2.1 植物细胞工程（第一课时）-【精讲课堂】2024-2025学年高二生物同步教学实用课件（人教版2019选择必修3）

第1节 植物细胞工程 （第一课时） 以信息技术为支撑；以现代教育教学理论为指导；强调新型教学模式的构建；教学内容具有更强的时代性和丰富性；教学更适合学生的学习需要和特点。信息化教学不仅仅是在传统教学的基础上对教学媒体 和手段的改变,而且是以现代信息技术为基础的整体的教学体系的一系列的改革和变化。 授课人：大道至简 微信：a533722113333 第二章 细胞工程 1 核心素养 1.生命观念：简述植物组织培养和植物体细胞杂交的原理和过程。 2.科学探究：结合“菊花的组织培养”的实验操作，尝试设计植物组织培养技术的流程简图。 2．社会责任：查阅资料，尝试探究植物生长素和细胞分裂素使用比例对植物组织培养的影响。 2 细胞工程 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： 操作的水平： 目的： 分类： 细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科。 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、动物细胞工程 哈伯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。 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 植物细胞工程的发展历程 1974年 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，凝晴滾露，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。 国画作品—兰 讨论：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？ I have a dream! 利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。 一、植物细胞工程的基本技术 为什么植物组织或细胞能培养成完整植物体？ 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 （一）细胞的全能性： （1）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。 (2)全能性大小： ①受精卵＞生殖细胞（卵细胞＞精子）＞体细胞； ②植物细胞＞动物细胞；③幼嫩的细胞＞衰老的细胞； ④分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞； ⑤分裂能力强的细胞＞分裂能力弱的细胞。 一、植物细胞工程的基本技术 （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，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。（从而形成生物体的不同组织和器官）。 一、植物细胞工程的基本技术 （一）细胞的全能性： （4）表现出全能性的条件： 1958年Steward利用胡萝卜韧皮部诱导分化产生了胚状体，这是人类第一次获得了人工胚状体，并获得个体植株。 （必修一 P118-121） 离体 一定的营养物质、植物激素 适宜的温度、pH等外界条件 无菌环境 一、植物细胞工程的基本技术 （一）细胞的全能性： 思考： 1.是不是所有的活细胞都具有全能性？ 2.种子发育成植株体现了全能性了吗？ 3.细胞具有的全能性一定能表现出来吗？ 不是； 例如哺乳动物成熟的红细胞、植物成熟的筛管细胞。 没有； 植物种子种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。 不一定； 例如动物的体细胞。 一、植物细胞工程的基本技术 （二）植物组织培养： 指 的植物器官、组织或细胞等，培养在人工控制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其分化为 的技术。 离体 完整植株 （1）概念： （2）原理： 植物细胞的全能性 外植体 (3)生殖方式： 无性生殖 (4)分裂方式： 有丝分裂 一、植物细胞工程的基本技术 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 移栽成活 脱分化 再分化 再分化 （二）植物组织培养： （5）过程： 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 幼苗 完整植株 移栽成活 一、植物细胞工程的基本技术 （二）植物组织培养： （5）过程： 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。 脱分化 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。 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。 再分化 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 幼苗 完整植株 移栽成活 一、植物细胞工程的基本技术 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 有分裂，无分化 有分裂，无分化 结果 形成愈伤组织 形成根、芽 需要条件 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，使试管苗能够进行光合作用。） 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。 （6）脱分化与再分化的比较： 一、植物细胞工程的基本技术 （7）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 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 一、植物细胞工程的基本技术 菊花的组织培养 探究.实践 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： 离体的茎尖、根尖、叶片、花药等（外植体）。 