2025届高三一轮复习生物：植物细胞工程课件

第58课时 植物细胞工程 S z L w h S z L w h S z L w h S z L w h 课前检测 1．在愈伤组织形成幼苗的再分化过程中，不会发生细胞的增殖。 2．愈伤组织的形成需要光照。 3．以茎尖为材料通过组织培养获得的脱毒苗具有抗病毒的特点。 4．植物体细胞杂交过程中，细胞融合成功的标志是再生出新的细胞壁。 5．快速繁殖技术能保持亲本的优良遗传特性。 6．单倍体育种和突变体培育的遗传学原理相同。 7．突变体培育通常对植物的愈伤组织进行诱变处理，而工厂化生产的细胞产物也是来自愈伤组织细胞。 × ×，再分化才需要 ×，染色体数目变异；基因突变 √ √ √ × (1)原理和方法：应用　 　　　　、　　　　 　和　　 　　　等多学科的原理和方法。 (2)操作水平：　　 　水平、　　 水平或　 水平。 (3)目的：获得特定的　 　　　　　　　　　　　　　　。 细胞生物学 分子生物学 发育生物学 细胞器 细胞 组织 细胞、组织、器官、个体或其产品 所采用技术的理论基础 植物细胞工程 通常采用的技术手段 植物组织培养技术 植物体细胞杂交技术 植物细胞的全能性 一.细胞工程的概念-P31 (1) 概念：细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。 二. 细胞的全能性 (3) 实例： 受精卵发育成个体 蜜蜂卵细胞发育成雄峰 通过花药（产生花粉的细胞）离体培养，获得单倍体幼苗； 胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株 胚胎干细胞可分化发育成为各种组织器官的细胞； (2)体现全能性的标志： 细胞→完整个体或其他各种细胞 判断：多莉羊的诞生表现了动物细胞的全能性。（ ） 多莉羊的诞生只表现了动物细胞核的全能性，没有表现出动物细胞的全能性 × 全能性大小的比较： （1）受精卵、体细胞、生殖细胞 ________________________________________ （2）分化程度高的细胞、分化程度低的细胞 ________________________________________ （3）分裂能力强的细胞、分裂能力弱的细胞 ________________________________________ （4）植物细胞、动物细胞 ________________________________________ （5）幼嫩的细胞、衰老的细胞 ________________________________________ 分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞 分裂能力强的细胞＞分裂能力弱的细胞 受精卵＞生殖细胞＞体细胞 植物细胞＞动物细胞 幼嫩的细胞＞衰老的细胞 1．下列有关细胞全能性的叙述，不正确的是(　　) 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 【随堂训练】 C C选项：卵细胞是高度分化的细胞，其全能性比受精卵低 为何含全套？ 2、细胞具有的全能性一定能表现出来吗？ 在特定的时间和空间条件下，基因选择性表达的结果。 一般来说，每一个细胞包含有该物种所特有的全套遗传物质，都含有控制该生物发育所需的全部基因。 1、生物体内的细胞为什么具有全能性？ 生物体的体细胞均是由同一个受精卵经分裂和分化发育而来。 具有全能性 ≠ 表现出全能性 不一定；不体现全能性的实例： 3.不体现全能性的原因： ①芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶； ②神经干细胞分化形成各类神经细胞； ③造血干细胞可分化形成多种血细胞； 思考： 思考： 4.是不是所有的活细胞都具有全能性？ 5.种子发育成植株体现了全能性了吗？ 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； 1.概念： 植物组织培养是指将______的植物______、______或______（称为______）等，培养在人工配制的________上，给予________________， 诱导其形成___________的技术； 2.理论基础： 植物细胞的全能性 离体 器官 组织 细胞 外植体 培养基 适宜的培养条件 完整植株 4.分裂方式： 3.生殖方式： 无性生殖 有丝分裂 三、植物组织培养技术P35 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 试管苗 完整植株 移栽成活 （1）脱分化 ①概念 在一定的________和________等条件的诱导下，__________的细胞__________________________，转变成___________________的过程； ②实质 ____________________________________________ ③结果：____________________ *愈伤组织：________________________ ④光照条件：__________________ ⑤涉及的生命活动： 激素 营养 已经分化 失去其特有的结构和功能 未分化的细胞 已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变为未分化的细胞 形成愈伤组织 不定形的薄壁组织团块 一般不需要光照 只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化 *有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织。 