎樣才能由一塊組織通過培養(yǎng)得到一株完整植株，應該如何操作?一、植物組織培養(yǎng)技術(一)植物組織培養(yǎng)的過程請根據(jù)書上實驗過程，討論并概括出植物組織培養(yǎng)技術的流程簡圖。想一想2.在植物組培過程中，為什么要進行一系列的消毒，滅菌，并且要求無菌操作？1.植物細胞表現(xiàn)出全能性的條件有哪些？細胞離體、一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件想一想2.在植物組培過程中，為什么要進行一系列的消毒，滅菌，并且要求無菌操作？1.植物細胞表現(xiàn)出全能性的條件有哪些？避免雜菌在上面迅速生長消耗營養(yǎng)，且有些雜菌會危害培養(yǎng)物的生長。想一想2.在植物組培過程中，為什么要進行一系列的消毒，滅菌，并且要求無菌操作？1.植物細胞表現(xiàn)出全能性的條件有哪些？細胞離體、一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件3.為什么切取胡蘿卜根的形成層，其他部分也能培養(yǎng)成小植株嗎？胡蘿卜根形成層容易誘導成愈傷組織，其他部分如葉、花也能培養(yǎng)成小植株，只是稍微困難些。3.為什么切取胡蘿卜根的形成層，其他部分也能培養(yǎng)成小植株嗎？愈傷組織愈傷組織是一種由相對沒有分化的活的薄壁細胞團組成的新生細胞。想一想1.產(chǎn)生的愈傷組織細胞與葉細胞在染色體的數(shù)目上是否相同？2.染色體上所含的遺傳物質(zhì)與葉細胞是否相同？3.細胞的形態(tài)結構與葉細胞是否相同？想一想1.產(chǎn)生的愈傷組織細胞與葉細胞在染色體的數(shù)目上是否相同？2.染色體上所含的遺傳物質(zhì)與葉細胞是否相同？3.細胞的形態(tài)結構與葉細胞是否相同？相同想一想1.產(chǎn)生的愈傷組織細胞與葉細胞在染色體的數(shù)目上是否相同？2.染色體上所含的遺傳物質(zhì)與葉細胞是否相同？3.細胞的形態(tài)結構與葉細胞是否相同？相同相同想一想1.產(chǎn)生的愈傷組織細胞與葉細胞在染色體的數(shù)目上是否相同？2.染色體上所含的遺傳物質(zhì)與葉細胞是否相同？3.細胞的形態(tài)結構與葉細胞是否相同？相同相同不同4.為什么誘導愈傷組織的過程中應避光培養(yǎng)？在有光時，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。4.為什么誘導愈傷組織的過程中應避光培養(yǎng)？在有光時，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。5.請同學們根據(jù)上述過程概括出植物組織培養(yǎng)技術的流程圖，并與同學交流。4.為什么誘導愈傷組織的過程中應避光培養(yǎng)？切取形成層切取形成層無菌接種切取形成層無菌接種誘導愈傷組織的形成脫分化切取形成層無菌接種誘導愈傷組織的形成試管苗的形成脫分化再分化切取形成層無菌接種誘導愈傷組織的形成試管苗的形成培養(yǎng)室脫分化再分化切取形成層無菌接種誘導愈傷組織的形成試管苗的形成培養(yǎng)室移栽脫分化再分化植物組織培養(yǎng)過程植物組織培養(yǎng)離體的植物器官、組織或細胞過程外植體植物組織培養(yǎng)離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織脫分化過程外植體植物組織培養(yǎng)離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織脫分化過程外植體根、芽再分化植物組織培養(yǎng)離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織脫分化過程植物激素：細胞分裂素、生長素外植體根、芽再分化過程名稱過程形成體特點條件脫分化再分化植物體離體部分愈傷組織排列疏松、具分生能力的薄壁細胞團愈傷組織幼苗或胚狀結構有根、芽或有生根發(fā)芽能力（已分化細胞失去特有結構功能成為未分化細胞）（未分化細胞在形態(tài)、結構、功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異）離體、恒溫、避光、激素、營養(yǎng)等恒溫、見光、激素、營養(yǎng)植物組織培養(yǎng)離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織脫分化過程植物激素：細胞分裂素、生長素外植體根、芽植物體再分化植物組織培養(yǎng)條件：含有全部營養(yǎng)成分的培養(yǎng)基、一定的溫度、空氣、無菌環(huán)境、適合的PH、適時光照等。植物組織培養(yǎng)條件：植物組織培養(yǎng)條件：含有全部營養(yǎng)成分的培養(yǎng)基、一定的溫度、空氣、無菌環(huán)境、適合的PH、適時光照等。根據(jù)上述過程，請同學們討論歸納出組織培養(yǎng)的概念。根據(jù)上述過程，請同學們討論歸納出組織培養(yǎng)的概念。

