2.1植物细胞工程第一课时课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

该高中生物学课件围绕“细胞工程”主题，系统梳理了细胞全能性、植物组织培养与体细胞杂交技术的核心概念与操作流程，通过从社会问题导入（如“超级作物”设想），层层递进引导学生理解理论基础与实践应用之间的逻辑联系，构建起由知识到能力的学习支架。 其亮点在于深度融合生命观念、科学思维与探究实践三大核心素养，以“菊花组织培养实验设计”为例，巧妙融合对照实验的逻辑推理与激素比例调控的实证分析，体现结构与功能观及批判性思维，同时借助表格对比强化概念辨析，帮助学生建立系统认知。该资料既提升学生解决真实生物工程问题的能力，又为教师提供可直接使用的教学范式，助力课堂高效实施。

概念背诵： 1、细胞的全能性 2、植物组织培养 3、外植体 4、脱分化 5、愈伤组织 6、再分化 7、植物体细胞杂交 概念 细胞工程 细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。 原理和方法 操作水平 目的 分类 细胞生物学、分子生物学和发育生物学 细胞器、细胞或组织 获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品 动物细胞工程和植物细胞工程 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,凝晴瀼露,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。 第2章 细胞工程 第1节 植物细胞工程 ----植物细胞工程的基本技术 植物组织培养技术 植物体细胞杂交技术 4 学习目标 1.说明植物组织培养的基本原理，形成科学的世界观。 2.学习植物组织培养的基本技术和植物体细胞杂交技术，概述两种技术的原理和过程。 1.概念： 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。 细胞全能性的原因： 一般生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，即都有发育成完整个体所必需的全部遗传信息。 01 细胞的全能性 2、体现细胞全能性的标志： 细胞→完整个体或其他各种细胞 植物细胞工程的理论基础 实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株 哺乳动物成熟的红细胞因失去了核遗传物质，所以不具备全能性 思考：种子发育成植株体现了全能性了吗？ 没有；植物种子的胚已经完成了早期发育，相当于新植物体的幼体，没有体现出细胞具有发育为完整植株的潜能； 3．生长发育过程中细胞没有表现全能性的原因 实例:芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶。 01 细胞的全能性 在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会　　 　　　。 选择性地表达 ①受精卵>生殖细胞>体细胞 ②植物细胞>动物细胞 ③体细胞：分化程度低>分化程度高 随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。 4．细胞全能性大小比较 高度分化的植物组织的细胞如何在适宜的条件下表现出全能性呢？ 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。 3.过程： 2.原理： 植物细胞的全能性 外植体 02 植物组织培养技术 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 幼苗 完整植株 移栽成活 在__________________等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变为______________，进而形成__________的过程。 一定的激素和营养 未分化的细胞 愈伤组织 相关概念 脱分化： 不定形的薄壁组织团块 愈伤组织： 再分化： 愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。 生长素/细胞分裂素 效果 比值高时 比值低时 比值适中 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 简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤 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，它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向； 9 02 植物组织培养技术 将愈伤组织接种到含有特定激素的培养基上，就可以诱导其再分化成胚状体，长出芽和根，进而发育成完整植株。 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 幼苗 完整植株 移栽成活 胚状体 3.材料用具 ①外植体： 幼嫩的菊花茎段 (细胞分裂旺盛，易脱分化表达全能性） ②培养基（参见本书附录1 116页） 菊花的组织培养 探究•实践 蔗糖的作用： 作为碳源， 提供能量，调节渗透压 4.方法步骤 （1）消毒 ①双手和超净工作台台面: 用酒精擦拭 ②外植体: 流水冲洗→酒精消毒30s→立即用无菌水清洗2～3次→次氯酸钠溶液处理30min→立即用无菌水清洗2～3次。 （2）取材 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。 菊花的组织培养 探究•实践 菊花的组织培养 探究•实践 注意： 注意： （3）接种 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，并在培养瓶上作好标记。 接种时注意外植体的方向，不要倒插（形态学下端接触培养基）！ （4）脱分化 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，不易形成愈伤组织。 菊花的组织培养 探究•实践 注意： （5）再分化 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。 注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根；该过程需要给予光照（叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照）！ （6）移栽培养 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。每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。 炼苗 1、在植物组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？ 2、在组织培养过程中，诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基的成分有什么不同？ 3、若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？ 避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害 培养物的生长。 三种培养基的生长素和细胞分裂素的比例不同。 思考： 菊花的组织培养 探究•实践 菊花的组织培养 探究•实践 若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响， 则应如何设计对照实验？ ① 空白对照：不加任何激素； ② 实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1； ③ 实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1； ④ 实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1。 使用比例 实验结果 生长素 细胞分裂素 > 生长素 细胞分裂素 < 生长素 细胞分裂素 ＝ 有利于根的分化 有利于芽的分化 促进愈伤组织的形成 02 植物组织培养技术 植物组织培养成功的条件 组织离体状态 适宜的培养条件 植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）诱导和调节 种类齐全、比例适合的营养物质 适宜的外界条件（温度、pH、光照等） 无菌操作 02 欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你有什么好妙招？ 不能。因为两种生物之间存在着天然的生殖隔离 利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？ “番茄-马铃薯”的假想图 03 植物体细胞杂交技术 于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。 19 02 1.过程 去壁 ① 去壁 ① 融合 ② 再生 新壁 ③ 脱分化 ④ 再分化 ⑤ 移栽 植物细胞融合 植物组织培养 植物体细胞杂交 马铃薯 细胞 番茄细胞 马铃薯 原生质体 番茄原生质体 杂种细胞 杂种植株 02 03 植物体细胞杂交技术 02 (1)去除细胞壁 ①去壁原因： ②方法： ③相关酶： 细胞壁阻碍着细胞间的杂交 酶解法 纤维素酶和果胶酶 02 03 植物体细胞杂交技术 21 02 （2）原生质体 间的融合 ①理论基础： ②方法： 细胞膜具有流动性 物理方法：电融合法、离心法 化学方法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法 02 02 03 植物体细胞杂交技术 关键环节 22 02 （4）植物体细胞杂交完成的标志： 培育成新植物体 （3）植物细胞融合完成的标志： 再生出新的细胞壁 02 02 03 植物体细胞杂交技术 高尔基体、线粒体 3.原理： 细胞膜具有一定的流动性 植物细胞的全能性 7.实例： 白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等。 8.意义： 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。 02 03 植物体细胞杂交技术 2.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。 4.生殖方式： 无性生殖 5.分裂方式： 有丝分裂 6.可遗传变异类型： 染色体数目变异 02 03 植物体细胞杂交技术 思考： 获得的细胞一定是需要的杂种细胞吗？ 不一定 A B AA AB BB AB 植物组织培养和植物体细胞杂交的比较 名称 植物组织培养 植物体细胞杂交 原理 细胞的全能性 细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能性 过程 注意 事项 ①取材：选取有形成层的部位最容易诱导形成愈伤组织； ②光照：在愈伤组织分化出芽和叶时，一定要有光照，以利于叶片内叶绿素的合成 ①去壁方法：酶解法，所用的酶是纤维素酶和果胶酶； ②人工诱导融合的方法： 物理法：电融合法、离心法等； 化学法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法等 联系 植物体细胞杂交技术包括植物细胞融合和植物组织培养两个过程，植物组织培养是植物体细胞杂交的一个环节，融合的体细胞只有通过植物组织培养才能发育成完整的个体 一、概念检测 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 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? 纤维素和果胶 “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? 二、拓展应用 提示 1978年，梅尔彻斯(G.Melchers)等人首次获得了马铃薯与番茄的体细胞杂种植株。他们将培育的二倍体马铃薯和番茄的叶片细胞原生质体进行融合，产生了杂种植株--“番茄-马铃薯”，它同时具有马铃薯和番茄的形态特征。其中一些植株形成了“类似块茎的生殖根”,但是并没有产生可结实的花、果实以及真正意义上的块茎。到目前为止“番茄-马铃薯”一类的体细胞杂交植物还不能产生经济效益，但是其研究价值不可忽视。 “番茄-马铃薯”没有像人们预想的那样地上结番茄、地下长马铃薯，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，它们不能再像马钤票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。近年来，有报道称利用嫁接技术培育出了地上结番茄、地下长马铃薯的植株。 $