2.1 植物细胞工程（第1课时）课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

该高中生物学课件聚焦植物细胞工程第1课时，核心讲解细胞全能性及植物组织培养技术。以兰花自然繁殖难题（结合《金漳兰谱》历史描述）导入，通过知识回顾衔接必修1细胞全能性内容，构建新旧知识学习支架。 其亮点在于融入科学史（如1958年斯图尔德实验）培养科学思维，设计“菊花的组织培养”完整实验强化探究实践，课堂小结系统梳理脱分化、再分化等关键环节。学生能提升实验操作与科学态度，教师可借助清晰脉络和实用素材提高教学效率。

第2章 细胞工程 照片中两只可爱的小猴，分别叫“中中”和“华华”，它们诞生于2017年，一出生就轰动了全世界，这是我国科学家的研究成果。你知道它们是如何培育出来的吗？在这之前，科学家培育了胚胎细胞克隆猴，你知道两者有什么不同吗？其实，自1996年首个体细胞克隆动物多莉羊诞生以来，人类已经成功克隆了马、牛和猪等大型家畜，但为什么体细胞克隆猴的诞生能轰动世界呢？ 上面这些成果的取得都有赖于细胞工程的发展，培养克隆动物只是细胞工程的一个方面。近年来，细胞工程领域成果跌出，方兴未艾。 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，有目的地获得细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。 1.原理方法：________________________________； 2.操作水平：________________________________； 3.目的：____________________________________； 4.分类：____________________________________； 细胞生物学、分子生物学和发育生物学 细胞器、细胞或组织水平 获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品 植物细胞工程、动物细胞工程 细胞工程的概念 3 第1节 植物细胞工程 （第1课时） 02 举例说明植物细胞工程的应用有效提高了 生产效率。 尝试进行植物组织培养。 概述植物组织培养和植物体细胞杂交的原理和 过程。 目标 01 03 学习目标 5 哈伯兰特提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。 斯图尔德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。 科金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。 古哈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。 卡尔森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。 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的紧密结合。 1902年 1958年 1960年 1964年 1971年 1974年 科技探索之路 植物细胞工程的发展历程 世界上最贵的兰花1500万/株——幽灵兰 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？ 国画作品《兰》 从社会中来 利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。 知识回顾： （必修1第6章第2节） 9 潜能 分裂 植物组织培养技术 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，即细胞具有全能性。 1、概念： 潜能 分化 细胞具有全能性的原因？ 一、细胞的全能性 具有 高度分化的细胞仍含有该物种的全部遗传信息，具有发育成完整个体所需要的全套基因。 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 3、生长发育过程中细胞没有表现出全能性的原因： 植物组织培养技术 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，即细胞具有全能性。 1、概念： 一、细胞的全能性 高度分化的细胞仍含有该物种的全部遗传信息，具有发育成完整 个体所需要的全套基因。 2、细胞具有全能性的原因： 具有全能性的细胞是否都能表现出全能性？ 比如，芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶。 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 细胞在什么条件下才能表现出全能性？ 1958年斯图尔德利用胡萝卜韧皮部诱导分化产生了胚状体，这是人类第一次获得了人工胚状体，并获得个体植株。 （必修1 P118-121） 4、细胞表现出全能性的条件： 一、细胞的全能性 (1) 离体 (2) 一定的营养物质、植物激素等。 (3) 适宜的温度、pH等外界条件。 (4) 无菌环境 5、细胞全能性的大小： (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 一般情况下，随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。 1.下列实例中，能体现体细胞全能性的是( ) A.壁虎的断尾重生 B.植物体用种子繁殖后代 C.婴儿长成大人 D.兰花茎尖细胞经诱导形成幼苗 D 巩固练习 2.下列关于细胞全能性的叙述，错误的是（ ） A.玉米种子萌发长成新植株体现了细胞的全能性 B.细胞的全能性一般随着细胞分化程度升高而降低 C.受精卵能在自然状态下发育成个体，因此全能性最高 D.细胞全能性是指细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整个体 或分化成其他各种细胞的潜能 A 巩固练习 科学家是如何做到让其潜能表现出来的呢？ 植物组织培养技术 ——植物细胞工程中的基本技术 指 的植物器官、组织或细胞等，培养在人工控制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其分化为 的技术。 (一)植物组织培养技术： 离体 完整植株 1.概念： 2.原理： 植物细胞的全能性 3.过程： 二、植物细胞工程的基本技术 诱导生芽 诱导生根 移栽成活 接种外植体 诱导愈伤组织 离体培养的植物器官、组织或细胞被称为外植体 脱分化 再分化 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，转变成未分化的细胞，称为脱分化。 愈伤组织重新分化成芽、根等器官，该过程称为再分化。 一 植物组织培养技术 生长素 细胞分裂素 比值适中 比值低 比值高 促进愈伤组织的形成 促进芽的分化 促进根的分化 二、植物细胞工程的基本技术 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。 16 (一)植物组织培养技术： 3.过程： 二、植物细胞工程的基本技术 诱导生芽 诱导生根 移栽成活 接种外植体 诱导愈伤组织 离体培养的植物器官、组织或细胞被称为外植体 脱分化 再分化 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽等 试管苗 移栽成活 完整植株 (一)植物组织培养技术： （1）脱分化 ①概念：在一定的_____和_____ 等条件的_____下，_________的 细胞____________________，转变成____________的过程； ②实质：_________________________________________________。 ③结果：___________ ④光照条件：_____________ ⑤涉及的生命活动 ____________________________________ 3.过程： 激素 营养 诱导 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。 二、植物细胞工程的基本技术 (一)植物组织培养技术： 3.过程： （2)再分化： ①概念：________能重新_____成____________的过程； ②实质：______________ ③结果：__________________________________________ ④光照条件：_________________________ 原因：_____________________________________ ⑤涉及的生命活动： ____________________________________ 愈伤组织 分化 芽、根等器官 基因的选择性表达 再分化成胚状体，长出芽和根，进而发育成完整的植株 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。 二、植物细胞工程的基本技术 接下来我们通过“菊花的组织培养”实验来了解这一技术。 菊花的组织培养 (一)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 脱分化形成愈伤组织，愈伤组织经诱导再分化成胚状体，长出芽 和根，进而发育成完整的植株。 3.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。 (二)实验目的： 探究·实践 1.了解植物组织培养的基本原理 2.了解生长素和细胞分裂素的浓度、用量的比例对菊花愈伤组织形成 和分化的影响 3.尝试进行植物组织培养 20 1．用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 （幼嫩的茎段）用酒精消毒30 s，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。 (三)实验步骤： 菊花的组织培养 探究·实践 21 22 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0.5〜1 cm长的小段。 (三)实验步骤： 菊花的组织培养 探究·实践 23 24 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，并在培养瓶上做好标记。 (三)实验步骤： 菊花的组织培养 探究·实践 25 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。在培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的 生长情况。 (三)实验步骤： 菊花的组织培养 探究·实践 26 27 一 植物组织培养技术 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，再将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形 成试管苗。 (三)实验步骤： 菊花的组织培养 探究·实践 28 29 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。 (三)实验步骤： 菊花的组织培养 探究·实践 30 31 (2)接种时注意外植体的方向，不要倒插。 (4)培养一株完整的试管苗，必须先进行生芽培养，再进行生根 培养。如果顺序颠倒，先诱导生根，则不易诱导生芽。 (3)诱导愈伤组织期间一般不需要光照，在后续的培养过程中， 每日需要给予适当时间和强度的光照。 (5)试管苗一般在高湿、弱光、恒温等条件下培养生长，出瓶后 一定要注意保温、保湿。 (1)实验中使用的培养基和所有的器械都要灭菌。接种操作必须 在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的器械都要灭菌。 (四)注意事项： 菊花的组织培养 探究·实践 32 (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。 ①培养基、接种工具灭菌不彻底； ②外植体消毒不彻底； ③操作过程不符合无菌操作要求等。 (2)为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？ 避免杂菌在培养基上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物生长。 (3)杂菌和植物细胞之间有哪些关系？ 种间竞争或寄生。 (五)结果分析与评价： 菊花的组织培养 探究·实践 33 1.下列关于菊花组织培养的叙述，错误的是( ) A．菊花的组织培养需要经过细胞的脱分化和再分化过程 B．要控制好培养基中生长素和细胞分裂素的浓度及比例 C．为避免环境中微生物的污染，要对外植体进行灭菌处理 D．接种外植体到培养基时，需要注意形态学方向，不可倒插 随堂检测 C 巩固练习 2.铁皮石斛是一种名贵中药，野生资源十分稀少，其繁殖主要通过 植物组织培养实现。下列有关叙述错误的是（ ） A.用植物组织培养的方法繁殖药材表明在一定条件下，细胞分化 是可以逆转的 B.植物细胞的全能性得以表达需要离开母体 C.新植株的形成是细胞分裂和分化的结果 D.高度分化的植物细胞不具有全能性 随堂检测 D 巩固练习 3、关于植物组织培养的再分化过程，说法错误的是(　　) A.再分化过程中，不同细胞内合成了功能不同的特异性蛋白质 B.脱分化与再分化过程所使用的培养基主要是激素浓度及用量比例 的不同 C.再分化过程在实验室或植物组织培养车间进行，需要避光处理 D.再分化过程中，核遗传物质没有发生改变，但mRNA有变化 C 注：(1)高度分化的动物细胞的细胞核也具有全能性。 (2)配子中至少含有一个染色体组，所以配子也具有全能性。 (3)植物的种子发育成完整植株，不能体现细胞的全能性。 巩固练习 36 课堂小结 根、芽 植物体 再分化 培养条件：①无菌②营养物质③适宜条件（温度、PH、光等） ④植物激素： 遮光 光照 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照 脱分化 愈伤组织 离体的植物器官、组织或细胞（外植体） 愈伤组织重新分化为芽、根等器官 失去特有结构和功能转变成未分化的细胞 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。生长素和细胞分裂素的比例和浓度会影响植物细胞的发育方向。 如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药… 排列不规则，高度液泡化，呈不定型状态的薄壁细胞 谢谢聆听! 同学们辛苦啦！ 38 Lavf57.25.100 Lavf59.34.101 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.34.101 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.34.101 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.34.101 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.34.101 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $