【生物】植物細胞工程的基本技術(shù)課件-2023-2024學年高二下學期生物人教版（2019）選擇性必修3

細胞工程是指應(yīng)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(chǎn)品的一門綜合性的生物工程。第2章

細胞工程包括植物細胞工程和動物細胞工程兩大領(lǐng)域。哈伯蘭特提出了細胞全能性的理論，但相關(guān)的實驗嘗試沒有成功。斯圖爾德等發(fā)現(xiàn)胡蘿卜的體細胞可以分化為胚，為細胞全能性理論提供了強有力的支持?？平鹩谜婢睦w維素酶分解番茄根的細胞壁，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，首次得到了由花藥中的花粉粒發(fā)育而來的胚?？柹T導煙草種間原生質(zhì)體融合，獲得了第一株體細胞種間雜種植株。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領(lǐng)域，促進了植物細胞工程與分子生物學技術(shù)的緊密結(jié)合。植物細胞工程的發(fā)展歷程1902年1958年1960年1964年1971年1974年【科技探索之路】第1節(jié)

植物細胞工程本節(jié)聚焦:植物細胞工程的理論基礎(chǔ)？什么是植物組織培養(yǎng)技術(shù)和植物體細胞雜交技術(shù)？怎樣進行菊花的組織培養(yǎng)？

第二章細胞工程

“其茅葺，其葉青青，猶綠衣郎，挺節(jié)獨立，可敬可慕。迨（dài）夫花開，凝晴滾露，萬態(tài)千妍，薰風自來，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。從社會中來思考：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(shù)思考:為什么利用植物的組織或細胞就能培養(yǎng)成完整植物體？植物細胞具有全能性植物組織培養(yǎng)的基本原理利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以大量、快速地培育蘭花。葉子花瓣花粉細胞植物體閱讀教材P34第一段，回答下列問題。1.什么是細胞的全能性？2.體細胞具有全能性的根本原因是什么？3.體現(xiàn)全能性的標志？4.在生物的生長發(fā)育過程中，所有細胞都能表現(xiàn)出全能性嗎？請舉例。5.為什么不是所有的細胞都表現(xiàn)出全能性？

一、細胞的全能性1.概念：細胞經(jīng)過分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細胞的潛能。

一、細胞的全能性2.原因：已分化的細胞仍含有該物種的全部遺傳信息(具有發(fā)育成完整個體所需要的全套基因)葉子花瓣花粉細胞植物體3.體現(xiàn)全能性的標志：細胞

→完整個體或其他各種細胞5.生物體內(nèi)細胞并不都表現(xiàn)全能性原因：

在特定的時間和空間條件下，細胞中的基因會選擇性的表達，即發(fā)生細胞分化。如芽原基的細胞只能發(fā)育為芽，葉原基的細胞只能發(fā)育為葉。

一、細胞的全能性（1）受精卵＞胚胎干細胞＞生殖細胞＞體細胞（2）植物細胞＞動物細胞一般情況下，隨著細胞分化程度的不斷提高，細胞的全能性逐漸降低。4.全能性的大小：6.表現(xiàn)出全能性的條件：表現(xiàn)出全能性①離體②一定的營養(yǎng)物質(zhì)、植物激素③適宜的溫度、pH等外界條件④無菌環(huán)境1958年Steward利用胡蘿卜韌皮部誘導分化產(chǎn)生了胚狀體，并獲得個體植株。

