2.1.1植物细胞工程的基本技术课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

该高中生物学课件聚焦植物细胞工程，涵盖植物组织培养和体细胞杂交技术。通过兰花繁殖问题导入，从实际需求出发，衔接细胞全能性原理，再到技术操作步骤，构建完整知识脉络。 其亮点在于融合生命观念（如细胞全能性）、科学思维（问题探讨与例题分析）和探究实践（菊花组织培养实验）。通过具体实验步骤和实例分析，培养学生探究能力，帮助教师系统教学，提升学生对生物技术的理解与应用。

第2章 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，有目的地获得细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。 细胞工程分为动物细胞工程和植物细胞工程 1 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 植物体细胞杂交 植物组织培养： 将离体的植物器官、组织或细胞（称为外植体）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。 思考：在一定条件下，一片树叶、一片花瓣、甚至一个植物细胞为什么能发育成完整植株呢？ 植物细胞具有全能性---植物组织培养原理 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。 原因：一般来说，生物体的每个细胞中都含有发育成为完整个体 所需的全部遗传信息。 不是。芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶。这是因为在特定时间、空间条件下基因会选择性表达。 一、细胞的全能性 概念： 细胞全能性的大小：判断以下细胞全能性的大小关系 ①受精卵，体细胞，生殖细胞；②植物细胞，动物细胞；③幼嫩的细胞，衰老的细胞；④分化程度低的细胞，分化程度高的细胞； 生物体生长发育过程中，是不是所有细胞都表现出了全能性呢？ 细胞为什么具有全能性呢？ 细胞种类不同，全能性的大小会一样吗？ ①受精卵，生殖细胞，体细胞；②植物细胞，动物细胞；③幼嫩的细胞，衰老的细胞；④分化程度低的细胞，分化程度高的细胞； 4 种子发育成植株体现了全能性了吗？ 高度分化的植物组织细胞，如叶片和花瓣的细胞，还能不 能在适宜的条件下表现出全能性？ 没有。植物种子种的胚已完成了早期发育，相当于新植物体的幼体； 可以。这离不开植物细胞工程的基本技术---植物组织培养 例1、下列实例中哪些能体现细胞的全能性，哪些不能体现细胞的全能性？为什么？ ①用胡萝卜韧皮部细胞培育出植株 ②用植物的种子培育出完整的植株 ③用菊花的外植体培育出菊花幼苗 ④用月季的花药培育出完整植株 ⑤用烧伤病人的健康细胞培育出了皮肤 能体现①③④ 提示：能体现细胞全能性的是①③④，因为它们都是由已高度分化的细胞发育成完整生物体(或分化成其他各种细胞)。不能体现细胞全能性的是②⑤，因为种子中的胚已经完成早期发育，相当于新植株的幼体，没有体现出细胞的全能性；烧伤病人的健康细胞培育出了皮肤，没有发育成完整生物体(或分化成其他各种细胞)，也没有体现出细胞的全能性。 6 例2．有关全能性的叙述，不正确的是 (　　) A．受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体， 因此全能性最高 B．生物体内细胞由于分化，全能性不能表达 C．卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高 D．植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性 C 【解析】受精卵是个体发育的起点，在自然条件下，通过细胞的分裂、分化形成完整的个体，所以全能性最高，A正确；体内每一个体细胞都是通过有丝分裂形成的，都含有发育成完整个体所必需的全部基因，理论上讲都应该具有全能性，但由于分化，基因在不同的细胞中选择性表达，因而体内细胞并没有表达出全能性，B正确；卵细胞在一定条件下，全能性表现比体细胞高，细胞的分化程度也很高，C错误；分化的植物细胞具有全能性，但要表达必须在一定条件下离体培养，D正确。 7 二、植物组织培养技术 菊花的组织培养 2、材料用具： ①外植体：_______________ ②体积分数为70%的酒精的作用？ ③质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液的作用？ ④无菌水的作用？ ⑤培养基（MS培养基参见本书附录1） 幼嫩的菊花茎段 高压蒸汽灭菌法 *经常选择根尖分生区、茎的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； *对手、超净工作台、外植体进行消毒 *对外植体进行消毒 *清洗外植体 *蔗糖的作用：提供能量，调节渗透压 *培养基灭菌方法为：___________ 1、实验原理： 植物细胞的全能性 3、方法步骤 注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插！ 1、消毒 诱导愈伤组织时不需要光照 2、切段（外植体） 3、接种 需要光照 4、脱分化 5、再分化 6、移栽 (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，有多少能正常生长，试分析它们被污染的原因。 4.结果分析与评价 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)培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？ 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 (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？ 