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

该高中生物学课件聚焦植物细胞工程，涵盖植物组织培养和体细胞杂交技术，以兰花繁殖、番茄-马铃薯杂交等情境导入，通过细胞全能性、脱分化/再分化、培养基配方等知识支架，构建从基础概念到实验操作的逻辑链条。 其亮点在于融合生命观念（如细胞全能性、细胞膜流动性）、科学思维（对比两种技术原理与流程）和探究实践（菊花组织培养完整实验步骤），通过判断正误、导练题及知识网络构建，助力学生深化理解，教师可高效开展理论与实践教学。

1.1 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。 动物细胞工程 植物细胞工程 植物组织培养技术 植物体细胞杂交技术 1.概念 2. 分类 原理 操作水平 目的 通过细胞培养构建的人造皮肤 植物细胞工程的基本技术 第1节 第1课时 第2章　细胞工程 人教版高中生物 选择性必修3 1 通过对菊花组织培养不同时期的材料进行观察和排序，建构植物组织培养的基本流程，进而概括出植物组织培养的概念；通过菊花组织培养的实验操作，进一步掌握植物组织培养技术。 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！ 高洁、典雅的兰花颇受人喜欢。但其繁殖率低，价格不菲，如何让它大量、快速地繁殖呢？ 思考： qì ráng dài > < 目标一 植物组织培养技术 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，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。 1.2 植物组织培养 外植体 细胞的全能性 （1）什么是细胞全能性？原因是什么？ （2）全能性的标志是什么？ （3）为什么生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官？ 1.概念 4. 理论基础（原理） 有丝分裂 无性生殖 外植体 2.生殖方式 3.分裂方式 完整植株 适宜培养条件 培养基 细胞的全能性 (1)全能性定义： 细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。 (2) 具有全能性的原因： 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。 (3) 体现全能性的标志： 细胞→ 完整个体或其他各种细胞 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、种子萌发成幼苗 (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 (6)全能性的高低： 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 分化程度越高，全能性____________ 越低 > 1.请结合图中植物组织的变化，思考回答下列问题： 任务1 描述植物组织培养过程和条件 (1)概括出植物组织培养的技术流程图。 任务1 描述植物组织培养过程和条件 根、芽 脱分化 再分化 愈伤组织 离体的植物器官、组织或细胞（外植体） 细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、不定形的薄壁组织团块 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 愈伤组织重新分化为芽、根等器官的过程 与叶肉细胞相比，愈伤组织细胞不含有叶绿体，因为外植体经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞。 试管苗 完整植株 驯化移栽 MS培养基(固体）: ①无机营养成分（水和无机盐） 提供能量，调节渗透压 ②有机营养成分（氨基酸、维生素、蔗糖等） ③植物激素 （非营养成分） __________和____________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。 生长素/细胞分裂素 结果 比值高(>1) 比值低(<1) 比值适中(=1) 利于根的分化，抑制芽的形成 利于芽的分化，抑制根的形成 促进愈伤组织的形成 简记：“生根分芽”适愈伤 细胞分裂素类植物调节剂 生长素 细胞分裂素 核心归纳 (2)植物组织培养的条件： ①离体 ②培养基(种类齐全、比例合适的营养物质及一定比例的植物激素) ③适宜的培养条件(温度、pH、光照等) ④无菌 外植体 完整植株 培养基 适宜培养条件 1.4 菊花的组织培养 1、材料 ①外植体：_______________ 经常选择根尖（分生区）、茎的韧皮部（形成层）等分裂能力强、分化程度低的区域作为材料，容易诱导形成愈伤组织； ③体积分数为70%的酒精： ④质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液： ⑤无菌水： 清洗外植体 幼嫩的菊花茎段 对手、超净工作台、外植体进行消毒 对外植体进行消毒 湿热灭菌法 *培养基灭菌方法为：___________ ②MS培养基 外植体 完整植株 培养基 适宜培养条件 1.4 菊花的组织培养 2.方法步骤 接种 培养 移栽 栽培 外植体消毒 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 无菌操作目的 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。 1.4 菊花的组织培养 2.方法步骤 ①将消毒过的外植体置于无菌培养皿，用无菌滤纸吸去表面水分，用解剖刀将外植体切成0.5-1cm长的小段 ② 接种 ③ 培养 ④移栽 ⑤ 栽培 ① 外植体消毒 1.4 菊花的组织培养 2.方法步骤 接种 培养 移栽 栽培 外植体消毒 ②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。 ③用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上做好标记。 一定不能倒插 透气 1.4 菊花的组织培养 2.方法步骤 接种 培养 移栽 栽培 外植体消毒 黑暗 将接种了外植体的锥形瓶置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。 有光时，容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。 ①诱导愈伤组织 诱导外植体脱分化形成愈伤组织的培养基，其成分中为什么要含有蔗糖？ 因为此时外植体不能进行光合作用制造有机物，需要依赖于环境中的有机物才能生存。 脱分化“避光” 1.4 菊花的组织培养 2.