2.1 通过植物组织培养可获得完整植株课件-2024-2025学年高二下学期生物浙科版选择性必修3

细胞工程：是按照一定的设计方案，借助工程学的方法或技 术，以生物组织、细胞和细胞器为对象进行操作，在细胞水平上改造生物遗传特性，以获得（目的）特定的细胞产物、细胞、组织、器官或新生物体的技术。 类型：按技术类型可分为细胞和组织培养、细胞融合、核移植技术等； 按生物类型可分为植物细胞工程和动物细胞工程等。 动物细胞工程的基础技术：动物细胞培养 植物细胞工程的基础技术：植物组织培养 植物组织培养技术 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；传统分株繁殖的方式，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？ “其芽茸茸，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫花开，凝晴露，万态千妍，薰风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！”——《金漳兰谱》 第一节　体液调节是通过化学信号实现的调节 第二章 植物细胞工程 第一节 通过植物组织培养可获得完整植株 这些兰花就是通过植物组织培养技术克隆出来的。 1.分子水平基因的克隆 指通过重组DNA技术插入某载体的特定DNA片段，在宿主细胞中进行多次复制而形成的分子群体。 2.细胞水平的克隆 指由一个细胞分裂形成的一个细胞群体。产生特异性抗体的所有浆细胞是由一个B细胞分裂形成的的一个细胞群体。 3.个体水平 指通过无性繁殖而得到的基因型相同的个体组成的群体。 克隆：用幼苗或嫩枝以营养繁殖方式培育植物。 小资料 获得相同遗传背景的基因、细胞或个体的技术操作过程 书本这一节内容围绕以下三个问题展开： 1.为什么植物组织培养技术能培养出完整植株？ 2.植物组织培养技术是在什么条件下完成的？ 3.植物组织培养技术有哪些应用？ 愈伤组织 胚状体（幼胚） 试管苗 为什么胡萝卜根细胞能长成植株？这利用了植物的什么原理？ 一、植物细胞的全能性使离体组织发育成完整植株成为可能 1.全能性含义： 已分化的（活）细胞仍具有发育成完整植株的潜能 2.具有全能性的原因： 植物体的每个生活细胞都具有该植物所包含的全部的遗传信息 3.体现全能性的标志： 细胞→ 完整个体 实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株 受精卵发育成个体（动植物） 蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄蜂 用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株 4.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 5.不体现全能性的原因： 基因在特定时间、空间条件下选择性表达 （1）植物细胞的全能性 但是在生物的自然生长发育过程中，所有的细胞都能表现出全能性吗？ 外植体因脱离了母体的影响，一定条件下能实现其全能性，这是植物组织培养的理论基础。 1.是不是所有活细胞都有全能性？ 动物细胞核具有全能性；无核细胞不具全能性比如：哺乳动物成熟红细胞、植物成熟的筛管细胞。 2.种子发育成完整植株能否体现细胞的全能性？ 不能，因为种子已经经历了早期发育，相当于植物的幼体，不能体现单个细胞发育成完整个体的全能性。 3.卵细胞发育成雄蜂，花药经离体培养得到完整植株能否体现细胞的全能性？ 能。 4. 用一片叶子、一片花瓣繁殖出新的植株能否体现细胞的全能性？ 能，虽然不是单个细胞为起点，但是经历了植物组织培养，也认为体现了细胞的全能性。 6.全能性大小的比较： ①受精卵>胚胎干细胞>生殖细胞>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。 细胞全能性实例： ——多肉进行叶插繁殖 1.选取多肉上健康、饱满的叶片。 2.用剪刀切下整片叶片，切口要平滑、整齐。也可以直接用手轻轻掰下叶片。 3.平躺放在沙床上，叶片间隔相聚2~3厘米。 4.叶片切口不要有碰脏，摆放通风处2~3天，晾干。 5.待叶片晾干后移至半阴处养护。 6.约2~3周后生根，或从叶基处长出不定芽。 7.叶插成功 （二）植物组织培养技术 1.概念： 3.分类： 在无菌和人工控制条件下，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，使其生成完整植株或使其细胞增殖并产生细胞代谢产物的技术。