一、細胞的全能性閱讀教材P35第二段及“探究實踐”，回答下列問題。1.什么是外植體？2.什么是脫分化？3.什么是愈傷組織？4.什么是再分化？愈傷組織

二、植物組織培養(yǎng)技術(shù)1.概念：

是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(shù)。植物細胞的全能性無性生殖有絲分裂

二、植物組織培養(yǎng)技術(shù)原理：生殖方式：分裂方式：植物組織培養(yǎng)技術(shù)2.植物組織培養(yǎng)的流程：接種外植體離體培養(yǎng)的植物器官、組織或細胞脫分化誘導愈傷組織脫分化形成的不定形的薄壁組織團塊離體條件下已分化的細胞經(jīng)過誘導，失去特有的結(jié)構(gòu)和功能，轉(zhuǎn)變成未分化的細胞誘導生芽再分化愈傷組織能重新分化成芽、根等器官誘導生根移栽成活外植體愈傷組織芽、根完整植株脫分化再分化生長發(fā)育脫分化與再分化的比較：脫分化再分化過程外植體→愈傷組織愈傷組織→幼苗分裂、分化有分裂，無分化有分裂，無分化結(jié)果形成愈傷組織形成根、芽需要條件a.離體、適宜的營養(yǎng)c.生長素與細胞分裂素的比例適中d.一般不需光a.離體、適宜的營養(yǎng)c.生長素與細胞分裂素的比例高或低誘導生根或生芽d.光照（誘導葉綠素的合成，使試管苗能夠進行光合作用。）

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(guān)鍵激素。它們的濃度、比例都會影響植物細胞的發(fā)育方向。3.決定植物脫分化、再分化的關(guān)鍵因素：生長素/細胞分裂素結(jié)果比值≈1比值＞1比值＜1促進根的分化促進芽的分化促進愈傷組織的形成

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(guān)鍵激素。它們的濃度、比例都會影響植物細胞的發(fā)育方向。外植體愈傷組織芽、根完整植株脫分化再分化生長發(fā)育

探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)材料用具植物組織培養(yǎng)常用的培養(yǎng)基：MS培養(yǎng)基

(P116)50mL錐形瓶（或植物組織培養(yǎng)瓶）植物組織培養(yǎng)瓶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P116MS培養(yǎng)基

固體培養(yǎng)基有機碳源（蔗糖）①提供能量②調(diào)節(jié)滲透壓流水沖洗

→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。外植體的消毒外植體的切段接種外植體誘導愈傷組織誘導生芽生根移栽外植體的消毒外植體的切段

探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)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0.5～1cm長的小段。方法步驟外植體的消毒外植體的切段接種外植體誘導愈傷組織誘導生芽生根移栽接種外植體

探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)在酒精燈火焰旁，將外植體的1/3～1/2插入誘導愈傷組織的培養(yǎng)基中培養(yǎng)溫度：18-220C、

一般不需要光照誘導愈傷組織注意：有光時，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。注意：接種時注意外植體的方向，不要倒插。外植體的消毒外植體的切段接種外植體誘導愈傷組織誘導生芽生根移栽誘導生芽生根

探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)培養(yǎng)15~20天后，將生長良好的愈傷組織轉(zhuǎn)接到誘導生芽的培養(yǎng)基上，長出芽后，再將其轉(zhuǎn)移到誘導生根的培養(yǎng)基上，進一步誘導形成試管苗。誘導出芽誘導生根注意：要給予適當時間和強度的光照。葉綠素的合成需要光照外植體的消毒外植體的切段接種外植體誘導愈傷組織誘導生芽生根移栽移栽

探究·實踐

菊花的組織培養(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。煉苗：使試管苗逐漸適應(yīng)外界環(huán)境，促進向自養(yǎng)型轉(zhuǎn)化。固體基質(zhì)型，含水量高、蓄水性強、透性好，適合栽培珍珠巖

,珍珠巖是一種火山噴發(fā)的酸性熔巖，經(jīng)急劇冷卻而成的玻璃質(zhì)巖石，有弧形或圓形裂隙，如珍珠的結(jié)構(gòu)，所以被命名為珍珠巖。蛭石是一種天然、無毒的礦物質(zhì)，在高溫作用下會膨脹的礦物。它是一種比較少見的礦物，屬于硅酸鹽。

探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)251.接種3?4d后，檢查外植體的生長情況，可能有外植體被污染，試分析它們被污染的可能原因。用于植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基同樣適合某些微生物的生長，如一些細菌、真菌等的生長。培養(yǎng)物一旦受到微生物的污染，就會導致實驗前功盡棄，因此要進行嚴格的無菌操作。菊花的組織培養(yǎng)

探究?實踐結(jié)果分析與評價導致外植體被污染的原因可能有：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。課堂小結(jié)根、芽脫分化再分化培養(yǎng)條件：①無菌②營養(yǎng)物質(zhì)③適宜環(huán)境條件（溫度、PH、光等）④植物激素：

