2.1 植物细胞工程（第一课时）（教学课件）-【上好课】2024-2025学年高二生物同步精品课堂（人教版2019选择性必修3）

选择性必修三《生物技术与工程》 第2章 细胞工程 第1节 植物细胞工程 植物细胞工程的基本技术（第一课时） 细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。 细胞工程的概述和发展历程 1.细胞工程的概述 动物细胞工程 植物细胞工程 植物体细胞杂交 植物组织培养 目的 原理 操作水平 哈伯兰特提出细胞全能性的理论，但相关实验尝试没有成功。 斯图尔德等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。 科金用真菌的纤维素酶分解番茄根的细胞壁，成功获得了原生质体。 古哈等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉粒发育而来的胚。 卡尔森诱导烟草种间原生质体融合，获得了第一株体细胞种间杂种植株。 土壤农杆菌的Ti质粒被发现。之后，该质粒应用于植物分子生物学领域，促进了植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合。 1902年 1958年 1960年 1964年 1971年 1974年 2.细胞工程的发展历程 细胞工程的概述和发展历程 目录 课堂小结 探究新知 04 情境导入 03 02 01 课堂练习 一.植物组织培养技术 二.植物体细胞杂交技术 情境导入 鬼兰（幽灵兰） 其繁殖率低，价格不菲，如何让它大量、快速地繁殖呢？ 鬼兰（幽灵兰）市场价格：1500万每株！ 植物组织培养技术 世上最贵的兰花,没有之一! 思考 叶子 花瓣 花粉 细胞 植物体 细胞的全能性 播种 扦插 一般情况下： 一定条件下： 一、植物组织培养技术 6 如：芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶 细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生 或分化成 的潜能。 生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的 。 细胞→完整个体或其他各种细胞 1.定义： 2.原因： 3.体现全能性的标志 ： 4.不体现全能性的原因： 基因在特定时间、空间条件下 。 完整生物体 其他各种细胞 全套遗传物质 选择性表达 一、植物组织培养技术 细胞全能性 具有全能性≠表现出全能性 ——如何才能让细胞表现出全能性？ 7 5.植物细胞表现出全能性的条件： ① 离体 ② 一定的营养物质、植物激素 ③ 适宜的温度、pH、无菌等外界条件 ④ 无菌环境 一、植物组织培养技术 细胞全能性 ——植物组织培养技术的理论基础之一 1.概念：指将 植物器官、组织或细胞等，培养在 的 培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成 的技术。 3.大致过程： 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 完整植株 2.理论基础： 植物细胞的全能性 外植体 离体的 人工配制 完整植株 一、植物组织培养技术 植物组织培养技术 3.生殖方式: 无性生殖 有丝分裂 脱分化 ①实质： 再分化 一、植物组织培养技术 植物组织培养技术 脱分化 再分化 再分化 先芽后根 已分化细胞，失去其特有结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。 ②结果： 。 ③光照条件：_______________ 形成愈伤组织 *愈伤组织的特点： 细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、不定形的薄壁组织团块 一般不需要光照 注 过程只有有丝分裂，没有细胞分化 ①概念： ②实质： ③光照条件： 能重新_____成 的过程； 愈伤组织 分化 芽、根等器官 基因的选择性表达 需要，诱导叶绿素合成，使试管苗能够进行光合作用。 既有有丝分裂，又有细胞分化 植物组织培养常用的培养基配方 P116 ⑴培养基名称： ； ⑵物理性质： ； ⑶碳源： 。 包括无机营养成分(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)； 蔗糖的作用： 作为碳源，提供能量，调节渗透压 MS 固体 蔗糖 一、植物组织培养技术 植物组织培养技术 探究·实践 菊花的组织培养 探究·实践 1.植物激素的作用： 思考：决定植物脱分化、再分化的关键因素？ 细胞分裂素 生长素 芽分化 愈伤组织 根分化 巧记：高根低芽中愈伤 生长素用量 / 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 生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。它们的浓度、比例都会影响植物细胞的发育方向。 一、植物组织培养技术 菊花的组织培养 过程： 将流水充分冲洗后的外植体(幼嫩的茎段)用_______消毒30 s，然后立即用________清洗2～3次后，再用_______________处理30 min后，立即用__________清洗2～3次。 酒精 次氯酸钠溶液 用酒精擦拭双手和超净工作台 无菌水 无菌水 1. 外植体的消毒 探究·实践 一、植物组织培养技术 菊花的组织培养 酒精 30s 无菌水 2-3次 次氯酸钠溶液 30min 2-3次 无菌水洗 过程： 将消过毒的外植体置于无菌的培养皿中，用无菌滤纸吸去表面的水分。用解剖刀将外植体切成0.5-1 cm长的小段。 在_______________旁，将外植体的1/3～1/2插入________________的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上做好标记。 酒精灯火焰 诱导愈伤组织 2. 外植体的分割 3. 接种 接种外植体时，不要倒插！（将“形态学上端”朝上） 探究·实践 一、植物组织培养技术 菊花的组织培养 将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于____________的_________中培养。定期观察和记录_____________的生长情况。 培养箱 愈伤组织 脱分化避光 有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。 