植物組織培養(yǎng)就是在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。例1：某組織培養(yǎng)實驗室的愈傷組織被真菌嚴重污染，為查找污染原因設計了4個實驗，實驗條件除圖示外其他均相同。下列各圖表示實驗結果，據(jù)圖可得出的初步結論是什么？污染主要不是培養(yǎng)基滅菌時間短造成的；污染主要來源于組織培養(yǎng)所用的離體組織；調(diào)節(jié)培養(yǎng)基pH不能解決污染問題；調(diào)節(jié)培養(yǎng)溫度不能解決污染問題。例2：資料一:植物組織培養(yǎng)培養(yǎng)基基本成分：

無機營養(yǎng)成分：C、H、O等大量元素及部分微量元素。有機營養(yǎng)成分：含N物質(zhì)包括維生素和氨基酸；碳源：2%—5%的蔗糖。瓊脂起支持作用。相關激素：生長素，細胞分裂素和赤霉素等。PH值調(diào)整如5.0－6.0。資料二:在生長素存在的情況下，細胞分裂素的作用呈現(xiàn)加強的趨勢。使用順序影響實驗結果：先使用生長素，后使用細胞分裂素有利于細胞分裂，但細胞不分化；先使用細胞分裂素，后使用生長素細胞既分裂也分化；同時使用分化頻率提高。激素用量的比例影響實驗結果：生長素用量比細胞分裂素用量比值高時，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低時，有利于芽的分化，抑制根的形成；比值適中時，促進愈傷組織的生長。思考：利用以上資料概括脫分化和再

分化需要考慮什么外界條件？思考：利用以上資料概括脫分化和再

分化需要考慮什么外界條件？

愈傷組織的形成需要有外界刺激因素和激素誘導，需要加入適當營養(yǎng)物質(zhì)和植物生長調(diào)節(jié)劑，如無機鹽、糖類、植物激素等。并用適當比例的營養(yǎng)物質(zhì)和生長調(diào)節(jié)劑誘導愈傷組織形成和分化。培養(yǎng)過程中，在培養(yǎng)基上需加入蔗糖，培養(yǎng)時需要光照，那么，培養(yǎng)的植物到底是自養(yǎng)型還是異養(yǎng)型？光的作用是什么？對于上述疑問，某研究性學習小組進行了下列實驗：一組在培養(yǎng)基中加30%的蔗糖，另一組不加蔗糖，接種后，每組再分成兩個小組，分別在光下和暗中培養(yǎng)。1個月后，觀察植物體生長、分化情況，結果為下表：例3：培養(yǎng)條件加蔗糖不加蔗糖光正常生長，分化不生長，死亡暗只生長，不分化不生長，死亡你能得出什么結論？

培養(yǎng)條件加蔗糖不加蔗糖光正常生長，分化不生長，死亡暗只生長，不分化不生長，死亡你能得出什么結論？

蔗糖為生長、分化的必需成分(提供能量)，光促進細胞分化。這幅番茄—馬鈴薯圖利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實現(xiàn)嗎？為什么？不能。因為不同種生物之間存在著生殖隔離，所以用傳統(tǒng)的有性雜交方法是不可能做到這一點的。這幅番茄—馬鈴薯圖利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實現(xiàn)嗎？為什么？要想讓兩個來自不同植物的體細胞融合在一起，遇到的第一個障礙是什么？

