2.1 植物细胞工程课件-2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修三

第2章 细胞工程 ----植物细胞工程的基本技术 第1节 植物细胞工程 导入 “其茅葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫花开，凝晴瀼露，万态千妍，薰风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！ 岂非有国香乎!” ——《金漳兰谱》（宋·赵时庚） 导入 兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低；传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长、繁殖率低等问题。 导入 幽灵兰 世上最贵的兰花,没有之一 ！ 市场价格：？ 1500万每株！ 导入 多 肉 的 叶 插 繁 殖 I have a dream! 导入 I have a dream! 知识回顾：必修一第6章第2节 一、细胞的全能性 细胞的全能性： 细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。 叶子 花粉 花瓣 植物体 细胞 原因 高度分化的细胞仍含有该物种的全部遗传信息， 具有发育成完整个体所需要的全套基因。 一、细胞的全能性 ② 全能性大小比较 受精卵＞胚胎干细胞＞生殖细胞＞体细胞 一般情况下，随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。 受精卵 胚胎干细胞 生殖细胞 体细胞 一、细胞的全能性 ③ 生物体内细胞并不都表现全能性原因： 生物体内的细胞在特定的时间和空间条件下， 细胞中的基因会选择性的表达。 如芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶。 二、植物组织培养技术 请从条件、关键因素、产物等方面比较脱分化和再分化异同。 辨析培养过程中脱分化、再分化以及愈伤组织。 组织培养实验中，强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作与原因？ 概述植物组织培养的概念及基本过程（用文字和箭头表示培养流程）？ 阅读教材P35-36，解决以下问题 二、植物组织培养技术 植物组织培养： 将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。 碳源、氮源、水、无机盐、激素、琼脂 适宜温度、pH、光照 外植体 植物细胞的全能性 原理 生殖方式 无性生殖 分裂方式 有丝分裂 接种外植体 诱导生根 移栽成活 诱导愈伤组织 诱导生芽 二、植物组织培养技术 细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁组织细胞团块。 脱分化 离体条件下已分化的细胞经过诱导失去特有的结构和功能，重新获得分裂能力。 再分化 愈伤组织能重新分化成芽、根等器官 二、植物组织培养技术 关键因素？ 关键激素 生长素和细胞分裂素 生长素 / 细胞分裂素用量 结果 比值≈1 比值＞1 比值＜1 促进根的分化 促进芽的分化 促进愈伤组织的形成 比值≈1 比值＞1 比值＜1 二、植物组织培养技术 探究·实践 菊花的组织培养 1、目的： （1）了解植物组织培养的基本原理 （2）了解生长素和细胞分裂素的浓度、用量比例对菊花愈伤组织形成和分化的影响 （3）尝试进行植物组织培养 2、材料： (1)外植体： 幼嫩的菊花茎段 (容易诱导形成愈伤组织) (2)体积分数为70%的酒精： 对手、超净工作台、外植体进行消毒 (3)质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液: (4)无菌水: 清洗外植体 对外植体进行消毒 二、植物组织培养技术 探究·实践 菊花的组织培养 3、MS培养基： 1.物理性质： ； 2.碳源： 。 无机营养成分(水和无机盐)、 有机营养成分(蔗糖、氨基酸、维生素等)、 特定浓度和比例的激素(主要是生长素和细胞分裂素)。 作用： 提供能量， 调节渗透压 固体培养基 蔗糖 作为碳源， 二、植物组织培养技术 探究·实践 菊花的组织培养 流水冲洗 →酒精消毒30s →无菌水清洗2～3次 →次氯酸钠溶液处理30min →无菌水清洗2～3次。 外植体 的消毒 外植体 的切段 接种外 植体 诱导愈 伤组织 诱导生 芽生根 移栽 材料： 幼嫩的菊花茎段 将酒精和次氯酸钠溶液清洗干净 二、植物组织培养技术 探究·实践 菊花的组织培养 外植体 的消毒 外植体 的切段 接种外 植体 诱导愈 伤组织 诱导生 芽生根 移栽 将消过毒的外植体置于无菌培养皿中 →用无菌滤纸吸去表面的水分 →用解剖刀将外植体切成0.5～1cm长的小段。 二、植物组织培养技术 探究·实践 菊花的组织培养 外植体 的消毒 外植体 的切段 接种外 植体 诱导愈 伤组织 诱导生 芽生根 移栽 接种外植体在什么附近进行？ 