【課件】2.1.1植物細(xì)胞工程基本技術(shù)課件高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

原理和方法操作水平目的分類細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)細(xì)胞器、細(xì)胞或組織獲得特定的細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體或其產(chǎn)品動(dòng)物細(xì)胞工程和植物細(xì)胞工程

細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)等多學(xué)科的原理和方法，通過細(xì)胞器、細(xì)胞或組織水平上的操作，有目的地獲得特定的細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體或其產(chǎn)品的一門綜合性生物工程。第2章

細(xì)胞工程科技探索之路哈伯蘭特提出了細(xì)胞全能性的理論，但相關(guān)的實(shí)驗(yàn)嘗試沒有成功。斯圖爾德等發(fā)現(xiàn)胡蘿卜的體細(xì)胞可以分化為胚，為細(xì)胞全能性理論提供了強(qiáng)有力的支持?？平鹩谜婢睦w維素酶分解番茄根的細(xì)胞壁，成功獲得了原生質(zhì)體古哈等在培養(yǎng)毛曼陀羅的花藥時(shí)，首次得到了由花藥中的花粉粒發(fā)育而來的胚。卡爾森誘導(dǎo)煙草種間原生質(zhì)體融合，獲得了第一株體細(xì)胞種間雜種植株。土壤農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒被發(fā)現(xiàn)。之后，該質(zhì)粒應(yīng)用于植物分子生物學(xué)領(lǐng)域，促進(jìn)了植物細(xì)胞工程與分子生物學(xué)技術(shù)的緊密結(jié)合。植物細(xì)胞工程的發(fā)展歷程1902年1958年1960年1964年1971年1974年1植物組織培養(yǎng)技術(shù)和植物體細(xì)胞雜交技術(shù)？2植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)？3菊花的組織培養(yǎng)？2.1植物細(xì)胞工程一、植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)

“其茅葺，其葉青青，猶綠衣郎，挺節(jié)獨(dú)立，可敬可慕。迨（dài）夫花開，凝晴滾露，萬態(tài)千妍，薰（xūn）風(fēng)自來，四坐芬郁，豈非入蘭室乎！豈非有國(guó)香乎！”這是我國(guó)歷史上第一部蘭譜——《金漳（zhānɡ）蘭譜》（宋·趙時(shí)庚）中對(duì)蘭花的一段描述。從古至今，我國(guó)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周期長(zhǎng)、繁殖率低等問題，如果靠自然繁殖，蘭花的價(jià)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？從社會(huì)中來利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以大量、快速地培育蘭花①原因？生物體的每一個(gè)細(xì)胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)。②體現(xiàn)細(xì)胞全能性的標(biāo)志？細(xì)胞→完整個(gè)體或其他各種細(xì)胞④在生物的生長(zhǎng)發(fā)育過程中，并不是所有的細(xì)胞都表現(xiàn)全能性的原因？基因在特定時(shí)間、空間條件下選擇性表達(dá)③全能性大小比較：分化程度越高，全能性越低如何激活細(xì)胞的全能性呢？一、植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)細(xì)胞的全能性細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細(xì)胞的潛能，即細(xì)胞具有全能性。植物組織培養(yǎng)技術(shù)接種外植體誘導(dǎo)愈傷組織誘導(dǎo)生芽誘導(dǎo)生根移栽成活二、組織培養(yǎng)技術(shù)

植物組織培養(yǎng)將_______的植物器官、組織、細(xì)胞等，培養(yǎng)在人工配制的______上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其形成