空白对照：不加任何激素 生长素/细胞分裂素 结果 实验组1：比值高(＞1) 实验组2：比值低(＜1) 实验组3：比值适中(=1) 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 需要光照 总结：植物组织培养 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。 讨论： 用传统的有性杂交方法能得到杂种后代吗？为什么？ 不能；因为两种生物之间存在着生殖隔离； 1.过程 A细胞 B细胞 正在融合的原生质体 杂种植株 愈伤组织 B原生质体 三、植物体细胞杂交技术 纤维素酶果胶酶？？ 1.去壁： 酶解法 再生出细胞壁 2.诱融 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 脱分化 再分化 移栽 植物细胞融合 植物组织培养 A原生质体 移栽后的植株 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。 去壁的原因：细胞壁阻碍了原生质体间的融合（阻碍着细胞间的杂交）。 融合的原理：细胞膜具有一定的流动性。 15 2.原理： 细胞膜具有一定的流动性 植物细胞的全能性 杂种细胞再生出细胞壁 3.融合完成的标志： 4.实例： 白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等。 5.意义： 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种 原生质体与原生质层有什么区别？ ① 原生质体：是指植物细胞去除细胞壁后剩余的部分，包括细胞膜、细胞质和细胞核。 ② 原生质层：是指成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质，包括细胞膜、细胞质、液泡膜。 思考与探究 P38 为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？ 生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，虽然马铃薯—番茄杂交植株的细胞中具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达 例1、以下为植物体细胞杂交技术流程图，其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞，所含有的染色体组分别是AA和BB。据图分析回答问题： (1)①过程用什么方法处理细胞壁？在采用化学法进行过程②时，常采用什么方法诱导融合？ (2)将若干a和b等量混合后转移到培养基上培养，再经过②和③，c细胞的类型有哪几种？(注：细胞类型用染色体组表示；若融合，只考虑两两融合。) (3)杂种细胞c培育的杂种植株为几倍体？杂种植株的花粉经离体培养得到的植株为几倍体？ 酶解法（纤维素酶 和果胶酶处理）。 聚乙二醇融合法、高Ca2＋－高pH融合法 AABB、AAAA、BBBB、AA、BB 四倍体（AABB）　 单倍体 例2．如图为植物体细胞杂交及组织培养过程示意图。下列说法不正确的是 (　　) A．过程①②分别需要用胰蛋白酶和聚乙二醇进行处理 B．高尔基体在过程③发挥了重要作用 C．过程⑤需要更换培养基，才能进一步分化为植株 D．A、B的基因型分别为Rr、Yy，则杂种植株的基因型为RrYy A 【解析】过程①为用纤维素酶和果胶酶对植物细胞A、B进行去除细胞壁的处理，过程②为用聚乙二醇等方法诱导原生质体融合，A错误；过程③为新细胞壁再生的过程，高尔基体与植物细胞壁的形成有关，B正确；过程④⑤分别使用诱导脱分化培养基和诱导再分化培养基⑤需要更换培养基，才能进一步分化为植株，C正确；若A、B的基因型分别为Rr、Yy，则杂种植株的基因型为RrYy，D正确。 19 例4、下列有关传统植物杂交与植物体细胞杂交的比较，正确的是(　) A．两者涉及的变异类型依次是基因重组、基因突变 B．两者的操作中都需要使用纤维素酶或果胶酶 C．两项技术培育出的新个体与亲代个体之间均不存在生殖隔离 D．与传统植物杂交相比，植物体细胞杂交可以克服不同物种之间远缘 杂交不亲和的障碍 例3、下列有关植物体细胞杂交的叙述，不正确的是 (　　) A．用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体 B．诱导两种植物的原生质体融合，进而形成杂种细胞 C．植物体细胞杂交的最终目的是获得细胞代谢产物 D．植物体细胞杂交技术可以克服不同种间远缘杂交不亲和的障碍 C D 【解析】用酶解法可以去掉细胞壁，分离出有活力的正常原生质体，A正确；利用一定的诱导剂可以使两种植物的原生质体融合形成杂种细胞，B正确；植物体细胞杂交的最终目的是获得相应的植物个体，C错误；植物体细胞杂交技术的意义是可以克服不同物种间远缘杂交不亲和的障碍，D正确。 【解析】传统植物杂交为有性杂交，涉及的变异是基因重组，植物体细胞杂交涉及的变异类型是染色体数目变异，A错误；传统植物杂交不需要使用纤维素酶或果胶酶，而植物体细胞杂交需要使用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，B错误；传统植物杂交与亲代之间均不存在生殖隔离，而植物体细胞杂交与亲代是不同的物种，二者之间存在生殖隔离，C错误；与传统植物杂交相比，植物体细胞杂交可以克服不同物种之间远缘杂交不亲和的障碍，D正确。 20 原理 基础概括 过程 植物组织培养 植物细胞的全能性 概念 细胞具有全能性的原因 不离体的细胞不表现全能性的原因 概念 生殖方式 分裂方式 脱分化 再分化 实例 菊花的组织培养 步骤 消毒 外植体切段 接种 脱分化 再分化 移栽培养 课堂小结 谢谢 “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？ 植物组织培养技术 问题探讨 在一定的条件下，利用兰花的一片叶子、一粒花粉甚至一个细胞，可以繁殖出新的植株，这是为什么呢？ 因为大多数植物细胞具有全能性 23 $