特点：排列疏松、无规则、高度液泡化、具有很强的分生能力 （2）再分化 ①概念 ____________能重新分化成________，长出芽和根的过程； ②实质： ③光照条件：_______________________________________ 为什么？____________________________________________________ ④过程中涉及的生命活动 __________________________________________________ 愈伤组织 胚状体 基因的选择性表达 需要给予适当时间和强度的光照 诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用 既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化 *注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根； *该过程每日需要给予适当时间和强度的光照。 由愈伤组织诱导再分化出的具有胚芽、 胚根、胚轴的类似于胚的结构。 菊花的组织培养 1.实验原理 ①植物细胞一般具有______； 全能性 ②在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过______和______，形成________，长出_________，进而发育成完整的植株； 脱分化 再分化 胚状体 芽和根 ③植物激素中______和__________是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素，它们的_____、_____等都会影响植物细胞的发育方向； 生长素 细胞分裂素 浓度 比例 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 2.材料用具 ①外植体：_______________ *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、细胞全能性高的区域作为材料，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 *对外植体进行消毒 ④无菌水 *清洗外植体 ⑤培养基（参见本书附录1） *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）； 幼嫩的菊花茎段 用酒精擦拭双手和超净工作台台面 流水冲洗 酒精消毒 立即无菌水清洗 次氯酸钠溶液处理 立即无菌水清洗 30s 2-3次 30min 2-3次 探究. 实践 P35 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0.5-1cm长的小段 思考：为什么整个过程要保证无菌操作？ 避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，同时防止有些杂菌危害培养物的生长 菊花的组织培养 探究. 实践 P35 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 培养基及培养条件： 激素比例1:1、置于黑暗、提供有机碳源 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； *该过程一般不需要光照； *有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织； 探究. 实践 P35 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 *注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根； *该过程每日需要给予适当时间和强度的光照； 培养15-20d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上 长出芽后 将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗 生芽过程： 生根过程： 生长素比例低 生长素比例高 诱导生芽和生根不同培养基主要区别是：激素的比例不同 幼 苗 愈伤组织 脱分化 再分化 植物组织培养过程示意图 完整植株 外植体 整个过程中使用的培养基中，生长素/细胞分裂素的比值大小是如何变化的？ 比值适中→比值低→比值高 IAA/CTK比例先减小,再增大 IAA/CTK比例适合 探究. 实践 P35 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。 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 原因：防止培养基中的营养物质为细菌等微生物的快速繁殖提供适宜的条件。 ①接种3-4d后，若外植体被污染，试分析它们被污染的可能原因： ②从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？ 