2.1.1植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)課件【知識精講精研】高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

植物細(xì)胞工程一植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)單擊此添加副標(biāo)題細(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、個體或其產(chǎn)品的一門綜合性生物工程。1.原理方法：細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)2.操作水平：細(xì)胞器、細(xì)胞或組織水平3.目的：獲得特定的細(xì)胞、組織、器官、個體或其產(chǎn)品4.分類：植物細(xì)胞工程、動物細(xì)胞工程細(xì)胞工程發(fā)展歷程1907年哈里森用一滴淋巴液成功培養(yǎng)了蝌蚪的神經(jīng)元，首創(chuàng)了動物組織體外培養(yǎng)法1958年斯圖爾德等發(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。1998年湯姆森和吉爾哈特獲得可體外培養(yǎng)的人胚胎干細(xì)胞2006年山中伸彌獲得誘導(dǎo)多能干細(xì)胞1975年米爾斯坦和科勒獲得能穩(wěn)定遺傳的單克隆抗體的雜交瘤細(xì)胞株。1971年卡森誘導(dǎo)煙草原生質(zhì)體融合，培育出第一株體細(xì)胞雜交植物1960年科金用真菌的纖維素酶分解番茄根的細(xì)胞壁，成功獲得了原生質(zhì)體。1996年世界上第一只體細(xì)胞克隆羊多莉誕生，隨后多種克隆動物相繼問世。2017年我國科學(xué)家首次培育了體細(xì)胞克隆猴。從社會中來“其芽葺葺，其葉青青，猶綠衣郎，挺節(jié)獨立，可敬可慕。迨夫花開,凝晴瀼露,萬態(tài)千妍,薰風(fēng)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，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？蘭花是觀賞植物中最常見的一類依靠植物組織培養(yǎng)繁育種苗的植物，其組培苗的數(shù)量約占觀賞植物組培苗總量的40%利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以大量、快速地培育蘭花。一、細(xì)胞的全能性1.概念：

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。2.原因：

一般來說，生物體的每個細(xì)胞中都含有發(fā)育成為完整個體所需的全部遺傳信息。3.生物體生長發(fā)育過程中并不是所有細(xì)胞都表現(xiàn)出全能性（1）不體現(xiàn)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（2）不體現(xiàn)全能性的原因：基因在特定時間、空間條件下選擇性表達(dá)二、植物組織培養(yǎng)技術(shù)1.概念：

指將離體的植物器官、組織或細(xì)胞（稱為外植體）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(dǎo)其形成完整植株的技術(shù)。2.原理：植物細(xì)胞的全能性。3.過程：外植體脫分化愈傷組織再分化根、芽幼苗完整植株移栽成活

離體、無菌條件、種類和比例適宜的營養(yǎng)物質(zhì)、植物激素（主要是生長素和細(xì)胞分裂素）的誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)、適宜的外界條件（溫度、pH、光照等）。脫分化：在___________________條件的誘導(dǎo)下，已經(jīng)分化的細(xì)胞_______________________，轉(zhuǎn)變?yōu)開____________，進(jìn)而形成_________的過程。一定的激素和營養(yǎng)等失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能未分化的細(xì)胞愈傷組織愈傷組織：不定形的薄壁組織團(tuán)塊。再分化：愈傷組織重新分化成芽、根等器官的過程。適宜的培養(yǎng)條件：脫分化過程一般不需要光照、再分化過程需要光照。菊花的組織培養(yǎng)1.實驗原理：①植物細(xì)胞一般具有______；全能性②在一定的激素和營養(yǎng)等條件的誘導(dǎo)下，已經(jīng)分化的細(xì)胞可以經(jīng)過______和______，形成________，長出_______，進(jìn)而發(fā)育成__________；脫分化再分化胚狀體芽和根完整的植株③植物激素中______和__________是啟動_________、______和______的關(guān)鍵激素，它們的_____、_____等都會影響植物細(xì)胞的發(fā)育方向；生長素細(xì)胞分裂素細(xì)胞分裂脫分化再分化濃度比例生長素/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2.材料用具①外植體：幼嫩的菊花莖段(容易誘導(dǎo)形成愈傷組織)②體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精：對手、超凈工作臺、外植體進(jìn)行消毒③質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%左右的次氯酸鈉溶液:對外植體進(jìn)行消毒④無菌水:清洗外植體⑤培養(yǎng)基（參見本書附錄1）包括無機(jī)營養(yǎng)成分（水和無機(jī)鹽）、有機(jī)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(xì)胞分裂素）；蔗糖的作用：提供能量，調(diào)節(jié)滲透壓滅菌方法為：濕熱滅菌法3.方法步驟（1）消毒①雙手和超凈工作臺臺面:用酒精擦拭②外植體:

流水沖洗→酒精消毒30s→立即用無菌水清洗2～3次→次氯酸鈉溶液處理30min→立即用無菌水清洗2～3次。（2）外植體切段

將消過毒的外植體置于無菌的培養(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0.5～1cm長的小段。（3）接種外植體

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。注意：接種時注意外植體的方向，不要倒插?。?）脫分化

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情況。注意：該過程一般不需要光照，有光易形成維管組織，不易形成愈傷組織。（5）再分化培養(yǎng)15～20d后，將生長良好的愈傷組織轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生芽的培養(yǎng)基上→長出芽后→將其轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生根的培養(yǎng)基上，進(jìn)一步誘導(dǎo)形成試管苗。注意：注意順序，先誘導(dǎo)生芽，再誘導(dǎo)生根；該過程每日需要給予適當(dāng)時間和強(qiáng)度的光照?。?）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)箱內(nèi)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。4.結(jié)果分析與評價（1）接種3～4d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）你培養(yǎng)出愈傷組織了嗎？如果培養(yǎng)出來了，從剛接種的外植體到長出愈傷組織經(jīng)歷了多少天？這些愈傷組織進(jìn)一步分化出芽和根了嗎？

觀察實驗結(jié)果，看看是否培養(yǎng)出了愈傷組織，記錄多長時間長出了愈傷組織。從剛接種的外植體到長出愈傷組織一般需要2周左右的時間。統(tǒng)計更換培養(yǎng)基后愈傷組織進(jìn)一步分化成芽和根的比例和時間。（3）觀察外植體的分化情況，填好結(jié)果記錄表，并及時分析結(jié)果。

做好統(tǒng)計和對照，填好結(jié)果記錄表，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。從實驗的第一步開始就要做好實驗記錄，可以分組配制不同的培養(yǎng)基，如誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基、誘導(dǎo)生芽的培養(yǎng)基等，還可以進(jìn)行不同配方的比較。（4）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(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。一般使用無土栽培的辦法。培養(yǎng)基質(zhì)要提前消毒，可以向培養(yǎng)基質(zhì)噴酒質(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。5.進(jìn)一步探究

若細(xì)胞不離體，細(xì)胞中的基因會選擇性地表達(dá)，從而形成生物體的不同組織和器官，不能表現(xiàn)出全能性；

若想探究生長素與細(xì)胞分裂素的使用比例對植物組織培養(yǎng)的影響，則應(yīng)如何設(shè)計對照實驗？①空白對照：不加任何激素；②實驗組1：生長素用量與細(xì)胞分裂素用量的比值為1；③實驗組2：生長素用量與細(xì)胞分裂素用量的比值大于1；④實驗組3：生長素用量與細(xì)胞分裂素用量的比值小于1。6.植物組織培養(yǎng)中細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的條件（1）離體（最關(guān)鍵）:（2）嚴(yán)格的無菌條件:

①對操作環(huán)境、雙手、外植體進(jìn)行消毒；②對培養(yǎng)基和器械進(jìn)行滅菌；③接種操作必須在酒精燈火焰旁進(jìn)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:溫度,光照包括有機(jī)營養(yǎng)成分、無機(jī)營養(yǎng)成分主要是生長素和細(xì)胞分裂素

20世紀(jì)60年代，科學(xué)家嘗試將番茄和馬鈴薯雜交，希望培育出一種地上結(jié)番茄、地下長馬鈴薯的超級作物。討論：用傳統(tǒng)的有性雜交方法能得到雜種后代嗎？為什么？

不能；

因為兩種生物之間存在著生殖隔離；

有沒有方法可以打破生殖隔離，實現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種，獲得“番茄-馬鈴薯雜種植株”呢？三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)1.過程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2.植物體細(xì)胞雜交的概念：