【高中生物】植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)課件 高二下學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修3

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)品的一門綜合性的生物工程。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)分株繁殖的方式，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。從社會(huì)中來(lái)鬼蘭（幽靈蘭）利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以大量、快速地培育蘭花。選擇性必修3第2章細(xì)胞工程本節(jié)聚焦:植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)是什么？什么是植物組織培養(yǎng)技術(shù)和植物體細(xì)胞雜交技術(shù)？怎樣進(jìn)行菊花的組織培養(yǎng)？第1節(jié)植物細(xì)胞工程（一）植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)1植物組織培養(yǎng)技術(shù)2植物體細(xì)胞雜交技術(shù)一、植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)2.原理：1.概念：指

的植物器官、組織或細(xì)胞等，培養(yǎng)在人工控制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其分化為

的技術(shù)。離體完整植株植物細(xì)胞的全能性外植體外植體：在植物組織培養(yǎng)過程中，從植物體上被分離下來(lái)的，接種在培養(yǎng)基上供培養(yǎng)用的原生質(zhì)體、細(xì)胞、組織、器官等。細(xì)胞經(jīng)過

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。分裂和分化1.具有全能性的原因：一般生物體的每一個(gè)細(xì)胞都包含有該物種的

。即都有發(fā)育成

所必需的全部遺傳信息。全套遺傳信息完整個(gè)體2.體現(xiàn)全能性的標(biāo)志：細(xì)胞→完整個(gè)體或其他各種細(xì)胞判斷：一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)胡蘿卜韌皮部細(xì)胞發(fā)育成完整植株受精卵發(fā)育成個(gè)體（動(dòng)植物）蜜蜂受精卵發(fā)育成工蜂，卵細(xì)胞發(fā)育成雄峰一顆種子萌發(fā)成植株用一片葉子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株3.生物體內(nèi)細(xì)胞不體現(xiàn)全能性的原因：基因在特定的時(shí)間和空間條件下

的結(jié)果。選擇性表達(dá)4.全能性大小比較：（1）分化程度低的

分化程度高的（2）細(xì)胞分裂能力強(qiáng)的

細(xì)胞分裂能力弱＞＞（3）受精卵

胚胎干細(xì)胞

生殖細(xì)胞

體細(xì)胞

植物細(xì)胞

動(dòng)物細(xì)胞＞＞＞＞一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)3.一般過程：外植體愈傷組織試管苗完整植株脫分化芽、根等再分化生長(zhǎng)發(fā)育接種外植體誘導(dǎo)愈傷組織誘導(dǎo)生芽誘導(dǎo)生根移栽成活脫分化再分化再分化分化狀態(tài)未分化狀態(tài)一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)參考教材“圖2-1植物組織培養(yǎng)流程圖”寫出植物組織培養(yǎng)的基本流程。外植體愈傷組織試管苗完整植株脫分化芽、根等再分化生長(zhǎng)發(fā)育1.脫分化：

在一定的

和

等條件的

下，

的細(xì)胞

，轉(zhuǎn)變成

的過程。激素營(yíng)養(yǎng)誘導(dǎo)已經(jīng)分化失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能未分化的細(xì)胞①光照條件：②過程中涉及的生命活動(dòng)：一般不需要光照只有細(xì)胞增殖（有絲分裂），沒有細(xì)胞分化一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)相關(guān)概念注意說明外植體脫分化的難易程度：與植物種類、器官來(lái)源及生理狀況有關(guān)。一般來(lái)說，植物的花和幼嫩的組織脫分化相對(duì)較易，而植物的莖、葉等成熟的組織脫分化則較難。該過程添加的外源激素主要是細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素（比例適中），因?yàn)槎吣軓?qiáng)烈地促進(jìn)愈傷組織的形成。無(wú)菌操作——植物組織培養(yǎng)成功的關(guān)鍵。一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)2.再分化：

脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)，又可以

出芽或根等器官的過程。重新分化①實(shí)質(zhì)：②光照條件：基因的選擇性表達(dá)需要給予適當(dāng)強(qiáng)度的光照誘導(dǎo)葉綠素的合成，使試管苗能夠進(jìn)行光合作用原因：一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)③過程中涉及的生命活動(dòng)：細(xì)胞增殖（有絲分裂），細(xì)胞分化細(xì)胞排列疏松、無(wú)規(guī)則、高度液泡化、呈無(wú)定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞團(tuán)。具有_____和未_____特性。分裂分化③結(jié)果形成愈傷組織脫分化再分化過程外植體→愈傷組織愈傷組織→幼苗結(jié)果形成愈傷組織形成根、芽需要條件a.離體b.適宜的營(yíng)養(yǎng)c.生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的比例適中d.一般不需光a.離體b.適宜的營(yíng)養(yǎng)c.生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的比例高或低誘導(dǎo)生根或生芽d.光照決定植物脫分化、再分化的關(guān)鍵因素一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)菊花的組織培養(yǎng)——實(shí)驗(yàn)原理探究?實(shí)踐1.原理：外植體愈傷組織試管苗完整植株脫分化芽、根等再分化生長(zhǎng)發(fā)育植物細(xì)胞一般具有

。全能性生長(zhǎng)素/細(xì)胞分裂素

結(jié)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(jìn)愈傷組織的形成簡(jiǎn)記為：“高”根，“低”芽，“中”愈傷菊花的組織培養(yǎng)——方法步驟探究?實(shí)踐外植體消毒外植體分割接種外植體培養(yǎng)外植體轉(zhuǎn)移培養(yǎng)移栽試管苗用酒精擦拭雙手和超凈工作臺(tái)臺(tái)面。將流水充分沖洗后的外植體。②消毒：③切割：無(wú)菌操作30S2-3次30min①材料：幼嫩的菊花莖段2-3次酒精無(wú)菌水次氯酸鈉溶液無(wú)菌水洗將消過毒的外植體置于無(wú)菌培養(yǎng)皿中→用無(wú)菌濾紙吸去表面的水分→用解剖刀將外植體切成0.5～1cm長(zhǎng)的小段切割與接種外植體消毒外植體分割接種外植體培養(yǎng)外植體轉(zhuǎn)移培養(yǎng)移栽試管苗探究?實(shí)踐菊花的組織培養(yǎng)——方法步驟在酒精燈火焰旁，將外植體的1/3~1/2插入誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基中。用封口膜或瓶蓋封蓋瓶口，并在培養(yǎng)瓶上作好標(biāo)記。①接種到誘導(dǎo)愈傷組織培養(yǎng)基脫分化形成愈傷組織

有光時(shí)，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。將接種了外植體的錐形瓶或植物組織培養(yǎng)瓶置于18~22℃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(zhǎng)情況。避光

接種外植體時(shí)，不要倒插！

（將“形態(tài)學(xué)上端”朝上）探究?實(shí)踐菊花的組織培養(yǎng)——方法步驟②接種到誘導(dǎo)生芽培養(yǎng)基③接種到誘導(dǎo)生根培養(yǎng)基接種室培養(yǎng)15～20d后，將生長(zhǎng)良好的愈傷組織轉(zhuǎn)接到

的培養(yǎng)基上。長(zhǎng)出芽后，再將其轉(zhuǎn)接到

的培養(yǎng)基上，進(jìn)一步誘導(dǎo)形成試管苗。誘導(dǎo)生芽誘導(dǎo)生根外植體消毒外植體分割接種外植體培養(yǎng)外植體轉(zhuǎn)移培養(yǎng)移栽試管苗若先生根后就不易生芽！再分化形成芽、根置于光照愈傷組織外植體消毒外植體分割接種外植體培養(yǎng)外植體轉(zhuǎn)移培養(yǎng)移栽試管苗探究?實(shí)踐菊花的組織培養(yǎng)——方法步驟移栽前先打開封口膜或瓶蓋，讓試管苗在培養(yǎng)箱內(nèi)生長(zhǎng)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

或

等環(huán)境中，待其長(zhǎng)壯后再移栽入土。

每天觀察并記錄幼苗的生長(zhǎng)情況，適時(shí)澆水、施肥，直至開花。蛭石珍珠巖煉苗！移栽！觀察！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(wú)菌操作要求等。2周左右探究?實(shí)踐菊花的組織培養(yǎng)——結(jié)果分析與評(píng)價(jià)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？探究?實(shí)踐菊花的組織培養(yǎng)——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,加入等量無(wú)菌水；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。