要想讓兩個來自不同植物的體細胞融合在一起，遇到的第一個障礙是什么？

細胞壁的阻礙有沒有一種溫和的去除細胞壁的方法？有沒有一種溫和的去除細胞壁的方法？有，用酶纖維素酶和果膠酶去除細胞壁過程2誘導原生質(zhì)體融合過程2誘導原生質(zhì)體融合是關鍵環(huán)節(jié)過程2誘導原生質(zhì)體融合是關鍵環(huán)節(jié)根據(jù)的原理是:細胞膜的流動性過程2誘導原生質(zhì)體融合是關鍵環(huán)節(jié)根據(jù)的原理是:細胞膜的流動性方法：物理方法：離心、振動、電激化學方法：聚乙二醇(PEG)作誘導劑過程2誘導原生質(zhì)體融合是關鍵環(huán)節(jié)根據(jù)的原理是:細胞膜的流動性方法：物理方法：離心、振動、電激化學方法：聚乙二醇(PEG)作誘導劑成功標志是:雜種細胞產(chǎn)生了新的細胞壁有沒有一種溫和的去除細胞壁的方法？如果兩個來源不同的原生質(zhì)體發(fā)生融合形成了雜種細胞，下一步該對此細胞做何種處理？有，用酶纖維素酶和果膠酶去除細胞壁有沒有一種溫和的去除細胞壁的方法？如果兩個來源不同的原生質(zhì)體發(fā)生融合形成了雜種細胞，下一步該對此細胞做何種處理？有，用酶纖維素酶和果膠酶去除細胞壁通過植物組織培養(yǎng)培育成新的植物體二、植物體細胞雜交技術二、植物體細胞雜交技術1.過程植物細胞A植物細胞B植物細胞A去壁去壁植物細胞B植物細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體A去壁去壁植物細胞B植物細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體A去壁去壁人工誘導植物細胞B融合的原生質(zhì)體AB植物細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體A去壁去壁人工誘導植物細胞B融合的原生質(zhì)體AB再生

出細

胞壁植物細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體A去壁去壁人工誘導植物細胞B融合的原生質(zhì)體AB再生

出細

胞壁植物細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體A雜種細胞AB去壁去壁人工誘導植物細胞B融合的原生質(zhì)體AB再生

出細

胞壁脫分化植物細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體A雜種細胞AB去壁去壁人工誘導植物細胞B融合的原生質(zhì)體AB再生

出細

胞壁脫分化愈傷組織植物細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體A雜種細胞AB去壁去壁人工誘導植物細胞B融合的原生質(zhì)體AB再生

出細

胞壁脫分化愈傷組織再分化植物細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體A雜種細胞AB去壁去壁人工誘導植物細胞B雜種植株融合的原生質(zhì)體AB再生

出細

胞壁脫分化愈傷組織再分化植物細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體A雜種細胞AB去壁去壁人工誘導植物細胞B雜種植株融合的原生質(zhì)體AB再生

出細

胞壁脫分化愈傷組織再分化植物細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體A雜種細胞AB去壁去壁人工誘導植物細胞B植物細胞的融合雜種植株融合的原生質(zhì)體AB再生

出細

胞壁脫分化愈傷組織再分化植物細胞的融合植物組織培養(yǎng)植物細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體A雜種細胞AB去壁去壁人工誘導植物細胞B去分化激素再生細胞壁去壁去壁纖維素酶果膠酶原生質(zhì)體植物細胞原生質(zhì)體融合離心、振動、電刺激、聚乙二醇雜種細胞愈傷組織雜種植株篩選等量激素再分化植物細胞的融合植物組織培養(yǎng)1.過程白菜甘藍白菜－甘藍二、植物體細胞雜交技術2.概念二、植物體細胞雜交技術2.概念將不同種的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新的植物體的技術。3.成果和未解決的問題二、植物體細胞雜交技術3.成果和未解決的問題成果：克服不同生物遠緣雜交的障礙，出現(xiàn)自然界沒有的新品種。二、植物體細胞雜交技術3.成果和未解決的問題成果：

克服不同生物遠緣雜交的障礙，出現(xiàn)自然界沒有的新品種。未解決的問題：

未能讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀。二、植物體細胞雜交技術植物細胞工程小結所采用技術的理論基礎植物細胞工程小結所采用技術的理論基礎植物細胞工程植物細胞的全能性小結所采用技術的理論基礎植物細胞工程通常采用的技術手段植物細胞的全能性小結所采用技術的理論基礎植物細胞工程通常采用的技術手段植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交植物細胞的全能性小結例4.為什么“番茄—馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學家所想像的那樣，地上長番茄、地下結馬鈴薯？

例4.為什么“番茄—馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學家所想像的那樣，地上長番茄、地下結馬鈴薯？

生物基因的表達不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，馬鈴薯—番茄雜交植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達，雜交植株不能地上長番茄、地下結馬鈴薯就是很自然的了。自我評價1.不能人工誘導原生質(zhì)體融合的方法是A.振動B.電刺激C.PEG試劑D.重壓自我評價1.不能人工誘導原生質(zhì)體融合的方法是A.振動B.電刺激C.PEG試劑D.重壓2.植物細胞融合完成的標志的是A.產(chǎn)生新的細胞壁B.細胞膜發(fā)生融合C.細胞質(zhì)發(fā)生融合D.細胞核發(fā)生融合2.植物細胞融合完成的標志的是A.產(chǎn)生新的細胞壁

