2.1.1植物细胞工程的基本技术课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第2章 细胞工程 第1节 植物细胞工程 第一课时　植物细胞工程的基本技术 对兰花进行观察并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 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? 1.阐明植物组织培养是在一定条件下,将离体的植物器官、组织和细胞等在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织,并重新分化,最终形成完整植株的过程。 2.概述植物体细胞杂交是指将不同来源的植物体细胞在一定条件下融合成杂种细胞,继而培育成新植物体的技术。 1.结合具体实验，交流讨论，尝试设计植物组织培养技术的流程简图。（科学探究） 2.结合“菊花的组织培养”实验，了解组织培养技术已取得的进展和尚未解决的问题，认同科学是一个不断发展的过程，激发学生探索科学奥秘的兴趣。（社会责任） 一、植物细胞工程的理论基础 1．细胞工程的含义 项目 内容 原理、方法 生物学、 生物学和发育生物学的原理和方法 操作水平 水平、 水平或组织水平 目的 有目的地获得特定的细胞、 、个体或其产品 分类 细胞工程和 细胞工程 细胞 分子 细胞器 细胞 组织、器官 植物 动物 2．细胞的全能性 (1)概念：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生 或分化成其 他 的潜能，即细胞具有全能性。 (2)特点：在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都能表现出 。 (3)原因：生物体的每个细胞中都有发育成本物种个体所需 。 (4)影响全能性表达的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会 。 完整生物体 各种细胞 全能性 选择性地表达 全套遗传信息 1．为什么理论上每种植物的活细胞都具有全能性？ 正常的植物细胞具有该生物生长、发育和繁殖所需的全套的遗传物质。 2．所有的活细胞都具有全能性吗？试举例说明。 不是。例如，哺乳动物成熟的红细胞无细胞核，不具有全能性。 3．细胞全能性大小与细胞分化程度有什么关系？ 一般情况下，细胞分化程度越高，细胞的全能性越低；细胞分化程度越低，细胞的全能性越高。 4．植物细胞全能性表达的条件有哪些？ ①离体；②提供营养物质(有机物、无机物)；③提供激素(生长素、细胞分裂素等)；④提供其他适宜条件(温度、无菌等)。 ？ 针对细胞全能性 提出问题，体现了科学探究的核心素养。 2．细胞全能性大小的比较 (1)植物细胞>动物细胞(通常只能体现细胞核的全能性)。 (2)受精卵>生殖细胞(精子、卵细胞)>体细胞。 (3)体细胞：分化程度低的>分化程度高的；细胞分裂能力强的>细胞分裂能力弱的；幼嫩的细胞>衰老的细胞。 (4)随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。 1．细胞全能性 (1)实现细胞全能性的标志： ①发育成完整个体而不是形成某种组织或者器官。 ②能够分化形成各种细胞。 (2)体内细胞未表现全能性的原因：基因在特定的时间和空间条件下选择性表达。 【归纳提升】 【例1】在植物体内，茎的顶端分生组织的细胞具有细胞周期，但不能 表现出全能性，这是因为 (　　) A．细胞核失去了全能性 B．不同细胞中的基因是不同的 C．细胞中基因的表达有选择性 D．细胞核中的基因发生了不同的变异 茎顶端分生组织的细胞，其细胞核没有失去全能性，A错误；同一个体的所有体细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂形成的，都具有相同的遗传物质，B、D错误；由于细胞中基因的选择性表达，使得茎顶端分生组织的细胞具有细胞周期，但不能表现出全能性，C正确。 C 二、植物组织培养技术 1．植物组织培养的概念：是指将 的植物器官、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。 2．植物组织培养的理论基础：植物细胞的 。 离体 完整植株 全能性 人工配制 3．植物组织培养的过程 接种 (――→) (――→)根、芽等(――→)植株。 (1)脱分化：已经分化的细胞可以经过脱分化，即失去其特有的 ，转变成未分化的细胞，进而形成不定形的薄壁组织团块。 (2)再分化：愈伤组织能重新分化成 等器官，该过程称为再分化。 脱分化 外植体 愈伤组织 再分化 发育 结构和功能 芽、根 4．菊花的组织培养 (1)灭菌 ①用酒精擦拭双手和 台面。 ②将流水充分冲洗后的 (幼嫩的茎段)用 消毒30 s，然后立即用无菌水清洗2～3次；再用 溶液处理30 min后，立即用无菌水清洗2～3次。 (2)取材：用解剖刀将消过毒的外植体切成 cm长的小段。 (3)接种：在酒精灯火焰旁，将外植体的 插入诱导愈伤组织的培养基中。 超净工作台 外植体 酒精 次氯酸钠 0.5～1 1/3～1/2 (4)培养： ①将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于 ℃的培养箱中培养。 ②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。 (5)移栽：将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其 再移栽入土。 18～22 诱导生芽 诱导生根 长壮后 观察菊花植物组织培养流程图，回答问题： 1.选用菊花的外植体时，一般选用形成层细胞或组织块，其原因是什么？ 形成层细胞由于分裂旺盛，全能性高，容易诱导形成愈伤组织，其他部分如叶、花全能性低，不易培养成小植株。 对植物组织培养流程进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 ？ 3．为什么说从繁殖方式上看，植物组织培养的繁殖方式是无性繁殖？ 2．植物组织培养所用的培养基中，在脱分化和再分化中起关键作用的激素是什么？ 细胞分裂素和生长素。 植物组织培养是在细胞有丝分裂和细胞分化的基础上实现的，此过程并没有生殖细胞的产生，所以是无性繁殖。 【易错提醒】 1.植物组织培养≠植物细胞培养。 （1）植物组织培养是把外植体培养成完整的植物体。 （2）植物细胞培养是将外植体培养成大量的细胞群体,以便获得人类所需的细胞次生代谢产物。 2.影响植物组织培养的光照条件不仅是光照强度,光照时间和波长等都会有一定的影响。 [归纳提升] 生长素和细胞分裂素的使用顺序及用量的比例对实验结果的影响 1.使用的顺序不同，结果不同 使用顺序 实验结果 有利于细胞分裂，但细胞不分化 先使用细胞分裂素，后使用生长素 同时使用 分化频率提高 以上关系可简记为：先“生”，分裂不分化；后“生”，分裂又分化；同“使”分化频率高 先使用生长素，后使用细胞分裂素 细胞既分裂又分化 2.用量的比例不同，结果也不同 生长素/细胞分裂素的值 作用效果 比值高时 促进根的分化、抑制芽的形成 促进芽的分化、抑制根的形成 比值适中 以上关系可简记为：“高根低芽中愈伤” 对植物组织培养过程中激素的使用进行归纳概括，体现了科学思维的核心素养。 比值低时 促进愈伤组织的形成 【例2】（2024·辽宁重点高中联考）人参是重要的药用植物，常以根入 药，由于过度采挖导致人参资源枯竭，而人工栽培周期长，研究表明，可 采用植物组织培养的方式培养人参不定根，用以满足市场需求。据图分析 下列说法错误的是（　　） A.人参不定根培养中有脱分化和再分化过程 B.过程①必须光照培养以增加有机物来源 C.过程②所需要的生长素比例大于细胞分裂素 D.需要检测获得的不定根中有效成分如人参皂苷的含量 图中①表示脱分化形成愈伤组织，②表示再分化形成不定根，人参不定根培养中有①脱分化和②再分化过程，A正确；脱分化过程不需要光照，再分化需要光照，B错误；生长素和细胞分裂素的比值高时，有利于根的分化，所以过程②再分化形成根所需要的生长素比例大于细胞分裂素，C正确；需要检测不定根中有效成分判定不定根的药用价值，D正确。 B 去除 细胞壁 细胞壁再生 脱分化 再分化 移栽 植物组织培养 原生质体融合 （植物细胞的全能性） （细胞膜的流动性） 去除 细胞壁 原理： 高尔基体直接参与 线粒体供能 诱导融合 三、植物体细胞杂交技术 1．植物体细胞杂交的过程 杂种细胞再生出 新的细胞壁 (1)去除细胞壁的方法：用 去除植物细胞壁，获得原生质体。 (2)诱导原生质体融合的方法： ①物理法： 、离心法等。 ②化学法： 等。 (3) 筛选杂种细胞的方法： 纤维素酶和果胶酶 电融合法 聚乙二醇(PEG)融合法、 高Ca2＋—高pH融合法 方法1：荧光标记。 方法2：观察染色体数。 2．植物体细胞杂交的概念 将 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 的技术。 