方法步骤 接种 培养 移栽 栽培 外植体消毒 培养15-20d后，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。 每日需要给予适当时间和强度的光照，因为芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照。 ②诱导芽和根 再分化“需光” 1.4 菊花的组织培养 2.方法步骤 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。 珍珠岩 蛭石 接种 培养 移栽 栽培 外植体消毒 1.4 菊花的组织培养 网络构建 (1)植物体的任何细胞都具有全能性，也都能表现出全能性(　　) 植物细胞一般都具有全能性，但并不是所有细胞都能表现出全能性，细胞全能性的表达需要一系列条件。 × (2)在植物组织培养时，对外植体要进行灭菌处理(　　) × 在植物组织培养时，对外植体要进行消毒处理。 判断正误 23 (3)若用菊花茎切段作为外植体，应将其形态学上端插入诱导愈伤组织的培养基中(　　) 若用菊花茎切段作为外植体，应将其形态学下端插入诱导愈伤组织的培养基中。 × (4)诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基完全一样(　　) 生长素与细胞分裂素的比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化、抑制根的形成，因此诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基不完全相同。 × 判断正误 24 1.(2021·江苏，5)植物组织培养技术常用于商业化生产，其过程一般为：无菌培养物的建立→培养物增殖→生根培养→试管苗移栽及鉴定。下列相关叙述错误的是 A.为获得无菌培养物，外植体要消毒处理后才可接种培养 B.组织培养过程中也可无明显愈伤组织形成，直接形成胚状体等结构 C.提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根 D.用同一植株体细胞离体培养获得的再生苗不会出现变异 √ 导 练 植物组织培养过程中应注意无菌操作，为获得无菌培养物，外植体要经过表面消毒处理后，才能进行培养，所用的培养基必须彻底灭菌，A正确； 生长素和细胞分裂素的比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成，因此提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根，C正确； 用同一植株体细胞离体培养获得的再生苗也可能会出现变异，如在愈伤组织的培养过程中可能发生基因突变等变异，D错误。 导 练 2.(2023·江苏南通高二期中)下列关于菊花组织培养的叙述，正确的是 A.用自然生长的茎进行组织培养需要用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠的混 合液消毒 B.培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换 C.再生植株需要去除根部残留的培养基进行锻炼后才能移种大田 D.试管苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石带菌量低且营养丰富 √ 导 练 自然生长茎段的消毒属于外植体消毒，先用体积分数为70%的酒精消毒30 s，然后立即用无菌水清洗2～3次，再用质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液处理30 min，立即用无菌水清洗2～3次，A错误； 培养瓶用专用封口膜封口的目的是防止杂菌污染，并不影响气体交换，B错误； 试管苗的生存能力较弱，需要进行锻炼，采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石保水透气，但蛭石不含营养，D错误。 导 练 20世纪60年代，科学家尝试将番茄和马铃薯杂交，希望培育出一种地上结番茄、地下长马铃薯的超级作物。 不能，因为不同种生物之间存在着生殖隔离。 要培育出如图所示的番茄—马铃薯利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？ > < 目标一 植物体细胞杂交技术 资料　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。虽然成功地培育出植株，但这种植株并不像科学家预料的那样，地上结番茄，地下结马铃薯，可仍具有划时代的意义，为植物体细胞杂交在生活生产实践中的应用拉开了帷幕。 根据以上资料，分析植物体细胞杂交技术。 任务2 植物体细胞杂交技术 马铃薯细胞 番茄细胞 正在融合的原生质体 任务2 番茄原生质体 马铃薯原生质体 酶解法去壁 细胞壁 纤维素酶、果胶酶 原生质体 物理法： 化学法： 电融合法、离心法 聚乙二醇（PEG）融合法、 高Ca2+_高pH融合法等 人工诱融 1.番茄原生质体与马铃薯原生质体融合后，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？ 番茄-番茄融合细胞、马铃薯-马铃薯融合细胞、 番茄-马铃薯杂种细胞。 我们需要的是番茄-马铃薯杂种细胞。 因此要对融合后的原生质体进行筛选。 思考 植物体细胞杂交技术 2.若番茄细胞具有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。马铃薯细胞含有4y条染色体，4个染色体组，基因型为ccccDDdd。 马铃薯细胞 番茄细胞 正在融合的原生质体 任务2 番茄原生质体 马铃薯原生质体 筛选 杂种细胞 成功融合的标志 再生出细胞壁 酶解法去壁 人工诱融 植物细胞融合 原理：细胞膜的流动性 思考 6（异源六倍体） 从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？ 染色体数目变异 2x＋4y 杂种细胞染色体数为？ 杂种细胞染色体组数为？ AabbccccDDdd 杂种细胞基因型为？ 植物体细胞杂交技术 马铃薯细胞 番茄细胞 正在融合的原生质体 马铃薯原生质体 番茄原生质体 杂交完成的标志 原理：植物细胞的全能性 任务2 植物体细胞杂交技术 再分化 杂种植株 移栽 移栽后的植株 脱分化 愈伤组织 植物组织培养 杂种细胞 成功融合的标志 再生出细胞壁 植物细胞融合 原理：细胞膜的流动性 筛选 人工诱融 酶解法去壁 主要原因： 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。 任务2 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，地下结马铃薯，这是为什么？ 思考 植物体细胞杂交技术 植物体细胞杂交技术 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。 + 白菜 甘蓝 = 白菜-甘蓝 打破生殖隔离，克服远缘杂交不亲和的障碍，培育植物新品种。 仍有许多理论与技术问题没有解决，还不能让杂种植株表现出人们所需要的所有性状 1. 概念： 2. 实例： 3.意义： 4.研究现状： 白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等。 1.植物体细胞杂交与植物组织培养的比较 (1)原理 ①植物体细胞杂交的原理：a.细胞膜的流动性；b.植物细胞的全能性。 ②植物组织培养的原理：植物细胞的全能性。 (2)过程：植物体细胞杂交包括原生质体融合和植物组织培养等过程。 (3)繁殖方式：植物组织培养和植物体细胞杂交都属于无性繁殖；并且后者还能打破生殖隔离，实现远缘杂交育种。 核心归纳 2.特别提醒 (1)原生质体融合成功的标志是再生出细胞壁。 (2)植物体细胞杂交的结果是获得杂种植株。 (3)植物体细胞杂交的培养基中要添加蔗糖溶液且浓度略大于原生质体内的浓度，这样不仅能为原生质体提供营养，而且还能维持一定的渗透压，使原生质体保持正常的形态。 核心归纳 (1)植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种细胞(　　) 植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种植株。 × (2)植物体细胞杂交利用了植物组织培养技术(　　) (3)植物原生质体融合的原理是植物细胞的全能性(　　) √ × 植物原生质体融合的原理是细胞膜具有一定的流动性。 判断正误 39 (4)利用物理法或化学法可以直接诱导两个植物细胞融合(　　) 两个植物细胞需要先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体，再用物理法或化学法诱导原生质体融合。 × 判断正误 40 3.(2023·广东，12)人参皂苷是人参的主要活性成分。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合，以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是 A.细胞融合前应去除细胞壁 B.高Ca2＋—高pH溶液可促进细胞融合 C.融合的细胞即为杂交细胞 D.杂交细胞可能具有生长快速的优势 √ 导 练 在细胞融合前，必须先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，再诱导原生质体融合，A正确； 人工诱导植物原生质体融合可用高Ca2＋—高pH融合法，用高Ca2＋—高pH溶液可促进细胞融合，B正确； 若只考虑细胞两两融合，融合的细胞中有人参根－人参根细胞、人参根－胡萝卜根细胞、胡萝卜根－胡萝卜根细胞，只有人参根－胡萝卜根细胞才是杂交细胞，C错误； 杂交细胞含两种细胞的遗传物质，可能具有生长快速的优势，D正确。 导 练 4.(2021·福建，11)科研人员利用植物体细胞杂交技术培育矮牵牛新品种，技术流程示意图如图。 下列叙述正确的是 A.愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞分化形成的 B.获得的杂种植株都能表现双亲的优良性状 C.可用聚乙二醇诱导原生质体甲和乙的融合和细胞壁再生 D.用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以获得原生质体 √ 导 练 愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞脱分化形成的，A错误； 由于基因的选择性表达和基因间的互作效应，获得的杂种植株不一定能够表现双亲的优良性状，B错误； 可用聚乙二醇诱导原 生质体甲和乙的融合， 但不能诱导细胞壁的 再生，C错误； 由于植物细胞壁的成分主要是纤维素和果胶，故可以用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以获得原生质体，D正确。 导 练 网络构建 五分钟查落实 【要语必背】 1.植物组织培养的原理是植物细胞的全能性，要经过脱分化和再分化两个阶段。 2.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，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。 3.植物体细胞杂交技术的理论基础是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。 4.用纤维素酶和果胶酶去除植物的细胞壁，获得原生质体。人工诱导原生质体融合的物理法包括电融合法、离心法等；化学法包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法等。融合的原生质体再生出细胞壁，是原生质体融合成功的标志。 【长句表达】 1.细胞全能性：_________________________________________________ 。 2.体内细胞未表现全能性的原因： 。 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？__________________________________________________________________________________________________________。 4.脱分化：______________________________________________________ 。 细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分 化成其他各种细胞的潜能 细胞中基因的表达具有选择性 形成层细胞或组织块由于分裂旺盛，全能性高，容易诱导形成愈伤组织，其他部分如叶、花全能性低，不易培养成小植株 已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能，转变 成未分化细胞的过程 5.植物组织培养中的脱分化阶段，培养的组织细胞是自养型还是异养型？为什么？_______________________________________________________ 。 6.若想利用植物体细胞杂交技术培育出马铃薯—草莓杂种植株以提高土地的利用率，不能把两物种细胞直接融合，理由是___________________ 。 7.与杂交育种相比，植物体细胞杂交的优势：_______________________ 。 脱分化过程中细胞营异养生活，因为此时细胞没有叶绿体，并 且该阶段一般要避光培养，细胞无法进行光合作用制造有机物 植物细胞外面有一层 细胞壁，阻碍了细胞间的杂交(融合) 打破了生殖隔离，实现远 缘杂交育种 $