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周左右 3.结果分析与评价： 提示：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。 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？ 植物组织培养中细胞表现出全能性的条件 （1）离体状态 （2）无菌条件 （3）适宜的培养条件 （4）适宜浓度和比例的激素 （5）一定的营养条件 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℃）； ②PH ③光照（例如脱分化需避光，再分化需照光）； *配制合适的培养基，包括有机营养成分、无机营养成分 *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； 总结1： (1)按照不同的顺序使用这两类激素，会得到不同的实验结果 使用顺序 实验结果 先使用生长素，后使用细胞分裂素 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 细胞既分裂也分化 同时使用 分化频率提高 简记：先“生”分裂不分化，后“生”分裂又分化，同“使”分化频率高 总结2：生长素、细胞分裂素对植物组织培养的影响 (2)当同时使用这两类激素时，两者用量的比例影响植物细胞的发育方向 生长素/细胞分裂素 植物细胞的发育方向 高 有利于根的分化、抑制芽的形成 低 有利于芽的分化、抑制根的形成 适中 促进愈伤组织的生长 简记：“高”根，“低”芽，“中”愈伤 特殊的植物组织培养——花药离体培养 花药离体培养 配子 DDTT DDtt ddTT ddtt 正常植株（纯合） 秋水仙素诱导 高杆抗病 DdTt DT Dt dT dt 单倍体植株 DT Dt dT dt 需要的纯合矮抗品种 （1）该过程涉及的生殖方式是_________*； （2）经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为_______，一定是吗？_______ 有性生殖 纯合子 不一定 花药 试管苗 脱分化 再分化 愈伤组织 单倍体： 植株矮小、高度不育 秋水仙素 诱导 纯合品种 花药：产生花粉（雄配子）的细胞 例1.（2022·浙江·高考）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 A、 外植体消毒:先用70%酒精，再用无菌水清洗，再用5%次氯酸钠消毒处理，最后再用无菌水清洗，A错误； B、并不影响气体交换，B错误； C、原因是蛭石比较松软，持水性也较好，有利于幼苗的生根和叶片的生长，C错误； D、可通过植物组织培养分化出芽和根这种器官发生的途径形成完整的菊花植株，D正确。 （1）若外植体是取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，愈伤组织中 （“有”“没有”）叶绿体，原因是 。 （2）植物组织培养中的培养基是 培养基（物理状态），故培养基中一般加入了凝固剂 。 （3）植物生长调节剂在培养基中的用量要考虑组织 的含量。只有准确把握 的协同作用。 没有 外植体通过脱分化后失去了其特有结构和功能而转化为未分化的细胞 固体 琼脂 内源激素 内源激素和外源激素 例2.（2022·重庆·高考）植物体细胞通常被诱导为愈伤组织后才能表现全能性。研究发现，愈伤组织的中层细胞是根或芽再生的源头干细胞，其在不同条件下，通过基因的特异性表达调控生长素、细胞分裂素的作用，表现出不同的效应（见如表）。已知生长素的生理作用大于细胞分裂素时有利于根的再生；反之，有利于芽的再生。下列推论不合理的是 A．WOX5失活后，中层细胞会丧失干细胞特性B．WOX5+PLT可能有利于愈伤组织中生长素的积累C．ARR5促进细胞分裂素积累或提高细胞对细胞分裂素的敏感性D．体细胞中生长素和细胞分裂素的作用可能相互抑制 C 抑制，降低 根据表格信息可知 由题干信息可知，出芽或出根都是生长素与细胞分裂素含量不均衡时才会发生 (1)概念： 将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成　 　 　　，并把杂种细胞培育成　　 　　的技术。 杂种细胞 新植物体 流动性 植物细胞的全能性 体细胞杂交利用了细胞膜的　 　　，杂种细胞培育成杂种植株利用了　　　　　 　　　。 (2)原理： 细胞膜的流动性——原生质体融合 植物细胞具有全能性——杂种细胞培养成杂种植株 (3)意义： 四.植物体细胞杂交技术 打破生殖隔离、实现远缘杂交育种，培育植物新品种 A细胞 B细胞 纤维素酶果胶酶 去壁 酶解法 正在融合的原生质体 再生出细胞壁 诱融 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 植物细胞融合 植物组织培养 杂种植株 愈伤组织 A原生质体 B原生质体 移栽后的植株 去壁 植物细胞融合完成的标志 植物体细胞杂交完成的标志 (4)植物体细胞杂交技术过程 白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草、多种柑橘属不同种间的杂种植株。 目前有许多理论和技术未解决，还不能让杂种植物按照人们的需要表现出双亲的性状。 (5)实例： (6)局限性： 源于选择性必修3 P36“正文”：“番茄—马铃薯”杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上长番茄、地下结马铃薯的主要原因是: _____________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 植物体内基因的表达不是孤立的，它们之间相互调控、相互影响， 所以番茄—马铃薯杂交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，不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达 拓展： ① 原生质体是指植物细胞去除细胞壁后剩余的部分，包括细胞膜、细胞质和细胞核。 ② 原生质层是指成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质，包括细胞膜、细胞质、液泡膜。 ③ 原生质层中没有包含细胞液（液泡中的液体部分）和细胞核，因此原生质体应该比原生质层多这两部分成分。 区分原生质体与原生质层： 【注意】质壁分离的“质”指的是原生质层。 29 （1）去除细胞壁 ①去壁原因： ___________________________________________ ②方法：_______ ③所用酶：_______________ *为什么用上述酶？___________________________________ *酶解法利用了原理？___________ *纤维素酶和果胶酶的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？ ____________________________________________________ ____________________________________________________ 细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体间的融合） 酶解法 纤维素酶和果胶酶 植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成 酶的专一性 使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常 思考1：诱导原生质体融合后获得的所有细胞都是需要的杂种细胞吗？ 不一定；诱导融合后的产物有三类： ①未融合的细胞 ②两两融合的细胞 ③多细胞融合体 思考2：若只考虑两两融合，原生质体A和原生质体B可以形成几种融合细胞？哪种融合细胞才是符合要求的？ AA AB BB 筛选 AB ➋上述所获得杂种植株应为　　　倍体，其体细胞中染色体数为_______ 条， 个染色体组，基因型为 。 ➌上述所获得杂种植株的花粉经离体培养得到的植株属于　 倍体植株。 ➍上述植物体细胞杂交的过程中，遗传物质的传递遵循孟德尔遗传定律吗？ ➎植物体细胞融合形成杂种细胞 （是/不是）标志着植物体细胞杂交技术的完成？杂种植株有两种生物性状的原因： 。 异源四 (2x＋2y) AabbccDd 单 不遵循（植物体细胞杂交技术是无性生殖过程，不遵循孟德尔遗传定律） 4 不是 含有双亲的遗传物质 1.若一植物细胞A含有2x 条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞B含有2y 条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则： ➊上述所获得杂种植株遗传物质有何特点？ 杂种植株中含有两种植物的遗传物质。 1.白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）进行体细胞杂交所得植株白菜-甘蓝的细胞染色体数为 ，属于 倍体。 2.白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）进行杂交，所得植株白菜-甘蓝的细胞染色体数为 ，属于 倍体。 植物体细胞杂交 杂交育种 （异源） 四倍体 四倍体 （异源） 二倍体 染色体数目加倍 36 （异源）四 （异源）二 18 可育 白菜甘蓝属于不同物种 33 　总结：植物体细胞杂交和有性杂交的辨析 同源多倍体： 异源多倍体： 二倍体 四倍体 秋水仙素 处理 受精作用 异源二倍体 异源四倍体 秋水仙素 处理 （不可育） （可育） （可育） （可育） 同一物种经染色体加倍形成的多倍体 指不同物种杂交产生的后代经染色体加倍形成的多倍体 A.同源多倍体的产生： （1）利用一定浓度的秋水仙素或低温处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体 （2）同种植物体细胞杂交 B.异源多倍体的产生 （1）不同物种杂交产生的后代经染色体加倍形成的多倍体 （2）不同种植物体细胞杂交 （2）再生出细胞壁 ①原生质体融合成功的标志*： __________________ ②相关的细胞器： _______________ ③验证再生出新的细胞壁的实验： _____________________________________ 再生出细胞壁 高尔基体和线粒体 质壁分离和质壁分离复原实验 思考：诱导外植体脱分化形成愈伤组织的培养基，其成分中是否应含有蔗糖等有机物？为什么？ 要添加蔗糖溶液，蔗糖不仅能为原生质体提供营养（愈伤组织无叶绿体，不能进行光合作用制造有机物），而且还能维持一定的渗透压，使原生质体保持正常的形态。 