18～22 ℃ 4. 培养 过程： 探究·实践 一、植物组织培养技术 菊花的组织培养 将生长良好的愈伤组织转接到____________的培养基上。长出芽后，再将其转接到____________的培养基上，进一步诱导形成试管苗。 诱导生芽 诱导生根 5. 转移培养 过程： 探究·实践 一、植物组织培养技术 菊花的组织培养 若先生根后面就不易生芽 诱导生根 诱导生芽 6. 移栽 炼苗！ 移栽！ 观察！ 过程： 探究·实践 一、植物组织培养技术 菊花的组织培养 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。 ① 接种3~4d后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，试分析它们被污染的可能原因。 被污染的培养基 ②为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？ 原因是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。 ③杂菌和植物细胞之间有哪些关系？ 竞争或寄生。 探究·实践 一、植物组织培养技术 菊花的组织培养 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： 1.通过有性杂交能实现吗？为什么？ 西红柿 土豆 × 不能，不同种物种间存在生殖隔离 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 将___________的植物体细胞，在一定条件下融合成____________，并把____________培育成____________的技术。 不同来源 杂种细胞 新植物体 杂种细胞 ①细胞膜的流动性 ②植物细胞的全能性 生长期短， 耐热、易贮藏 普通小麦-长穗偃[yǎn]麦草、 白菜-甘蓝等 1. 概念 2. 融合实例: 3. 原理: 二.植物体细胞杂交技术 纤维素酶 和果胶酶 酶解法 ①物理法：__________法、_________法等。 去除细胞壁 去除细胞壁 A细胞 B细胞 诱导原生质体融合的方法 电融合 ②化学法：__________________融合法、 __________________融合法等。 聚乙二醇(PEG) 离心 高Ca2＋－高pH 4. 过程 二.植物体细胞杂交技术 A原生质体 B原生质体 正在融合的原生质体 杂种细胞AB 等渗溶液中进行 原生质体=原生质层 植物体细胞融合成功的标志 再生出细胞壁 诱导 脱分化 愈伤组织 杂种植株 诱导 脱分化 移栽后的植株 植物体细胞杂交完成的标志 4. 过程 二.植物体细胞杂交技术 植物细胞融合 （细胞膜的流动性） 植物组织培养 （植物细胞的全能性） （高尔基体、线粒体活跃） 24 02 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等 5.意义： 二.植物体细胞杂交技术 体细胞融合成功后培养基中会有多种细胞类型(A、B、AA、BB、AB、AAA、BBB、AAB等)，其中两两融合细胞类型有3种(AA、BB、AB)，而真正符合要求的是AB，因此要对融合细胞进行筛选。 思考: (1)细胞融合后，共有几种细胞类型？融合细胞有几种，符合要求的是哪种？ A为2a=20 B为2b=30 50 4 1. 杂种细胞染色体数为？ 2.杂种细胞染色体组数为？ 3.从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？ 染色体数目变异 染色体数、染色体组数、基因型都采用直接相加的方法。 二.植物体细胞杂交技术 拓展： 杂种植株　 再生出新的细胞壁　 　无性 无性　 染色体变异　 01 02 03 04 易错提醒 二.植物体细胞杂交技术 植物体细胞杂交的结果不是形成杂种细胞，而是要经过组织培养形成____________。 植物细胞融合成功的标志是__________________，植物体细胞杂交成功的标志是________________。 植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此应为________生殖。 获得杂种植株的变异类型属于______________。杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，杂种植株属于异源多倍体。 形成杂种植株　 名称 植物组织培养 植物体细胞杂交 原理 选材 技术操作 意义 关系 植物细胞的全能性 细胞膜具有一定的流动性、植物细胞的全能性 选取根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化 不同植物细胞融合后形成的杂种细胞 脱分化、再分化等 杂种细胞形成、植物组织培养 植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂 植物组织培养和植物体细胞杂交的比较 保持优良性状，繁殖速度快，可大规模生产 克服远源杂交不亲和的障碍 二.植物体细胞杂交技术 植物组织培养技术 植物体细胞杂交技术 植物细胞工程基本技术 细胞的全能 脱分化、再分化 细胞膜的流动性、细胞的全能性 获得原生质体、原生质体的融合、植物组织培养 课堂小结 原理 主要过程 原理 主要过程 1．为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力，某研究小组的实验过程如下图所示。下列叙述正确的是 (　　) A．过程①获得的原生质体需悬浮在质量分数为30%的蔗糖溶液中 B．过程②需提高生长素的比例以促进芽的分化 C．过程③需用秋水仙素处理诱导细胞壁再生 D．原生质体虽无细胞壁，但仍保持细胞的全能性 D　 课堂练习 D　 等渗溶液 秋水仙素的作用是诱导染色体数加倍 细胞分裂素 2.酸性土壤是pH小于7的土壤总称。下图表示利用耐酸植物甲(4n)和高产植物乙(2n)培育高产耐酸杂种植物的过程(图中标号表示过程或处理手段)，下列相关叙述错误的是(　　) A．图示过程中依据的原理主要有细胞膜的流动性、植物细胞的全能性等 B．过程①可将甲、乙植物细胞置于含纤维素酶和果胶酶的等渗溶液中处理 C．过程②可以用PEG诱导，过程③得到的杂种细胞中含有3个染色体组 D．过程④⑤使用的培养基需加入生长素和细胞分裂素，但加入的比例不同 C　 课堂练习 C　 6个染色体组 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 $$