2.1 植物细胞工程（第1课时）-【备课一点通】2024-2025学年高二生物下学期同步特色课件（人教版2019选择性必修3）

第2章 细胞工程 第1节 植物细胞工程 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，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。 原理和方法 操作水平 目的 分类 细胞生物学、分子生物学和发育生物学 细胞器、细胞或组织水平 获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品 植物细胞工程和动物细胞工程 细胞工程 植物细胞工程的发展历程 科技探索之路 1902年，哈珀兰特提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。 1958年，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。 1960年，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。 1964年，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发育而来的胚。 1971年，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。 1974年，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，促进植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合。 从社会中来 其芽葺葺 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！ 这是我国历史上第一部兰谱——《金漳兰谱》（宋•赵时庚）中对兰花的一段描述 从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征，很多人喜欢养兰花。但是，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，如果靠自然繁殖，兰花的价格可想而知了，如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？ 01 植物细胞工程的基本技术 细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能，即细胞的全能性。 植物组织培养的基本原理 为什么植物组织或细胞能培养成完整植物体？ 一、植物组织培养技术 1.体细胞具有全能性的根本原因是什么？ 每个体细胞都含有该物种全部的遗传信息。 受精卵>体细胞 部分生殖细胞>体细胞 植物细胞>动物细胞 2.生物体所有细胞全能性大小都一致吗？与细胞分化的关系怎样？ 一、植物组织培养技术 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。 3.是不是所有的活细胞都具有全能性？ 不是；例如哺乳动物成熟的红细胞、植物成熟的筛管细胞 植物种子中的胚已完成了早期发育，相当于新植物体的幼体，没有体现出细胞具有发育成完整植株的潜能； 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，即发生细胞分化。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。 5. 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等外界条件 ④ 无菌环境 一、植物组织培养技术 4.在生物的生长发育过程中，是所有的细胞都表现出全能性吗？如果不是，为什么？ 指将离体的植物器官、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。 (1)植物组织培养的概念 统称外植体 有丝分裂 植物细胞工程的基本技术 无性生殖 地位 生殖方式 分裂方式 原理 植物细胞 的全能性 一、植物组织培养技术 (2)植物组织培养的流程图 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 移栽成活 一、植物组织培养技术 胚状体途径 类似胚的结构 胚状体 一、植物组织培养技术 ①实验原理 外植体 愈伤组织 芽、根 完整植株 脱分化 再分化 生长发育 植物细胞一般具有全能性。 1.植物组织培养的过程 脱分化 再分化 让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。（一般不需要光照） 排列疏松无而无规则，是一种高度液泡化的，不定形的薄壁组织团块。 愈伤组织 愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。 (需要给予适当时间和强度的光照) 探究•实践 菊花的组织培养 2. 植物激素的作用 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。 生长素/细胞分裂素 结果 比值高(>1) 比值低(<1) 比值适中(=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 促进愈伤组织的形成 简记：“高”根，“低”芽，“中”愈伤 细胞分裂素 生长素 芽分化 愈伤组织 根分化 探究•实践 菊花的组织培养 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 材料 (1)外植体： 幼嫩的菊花茎段（细胞分裂旺盛，容易脱分化表达全能性） (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 MS培养基 有机营养如蔗糖（提供碳源和能源，调节渗透压）、植物激素（生长素、细胞分裂素等）、天然附加物、水、无机营养（大量元素、微量元素）、 利用其强氧化性消毒 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 炼苗、移栽 探究•实践 菊花的组织培养 双手和超净工作台 酒精擦拭 外植体（幼嫩的茎段）： 酒精消毒 30s 无菌水 2~3次 次氯酸钠 30min 无菌水 2~3次 防止杂菌生长。 一方面与培养物竞争营养； 另一方面产生有害物质危害培养物。 为什么进行无菌操作？ 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 炼苗、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。 探究•实践 菊花的组织培养 经常选择根尖（分生区）、茎的韧皮部（形成层）等分裂能力强、分化程度低的区域作为材料，容易诱导形成愈伤组织 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 炼苗、移栽 在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记。 注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插。原因？ 与生长素的极性运输有关;生长素含量多的部分容易生出不定根，含量少的部分生出不定芽，一般而言，容易长不定芽的是形态学上端，容易长不定根的是形态学下端，因此应该将形态学上端朝上，下端朝下，若倒插，外植体不易存活。 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 炼苗、移栽 将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18～22℃的培养箱中培养。在培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况。 探究•实践 菊花的组织培养 外植体 愈伤组织 （一般不需要光照。