将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中 在酒精灯火焰旁 形态学下端 二、植物组织培养技术 探究·实践 菊花的组织培养 外植体 的消毒 外植体 的切段 接种外 植体 诱导愈 伤组织 诱导生 芽生根 移栽 1、诱导愈伤组织的培养基中生长素和细胞分裂素的比例？ 2、应该置于光照条件还是黑暗条件下培养？ 3、培养基提供的碳源应是有机碳源还是无机碳源？ 1：1 黑暗条件 有机碳源 有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。 18-220C、避光 二、植物组织培养技术 探究·实践 菊花的组织培养 外植体 的消毒 外植体 的切段 接种外 植体 诱导愈 伤组织 诱导生 芽生根 移栽 1、诱导生芽生根的培养基中生长素和细胞分裂素的比例？ 生长素比例多 需要光照。 叶绿素的合成需要光照 诱导生芽： 生长素比例少 诱导生根： 2、应该置于光照条件还是黑暗条件下培养？ 二、植物组织培养技术 探究·实践 菊花的组织培养 外植体 的消毒 外植体 的切段 接种外 植体 诱导愈 伤组织 诱导生 芽生根 移栽 移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。 用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或 珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。 每天观察并记录幼苗的生长情 况，适时浇水、施肥，直至开花。 培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？ “炼苗” 二、植物组织培养技术 探究·实践 菊花的组织培养 1、接种3 ~ 4d 后，检查外植体的生长情况，可能有外植体被污染， 试分析它们被污染的可能原因。 培养基、接种工具灭菌不彻底； 外植体消毒不彻底； 操作过程不符合无菌操作要求等。 结果分析与评价 被污染的培养基 避免杂菌在上面迅速生长消耗营养， 且有些杂菌会危害培养物生长。 三、总结 脱分化 再分化 三、总结 脱分化 再分化 过程 外植体→愈伤组织 愈伤组织→幼苗 分裂、分化 结果 需要条件 脱分化与再分化的比较 有分裂，无分化 有分裂，有分化 形成愈伤组织 形成根、芽 a.离体、适宜的营养； c.生长素与细胞分裂素 的比例适中； d.一般不需光； a.离体、适宜的营养； c.生长素与细胞分裂素的 比例高或低诱导生根或生芽； d.光照（诱导叶绿素的合成）； 一、导入 思考： 欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。 你有什么好妙招？ 一、导入 20世纪60年代，科学家尝试将番茄和马铃薯杂交，希望培育出一种地上结番茄、地下长马铃薯的超级作物。 × 1. 通过有性杂交能实现吗？为什么？ 不能，不同物种之间存在生殖隔离。 植物体细胞杂交技术。 2. 有没有方法可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，获得“番茄-马铃薯杂种植株”呢？ 二、植物体细胞杂交技术 概念：将不同来源的植物细胞，在一定条件下融合成杂种细胞， 并把杂种细胞培育成新植物体的技术。 想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？ 细胞壁 用什么方法可以温和地去除细胞壁而不伤害原生质体？ 纤维素酶、果胶酶 二、植物体细胞杂交技术 去壁 杂种细胞AB 植物细胞融合 去壁 植物细胞融合完成的标志 （细胞膜具有一定的流动性） 再生细胞壁 诱导融合 物理法： 化学法： 电融合法、离心法等 聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高PH融合法等 脱分化 再分化 移栽 植物组织培养 杂种植株 移栽后的植株 植物体细胞杂交完成的标志 （植物细胞的全能性） 二、植物体细胞杂交技术 3.变异类型： 染色体数目变异 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。 5.意义： 属于无性生殖， 不遵循孟德尔遗传定律 4.生殖方式： 1.原理： 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 2.基础技术： 植物组织培养 二、植物体细胞杂交技术 A种原生质体与B种原生质体融合后，有哪几种类型(只考虑两两融合)？ 而我们需要的是哪种类型？所以原生质体融合后，我们要进行怎样的处理？ AA AB BB 筛选 AB 真正符合要求的是AB， 因此要对融合细胞 进行筛选。 二、植物体细胞杂交技术 A的染色体组为2a=20， 已知基因型AaBb ； B的染色体组为2b=30， 已知基因型CcDd ； 变异类型 染色体数 染色体组数 基因组成 染色体数目变异 两亲本染色体数之和。2a+2b 两亲本染色体组数之和。2+2 两亲本基因型之和。