3.MS培养基： 水（去离子水）、无机营养（大量元素、微量元素）、有机营养（蔗糖、维生素、氨基酸）、天然附加物、植物激素（生长素、细胞分裂素等） 一、植物细胞工程的基本技术 一、植物细胞工程的基本技术 菊花的组织培养 探究.实践 4.步骤： 制备外植体 接种培养 试管苗移栽 消毒： 切割：无菌操作 酒精 30s 无菌水 2-3次 次氯酸钠溶液 30min 材料： 幼嫩的菊花茎段 2-3次 无菌水洗 目的 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。 一、植物细胞工程的基本技术 菊花的组织培养 探究.实践 外植体切段 消毒过的外植体置于无菌培养皿 无菌滤纸吸去外植体表面水分 用解剖刀切成0.5~1cm长的小段 一、植物细胞工程的基本技术 1.步骤： 制备外植体 接种培养 试管苗移栽 ① 外植体切成0.5～1cm长的小段，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。 培养温度：18-220C、避光 愈伤组织 有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。 一、植物细胞工程的基本技术 菊花的组织培养 探究.实践 1.步骤： 制备外植体 接种培养 试管苗移栽 ②培养15-20d后，将生长良好的愈伤组织接种到诱导生芽培养基 诱导生芽 一、植物细胞工程的基本技术 菊花的组织培养 探究.实践 1.步骤： 制备外植体 接种培养 试管苗移栽 ③长出芽后接种到诱导生根培养基 诱导生根 若先生根后面就不易生芽 一、植物细胞工程的基本技术 菊花的组织培养 探究.实践 1.步骤： 制备外植体 接种培养 试管苗移栽 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。 试管苗 移栽 培养室 一、植物细胞工程的基本技术 菊花的组织培养 探究.实践 外植体的选择与消毒 外植体的接种 配制诱导愈伤组织培养基 愈伤组织培养 （不需要光照） 生芽培养 （每天光照12～16h） 生根培养 更换培养基 更换培养基 炼苗、移栽入土 生长素/细胞分裂素比例适当 细胞分裂素含量较高 生长素含量较高 方法步骤 一、植物细胞工程的基本技术 拓展：植物组织培养的两种途径 胚状体：离体培养条件下，没有经过受精过程，但经过胚胎发育过程形成的胚状类似物，因而统称为体细胞胚或胚状体。 胚状体 途径 器官发生途径 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 生芽生根 或胚状体 生长发育 试管苗 （移栽到大田） 一、植物细胞工程的基本技术 4.适宜浓度和比例的激素 ①对操作环境、双手、外植体进行消毒； ②对培养基和器械进行灭菌； ③接种操作必须在酒精灯火焰旁进行； ①温度（例如菊花植物组织培养应为18-22℃）； ②光照（例如脱分化需避光，再分化需照光）； 植物激素的种类和含量不同，对愈伤组织的形成和分化的影响不同 *配制合适的培养基，包括有机营养成分、无机营养成分、适宜浓度和比例的激素。 *若细胞不离体，细胞中的基因会选择性地表达，从而形成生物体的不同组织和器官，不能表现出全能性。 能否从以上内容中概括植物组织培养中细胞表现出全能性所需要的条件？ 1.离体（最关键） 2.严格的无菌条件 3.适宜的培养条件 5.一定的营养条件 一、植物细胞工程的基本技术 植物组织培养过程小结 根、芽 植物体 再分化 培养条件：①无菌②营养物质③适宜条件（温度、PH、光等） ④植物激素： 遮光 光照 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照 脱分化 愈伤组织 离体的植物器官、组织或细胞（外植体） 愈伤组织重新分化为芽、根等器官 失去特有结构和功能转变成未分化的细胞 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。生长素和细胞分裂素的比例和浓度会影响植物细胞的发育方向。 如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药… 排列不规则，高度液泡化，呈不定型状态的薄壁细胞 1.下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是（ ） A.培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压 B.培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化 C.离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织 D.同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因一定相同 D 课堂练习 2.（2022·浙江·高考真题）下列关于菊花组织培养的叙述，正确的是（ ）A.用自然生长的茎进行组培须用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠的混合液消毒 B.培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换 C.组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石带菌量低且营养丰富 D.不带叶片的菊花幼茎切段可以通过器官发生的途径形成完整的菊花植株 D 课堂练习 C 3.(2023·江苏南京调研)关于植物组织培养的再分化过程，说法错误的是 (　　) A.再分化过程中，不同细胞内合成了功能不同的特异性蛋白质 B.脱分化与再分化过程所使用的培养基主要是激素浓度及用量比例的不同 C.再分化过程在实验室或植物组织培养车间进行，需要避光处理 D.再分化过程中，核遗传物质没有发生改变，但mRNA有变化 课堂练习 4.(2022·岳阳模拟)如图表示用某二倍体植株进行植物组织培养的过程，下列说法错误的是 (　 　) A.②是一团有特定结构和功能的薄壁细胞，它的分化程度最低 B.②③的再分化过程中，生长素与细胞分裂素比值高时，有利于生根 C.该技术可用于培育出无病毒植株 D.①→②的实质是使①的细胞恢复分裂能力 A 课堂练习 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Tencent CAPD MTS $$