（由于脱离母体又称为离体培养） 2.理论基础： 细胞的全能性 依据外植体的不同，可分为器官培养、组织培养、细胞培养、原生质体培养等。（以培养的起点命名） 4.一般过程： 阅读书本P43，归纳得植物组织培养技术的一般过程 脱分化 再分化 再分化 外植体 愈伤组织 发芽培养 生根培养 再分化 胚状体 器官发生途径 体细胞胚发生途径 脱分化 1.概念： 3.光照条件： 离体条件下已分化的细胞经过诱导，失去特有的结构和功能，重新获得分裂能力。 2.结果： 形成愈伤组织（特点：无组织结构、松散的薄壁细胞团） 一般不需要光照 4.涉及的生命活动： 细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化 （有光时，往往容易形成维管组织，不易形成愈伤组织） 再分化 1.概念： 3.光照条件： 愈伤组织细胞在一定条件下，可重新分化为各种类型的细胞，进而形成芽或根等，再生出新的植株。 2.实质： 基因选择性表达 需要一定强度和时长的光照 4.结果： 长出芽和根，进而发育成完整植株 5.涉及的生命活动： 细胞增殖（有丝分裂）和细胞分化 原因：诱导叶绿素合成，使植物能进行光合作用 5.形成完整植株途径： 1、经过愈伤组织获得再生植株 ①器官发生途径 ②体细胞胚发生途径 成熟细胞 愈伤组织 组织器官 再生植株 脱分化 再分化 成熟细胞 愈伤组织 胚状体 再生植株 脱分化 再分化 单击此处编辑母版文本样式 愈伤组织 胚状体 试管苗 脱分化 再分化 体细胞胚发生途径 下图是什么途经？ 单击此处编辑母版文本样式 单击此处编辑母版文本样式 5.形成完整植株途径： 1、经过愈伤组织获得再生植株 ①器官发生途径 ②体细胞胚发生途径 2、不经过愈伤组织获得再生植株 以植物的茎尖或带腋芽的茎段为外植体，可不经过愈伤组织阶段，直接培养成丛状苗，再诱导生根获得再生植株。 其原因是腋芽中存在___________。形成丛状苗的关键条件是_____________________________ 成熟细胞 分生细胞 愈伤组织 组织器官 再生植株 脱分化 分裂 再分化 成熟细胞 分生细胞 愈伤组织 胚状体 再生植株 脱分化 分裂 再分化 分生组织 培养基中细胞分裂素浓度较高 单击此处编辑母版文本样式 植物激素调控细胞的脱分化和再分化过程。在培养基的各种成分中，没有哪一种物质比植物激素类物质所产生的影响更大。植物生长素类和细胞分裂素类物质是植物组织培养不可缺少的两类调节物质，两者的浓度和配比在脱分化和再分化中起着关键作用。生长素类和细胞分裂素类物质的比值大时，有利于__________;比值小时，则促进__________. 根的形成 芽的形成 P45最后一段 单击此处编辑母版文本样式 NAA：萘乙酸，生长素类似物，6-BA：6-苄基腺嘌呤，细胞分裂素类似物 促进矮牵牛外植体生根 促进矮牵牛外植体愈伤组织的生长和芽的分化 天然植物激素在植物体内都有相应的使之分解的酶，所以作用的时间短。而人工合成的植物激素类似物，在植物体内没有使之分解的酶，作用的时间长，效果显著，生产成本低。 思考：本实验用人工合成的激素，而不用植物中存在的天然激素，为什么？ 单击此处编辑母版文本样式 可以将大量元素、微量元素和有机成分分别配成浓度为配方的5~10倍的母液，用时稀释。（减少每次配制培养基的麻烦及减少称量微量试剂的误差） 三、离体植物器官、组织和细胞在适宜条件下方可发育完整的植株 单击此处编辑母版文本样式 2.培养基能为离体植物材料提供适宜的营养条件 水,无机盐，有机营养成分，琼脂，植物激素 无机盐为植物提供必需的矿质元素，根据培养基中这些元素的含量将它们分为 N、P、S、K、Mg、Ca 等大量元素和 Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、I、Co 等微量元素。 有机营养成分中含有糖类、氨基酸、维生素等物质。即使外植体为绿色组织，在培养过程中也往往会逐渐失去叶绿素而使其光合作用受到阻碍，因此，植物需要依赖培养基中的有机碳源，而糖类既可作为碳源和能源物质，又参与维持培养基的渗透压。蔗糖、葡萄糖和果糖是较好的碳源，其中蔗糖最为常用。维生素往往以辅酶的形式参与细胞的蛋白质、脂质、糖代谢等重要活动。 单击此处编辑母版文本样式 （4）与发芽培养基相比，配制转基因丛状苗生根培养基时，可根据实际情况适当添加__________，促进丛状苗基部细胞分裂形成愈伤组织并进一步分化形成__________，最终形成根。