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1节 第1课时 植物细胞工程的基本技术 SW生老师 SW生老师 ¦ 科技探索之路 ¦ 1902年，哈伯兰特(G.Haberlandt，1854一1945)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(EC.Steward，1904一1993)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，1931一）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粒发育而来的胚。 1971年，卡尔森（PS.Carlson，1944一2017)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，促进了植物细胞工程与分子生物学技术紧密结合。 细胞工程的发展历程 SW生老师 “其芽葺葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨（dài）夫花开，凝晴瀼露，万态千妍，薰（xūn）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（zhānɡ）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。 从社会中来 SW生老师 植物通常是通过播种或扦插实现繁殖的。 玉米种子萌发 黄豆种子发芽 一、植物组织培养技术 落地生根 SW生老师 细胞具有全能性：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。 细胞 → 完整个体或其他各种细胞 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？ 在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性表达 分化程度越高，全能性越低 细胞含有该物种生长发育所特有的全套遗传物质 如：植物细胞的全能性>动物细胞全能性 如：受精卵>胚胎干细胞>生殖细胞(精细胞、卵细胞)>体细胞 原因 细胞全能性的标志 全能性的高低 SW生老师 外植体 1.概念：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。 有丝分裂 无性生殖 细胞具有全能性 2. 生殖方式： 3. 分裂方式： 4. 原理： 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 SW生老师 菊花的组织培养 探究·实践 一、目的要求 1、植物细胞一般具有全能性 根、芽 完整植株 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） 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照 愈伤组织 已分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞，进而形成不定形的薄壁组织团块 SW生老师 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。 影响因素 实验结果 植物激素的浓度 根据生长素作用的两重性：低浓度促进生长，高浓度抑制生长，甚至杀死植物 植物激素用量 生长素>细胞分裂素 有利于根的分化、抑制芽的形成 生长素<细胞分裂素 有利于芽的分化、抑制根的形成 生长素≈细胞分裂素 促进愈伤组织的形成 使用顺序 先生长素，后细胞分裂素 有利于细胞分裂，但细胞不分化 先细胞分裂素，后生长素 细胞既分裂也分化 同时使用 分化频率提高 SW生老师 ①外植体消毒 ②外植体处理 ③接种外植体 ④诱导愈伤组织 ⑤诱导芽和根 ⑥移栽 用酒精擦拭双手和超净工作台面。 ①流水冲洗外植体(幼嫩的茎段)→②酒精消毒30s→③无菌水清洗2-3次→④次氯酸钠溶液处理30min→⑤无菌水清洗2-3次 ①外植体消毒 二、方法步骤 SW生老师 ②外植体处理 用无菌滤纸吸去表面水分，将外植体切成0.5-1cm长的小段 ③接种外植体 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。 SW生老师 ④诱导愈伤组织 将接种了外植体的锥形瓶置18-22℃的培养箱中培养。 将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽培养基上出芽后，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。 ⑤诱导芽和根 适时光照培养 避光培养 SW生老师 ⑥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。 SW生老师 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，试分析它们被污染的可能原因。 2、培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？ 外植体消毒不彻底；培养基、接种工具灭菌不彻底； 操作过程不符合无菌操作要求等。 试管苗移栽的关键：既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。一般使用无土栽培方法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷洒质量分数为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。 三、结果分析与评价 SW生老师 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） SW生老师 欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你有什么妙招？ 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？ 二、植物体细胞杂交技术 SW生老师 ① ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 植物体细胞杂交技术 杂种细胞 去除细胞壁 诱导融合 细胞壁再生 脱分化 再分化 移栽 杂种植株 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） 纤维素酶果胶酶 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 植物细胞融合完成的标志 植物体细胞杂交技术完成的标志 SW生老师 1、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。 2、原理： 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 植物组织培养 获得杂种植株 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等 染色体数目的变异 3、基础技术： 4、变异类型： 5、成功标志： 6、优点： SW生老师 课堂总结 SW生老师 练习与应用 1.下图是利用甲、乙两种植物的各自优势， 通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。下列相关叙述错误的是（ ） A.进行a处理时能用胰蛋白酶 B.b是诱导融合后得到的杂种细胞 C. c是培养后得到的具有耐盐性状的幼芽 D.进行d选择时要将植株种在高盐环境中 A SW生老师 2. 科学家在制备原生质体时，有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞的细胞壁。据此分析，蜗牛消化道提取液中可能含有什么成分？ 蜗牛消化道提取液中可能有纤维素酶、果胶酶 SW生老师 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，地下长马铃薯，这是为什么？ 主要原因是：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。 SW生老师 1．理论上植物的活细胞具有全能性，原因是什么？是不是所有的植物活细胞都具有全能性？举例说明。 植物的活细胞具有全能性的原因：正常的植物细胞具有发育成该物种个体所需的全部遗传物质。不是所有的植物活细胞都具有全能性，如植物成熟的筛管细胞因为它们没有细胞核，没有全套遗传物质，不具有全能性。 2．植物的种子发育成完整植株是否体现了全能性？为什么？ 否。因为种子中的胚已经完成早期发育，相当于新植株的幼体，由幼体发育成完整植株不能体现出细胞的全能性。 深入思考 SW生老师 3、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？ 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。 4、为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？ 避免杂菌与培养物竞争营养，且有些杂菌会危害培养物的生长 5．在植物组织培养的过程中，如何控制光照条件？理由。 脱分化过程中一般不需要光照，有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。但是再分化过程中需要给予适当时间和强度的光照。芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照。 SW生老师 6．欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？ 不能。因为两种生物之间存在着天然的生殖隔离。 7．为什么用酶解法去除细胞壁？去壁原因是什么？酶解法是在常温下进行的，且酶具有专一性，不会影响原生质体的生命活动。去壁原因是细胞壁阻碍着细胞间的杂交。 8．A种原生质体与B种原生质体融合后，有哪几种类型(只考虑两两融合)？而我们需要的是哪种类型？所以原生质体融合后，我们要进行怎样的处理？ 有3种类型：AA、BB、AB。我们需要的是AB。因此要对融合后的原生质体进行筛选。 SW生老师 $$