B.細胞膜發(fā)生融合C.細胞質(zhì)發(fā)生融合D.細胞核發(fā)生融合3.有關全能性的表述中，不正確的是A.受精卵在自然條件下能使后代細胞形成完整個體，因此全能性最高B.生物體內(nèi)細胞由于分化全能性不能表達C.卵細胞和受精卵一樣，細胞未分化，全能性很高D.植物細胞離體培養(yǎng)在一定條件下能表現(xiàn)出全能性3.有關全能性的表述中，不正確的是A.受精卵在自然條件下能使后代細胞形成完整個體，因此全能性最高B.生物體內(nèi)細胞由于分化全能性不能表達

C.卵細胞和受精卵一樣，細胞未分化，全能性很高D.植物細胞離體培養(yǎng)在一定條件下能表現(xiàn)出全能性自我評價4.關于愈傷組織形成過程的正確敘述是A.愈傷組織的形成是離體植物細胞分化的結果B.愈傷組織的形成是離體植物細胞分裂的結果C.愈傷組織的形成是離體動物細胞分化的結果D.愈傷組織的形成是離體植物細胞脫分化的結果自我評價4.關于愈傷組織形成過程的正確敘述是A.愈傷組織的形成是離體植物細胞分化的結果B.愈傷組織的形成是離體植物細胞分裂的結果C.愈傷組織的形成是離體動物細胞分化的結果D.愈傷組織的形成是離體植物細胞脫分化的結果5.下列屬于組織培養(yǎng)的是（）A.花藥離體培養(yǎng)成單倍體植株B.芽發(fā)育成枝條C.根尖分生區(qū)發(fā)育成成熟區(qū)D.利用桑枝條扦插大田并發(fā)育成完整植株5.下列屬于組織培養(yǎng)的是（）

A.花藥離體培養(yǎng)成單倍體植株B.芽發(fā)育成枝條C.根尖分生區(qū)發(fā)育成成熟區(qū)D.利用桑枝條扦插大田并發(fā)育成完整植株6.若用“①②③④”表示植物組織培養(yǎng)的過程。請回答：(1)①表示__________________________，能被培養(yǎng)成為④的根本原因是

______________________________(2)②表示_________，其細胞特點是_________________薄壁細胞。脫分化再分化6.若用“①②③④”表示植物組織培養(yǎng)的過程。請回答：(1)①表示__________________________，能被培養(yǎng)成為④的根本原因是

______________________________(2)②表示_________，其細胞特點是_________________薄壁細胞。脫分化再分化離體的植物組織器官、組織或細胞6.若用“①②③④”表示植物組織培養(yǎng)的過程。請回答：(1)①表示__________________________，能被培養(yǎng)成為④的根本原因是

______________________________(2)②表示_________，其細胞特點是_________________薄壁細胞。脫分化再分化離體的植物組織器官、組織或細胞植物細胞具有全能性6.若用“①②③④”表示植物組織培養(yǎng)的過程。請回答：(1)①表示__________________________，能被培養(yǎng)成為④的根本原因是

______________________________(2)②表示_________，其細胞特點是_________________薄壁細胞。脫分化再分化離體的植物組織器官、組織或細胞植物細胞具有全能性愈傷組織6.若用“①②③④”表示植物組織培養(yǎng)的過程。請回答：(1)①表示__________________________，能被培養(yǎng)成為④的根本原因是

______________________________(2)②表示_________，其細胞特點是_________________薄壁細胞。脫分化再分化離體的植物組織器官、組織或細胞植物細胞具有全能性具有分生能力的愈傷組織2.1.2植物細胞工程的實際應用一、植物繁殖的新途徑1、微型繁殖(1)微型繁殖技術：快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術。(2)特點:

保持優(yōu)良品種的遺傳特性；高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖。2、作物脫毒(1)材料：無病毒的莖尖

(2)脫毒苗：切取莖尖進行組織培養(yǎng)獲得(3)優(yōu)點：提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)一粒種子能長成一棵植物的奧秘究竟在哪里？3、神奇的人工種子雙子葉植物種子---菜豆種子的結構單子葉植物種子----玉米種子的結構使芽軸伸長幼葉葉莖側芽枝條葉芽（1）人工種子人工種子就是以植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定