例1.花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病，野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化，并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合，以获得抗黑腐病杂种植株，流程如右图。下列相关叙述错误的是 A.①通常将植物细胞置于含纤维素酶和果胶酶的30%的蔗糖溶液中 B.细胞融合成功的标志是再生出细胞壁， 此时细胞内高尔基体和线粒体活动明显增强 C.可通过观察叶绿体的有无来初步筛选杂种细胞 D.用此方法获得新品种的育种原理是染色体变异 A　 ①为去除细胞壁，该过程需要在等渗透液中进行，以维持原生质体的形态和功能，若放在30%的蔗糖中容易失水死亡　 39 例2．自然条件下兰花杂交后代不易萌发。科研人员用四倍体品种绿宝石和二倍体品种春剑进行杂交，获得大量优质杂交兰，并对其进行染色体观察与计数，培育过程如图。下列分析不正确的是 A．调整培养基中植物激素的配比可影响原球茎的分裂与分化 B．春剑和绿宝石两个品种之间不存在生殖隔离 C．所得杂交兰植株的体细胞染色体数目为60条 D．通过植物组织培养技术从杂种胚繁殖得到的大量杂交兰性状可能不一致 B 其子代为：3x=60，为三倍体，联会紊乱，子代不可育，故二者有生殖隔离 考点三 植物细胞工程的应用 植物繁殖新途径 作物新品种的培育 细胞产物的工厂化生产 快速繁殖 作物脱毒 单倍体育种 突变体的利用 植物繁殖的新途径 快速繁殖 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。 4. 实例： 一些优良的观赏植物、经济林木和濒危植物等。 3. 优点： (1)可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖； (2)可以保持优良品种的遗传特性； (3)不受季节的限制； (4)培养周期短； 1. 概念： 2. 生殖方式： 无性生殖 无性繁殖的作物，容易将病毒传染给后代。病毒积累，导致作物产量降低、品质变差。 植物分生区病毒极少甚至无病毒，切取茎尖进行植物组织培养，可获得脱毒苗。 脱毒草莓 普通草莓 原因： 方法： 植物繁殖的新途径 作物脱毒 被病毒感染的无性繁殖的作物。 无病毒组织 (如茎尖组织) 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 幼苗 完整植株 移栽成活 [注意] 脱毒苗 ≠ 抗毒苗。 与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。 对象： 脱毒作物产量高、品质好。 (1)作物脱毒后不再感染病毒(　　) × × 作物脱毒后病毒很少甚至不含病毒，而不是不再感染病毒。 (2)脱毒草莓能明显提高产量，但品质没有发生变化(　　) 脱毒草莓能明显提高产量，品质也优于普通草莓。 （3）快速繁殖中能否用花粉作为外植体？为什么？ 不能；因为用花粉作外植体会出现性状分离。 花粉是经减数分裂形成的，在此过程中发生了基因重组，因而不一定能保持亲本的优良性状。 判断正误 44 （3）原理 _________________________和________________________（4）优点 选择 亲本 有性 杂交 F1代 花药离 体培养 单倍体 植 株 诱 变 染色体加倍 可 育 纯合子 选择所 需类型 （二）作物新品种的培育 1.单倍体育种 (1)方法: 先通过花药（或花粉）培养获得单倍体植株，再诱导染色体加倍,选择稳定遗传优良品种。 (2)过程: 花药细胞中含有花粉 染色体（数目）变异 植物细胞的全能性 ①极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力 ②可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料 大多数单倍体植株的细胞中只含一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现 作物新品种的培育 2.突变体的利用 对植物组织培养过程中得愈伤组织进行诱变处理，促其发生突变，诱导分化成植株，筛选对人们有利突变体,进而培育新品种。 1. 过程： 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 突变体 筛选培育 新品种 诱变处理 2. 原理： 基因突变或染色体变异和植物细胞的全能性 愈伤组织细胞分裂旺盛，细胞要进行DNA分子复制，此时易发生基因突变。 （3）优点： 难以控制突变方向，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。 （4）缺点： 2.突变体的利用 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 突变体 筛选培育 新品种 诱变处理 ①提高变异的频率，加速育种进程； ②大幅度地改良某些性状。 利用植物细胞培养来获得次生代谢物的过程。P41 ①不是植物基本的生命活动所必需的产物； ②一类小分子有机化合物（如酚类、萜类 和含氮化合物等）。 ③在植物的抗虫、抗病等方面发挥作用， 也是很多药物、香料和色素等的重要来源。 ④含量很低，从植物组织中提取会大量破坏 植物资源，有些产物又不能或难以通过化 学合成途径得到。 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。 1. 概念 （三）细胞产物的工厂化生产 初生代谢物是生物生长和生存所必需的代谢产物，如：糖类、脂质、蛋白质、核酸等 （1）技术——_______________ 在______条件下对______________或_______进行培养使其_____的技术； （2）细胞产物的工厂化生产的一般过程 植物细胞培养技术在生产中通常要培养到什么阶段？为什么？ 该过程中是否需要培养得到完整植株？ 植物细胞培养 离体 单个植物细胞 细胞团 增殖 愈伤组织阶段；因为此时细胞分裂旺盛，代谢快，有利于产物生成。 一般不需要，目的是获得细胞产物 （三）细胞产物的工厂化生产 植物细胞培养的原理是细胞增殖，未涉及植物细胞的全能性。 液体培养基有利于培养的细胞与营养物质充分接触 （3）优点 （4）实例 不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义 紫草宁、紫杉醇、人参皂苷等 红豆杉和紫杉醇 （三）细胞产物的工厂化生产 比较项目 植物组织培养 植物细胞培养 目的 获得植物体 原理 植物细胞的全能性 过程 应用 快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等 细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等 获得细胞产物 细胞增殖 填空：1.从育种的角度来看，与有性生殖相比，植物组织培养的优势主要有____________________________________________________。 2.植物体细胞杂交技术的优点是：____________________________。 3.单倍体育种的优点是______________________________________ _____________________________________________________________。 4.突变体的优点是______________________________________。 5.细胞产物工厂化生产的优点是：________________________________。 能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高 打破生殖隔离，实现远缘 杂交育种，培育植物新品种。 ①极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力; ②可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料 提高变异的频率，加速育种进程。 大幅度地改良某些性状。 不占用耕地，几乎不受季节、 天气等的限制，对于社会、经济、环境保护具有重要意义 6.外植体不要倒插原因： 7.植物体细胞杂交的关键环节： 8.快速繁殖（微型繁殖）优点： 9.细胞产物工厂化生产所用到的技术及其原理： 生长素的极性运输，倒插影响生根 原生质体的融合 高效、快速地实现大量繁殖；保持亲本优良性状 植物细胞培养；细胞增殖 ①植物组织培养：植物细胞的全能性 ②植物细胞融合：细胞膜的流动性 ③植物体细胞杂交：植物细胞的全能性、细胞膜的流动性 ④植物细胞培养/细胞产物工厂化生产:细胞增殖 总结原理： 例1.下图表示番茄植株（基因型为HhRr）作为实验材料培育新品种的途径。据下图分析回答下列问题： (1)途径1的育种方法是____________，该过程中产生的单倍体植株不育，原因是_______。 (2)品种B的基因型有_________________________________。品种B与品种C是否为同一个物种？_______，原因是_____________________________________________________________。 (3)途径3的育种方法所依据的原理是____________，此育种方法最大的优点是________。 可以产生新基因，产生新性状，大幅度改良品种 单倍体育种 单倍体植株只有一个染色体组，减数分裂时没有同源染色体的联会，不能形成正常的配子 HHRR、HHrr、hhRR、hhrr 不是 两者杂交得到的子代植株为三倍体，高度不育，存在生殖隔离 基因突变 例2.（2014·江苏·高考节选）为了获得植物次生代谢产物,先用植物外植体获得愈伤组织,然后在液体培养基中悬浮培养。请回答下列问题: (2)在愈伤组织悬浮培养时,细胞干重、蔗糖浓度和 pH 的变化如图所示。细胞干重在 12 d 后下降的原因有____________________________;培养液中蔗糖的作用是______________、______________。(3)多倍体愈伤组织细胞产生的次生代谢产物量常高于二倍体。 二倍体愈伤组织细胞经__________________处理,会产生染色体加倍的细胞。 为检测愈伤组织细胞染色体数目,压片前常用纤维素酶和_______酶解离愈伤组织。 (4)若愈伤组织细胞(2n)经诱导处理后,观察到染色体数为8n 的细胞,合理的解释是_______________________________________________、__________________________________________。 