細胞分裂素生長素避光一定的光照愈傷組織離體的植物器官、組織或細胞（外植體）芽發(fā)育成葉，葉肉細胞中葉綠素的合成需要光照試管苗有光時，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。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，進行煉苗（使試管苗逐漸適應(yīng)外界環(huán)境，促進向自養(yǎng)型轉(zhuǎn)化）。1.A、B過程分別為

。C是

。

A過程細胞分裂方式是

，

B過程細胞分裂方式是

,同時也進行

。A過程一般

光照；B過程需要光照，因為

。2.影響A、B過程的關(guān)鍵因素是

，主要是

和

，二者添加的

會影響脫分化和再分化過程。3.植物組織培養(yǎng)是一個

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

有絲分裂細胞分化植物激素細胞分裂素生長素無性繁殖AB有絲分裂濃度及比例【練習】下列是植物組織培養(yǎng)流程圖，請回答：C脫分化、再分化愈傷組織不需要葉綠素的合成需要光照問題情景：欲培育地上長番茄和地下結(jié)馬鈴薯的“超級作物”。你有什么妙招？利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實現(xiàn)嗎？為什么？不能。因為不同種物種之間存在著生殖隔離思考：有沒有方法可以打破生殖隔離，實現(xiàn)遠緣雜交育種，獲得“番茄-馬鈴薯雜種植株”呢？1.參考動物細胞融合，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？去除細胞壁（獲得原生質(zhì)體）2.得到雜種細胞后，如何培育成植株？植物組織培養(yǎng)原生質(zhì)層1.去壁：纖維素酶果膠酶酶解法2.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A細胞B細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體正在融合的原生質(zhì)體再生出細胞壁思考：1.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(zhì)體吸水過多而漲破，保持原生質(zhì)體正常。三、植物體細胞雜交技術(shù)1.去壁：纖維素酶果膠酶酶解法2.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A細胞B細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體正在融合的原生質(zhì)體再生出細胞壁思考：2.細胞融合后，共有幾種細胞類型？符合要求的是哪種？有三類：①未融合的細胞②兩兩融合的細胞③多細胞融合體篩選AB若只考慮兩兩融合AAABBB三、植物體細胞雜交技術(shù)1.去壁：纖維素酶果膠酶酶解法2.誘融物理法：化學法：電融合法、離心法聚乙二醇（PEG）融合法、A細胞B細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體正在融合的原生質(zhì)體再生出細胞壁脫分化愈傷組織再分化雜種植株移栽移栽后的植株植物組織培養(yǎng)植物細胞融合（植物細胞的全能性）（細胞膜的流動性）植物細胞融合完成的標志:融合的原生質(zhì)體重新產(chǎn)生細胞壁。三、植物體細胞雜交技術(shù)高Ca2+—高PH融合法等1.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植物體的技術(shù)。2.原理：細胞膜的流動性和植物細胞的全能性三、植物體細胞雜交技術(shù)3.成果：白菜—甘藍、普通小麥—長穗偃麥草【練習】

1.白菜（2N=18）與甘藍（2N=18）體細胞雜交所得植株白菜-甘藍的細胞染色體數(shù)為

，屬于

倍體。思考：通過體細胞雜交獲得的植株是否可育？說出理由。36

（異源）四

可育。通過體細胞雜交獲得的植株為異源四倍體，含有同源染色體，能正常聯(lián)會。1.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植物體的技術(shù)。2.原理：細胞膜的流動性和植物細胞的全能性“白菜-甘藍”4.變異類型：5.成功標志：6.優(yōu)點：獲得雜種植株打破生殖隔離，實現(xiàn)遠緣雜交育種，培育植物新品種。染色體數(shù)目變異三、植物體細胞雜交技術(shù)白菜—甘藍、普通小麥—長穗偃麥草3.成果：植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交技術(shù)原理過程意義聯(lián)系細胞膜的流動性和植物細胞的全能性植物細胞的全能性離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織脫分化再分化根、芽或胚狀體植物體生長發(fā)育植物組織培養(yǎng)與植物體細胞雜交技術(shù)的比較植物細胞A植物細胞B原生質(zhì)體A