2.2.1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

1890年，希普（W. Heape，1855-1929）将安哥拉兔的胚胎移入比利时兔的输卵管内，得到了两只安哥拉兔，这是世界上胚胎移植成功的首例。 1907年，哈里森（R. G. Harrion，1870-1959）用一滴淋巴液成功培养了蝌蚪的神经元，首创了动物组织体外培养法。 1951年，张明觉（1908-1991）等发现哺乳动物精子的获能现象。 1958年，格登（J. Gurdon，1933-）用非洲爪蟾进行体细胞核移植，成功培育出性成熟个体。同一时期，童弟周（1902-1979）等开展了鱼类细胞核移植工作。 1959年试管兔诞生，之后多种试管动物相继出生。 1975年，米尔斯坦（C. Milstein，1927-2002）和科勒（G. Köhler，1946-1995）等创立了单克隆抗体技术。 1978年，小鼠桑葚胚被成功分割。次年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵羔羊。 1981年，埃文斯（M. J. Evans，1941-）等成功分离和培养小鼠的胚胎干细胞。 1996年，世界上第一只细胞克隆羊多莉在英国诞生。随后多种克隆动物相继问世。 2006年，山中伸弥（S. Yamanaka，1962-）等获得了诱导多能干细胞。我国科学家利用这种细胞培育出了 小鼠。 2014年，世界上第一个用单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿在我国诞生。 2017年，我国科学家首次培育出体细胞克隆猴。 1902年，哈伯兰特（G. Haberlandt，1854-1945）提出了细胞全能性的理论，但相关实验尝试没有成功。 1958年，斯图尔特（F. G. Steward，1904-1993）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（E. C. Cocking，1931-）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（S. Guha，1938-2007）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成的胚。 植物细胞工程 动物细胞工程（含胚胎工程） 1971年，卡尔森（P. S. Carlson，1944-2017）诱导烟草种间原生质体融合，获得种间杂种。 1974年，土壤农杆菌Ti质粒被发现。 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，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？ 利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。兰花是观赏植物中最常见的一类，依靠植物组织培养繁育种苗的植物，其组培苗的数量约占观赏植物组培苗总量的40%。 人们常用兰花茎尖或叶片进行繁殖，这是利用了植物细胞具有全能性，即细胞经过和分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能 特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达，因此并不是所有细胞都表现出全能性 高度分化的植物细胞能在适宜条件下表现出全能性，这是通过植物组织培养实现的 第一章 发酵工程 第1节 植物细胞工程 一、细胞的全能性 二、 植物组织培养技术 三、植物体细胞杂交技术 原因 ？ 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。 体现细胞全能性的标志？ 细胞 → 完整个体或其他各种细胞 细胞含有该物种生长发育所特有的全套遗传物质 细胞的全能性： 胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株 实例： 受精卵发育成个体（动植物） 用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株 蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰 一、细胞的全能性 ①受精卵>胚胎干细胞>生殖细胞（精细胞、卵细胞）>体细胞； ②植物细胞>动物细胞。 随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。 在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性的原因？ 在特定时间、空间条件下，基因的选择性表达 如何激活细胞的全能性呢？ 植物组织培养技术 不体现全能性的实例： 芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶 一、细胞的全能性 一、细胞的全能性 二、 植物组织培养技术 三、植物体细胞杂交技术 植物组织培养是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，给与适宜的营养条件，诱导其形成完整植株的技术 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 移栽成活 二、 植物组织培养技术 外植体 脱分化 愈伤组织 （未分化状态） 再分化 胚状体 根 再生植株 芽 二、 植物组织培养技术 探究.实验 ---菊花的组织培养 外植体 愈伤组织 芽、根等器官 在组培中指外植体经脱分化形成的、不定形的薄壁组织 脱分化 再分化 胚状体 二、 植物组织培养技术 (1)外植体：用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。 (2)脱分化：在一定的激素和营养条件下，已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。 (3)愈伤组织：高度液泡化、不定形的薄壁组织团块。 (4)再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出根或芽等器官的过程。 植物激素中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。生长素和细胞分裂素的比例和浓度都会影响植物细胞的发育方向。 