蔗糖浓度下降，pH降低 提供能源    调节渗透压 秋水仙素或低温 果胶 (1)外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为___________。 脱分化 经加倍到4n的细胞处于有丝分裂后期 经加倍到8n的细胞处于有丝分裂中期  例3.（2014·广东·高考真题）铁皮石斛是我国名贵中药，生物碱是其有效成分之一，应用组织培养技术培养铁皮石斛拟原球茎（简称PLBs，类似愈伤组织）生产生物碱的实验流程如下： 在固体培养基上，PLBs的重量、生物碱含量随增殖培养时间的变化如图所示，请回答下列问题： ⑴选用新生营养芽为外植体的原因是________________________________________，诱导外植体形成PLBs的过程称__________________。⑵与黑暗条件下相比，PLBs在光照条件下生长的优势体现在_________________，__________________，________________________。 细胞分化程度低，分裂能力强，容易诱导形成PLBs 脱分化 生长起始较快 快速生长时间较长 PLBs产量较高 （2014·广东·高考真题）铁皮石斛是我国名贵中药，生物碱是其有效成分之一，应用组织培养技术培养铁皮石斛拟原球茎（简称PLBs，类似愈伤组织）生产生物碱的实验流程如下： ⑶脱落酸（ABA）能提高生物碱含量，但会抑制PLBs的生长。若采用液体培养，推测添加适量的ABA可提高生物碱产量。同学们拟开展探究实验验证该推测，在设计实验方案时探讨了以下问题： ①ABA的浓度梯度设置和添加方式：设4个ABA处理组，1个空白对照组，3次重复。因ABA受热易分解，故一定浓度的无菌ABA母液应在各组液体培养基______________后按比例加入。 ②实验进程和取样：实验50天完成，每10天取样，将样品（PLBs）称重（g/瓶）后再测定生物碱含量。如初始（第0天）数据已知，实验过程中还需测定的样品数为_____。③依所测定数据确定适宜的ABA浓度和培养时间：当某3个样品（重复样）的_______________________________________________时，其对应的ABA浓度为适宜浓度，对应的培养时间是适宜培养时间。 灭菌、冷却 75 PLBs重量和生物碱含量乘积的平均值最大 取5次样，每次取样=[4(不同浓度梯度）+1(空白对照)]x3(重复)=15，共15x5=75个样品 ③适量的ABA可提高生物碱产量，当样品的PLBs重量和生物碱含量乘积的平均值最大时，其对应的ABA浓度为适宜浓度，对应的培养时间是适宜培养时间。 例4．下列关于植物组织培养技术的应用，说法错误的是 A．脱毒苗、人工种子的制备都应用了植物组织培养技术 B．采用植物组织培养技术培养茎尖得到的脱毒作物可提高作物产量和品质 C．应用植物组织培养技术得到人参、紫草等植株，然后从它们的细胞中提取细胞产物，可实现细胞产物的工厂化生产 D．植物的组织培养过程中经化学或物理的诱变处理可得到有用的突变体，如抗盐碱的烟草等 C　 解析：细胞产物(如人参皂苷干粉、紫草素等)的工厂化生产，并未培养出完整的植株，而是将离体细胞、组织或器官培养到愈伤组织阶段，利用细胞的分裂增殖扩增细胞数量，从而获得大量的细胞产物。 4.(2021·福建，11)科研人员利用植物体细胞杂交技术培育矮牵牛新品种，技术流程示意图如下。 下列叙述正确的是 A.愈伤组织是幼嫩叶片通过 细胞分化形成的 B.获得的杂种植株都能表现双亲的优良性状 C.可用聚乙二醇诱导原生质体甲和乙的融合和细胞壁再生 D.用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以获得原生质体 D 脱分化 不一定，由于基因的选择性表达和基因间的互作效应 不能诱导细胞壁的再生 5.(2023·山东，14)利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖，可获得植物细胞的某些次生代谢物。下列说法正确的是 A.利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物 B.植物细胞体积小，故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产 C.次生代谢物是植物所必需的，但含量少，应选择产量高的细胞进行培养 D.该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物 的含量 A 细胞产物的工厂化生产主要是促进细胞分裂，增加细胞数量，提高次生代谢物的含量，但不能提高单个细胞中次生代谢物的含量 最基础的是： 动物细胞工程常用的技术： 动物细胞培养 动物细胞融合 动物细胞核移植等 第59课时 动物细胞工程 动物细胞培养技术 原理： 动物细胞培养 P43 一. 概念: 从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适当的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。 细胞增殖 结果：得到的是细胞或细胞产物。 二、动物细胞培养的条件 充足的营养 稳定的内环境 ①营养条件 糖类 氨基酸 无机盐 维生素等 二、动物细胞培养的条件 动物细胞培养 P43 将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成。 