还可通过改变MS培养基促进生根，如_____（A．提高蔗糖浓度B．降低培养基浓度C．提高大量元素浓度D．不添加琼脂）。 生长素 根的分生组织 B 单击此处编辑母版文本样式 3.不同植物对营养成分的需求有较大的差异，同一植物不同部位的营养要求也不相同。 所以根据不同的培养类型、植物不同的营养需求，设计不同的培养基配方 (1)_______________是最早研究的培养基配方，现仍然在许多 生根培养中使用。 (2)MS培养基由穆拉西格和斯柯格于1962年设计，是目前使用 最广泛的_________________。 (3)一种适合某种培养目的的培养基，一般是在已被广泛使用 的基本培养基如MS培养基的基础上调整____________，再经 过一系列实验而确定的。（最常改动的就是激素类物质的种类和比例） White培养基 植物培养基 某些成分 单击此处编辑母版文本样式 有机营养成分丰富 LB培养基 单击此处编辑母版文本样式 大量无机营养物（大量元素和微量元素） MS培养基 单击此处编辑母版文本样式 1．植物组织培养是在严格的________条件下进行的。 (1)外植体表面消毒：一定浓度的____________、氯化汞和酒精是较常用的消毒剂。多种药剂配合使用消毒外植体，往往具有良好的效果。外植体经消毒后，需要用___________多次冲洗，以避免消毒剂长时间作用产生毒害作用。 (2)接种器具和培养基的灭菌：一般用_________________。培养基中若需要添加在高温灭菌条件下容易被破坏分解的活性物质，则需要将该物质_____________后再在无菌条件下加入已灭菌的培养基中。 (3)接种室和操作台的灭菌：常利用_______________杀菌。 在超净工作台中进行外植体的消毒、切割和接种。 无菌 次氯酸钠 无菌水 高压蒸汽灭菌 过滤除菌 三、离体植物器官、组织和细胞在适宜条件下方可发育完整的植株 紫外灯照射 植物组织培养所需要提供的条件 单击此处编辑母版文本样式 四、植物组织培养通过多种途径有效地提高生产效率 根据培养过程，植物组织培养可以分为初代培养和继代培养。 初代培养：是指从植物体上分离下来的外植体的第一次培养。初代培养获得的芽、胚状体等数量都不多，需要进一步增殖培养。 继代培养：将初代培养获得的培养物转移到新的培养基上继续扩大培养。继代培养物可以不断继代培养，所以离体繁殖速度比常规方法通常要快数万倍。 离体繁殖主要以营养器官为外植体，快速繁殖的过程就是植物克隆的过程，因此其本质是无性繁殖。 单击此处编辑母版文本样式 铁皮石斛的产业化育苗 铁皮石斛：富含某些糖类和生物碱，可用于制作药物 单击此处编辑母版文本样式 优点： 1.繁殖率高，可大批量生产 2.保持品种的优良性状（无性繁殖） 3.不受自然生长季节限制 4.培养周期短 5.生产过程可以微型化和精密化，人为控制培养基中的成分和各种环境条件，故可全年连续实验和生产，节约人力、物力。 1.组织培养可快速繁殖植物。 单击此处编辑母版文本样式 外植体（离体的植物器官、组织、细胞） 愈伤组织 胚状体或丛芽 完整植株 脱分化 不需光 再分化 需光 生长发育 单击此处编辑母版文本样式 在植物克隆试验研究中，尽量选择性状优良、细胞全能性表达充分的基因型。 单击此处编辑母版文本样式 更多应用 在液体培养基中悬浮振荡培养，分散成单细胞，继续培养 单击此处编辑母版文本样式 外植体（离体的植物器官、组织、细胞） 愈伤组织 胚状体或丛芽 完整植株 脱分化 不需光 再分化 需光 生长发育 人工种皮 人工胚乳 人工种子 人工种子 单击此处编辑母版文本样式 方法：将植物离体培养产生的体细胞胚、芽、愈伤组织等包埋在含有营养成分和保护功能的物质中制成的。 结构：包括体细胞胚、人工胚乳和人工种皮三部分。 人工胚乳含体细胞胚萌发所需的营养成分和植物激素 2.植物培养技术可用于生产人工种子 自然种子 胚 种皮 胚乳 优点：（1）生产过程不受季节限制。 （2）可以大量、快速繁殖优良品种。 （3）对于生育周期长、育性不良且难于有性繁殖的植物，具有重要意义。 单击此处编辑母版文本样式 阅读P52课外读，思考：紫杉醇属于什么产物？如何获得？ 单击此处编辑母版文本样式 外植体（离体的植物器官、组织、细胞） 愈伤组织 胚状体或丛芽 完整植株 脱分化 不需光 再分化 需光 生长发育 提取 细胞代谢产物，如紫草素、紫杉醇 人工种皮 人工胚乳 人工种子 单击此处编辑母版文本样式 （1）初生代谢产物： 初生代谢是指生物生长和生存所必需的代谢活动，在整个生命过程中一直进行着。初生代谢产物有糖类、脂质、蛋白质、核酸等。 （2）次生代谢产物： 次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织和器官中，并在一定的环境和时间条件下进行。次生代谢产物是一类小分子有机化合物，如酚类、萜类和含氮化合物等。次生代谢产物在植物的抗虫、抗病等方面发挥作用，也是很多香料和色素的重要来源。 次生代谢产物含量很低，从植物组织中提取会大量破坏植物来源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到。 3.植物培养技术可用于细胞代谢产物的工业化生产 单击此处编辑母版文本样式 原理：通过植物细胞、组织的培养来提取有价值的天然产物。 实例：生产药物、食品、调料、香料、颜料等。（紫草素、紫杉醇） 3.植物培养技术可用于细胞代谢产物的工业化生产 细胞代谢产物的工业化生产需要将细胞培养成完整个体吗? 不需要。细胞产物的工业化生产往往需要将组织培养进行到愈伤组织阶段,然后对愈伤组织细胞进行悬浮培养。 控制酶的浓度和作用时间以获得分散的单细胞 基本的程序：诱导植物产生旺盛生长的愈伤组织和悬浮细胞→筛选高产细胞→在生物反应器中进行大规模培养，获得所需次生代谢物。 单击此处编辑母版文本样式 在培养过程中，细胞生长和生产次生代谢产物所需的培养基成分往往不一样，因此工业化生产需要用二步培养法： 第一步，促进细胞增殖和生长，获得最大细胞生物量； 第二步，促进细胞合成次生代谢产物。 单击此处编辑母版文本样式 外植体（离体的植物器官、组织、细胞） 愈伤组织 胚状体或丛芽 完整植株 脱分化 不需光 再分化 需光 生长发育 提取 细胞代谢产物，如紫草素 人工种皮 人工胚乳 人工种子 外植体为茎尖、根尖等脱毒器官 脱病毒苗 单击此处编辑母版文本样式 4.组织培养技术可用于植物脱毒 原理：植物生长点附近的病毒浓度很低甚至无病毒。利用组织培养方法，取一定大小的植物茎尖 进行培养，再生的植株有可能不带病毒，从而获得脱病毒苗，再用脱病毒苗进行繁殖，则种植的作物就不会或极少发生病毒。（不带病毒而不是抗病毒） 单击此处编辑母版文本样式 外植体（离体的植物器官、组织、细胞） 愈伤组织 胚状体或丛芽 完整植株 脱分化 不需光 再分化 需光 生长发育 提取 细胞代谢产物，如紫草素 人工种皮 人工胚乳 人工种子 外植体为茎尖、根尖等脱毒器官 脱病毒苗 外植体为花药 单倍体 外源基因导入外植体 转基因植物 培养细胞诱变筛选 突变体植物 后面三段话很综合 单击此处编辑母版文本样式 5.植物培养技术可用于作物新品种的培育 细胞突变体的筛选：在组织培养过程中，培养物的细胞处于不断分裂状态，易受培养条件和外界压力的影响（如射线，化学物质）而发生变异，筛选出有利个体。 外植体 愈伤组织 突变体 新品种 脱分化 再分化 筛选 培育 诱变处理 在培养基中加入不同浓度的NaCl溶液，筛选出______突变体。 在培养基中加入______________________，筛选出抗病突变体。 植物细胞在培养过程中往往会发生变异，可利用这一特性筛选抗致病真菌能力强的细胞。筛选时在培养基中加入_________________,并将存活的细胞进一步培养至再生植株。 抗盐 不同浓度病原体毒蛋白 高浓度致病真菌 单击此处编辑母版文本样式 单击此处编辑母版文本样式 单击此处编辑母版文本样式 将无根的非洲菊幼苗转入无植物激素的培养基中，在适宜的温度和光照等条件下培养一段时间后，应出现的现象是 A B C D 单击此处编辑母版文本样式 1.不可以，因为不同植物或同一植物的不同器官脱分化、再分化所需要的激素种类和比例可能不同。 2.人工合成的激素性质稳定，成本低，并且和天然的植物激素有着同样的作用。 4.将外植体培养得到的试管苗进一步切割为带芽的茎段，接种在细胞分裂素含量相对较多、生长素含量相对较少的培养基中培养。 单击此处编辑母版文本样式 1.外植体和配方：略。一般过程：外植体的消毒和切割、初代培养、试管苗的扩大繁殖、试管苗的生根、试管苗的移栽与培养等阶段。 2.植物组织培养工厂一般包括四个车间： 准备室：器材的清洗与灭菌、培养基的配制及灭菌等。 无菌接种室：植物材料的接种。 试管苗培养室：培养接种于培养基中的外植体、试管苗等。 植物栽培温室：用于移栽后的幼苗和定植后植株的培养 课后题 解答题 单击此处编辑母版文本样式 关于细胞全能性的判断： 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相同。 植物体的每个生活细胞都具有该植物所包含的全部遗传信息。 细胞内含有个体发育所需全部基因是细胞具有全能性的内在条件。 错 对 对 单击此处编辑母版文本样式 $$