___________的技術(shù)

。離體培養(yǎng)基完整植株實(shí)例：菊花的植物組織培養(yǎng)根、芽植物體脫分化再分化培養(yǎng)條件：①無菌

②營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)③適宜環(huán)境條件（溫度、PH、光等）

④植物激素：遮光一定的光照芽發(fā)育成葉，葉肉細(xì)胞中葉綠素的合成需要光照愈傷組織離體的植物器官、組織或細(xì)胞（外植體）愈傷組織重新分化為芽、根等器官失去特有結(jié)構(gòu)和功能轉(zhuǎn)變成未分化的細(xì)胞植物激素中生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素是啟動(dòng)細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵。生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的比例和濃度都會(huì)影響植物細(xì)胞的發(fā)育方向。如：胡蘿卜的形成層、菊花幼莖段、月季的花藥…排列不規(guī)則，高度液泡化，呈不定型狀態(tài)的薄壁細(xì)胞①外植體消毒②外植體切段③接種外植體④誘導(dǎo)愈傷組織⑤誘導(dǎo)芽和根⑥移栽用酒精擦拭雙手和超凈工作臺(tái)面流水沖洗外植體(幼嫩的莖段)酒精消毒30s無菌水清洗2~3次次氯酸鈉溶液處理30min無菌水清洗2~3次菊花的組織培養(yǎng)——方法步驟①外植體消毒②外植體切段消毒過的外植體置于無菌培養(yǎng)皿，用無菌濾紙吸去表面水分，再用解剖刀將外植體切成0.5~1cm長(zhǎng)的小段在酒精燈火焰旁，將外植體的1/3~1/2插入誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基中。③接種外植體接種時(shí)注意外植體的方向，不要倒插。1.接種3~4d后，檢查外植體的生長(zhǎng)情況，統(tǒng)計(jì)有多少外植體被污染，試分析它們被污染的可能原因。

2.從剛接種的外植體到長(zhǎng)出愈傷組織需經(jīng)歷多少天？3.培育的試管苗能直接移栽到露地嗎？應(yīng)如何操作？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周左右

生根苗移栽技術(shù)的關(guān)鍵是既要充分清洗根系表面的培養(yǎng)基，又不能傷及根系。一般使用無土栽培方法。培養(yǎng)基質(zhì)要提前消毒，可以向培養(yǎng)基質(zhì)噴灑質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhǎng)壯后再移植到大田或盆中。菊花的組織培養(yǎng)——結(jié)果與分析離體無菌培養(yǎng)基適宜的外界條件(溫度、光照、氣體等)外植體愈傷組織試管苗植物體脫分化再分化移栽黑暗光照水瓊脂有機(jī)物無機(jī)物植物激素蔗糖：提供能量、調(diào)節(jié)滲透壓。植物激素：主要是生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素。菊花的組織培養(yǎng)——小結(jié)1）培養(yǎng)基的滅菌（高壓蒸汽滅菌）2）外植體的消毒（酒精、氯化汞）3）接種的無菌操作（酒精、酒精燈——灼燒）4）無菌箱中的培養(yǎng)；5）移栽到消過毒的環(huán)境中生存一段時(shí)間。2、在整個(gè)操作過程中，是如何來實(shí)現(xiàn)無菌環(huán)境的？思考：1.為什么整個(gè)過程要保證無菌操作？避免雜菌在培養(yǎng)基上迅速生長(zhǎng)消耗營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)防止有些雜菌危害培養(yǎng)物的生長(zhǎng)。1）培養(yǎng)基名稱：

；2）物理性質(zhì)：

；3）碳源：

。拓展1：植物組織培養(yǎng)常用的培養(yǎng)基配方P116拓展2：植物組織培養(yǎng)的兩種途徑胚狀體途徑胚狀體：離體培養(yǎng)條件下，沒有經(jīng)過受精過程，但是經(jīng)過了胚胎發(fā)育過程所形成的胚狀類似物，因而統(tǒng)稱為體細(xì)胞胚或胚狀體。器官發(fā)生途徑進(jìn)一步探究

若想探究生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的使用比例對(duì)植物組織培養(yǎng)的影響，則應(yīng)如何設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)？①

空白對(duì)照：不加任何激素；②

實(shí)驗(yàn)組1：生長(zhǎng)素用量與細(xì)胞分裂素用量的比值為1；③

實(shí)驗(yàn)組2：生長(zhǎng)素用量與細(xì)胞分裂素用量的比值大于1；④

實(shí)驗(yàn)組3：生長(zhǎng)素用量與細(xì)胞分裂素用量的比值小于1。

能否從以上內(nèi)容中概括植物組織培養(yǎng)中細(xì)胞表現(xiàn)出全能性所需要的條件？4.植物組織培養(yǎng)是一個(gè)

