高二生物蘇教版2019選擇性必修3同步課件植物細胞工程

第二章細胞工程第一節(jié)植物細胞工程

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.這樣的生物技術(shù)屬于何種生物工程？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(shù)。什么叫細胞工程？包括哪兩大領域？細胞工程應用的原理和方法研究的水平研究的目的細胞生物學和分子生物學細胞整體水平或細胞器水平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)品概念分類植物細胞工程動物細胞工程

蘭花因高雅美麗而深受人們喜愛。蘭花常用分根法和種子進行繁殖。在蘭花的常規(guī)繁殖中，遇到的難題是：用分根法繁殖速度緩慢，不利于新品種的推廣;用種子繁殖又很困難，因為蘭花的種子十分微小，胚很纖弱，種子幾乎沒有儲藏營養(yǎng)物質(zhì)，在發(fā)芽過程中很容易夭折。

科學家應用多倍體育種的方法，培育出的三倍體無子西瓜，具有無子、含糖高、口感好等特點。但因其不結(jié)種子，每年必須用四倍體和二倍體西瓜雜交培育種子，不僅增加了生產(chǎn)成本，也給無籽西瓜的普及帶來困難。第二節(jié)植物細胞工程的應用一、植物細胞工程的基本技術(shù)植物組織培養(yǎng)利用菊花花瓣微型繁殖培養(yǎng)的菊花探究：1、為什么運用植物組織培養(yǎng)技術(shù)能把植物離體器官、組織或細胞培養(yǎng)成完整植物體？植物細胞具有全能性。2、什么是細胞的全能性？1、定義：

生物體的細胞具有發(fā)育成完整個體的潛能的特性。

2、原理：生物體的每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、差異：

（1）受精卵的全能性最高

（2）植物細胞全能性〉動物細胞全能性

(3)

（一）植物細胞的全能性受精卵生殖細胞體細胞＞＞

1.下列植物細胞全能性最高的是（）

A.形成層細胞B.韌皮部細胞C.木質(zhì)部細胞D.葉肉細胞

2．下列細胞全能性最高的是（）

A．植物的卵細胞

B．植物的精子細胞

C．被子植物的受精卵

D．被子植物的的葉肉細胞AC趁熱打鐵：

要把一塊組織通過培養(yǎng)得到一株完整植株,應該如何操作呢?(1)在組織培養(yǎng)實驗中，為什么要強調(diào)所用器械的滅菌和實驗人員的無菌操作？防止各種雜菌感染(1)和培養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)；（2）雜菌生長過程中所產(chǎn)生的對培養(yǎng)物有害的物質(zhì)，導致培養(yǎng)物迅速死亡。(2)在本實驗中，切取胡蘿卜塊根時為什么強調(diào)要切取含有形成層部分？胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）也能培養(yǎng)再生形成小植株，只是誘導愈傷組織比較困難。（3）請思考一下，胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花），是否也能培養(yǎng)成小植株，你能用實驗的方法進行驗證嗎？因為這部分容易誘導形成愈傷組織。(4)請根據(jù)上面的實驗過程，概括出植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程簡圖。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)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。（二）植物組織培養(yǎng)1、概念離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織根、芽植物體外植體脫分化植物激素：細胞分裂素、生長素再分化2、過程植物組織培養(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。強調(diào)幾個概念：離體的植物器官、組織或細胞，在培養(yǎng)一段時間以后，通過細胞分裂，形成一種沒有特定結(jié)構(gòu)和功能并處于旺盛分裂狀態(tài)的薄壁細胞1、愈傷組織：由高度分化的植物器官、組織或細胞產(chǎn)生愈傷組織的過程，又稱去分化。（2）脫分化的實質(zhì)和結(jié)果分別是什么？實質(zhì)是恢復細胞的全能性過程。結(jié)果是形成愈傷組織。脫分化產(chǎn)生的愈傷組織在培養(yǎng)過程中重新分化根或芽等器官的過程。2、（1）植物細胞的脫分化：3、植物細胞的再分化：

1、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。2、決定植物脫分化、再分化的關(guān)鍵因素是什么？植物激素