AaBbCcDd 二、植物体细胞杂交技术 植物组织培养 植物体细胞杂交技术 原理 过程 意义 联系 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 植物细胞的全能性 离体的植物器官、组织或细胞 愈伤组织 脱分化 再分化 根、芽或胚状体 植物体 生长发育 植物细胞A 植物细胞B 原生质体A 去壁 原生质体B 去壁 人工诱导 融合的原生质体AB 杂种细胞AB 愈伤组织 脱分化 再生细胞壁 杂种植株 再分化 保持优良性状,繁殖速度快、大规模生产提高经济效益 植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术 克服不同种生物远缘杂交的障碍 植物组织培养与植物体细胞杂交技术的比较 第2章 细胞工程 ----植物细胞工程的应用 第1节 植物细胞工程 目录 /CONTENTS 01 02 植物繁殖的新途径 作物新品种的培育 03 细胞产物的工厂化生产 一、植物繁殖的新途径 20世纪60年代，荷兰科学家成功地利用组织培养技术来培育兰花。目前，荷兰的兰花生产已经发展成为举世闻名的兰花产业。 我国组织培养技术已经广泛应用于兰花种苗的规模化繁殖，使得名贵的兰花价格大幅下降。 蝴蝶兰 铁皮石斛 一、植物繁殖的新途径 （1）概念： 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。也叫微型繁殖。 1. 快速繁殖 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 试管苗 （2）优点： ①高效、快速地实现种苗的大量繁殖。 ②无性繁殖，保持优良品种的遗传特性。 ③不受自然生长季节的限制，培养周期短。 （3）应用： 快速繁殖经济林木、名贵花卉、珍稀濒危植物等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持的植物。 一、植物繁殖的新途径 38 （4）实例： 甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。 铁皮石斛的工厂化生产 一、植物繁殖的新途径 生姜是药食两用的经济作物，在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%-50%。 病毒引起的植物病害有500多种。受害植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉等。而且没有有效的防治办法，只能拔除，造成经济损失。病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几乎不含病毒。 一、植物繁殖的新途径 马铃薯 草莓 香蕉 组培 脱毒苗 顶端分生区（如茎尖）：病毒极少，甚至无毒 注：脱毒苗不等于抗毒苗。 2、作物脱毒 （3）优点： 明显提高农作物的产量和品质 感染的病毒很容易传给后代 无性繁殖 病毒在作物体内积累 作物产量降低品质变差 （1）脱毒原因 （2）脱毒方法 一、植物繁殖的新途径 （4）实例： 脱毒草莓 普通草莓 脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片 在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。 一、植物繁殖的新途径 以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工种皮包装，在适宜条件下可以萌发长成幼苗的种子。 3.人工种子 可保持优良品种的遗传特性；易于保存和运输。 优点 人工种皮：保持胚状体的活力和有利于人工种子萌发。 胚状体：相当于天然种子的胚，是有生命的物质结构。 人工胚乳：供胚状体维持生命力、保证其在适宜的环境条件下生长发育。 二、作物新品种的培育 P DDBB ddbb F1 DdBb F2 D_B_ D_bb ddB_ ddbb 高茎抗病 矮茎不抗病 F3 连续的自交直至不发生性状分离 选出ddBB 用高杆抗病（DDTT）和矮杆不抗病（ddtt）小麦品种培育矮杆抗病小麦（ddTT），如果要筛选出纯合的矮茎抗病的优良性状的小麦，你可以想到几种育种方法？ 杂交育种 缺点： 获得新品种的周期长 选育出需要的矮抗纯种 生长 F4 诱变育种 缺点： 不定向性 二、作物新品种的培育 1.单倍体育种 必修2P89第5章第2节 知识回顾： 二、作物新品种的培育 （1）单倍体： 枝叶茎杆弱小，果实多而小，一般高度不育。 特点： 由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成的个体。 （2）单倍体育种原理： 植物细胞的全能性、染色体（数目）变异。 1.单倍体育种 二、作物新品种的培育 （3）优点 秋水 仙素 花药离体培养 ①极大地缩短了育种的年限。 ②后代都是纯合子，能稳定遗传。 ③可作为进行体细胞诱变育种 和研究遗传突变的理想材料。 （常需5～6年） （当年） 技术相当复杂 (4)缺点： 1.单倍体育种 二、作物新品种的培育 注意说明 ①单倍体育种的目的不是获得单倍体本身，因为单倍体是高度不育的，在生产上没有实际价值，需诱导单倍体（种子阶段或幼苗阶段）的染色体数目加倍。 ②单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素诱导染色体数目加倍；单倍体育种需要先利用植物组织培养技术形成单倍体幼苗，但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。 二、作物新品种的培育 我国科学家在1974年成功培育出世界上第一个单倍体作物新品种——单育1号烟草。 (5)实例 我国科学家把单倍体育种与常规育种结合起来，育成水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。 二、作物新品种的培育 （1）原理 外植体 愈伤组织 试管苗 脱分化 再分化 植株 诱变 筛选 有用的突变体 2、突变体的利用 抗病、抗盐、含高蛋白、高产 突变体 ①基因突变(用射线或诱变剂处理分生细胞，主要是指愈伤组织细胞)。 ②植物细胞的全能性(由突变细胞培育得到突变体植株)。 二、作物新品种的培育 （2）优点： 提高变异的频率，加速育种进程。 难以控制突变方向，需要大量处理实验材料。 （3）缺点： 白三叶草 （4）实例： 抗除草剂的白三叶草 抗花叶病毒的甘蔗 抗盐碱的野生烟草 三、细胞产物的工业化生产 植物代谢 初生代谢： 生物生长生存所必需的代谢活动，一直进行 非生物生长所必需，在特定条件下进行 次生代谢： 缺点：①植物细胞的次生代谢物含量很低。 ②有些产物不能或难以通过化学途径得到。 一类小分子有机化合物 (如酚类、萜类和含氮化合物等) 产物： 如糖类、脂质、蛋白质、核酸等 产物： 应用多、产量低 四种育种方法的比较 育种方法 原理 过程 优点 快速繁殖   脱分化、再分化 保持优良品种遗传特性 突变体 的利用 基因突变、 细胞的 ; 对愈伤组织进行诱变处理后再筛选 提高 ，获得优良性状 单倍体 育种 细胞的 、 ; 、 诱导染色体数目加倍 明显缩短？ 植物体细 胞杂交 细胞膜的 、 细胞的 ; 融合、 杂种细胞组织培养 打破 ， 实现 。 细胞的全能性 全能性 突变率 全能性 染色体变异 先花药离体培养 再秋水仙素 育种年限 流动性 全能性 植物细胞 生殖隔离 远缘杂交 三、细胞产物的工业化生产 1.概念： 在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。 外植体 愈伤组织 细胞悬液 脱分化 振荡分散 细胞悬浮培养 细胞产物 提取 2.优势 不占用耕地、不受季节、天气的限制， 对社会、经济、环保具有重要意义。 三、细胞产物的工业化生产 外植体 脱分化 愈伤组织 细胞产物 培养、提取 注意： ① 一般组织培养到愈伤组织即可。因为此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。 ②液体培养基（培养液）有利于培养的细胞与营养物质充分接触。 工厂化生产人参皂苷干粉的基本流程： 人参根 　 愈伤组织 　　 增长速度快而且细胞内人参皂苷干粉含量高的细胞 细胞增殖　　 提取人参皂苷干粉 脱分化 培养选择 破碎细胞 放入发酵罐 3、实例： 三、细胞产物的工业化生产 紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。 紫草宁——具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性 世界首例药用植物细胞工程产品 —— 紫草宁 3、实例： 紫草 → 紫草宁 三、细胞产物的工业化生产 4.意义：对于社会、经济、环境保护具有重要意义。 紫杉醇——具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的治疗 3、实例： 紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。 红豆杉 → 紫杉醇 总结 外植体 愈伤组织 试管苗 脱分化 再分化 植株 作物脱毒 选择顶端分生组织 快速繁殖 单倍体育种 选择花药 进行诱变 突变体的利用 分散后 悬浮培养 3.细胞产物的工厂化生产 2.植物新品质的培育 1.植物繁殖的新途径 筛选 课堂检测 1.运用植物细胞工程技术可以培育单倍体 植株和进行细胞产物的工厂化生产。判断下列相关表述是否正确。 （1）用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养技术。（ ） （2）细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞生长的培养条件，提高了单个细胞中次生代谢物的含量。（ ） 2.生产中培育香蕉脱毒苗常用的方法是（ ） A.人工诱导基因突变 B.选择优良品种进行杂交 C.进行远缘植物体细胞杂交 D.取茎尖分生组织进行组织培养 √ × D 课堂检测 (2021·广东卷)白菜型油菜(2n=20)的种子可以榨取食用油(菜籽油)。为了培育高产新品种,科学家诱导该油菜未受精的卵细胞发育形成完整植株Bc。下列叙述错误的是 (　　) A.Bc成熟叶肉细胞中含有两个染色体组 B.将Bc作为育种材料,能缩短育种年限 C.秋水仙素处理Bc幼苗可以培育出纯合植株 D.自然状态下Bc因配子发育异常而高度不育 A Thank You $$