血清中含有尚未全部研究清楚的、细胞所需的营养物质。 合成培养基 + 血清等天然成分 较植物组织培养的培养基有何独特之处？ 独特之处有：1、液体培养基 2、成分中有动物血清等 还需要______________ 在________下进行操作 对______和____________进行_____处理 原因？ 培养液 所有培养用具 灭菌 无菌环境 定期更换培养液 以便清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害 在细胞培养液中添加一定量的抗生素 ②其他条件 脉动真空灭菌器 A.无菌、无毒的环境 二、动物细胞培养的条件 动物细胞培养 P43 思考: 如何防止培养过程中的细菌污染？ 维持适宜渗透压的目的______________________ 哺乳动物细胞培养的温度多以______________为宜 多数动物细胞生存的适宜pH为_________ 36.5±0.5℃ 维持细胞正常的形态和功能 B.温度、pH和渗透压 适宜的温度 适宜的pH 适宜的渗透压 ②其他条件 二、动物细胞培养的条件 动物细胞培养 P43 7.2~7.4 含有___________和__________的混合气体的__________ 动物细胞培养所需气体主要有___和____ O2：_____________________ CO2：_________________________ 通常采用_______或____________ O2 CO2 细胞代谢所必需的 维持培养液的pH 培养皿 松盖培养瓶 95%空气 5%CO2 CO2培养箱 CO2培养箱 C.气体环境 组成 培养容器 培养仪器 ②其他条件 二、动物细胞培养的条件 动物细胞培养 P43 课堂随练 1. 一般来说动物细胞体外培养需要满足的条件是( )。 ①无毒的环境； ②无菌的环境； ③合成培养基需加血清； ④温度与动物体温相近； ⑤需要O2 ，不需要CO2； ⑥用CO2 调节培养液pH A. ①②③④⑤⑥ B. ①②③④ C. ①③④⑤⑥ D. ①②③④⑥ D ②使用胰蛋白酶分散细胞说明细胞间的物质主要是 。用胰蛋白酶处理 （会/不会）把所培养的细胞消化掉？原因是 ；故必须控制好胰蛋白酶的 。 胰蛋白 胶原蛋白 单个细胞 细胞悬液 原代 悬浮 贴壁 分裂受阻或停止 传代培养 ①选材： ； 原因是 。 动物胚胎或幼龄动物的组织、器官 细胞分化程度低，分裂能力强，容易培养 蛋白质 会 蛋白质是细胞膜的主要成分之一 用量和处理时间 ③培养前要将组织细胞分散成单个细胞的目的是： 。 使细胞与培养液充分接触,利于营养物质吸收及代谢废物排出，利于细胞生长和繁殖. 三、动物细胞培养的过程 动物组织经处理后的初次培养 当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止分裂增殖。 取动物组织 制成细胞悬液 动物细胞培养 放入CO2培养箱中培养 转入培养液进行原代培养 会因细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等因素而分裂受阻。 除受以上因素影响外，还会发生接触抑制现象 体外培养的动物细胞 悬浮生长类： 贴壁生长类： （大多数） 细胞贴壁现象 要求：培养瓶(皿)内表面光滑、无毒、易于贴附 细胞贴附在培养瓶壁上生长的现象； 思考：“细胞增殖到互相接触的时候，糖蛋白识别了这种信息，就会使细胞停止继续繁殖，出现接触抑制的现象”试结合上述解释，举例说明哪种细胞无接触抑制现象，并阐述原因。 癌细胞；癌细胞的细胞膜上糖蛋白等物质减少 肿瘤细胞失去接触抑制， 条件适宜在培养液可以无限增殖下去。 先收集细胞，制成细胞悬液，再分瓶培养 a.悬浮培养的细胞：直接用离心法收集。 b.贴壁细胞：重新用胰蛋白酶等处理，使之分散成单个细胞，然后再用离心法收集。 取动物组织块 分散成单个细胞 剪碎 胰蛋白酶等 制成细胞悬液 加培养液 原代培养 传代培养 （分瓶培养） 三、动物细胞培养的过程 动物细胞培养 P43 动物细胞的整个培养过程中多次用到胰蛋白酶或胶原蛋白酶： 第一次使用的目的： 贴壁细胞传代培养时使用的目的： 使细胞从瓶壁上脱离下来，分散成单个细胞，便于分瓶后继续培养。 使组织细胞分散开； 原代培养和传代培养辨析: (1)含义不同: ➊动物组织经处理后的初次培养称为 。 ➋当贴壁细胞分裂生长到贴满瓶壁时用胰蛋白酶等处理,分瓶继续培养的过程称为 。 (2)细胞增殖特点不同: ➊原代培养:细胞分裂旺盛。 ➋传代培养:正常细胞的传代培养的次数一般是有限的，一般传至10代后就不易传下去，增殖会逐渐缓慢，甚至停止。目前使用的（如用于核移植的供体细胞）或冷冻保存的正常细胞通常选用传代 代以内的细胞，这样做的目的是 。 原代培养 传代培养 10 保持细胞正常的二倍体核型 4. 动物细胞培养和植物组织培养的比较 植物组织培养 动物细胞培养 原理 培养前处理 取材 培养基的物理性质 培养基的成分 特有成分 植物细胞的全能性 细胞增殖 离体、消毒 用机械法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶将组织细胞分散开 植物幼嫩的部位或花药等 动物胚胎或幼龄动物的组织、器官 固体培养基 液体培养基(又称培养液) 有机营养成分 无机营养成分 植物激素；琼脂 糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清 植物激素 血清 动物细胞培养 $$