當細胞分裂素和生長素共同使用時，能刺激愈傷組織的形成，而通過調(diào)節(jié)二者的濃度比，就可以調(diào)控植物細胞培養(yǎng)過程中芽和根的形成，稱為“激素杠桿”。知識拓展能力提高探究：2、生物體內(nèi)的細胞為什么沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化成不同的組織器官？1、表現(xiàn)全能性的條件有哪些？離體、一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素及溫度、光照、pH等適宜外界條件。在特定的時間和空間條件下，基因選擇性的表達的結(jié)果。生物體的每一個細胞都含本物種的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成完整個體的全套基因。3、為何已分化的細胞仍具有發(fā)育成完整個體的潛能？1.在離體的植物器官、組織或細胞脫分化形成愈傷組織的過程中，下列哪一項條件是不需要的（）A.消毒滅菌B.適宜的溫度C.充足的光照D.適宜的養(yǎng)料和激素C反饋練習2.要將胡蘿卜韌皮部細胞培養(yǎng)成完整植株，不需要（）A.具有完整細胞核的細胞B.離體狀態(tài)C.導入外源基因D.一定的營養(yǎng)物質(zhì)和激素C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。于是，這些科學家試圖用這兩種植物的體細胞進行雜交，來實現(xiàn)這一美妙的設想。二、植物體細胞雜交技術(shù)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？

1972年卡爾森等通過兩個煙草品種之間原生質(zhì)體的融合，獲得了第一個體細胞雜種。背景資料1978年梅爾徹斯(Melchers)等首次獲得了番茄和馬鈴薯的屬間體細胞雜種——“Potamato”。

目前，已得到栽培煙草與野生煙草、栽培大豆與野生大豆、秈稻與野生稻、秈稻與粳稻、小麥與鵝冠草等細胞雜種及其后代，獲得了有價值的新品系或育種上有用的新材料。白菜甘藍白菜－甘藍1．你認為兩個來自不同植物的體細胞完成融合，遇到的第一個障礙是什么？2．有沒有一種溫和的去壁方法呢？3．為什么兩個原生質(zhì)體能發(fā)生融合，這與細胞膜的什么特性有關(guān)？4．如果兩個來源不同的原生質(zhì)體發(fā)生了融合，下一步該做何處理？5．如何將雜種細胞培育成雜種植株？請思考：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1、過程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去壁去壁人工誘導方法？促進融合的方法？融合完成的標志植物細胞B二、植物體細胞雜交技術(shù)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、聚乙二醇再生細胞壁雜種細胞去分化愈傷組織雜種植株激素篩選等量激素再分化植物體細胞雜交過程示意圖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(shù)。3、優(yōu)勢和未解決的問題

優(yōu)勢（與有性雜交方法比較）

：打破了不同種生物間的生殖隔離限制，大大擴展了可用于雜交的親本組合范圍。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。1.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(jié)馬鈴薯？

馬鈴薯—番茄沒有像人們預想的那樣地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯，主要原因是：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，所以馬鈴薯—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(jié)馬鈴薯就是很自然的了。2.自然界中有一種含有葉綠體的原生動物──眼蟲，說明植物的細胞器同樣可以在某些動物細胞中存活，請?zhí)接懀簞游锛毎c植物細胞之間可以實現(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，請設計出具體實驗方案。所采用技術(shù)的理論基礎植物細胞工程通常采用的技術(shù)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(jié)三、植物細胞工程的實際應用

資料1科學家應用多倍體育種的方法，培育出的三倍體無子西瓜，具有無子、含糖高、口感好等特點。但因其不結(jié)種子，每年必須用四倍體和二倍體西瓜雜交培育種子，不僅增加了生產(chǎn)成本，也給無籽西瓜的普及帶來困難。

資料2病毒引起的植物病害有500多種。受害的植物包括糧食作物、蔬菜、果樹和花卉，如水稻、小麥、棉花、馬鈴薯、油菜、大蒜、蘋果、棗、唐菖蒲、蘭花等。而且沒有有效的防治辦法，只能拔除病株，造成很大的經(jīng)濟損失。病毒多集中在種子、老葉等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的組織中較少，在分生區(qū)幾乎不含病毒。