使用比例

實(shí)驗(yàn)結(jié)果生長(zhǎng)素細(xì)胞分裂素>生長(zhǎng)素細(xì)胞分裂素<生長(zhǎng)素細(xì)胞分裂素＝有利于根的分化有利于芽的分化促進(jìn)愈傷組織的形成拓展：植物組織培養(yǎng)的兩種途徑胚狀體途徑器官發(fā)生途徑類似胚的結(jié)構(gòu)胚狀體練一練下列是植物組織培養(yǎng)流程圖，請(qǐng)回答：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

。A過程一般

光照；B過程需要光照，原因是

。2.影響A、B過程的關(guān)鍵因素是

，主要是_____________和

___

，二者添加的

會(huì)影響脫分化和再分化過程。3.植物組織培養(yǎng)是一個(gè)

過程。（填“無(wú)性繁殖”、“有性繁殖”）植物體根、芽或胚狀體外植體脫分化再分化

有絲分裂細(xì)胞分化植物激素細(xì)胞分裂素生長(zhǎng)素?zé)o性繁殖AB有絲分裂濃度及比例C脫分化、再分化愈傷組織不需要葉綠素的合成需要光照植物體細(xì)胞的雜交技術(shù)二那科學(xué)家是怎樣得到雜種植株的呢?利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實(shí)現(xiàn)嗎？為什么？不能。因?yàn)閮煞N生物之間存在著天然的生殖隔離番茄—馬鈴薯雜種植株番茄馬鈴薯1.概念將不同來(lái)源的植物細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新植物體的技術(shù)。融合實(shí)例:+=白菜甘藍(lán)白菜-甘藍(lán)二、植物體細(xì)胞的雜交技術(shù)二、植物體細(xì)胞的雜交技術(shù)參考動(dòng)物細(xì)胞融合，若是植物細(xì)胞之間的雜交，則應(yīng)先做什么？得到雜種細(xì)胞后，如何培育成植株？①去壁原因：

。②方法：

。③相關(guān)酶溶液：

。細(xì)胞壁阻礙著細(xì)胞間的雜交（阻礙了原生質(zhì)體間的融合）酶解法纖維素酶和果膠酶溶液（1）去除細(xì)胞壁為什么要去除細(xì)胞壁?用什么方法可以去除細(xì)胞壁?上述酶溶液中一般加入一定濃度的無(wú)機(jī)鹽離子和甘露醇，試分析原因？使溶液有一定的滲透壓，防止原生質(zhì)體吸水過多而漲破去壁去壁融合再生新壁脫分化再分化移栽A細(xì)胞A原生質(zhì)體B細(xì)胞B原生質(zhì)體正在融合的原生質(zhì)體再生出細(xì)胞壁愈傷組織雜種植株②方法：①理論基礎(chǔ)：（2）原生質(zhì)體間的融合誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的原理是什么?方法有哪些?融合完成的標(biāo)志是什么?融合的原生質(zhì)體重新產(chǎn)生細(xì)胞壁，形成雜種細(xì)胞細(xì)胞膜具有流動(dòng)性物理方法：化學(xué)方法：電融合法、離心法聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法使用方便，融合頻率高缺點(diǎn)：有一定的毒性,某些細(xì)胞不適用（如卵細(xì)胞）對(duì)細(xì)胞無(wú)毒害作用，操作簡(jiǎn)便，可重復(fù)性好優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)去壁去壁融合再生新壁脫分化再分化移栽A細(xì)胞A原生質(zhì)體B細(xì)胞B原生質(zhì)體正在融合的原生質(zhì)體再生出細(xì)胞壁愈傷組織雜種植株植物細(xì)胞融合完成的標(biāo)志去壁去壁融合再生新壁脫分化再分化移栽A細(xì)胞A原生質(zhì)體B細(xì)胞B原生質(zhì)體正在融合的原生質(zhì)體再生出細(xì)胞壁愈傷組織雜種植株若只考慮兩兩融合（2）原生質(zhì)體間的融合細(xì)胞融合后，共有幾種細(xì)胞類型？融合細(xì)胞有幾種，符合要求的是？①未融合的細(xì)胞②兩兩融合的細(xì)胞③多細(xì)胞融合體AAABBB篩選AB植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志：培育成新植物體（2）原生質(zhì)體間的融合植物細(xì)胞融合技術(shù)的原理是：