有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织。） 脱分化 愈伤组织不含叶绿素，不能进行光合作用。 生长素/细胞分裂素 适中 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 炼苗、移栽 探究•实践 菊花的组织培养 培养15~20天后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上 生长素/细胞分裂素 适中 外植体 愈伤组织 脱分化 芽 再分化 根 高 低 诱导出芽 诱导生根 长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。 置于光照！ 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照 诱导顺序：先诱导生芽，再诱导生根！若先生根后面就不易生芽 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 炼苗、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。 炼苗！ 移栽！ 观察！ 探究•实践 菊花的组织培养 探究•实践 菊花的组织培养 固体基质型，含水量高、 蓄水性强、透性好，适合栽培 珍珠岩 ,珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩，经急剧冷却而成的玻璃质岩石，有弧形或圆形裂隙，如珍珠的结构，所以被命名为珍珠岩 。 蛭石是一种天然、无毒的矿物质，在高温作用下会膨胀的矿物。它是一种比较少见的矿物，属于硅酸盐。 探究•实践 菊花的组织培养 拓展 4.实验结果分析与评价 （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，有多少能正常生长，试分析它们被污染的原因。 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。 （2）从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？ 2周左右 （3）你培育的幼苗移栽到露地后，能够正常生长吗？ 生根苗移栽技术的关键是既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。一般使用无土栽培的办法。 培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷酒质量分数为5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12h。掀开塑料薄膜24h后才能移栽。新移栽的组培苗要在温室过渡几天，待其长壮后再移植到大田或盆中。可以在课后统计移栽的成活率，看看移栽是否合格。 探究•实践 菊花的组织培养 5.进一步探究 若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？ ① 空白对照：不加任何激素； ② 实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1； ③ 实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1； ④ 实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1。 离体 无菌 一定的营养、激素 适宜的外界条件(温度、pH、光照等) 外植体 愈伤组织 根、芽或胚状体 试管苗 脱分化 再分化 黑暗 光照 探究•实践 菊花的组织培养 1.A、B过程分别为 。C是 。 A过程细胞分裂方式是 ， B过程细胞分裂方式是 ,同时也进行 。 A过程一般 光照；B过程需要光照，因为 。 2.影响A、B过程的关键因素是 ，主要是 和 ，二者添加的 会影响脱分化和再分化过程。 3.植物组织培养是一个 过程。（填“无性繁殖”、“有性繁殖”） 植物体 根、芽或胚状体 外植体 脱分化 再分化 有丝分裂 细胞分化 植物激素 细胞分裂素 生长素 无性繁殖 A B 有丝分裂 浓度及比例 【练习】下列是植物组织培养流程图，请回答： C 脱分化、再分化 愈伤组织 不需要 叶绿素的合成需要光照 26 02 植物体细胞杂交技术 因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。 这幅番茄—马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？ 于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。 番茄—马铃薯想象图 二、植物体细胞杂交技术 28 A细胞 B细胞 酶解法 果胶酶 去壁 纤维素酶 B原生质体 A原生质体 正在融合的原生质体 原生质体融合 人工诱导方法 物理法: 化学法: 电融合法、离心法等 聚乙二醇（PEG）、高Ca2＋‾高pH融合法 脱分化 杂种细胞AB 愈伤组织 再生壁 再分化 再生出小植株 杂种植株AB 植物细胞融合技术 植物组织培养技术 去壁 原理：细胞膜的流动性 原理：植物细胞的全能性 融合完成的标志 二、植物体细胞杂交技术 植物体细胞杂交完成的标志 等渗溶液中进行 上述酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，试分析原因？使溶液有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破 原生质体两两融合，培养基中可能会出现的细胞类型： 重组细胞类型 培养基的细胞类型 AA AB BB A B 二、植物体细胞杂交技术 要对融合后的原生质体进行筛选。 将不同来源的植物体细胞，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。 + 白菜 甘蓝 = 白菜-甘蓝 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。 有些杂种植株还未按照人们的意愿表现出亲代的优良性状。 1. 概念： 2. 实例： 3.意义： 4.缺点： 白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等。 二、植物体细胞杂交技术 主要原因： 生物体内基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以“番茄—马铃薯”杂种植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，它们不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达。 3. “番茄—马铃薯”杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上结番茄，地下结马铃薯，这是为什么？ 思考 二、植物体细胞杂交技术 生殖类型 变异类型 染色体数 染色体组数 基因组成 无性繁殖，育种过程中不遵循孟德尔定律 染色体数目变异 两亲本染色体数之和。2a+2b=50 两亲本染色体组数之和。2+2=4 两亲本基因型之和。AaBbCcDd 思考讨论 A为2a=20（基因型为：AaBb） B为2b=30（基因型为：CcDd） 异源四倍体 比较 植物组织培养技术 植物体细胞杂交技术 繁殖 方式 原理 主要步骤 意义 联系 无性繁殖 植物细胞全能性 ①脱分化 ②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 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种 ①去除细胞壁 ②融合形成杂种细胞 ③植物组织培养 细胞膜流动性、植物细胞全能性 无性繁殖 二、植物体细胞杂交技术 课堂小结 练一练 P38【练习与应用】 Lavf58.20.100 Tencent CAPD MTS $$