資料3蘭花因高雅美麗而深受人們喜愛。蘭花常用分根法和種子進行繁殖。在蘭花的常規(guī)繁殖中，遇到的難題是：用分根法繁殖速度緩慢，不利于新品種的推廣;用種子繁殖又很困難，因為蘭花的種子十分微小，胚很纖弱，種子幾乎沒有儲藏營養(yǎng)物質(zhì)，在發(fā)芽過程中很容易夭折。（一）微型繁殖技術(shù)（也稱快速繁殖技術(shù)）一、植物繁殖的新途徑1.概念:快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)。2.優(yōu)點:3.成就:1）保持優(yōu)良品種的遺傳特性；2）高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖。討論利用了植物“微型”繁殖技術(shù)的：1）保持優(yōu)良品種的遺傳特性;2）高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖，在短時間中獲得大量的優(yōu)質(zhì)種苗。（一）微型繁殖技術(shù)（也稱快速繁殖技術(shù)）一、植物繁殖的新途徑（二）作物脫毒

長期進行無性繁殖的作物，易積累感染的病毒，導致產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差。分生區(qū)（如莖尖）的細胞進行組織培養(yǎng)獲得脫毒苗1.原因:2.材料:3.方法:4.結(jié)果:一、植物繁殖的新途徑（三）神奇的人工種子1.天然種子的局限

1）培育周期長。

2）優(yōu)良雜種的后代會發(fā)生性狀分離而喪失其優(yōu)良特性。

3）生產(chǎn)會受到季節(jié)、氣候和地域的限制，并且需要占用大量的土地實現(xiàn)制種。一、植物繁殖的新途徑2.人工種子

胚狀體一、植物繁殖的新途徑（三）神奇的人工種子

通過植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經(jīng)過人工薄膜包裝得到的種子。（1）人工種子概念胚狀體（或不定芽、頂芽和腋芽）+人工種皮一、植物繁殖的新途徑（三）神奇的人工種子（2）人工種子組成

誘導植物愈傷組織

↓體細胞胚的誘導

↓體細胞胚的成熟

↓

體細胞胚的機械化包裹

↓貯藏或種植思考設計人工種子制備技術(shù)的主要流程圖一、植物繁殖的新途徑（三）神奇的人工種子討論

①培植周期短；②后代無性狀分離；③不受氣候,季節(jié)和地域限制；④可以很方便地貯藏和運輸。加入適量的養(yǎng)分、無機鹽、有機碳源以及農(nóng)藥、抗生素、有益菌、植物生長調(diào)節(jié)劑等。1）優(yōu)點：2）人工種皮的有效成分一、植物繁殖的新途徑（三）神奇的人工種子（一）單倍體育種二作物新品種的培育體細胞中含有本物種配子染色體數(shù)目的個體。由配子不經(jīng)過受精作用而直接發(fā)育成的個體。例：蜜蜂中的雄蜂長得弱小，而且高度不育。1.單倍體定義：2.單倍體形成：3.單倍體植株的特點：4.

設計出通過植物花藥組織培養(yǎng)生成正常植株的實驗流程。（一）單倍體育種二作物新品種的培育花藥花粉細胞培養(yǎng)接種脫分化愈傷組織根、芽再分化單倍體植株移栽正常植株染色體加倍后代都是純合子，明顯縮短育種年限5.優(yōu)點：6.成就（一）單倍體育種二作物新品種的培育（二）突變體的利用

植物組織培養(yǎng)過程中，由于培養(yǎng)細胞一直處于不斷的分生狀態(tài)，易受到培養(yǎng)條件和外界壓力的影響而產(chǎn)生突變。1.產(chǎn)生：篩選對人們有利突變體,進而培育新品種。2.利用：二作物新品種的培育蛋白質(zhì),脂肪,糖類,藥物,香料,生物堿等1.細胞產(chǎn)物種類：三細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)植物的組織培養(yǎng)2.技術(shù)：3.成就：1、植物的微型繁殖技術(shù)是指（）A．植物體細胞雜交技術(shù)B．嫁接C．營養(yǎng)繁殖D．植物組織培養(yǎng)課堂演練2、科學工作者把胡蘿卜的韌皮部細胞分離出來，將單個細胞放入培養(yǎng)基中培養(yǎng)，獲得了