；植物組織培養(yǎng)技術(shù)的原理是：

。去壁去壁融合再生新壁脫分化再分化移栽植物細(xì)胞融合技術(shù)植物組織培養(yǎng)技術(shù)A細(xì)胞A原生質(zhì)體B細(xì)胞B原生質(zhì)體正在融合的原生質(zhì)體再生出細(xì)胞壁愈傷組織雜種植株植物體細(xì)胞雜交技術(shù)應(yīng)用了哪兩種技術(shù)？對(duì)應(yīng)的原理是什么？細(xì)胞膜的流動(dòng)性植物細(xì)胞的全能性植物體細(xì)胞雜交技術(shù)有何意義？打破生殖隔離，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種，培育植物新品種。植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的流程A細(xì)胞B細(xì)胞纖維素酶果膠酶去壁酶解法正在融合的原生質(zhì)體誘導(dǎo)融合物理法：化學(xué)法：電融合法、離心法等聚乙二醇（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（細(xì)胞膜的流動(dòng)性）植物組織培養(yǎng)（植物細(xì)胞的全能性）雜種植株愈傷組織A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體移栽后的植株去壁植物細(xì)胞融合完成的標(biāo)志植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志再生出細(xì)胞壁二、植物體細(xì)胞的雜交技術(shù)【小結(jié)】1.植物體細(xì)胞雜交的概念：

將不同來(lái)源的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新植物體的技術(shù)。2.兩大過程及原理：①植物細(xì)胞融合②植物組織培養(yǎng)（細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性）（植物細(xì)胞的全能性）3.兩個(gè)標(biāo)志：①植物細(xì)胞融合完成的標(biāo)志：②植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志：再生出新的細(xì)胞壁培育成新植物體4.實(shí)例：白菜—甘藍(lán)、普通小麥—長(zhǎng)穗偃麥草等。5.意義：打破生殖隔離，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種6.變異類型：染色體數(shù)目變異+=白菜甘藍(lán)白菜-甘藍(lán)1.白菜（2N=18）與甘藍(lán)（2N=18）體細(xì)胞雜交所得植株白菜-甘藍(lán)的細(xì)胞染色體數(shù)為

，屬于

倍體。36

四

2.白菜（2N=18）與甘藍(lán)（2N=18）進(jìn)行雜交（相互授粉），

所得植株白菜-甘藍(lán)的細(xì)胞染色體數(shù)為

，屬于

倍體。二

18

基因重組染色體數(shù)目變異拓展：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(wú)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。AaBbCcDd拓展：AaBbCcDd植物體細(xì)胞雜交育種四倍體雜交育種誘導(dǎo)多倍體四倍體二倍體如何處理植株使其可育？看減數(shù)分裂聯(lián)會(huì)、配對(duì)能否正常進(jìn)行?、偃粲H本植株可育，

則雜種植株可育。②雜種植株是不同于

親本的新物種。練一練圖為植物體細(xì)胞雜交過程示意圖。據(jù)圖回答：1.步驟①是

，最常用的方法是

。

2.步驟②一般常用的化學(xué)試劑是

，目的是

。3.在利用雜種細(xì)胞培育成為雜種植株的過程中，此技術(shù)運(yùn)用的原理是

，其中步驟④相當(dāng)于

，步驟⑤相當(dāng)于

。

4.植物體細(xì)胞雜交的目的是獲得新的雜種植株，使

能夠在新的植物體上有所表現(xiàn)，其根本原因是

。5.若遠(yuǎn)緣雜交親本A的基因型為AaBb，B的基因型為YYEe，則融合后形成的雜種植株基因型是

。去除細(xì)胞壁，分離原生質(zhì)體酶解法聚乙二醇誘導(dǎo)植物原生質(zhì)體融合脫分化再分化遠(yuǎn)緣雜交親本的遺傳特征雜種植株獲得雙親的遺傳物質(zhì)細(xì)胞的全能性AaBbYYEe練一練圖為植物體細(xì)胞雜交過程示意圖。據(jù)圖回答：6.若遠(yuǎn)緣雜交親本A的基因型為AaBb，B的基因型為YYEe，則融合后形成的植株基因型可能是

。7.從理論上講，雜種植株的育性__________。若運(yùn)用傳統(tǒng)有性雜交方法能否實(shí)現(xiàn)？