3．植物体细胞杂交的意义 植物体细胞杂交技术在打破 ，实现 杂交育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。 不同来源 新植物体 生殖隔离 远缘 1．植物体细胞杂交实现的基础和植物组织培养的 基础分别是什么？ 细胞膜的流动性。植物细胞的全能性。 2．要想让A和B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？如何处理？ 都具有细胞壁，阻碍融合。利用纤维素酶和果胶酶处理去掉A、B的细胞壁(酶解法)。 ？ 对植物体细胞杂交过程进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 5．二倍体番茄和二倍体马铃薯细胞杂交得到的“番茄—马铃薯”有多少个染色体组，是几倍体？ 4．细胞融合完成的标志和植物体细胞杂交完成的标志分别是什么？ 杂种细胞再生出细胞壁。培育出杂种植株。 四。四。 3．将两个不同种的植物细胞A和B去除细胞壁后，经一定的方法促进融合，若只考虑两两融合，可以形成几种融合细胞？符合要求的杂种细胞是哪种？ 3种(AA、BB、AB)。AB。 7．从结果上看杂种植株在遗传上有什么特点？从杂种植株 的染色体组成上看属于哪种变异类型？ 遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传性状。染色体数目变异。 8．从新品种培育的角度分析，植物体细胞杂交技术最大的 优点是什么？ 打破生殖隔离，使不同种植物杂交成为可能。 6．植物体细胞杂交产生新个体属于哪种生殖方式？ 无性生殖。 [归纳提升] 植物组织培养与植物体细胞杂交的比较 项目 植物组织培养 植物体细胞杂交 原理 过程 植物细胞的全能性 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 离体的植物器官、组织或细胞等 项目 植物组织培养 植物体细胞杂交 注意事项 ①取材：选取根尖、茎尖、形成层等容易诱导形成 的部位； ②光照：在愈伤组织的诱导阶段往往要避光培养(有利于细胞的 产生愈伤组织)。当愈伤组织分化出芽和叶时，一定要有光照(有利于叶片内 的合成) ①去除细胞壁的方法：酶解法(所用的酶是 和果胶酶)； ②人工诱导原生质体融合的方法： a.物理法——离心法、电融合法； b.化学法——聚乙二醇融合法或 融合法 愈伤组织 脱分化 叶绿素 纤维素酶 高Ca2＋—高pH 【例3】(2024·湖北高考)植物甲抗旱、抗病性强，植物乙分蘖能力强、结实性好。科研人员通过植物体细胞杂交技术培育出兼有甲、乙优良性状的植物丙，过程如下图所示。下列叙述错误的是 (　　) A.过程①中酶处理的时间差异，原因可能是两种亲本的细胞壁结构有差异 B.过程②中常采用灭活的仙台病毒或PEG诱导原生质体融合 C.过程④和⑤的培养基中均需要添加生长素和细胞分裂素 D.可通过分析植物丙的染色体，来鉴定其是否为杂种植株 过程②为原生质体的融合，常用物理法和PEG诱导原生质体融合，灭活的仙台病毒可诱导动物细胞融合，不能用于植物细胞融合，B错误。 B 概念 植物细胞工程的基本技术 细胞工程 植物体细胞杂交技术 特点 体内细胞不表现全能性的原因 概念 过程 意义 细胞全能性 植物组织培养技术 过程 理论基础 概念 1．下列有关细胞全能性的叙述，错误的是(　　) A．受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高 B．生物体内的体细胞由于细胞分化，全能性不能表达 C．卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性最高 D．植物细胞在一定条件下离体培养能表现出全能性 C 受精卵是未分化的细胞，在自然条件下能形成完整个体，全能性最高，A正确；生物体内的体细胞由于细胞分化，基因选择性表达程度高，因此全能性不能表达，B正确；卵细胞属于已分化的细胞，卵细胞的全能性相较于受精卵低，两者全能性不同，C错误；植物细胞在离体状态及适宜的条件下培养能够形成完整的植株个体，具有全能性，D正确。 2．（多选）下面关于植物组织培养过程，说法正确的是 (　　) A．上述植物组织培养的过程依据的生物学原理是植物细胞具有全能性 B．在配制培养基时，需要添加生长素和细胞分裂素 C．若外植体是月季的花药，脱分化过程不需要光照 D．