過程（填繁殖方式）。1.A、B過程分別為

。C是

。A過程細(xì)胞分裂方式是

，

B過程細(xì)胞分裂方式是

,同時(shí)也進(jìn)行

。2.影響A、B過程的關(guān)鍵因素是

。植物體胚狀體或生芽生根外植體脫分化、再分化C有絲分裂細(xì)胞分化植物激素?zé)o性繁殖AB3.A過程需要

光，B過程需光照，葉綠素的合成

光照。有絲分裂愈傷組織避需要練一練×三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實(shí)現(xiàn)嗎？為什么？不能。因?yàn)椴煌N物種之間存在著生殖隔離1.概念：將不同種的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的技術(shù)。閱讀課文36-38頁，圖2-4，討論：（1）要想讓兩個(gè)來自不同植物的體細(xì)胞融合在一起，遇到的第一個(gè)障礙是什么？（2）怎樣通過比較溫和的方法去掉細(xì)胞壁？（3）怎樣誘導(dǎo)兩個(gè)原生質(zhì)體的融合？與細(xì)胞膜的什么特性有關(guān)？（4）如果兩個(gè)來源不同的原生質(zhì)體發(fā)生融合形成了雜種細(xì)胞，下一步如何將雜種細(xì)胞培育成雜種植株？（5）這項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)有什么意義？A細(xì)胞B細(xì)胞纖維素酶果膠酶1.去壁：酶解法正在融合的原生質(zhì)體再生出細(xì)胞壁2.誘融物理法：化學(xué)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(xì)胞融合植物組織培養(yǎng)雜種植株愈傷組織A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體移栽后的植株細(xì)胞膜的流動(dòng)性和植物細(xì)胞的全能性1.原理：植物體細(xì)胞雜交技術(shù)過程2.兩個(gè)標(biāo)志（1）植物細(xì)胞融合完成的標(biāo)志：再生出新的細(xì)胞壁（2）植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志：培育成新植物體打破生殖隔離，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種3.意義：思考：①參與此過程中的主要細(xì)胞器是？②雜種細(xì)胞的染色體數(shù)是多少？③雜種細(xì)胞染色體組數(shù)是多少？④融合后，培養(yǎng)基中有幾種類型的細(xì)胞？高爾基體兩親本染色體數(shù)之和兩親本染色體組數(shù)之和A、B、AA、BB、AB。（只考慮兩兩融合）需要進(jìn)一步篩選植物體細(xì)胞雜交育種四倍體4.變異類型——染色體數(shù)目變異生殖類型變異類型染色體數(shù)染色體組數(shù)基因組成無性繁殖，育種過程中不遵循孟德爾定律染色體數(shù)目變異兩親本染色體數(shù)之和。2n+2m兩親本染色體組數(shù)之和。2+2兩親本基因型之和。AaBbCcDd①番茄馬鈴薯植株是異源四倍體。②若親本植株可育，則雜種植株可育。③雜種植株是不同于親本的新物種。雜交育種誘導(dǎo)多倍體四倍體二倍體概念植物細(xì)胞融合原生質(zhì)體制備過程變異類型植物組織培養(yǎng)原生質(zhì)體融合原理育種類型原理過程花藥離體培養(yǎng)細(xì)胞全能性操作步驟脫分化再分化外植體根、芽、胚狀體愈傷組織外植體消毒接種切塊形成愈傷組織誘導(dǎo)生芽生根植物體細(xì)胞雜交植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞工程優(yōu)缺點(diǎn)本堂小結(jié)練習(xí)與應(yīng)用一、概念檢測(cè)1.下圖是利用甲、乙兩種植物的各自優(yōu)勢(shì)，通過植物細(xì)胞工程技術(shù)培育高產(chǎn)、耐鹽的雜種植株的實(shí)驗(yàn)流程圖。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A.進(jìn)行a處理時(shí)能用胰蛋白酶B.b是誘導(dǎo)融合后得到的雜種細(xì)胞C.c是培養(yǎng)后得到的具有耐鹽性狀的幼芽D.進(jìn)行d選擇時(shí)要將植株種在高鹽環(huán)境中A2.科學(xué)家在制備原生質(zhì)體時(shí)，有時(shí)使用蝸牛消化道提取液來降解植物細(xì)胞的細(xì)胞壁。據(jù)此分析，蝸牛消化道提取液中可能含有什么成分？【答案】纖維素酶和果膠酶。二、拓展應(yīng)用“番茄-馬鈴薯”雜種植株沒有如科學(xué)家所想象的那樣，地上結(jié)番茄，地下長(zhǎng)馬鈴薯，這是為什么？【提示】1978年，梅爾徹斯(G.Melchers)等人首次獲得了馬鈴薯與番茄的體細(xì)胞雜種植株。他們將培育的二倍體馬鈴薯和番茄的葉片細(xì)胞原生質(zhì)體進(jìn)行融合，產(chǎn)生了雜種植株一一“番茄-馬鈴薯”，它同時(shí)具有馬鈴薯和番茄的形態(tài)特征。其中一些植株形成了“類似塊莖的生殖根”，但是并沒有產(chǎn)生可結(jié)實(shí)的花、果實(shí)以及真正意義上的塊莖。到目前為