培养条件： ①无菌 ②一定的营养、激素 ③适宜环境条件（温度、PH、光照等） 原理 根、芽 植物体 脱分化 再分化 遮光 一定的光照 愈伤组织 离体的植物器官、 组织或细胞（外植体） 如：菊花幼嫩的茎段、胡萝卜的形成层、月季的花药… 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照 二、 植物组织培养技术 探究.实验 ---菊花的组织培养 二、 植物组织培养技术 探究.实验 ---菊花的组织培养 1.酒精擦拭双手和超净工作台台面。将流水充分冲洗后的外植体用酒精消毒30s，然后立即用无菌水清洗2~3次；再用次氯酸钠溶液处理30 min后，立即用无菌水清洗2~3次。 要点是外植体的消毒。 消毒酒精一般用体积分数70%的（医院一般用75%的）。次氯酸钠消毒的时间需要和浓度相匹配，并不固定。 酒精和次氯酸钠消毒的机理有所区别，两者依次使用以达到更好的消毒效果。对外植体的消毒既要达到消毒的效果，又不能杀死外植体。 为什么消毒后还要无菌水清洗？ 二、 植物组织培养技术 步骤 探究.实验 ---菊花的组织培养 2.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。 3.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，并在培养基上做好标记。 说明： 本步骤要点是外植体的接种。 要注意无菌操作。接种时需要将材料的形态学下部插入培养基中，不能插反。 一般有组培专用培养瓶，没有时，也可以接种到锥形瓶中再用封口膜封口，不建议接种到培养皿中。 说明： 组培苗的叶片和嫩梢呈透明或半透明水近浸状，称为玻璃化苗。 培养瓶中的气体交换、水分、营养以及激素种类与配比不当均可能导致玻璃化苗。 为什么要吸去外植体表面的水分了吗？封瓶的封口膜应该具有怎样的特性呢？ 二、 植物组织培养技术 步骤 探究.实验 ---菊花的组织培养 4.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。再培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况。 5.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，再将其转移到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。 说明： 诱导愈伤组织培养时不需要光照，诱导再分化（生芽、生根）培养时需要光照（叶绿素的生成需要光）。 脱分化与再分化培养基在生长素和细胞分裂素的比例上存在显著差异。此外诱导生根时培养基中无机盐的含量较少（根具有更强的吸收矿质元素的能力）。 二、 植物组织培养技术 步骤 探究.实验 ---菊花的组织培养 6.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，待其长大后再移栽入土。每天观察并记录幼苗生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。 说明： 试管苗所处的环境和普通盆栽环境存在显著的差异，需要让试管苗逐渐适应环境（这一过程也有人称之为炼苗），以保证移栽的成活率。 二、 植物组织培养技术 步骤 探究.实验 ---菊花的组织培养 二、 植物组织培养技术 步骤 探究.实验 ---菊花的组织培养 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 二、 植物组织培养技术 步骤 一、细胞的全能性 二、 植物组织培养技术 三、植物体细胞杂交技术 三、植物体细胞杂交技术 利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？ 不能。因为不同种物种之间存在着生殖隔离 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？ 三、植物体细胞杂交技术 1.植物体细胞杂交的概念： 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，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。 原理（理论基础）？ 植物细胞融合 植物组织培养 细胞膜的流动性 植物细胞的全能性 三、植物体细胞杂交技术 2.过程 A细胞 A原生质体 B细胞 B原生质体 正在融合的原生质体 再生出细胞壁 愈伤组织 杂种植株 移栽后的植株 三、植物体细胞杂交技术 ①植物细胞去掉细胞壁，形成原生质体。 方法：酶解法。用纤维素酶和果胶酶水解。利用酶的专一性。 ②诱导两个细胞（原生质体）融合 原理：细胞膜具有流动性 方法：物理方法（电融合法、离心法）化学方法（聚乙二醇融合法、高Ca2+-高pH融合法） 原生质体 指的是脱去细胞壁的细胞。动物细胞也可看做是原生质体。 原生质层 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。原生质层不包括细胞液和细胞核。 2.过程 三、植物体细胞杂交技术 利用植物组织培养技术将杂种细胞培育成杂种植株。 植物体细胞杂交育种 杂交育种诱导多倍体 四倍体 四倍体 二倍体 意义：打破远缘亲本杂交不亲和的障碍。大大扩展杂交的亲本组合范围。 番茄马铃薯植株是异源四倍体。 2.过程 三、植物体细胞杂交技术 3.植物体细胞杂交的实例： 白菜 甘蓝 白菜－甘蓝 具有两个物种的遗传物质 具有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点 多种柑橘属不同种间的杂种植株 普通小麦—长穗偃麦草 4.植物体细胞杂交的意义： 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育了植物新品种。 5.植物体细胞杂交存在的问题： 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。 如，番茄—马铃薯 "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，地下长马铃薯，这是为什么? 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，杂种植株自然就不能地上结番茄、地下长马铃薯了。 三、植物体细胞杂交技术 第一章 发酵工程 第1节 植物细胞工程 $$