若外植体是菊花的根尖组织，因细胞中没有叶绿体，故培养成的新植株叶片无色 ABC 植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性，A正确；配制培养基时，需要加入生长素、细胞分裂素，B正确；脱分化过程不需要光照，幼小植株形成后才需要光照，C正确；菊花根尖组织中含有控制叶绿体形成的基因，在培养过程中，基因的选择性表达会使培养成的新植株叶片呈绿色，D错误。 3．(2023·广东高考)人参皂苷是人参的主要活性成分,科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合,以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是 (　　) A.细胞融合前应去除细胞壁 B.高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合 C.融合的细胞即为杂交细胞 D.杂交细胞可能具有生长快速的优势 C 在细胞融合前,必须先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,再诱导原生质体融合,A正确;人工诱导原生质体融合有物理法和化学法,用高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合,B正确;融合的细胞中有人参根-人参根细胞、人参根-胡萝卜根细胞、胡萝卜根-胡萝卜根细胞,只有人参根-胡萝卜根细胞才是杂交细胞,C错误;杂交细胞含两种细胞的遗传物质,可能具有生长快速的优势,D正确。 4.（2024·红河高二检测）下列有关菊花的组织培养的说法，正确的是（ ） A.培养前要将外植体分散成单个细胞 B.要用高压蒸汽对培养基进行灭菌，即在100℃下保持15min C.在培养形成愈伤组织的过程中需要光照诱导叶绿素合成 D.用酒精对外植体进行消毒时，持续的时间不能太长 在进行菊花的组织培养中，培养前不需要将外植体分散成单个细胞，可利用植物的花芽、叶芽等处的分生组织作外植体，A错误；在对培养基进行高压蒸汽灭菌时，要在121℃下保持15～30 min，以便杀死微生物的细胞、芽孢和孢子等，B错误；在培养形成愈伤组织的过程中不需要光照，此时不需要诱导叶绿素合成，C错误；用酒精对外植体进行消毒时，持续的时间不能太长，否则容易杀死外植体细胞，D正确。 D 5.（2024·齐齐哈尔高二检测）科学家用植物体细胞杂交技术，培育出了“番茄—马铃薯”杂种植株，培育过程如下图所示，其中①～⑤表示过程，a～f表示细胞、组织或植株。据图回答下列问题： （1）过程①常用___________________处理植物细胞以除去细胞壁。（2）过程②依据的生物学原理是_________________________。（3）过程③为______________，是原生质体融合成功的标志。 细胞膜具有一定的流动性 纤维素酶和果胶酶 再生出细胞壁 （1）植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，根据酶的专一性原理，过程①可使用纤维素酶和果胶酶处理细胞以除去细胞壁，得到原生质体。（2）据图分析，过程②表示通过物理或化学方法诱导原生质体融合，依据的生物学原理是细胞膜具有一定的流动性。（3）过程③是再生细胞壁形成杂种细胞，这是植物体细胞融合完成的标志。 （4）过程④表示_________过程，其产物为__________。 （5）番茄体细胞含24条染色体，马铃薯体细胞含48条染色体，二者的每个染色体组均为12条染色体，则“番茄—马铃薯”杂种植株的体细胞内含____条染色体。若该杂种植株可产花粉，经离体培养得到的植株为_____倍体。（6）“番茄—马铃薯”杂种植株并没有地上结番茄，地下长马铃薯，最可能的原因是_________________________________________________________。 生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的 72 单 脱分化 愈伤组织 （4）据图分析可知，其中过程④表示脱分化过程形成愈伤组织e，愈伤组织是一团未分化的薄壁细胞。（5）番茄体细胞含24条染色体，马铃薯体细胞含48条染色体，则“番茄—马铃薯”杂种植株的体细胞内含72条染色体；若该杂种植株可产花粉，此杂种植株的花粉是生殖细胞，由生殖细胞直接发育而来的生物体都是单倍体。（6）“番茄—马铃薯”杂种植株并没有地上结番茄，地下长马铃薯，最可能的原因是生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的。 $$