2.1植物细胞工程（第1课时）2025-2026学年高二生物同步备课优质课件（人教版2019选择性必修3）

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。 细胞工程： 操作水平 目的 分类：植物细胞工程和动物细胞工程 原理和方法 第1节 植物细胞工程 第2章 细胞工程 2 教学目标 TEACHING OBJECTIVES 学习目标： 1.概述植物组织培养和植物体细胞杂交技术的原理和过程。 2.举例说明植物细胞工程的应用有效提高了生产效率。 重难点： 1.植物组织培养的原理和过程。 2.植物体细胞杂交技术的原理。 3.植物细胞工程应用的实例。 4.植物组织培养的实验。 植物细胞工程的应用 2 植物细胞工程的基本技术 1 目录 CONTENT 1 植物组织培养技术 1.什么是植物组织培养？ 离体的植物器官、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，诱导其分化为完整植株的技术。 外植体：植物组织培养过程中，从植物体上被分离下来的，或接种在培养基上供培养用的原生质体、细胞、组织、器官等。 外植体 ·生殖方式： ·分裂方式： 2.植物组织培养的原理是_____________________ 植物细胞的全能性 即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。 无性生殖 有丝分裂 （1）具有全能性的原因？ （2）体现全能性的标志： 一般生物体的每一个细胞都包含有该物种的 ，即都有发育成完整个体所必需的全套基因。 全套遗传信息 细胞→ 完整个体或其他各种细胞 例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株 动植物受精卵发育成个体 蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄蜂 一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株 （3）全能性大小比较： 分化程度低的 分化程度高的； 细胞分裂能力强的 细胞分裂能力弱； 受精卵 胚胎干细胞 生殖细胞 体细胞； 植物细胞 动物细胞。 ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ 2.是不是所有的活细胞都具有全能性？ 思考：1.种子发育成植株体现了全能性了吗？ 4.离体的细胞一定能表现出全能性吗？ 不是，植物种子的胚已完成了早期发育，相当于新植物体的幼体，因此没有体现出细胞具有发育成完整植株的潜能。 不是，例如哺乳动物成熟的红细胞、植物成熟的筛管细胞没有细胞核。 3.生物体内所有细胞都能表现出全能性吗？ 生物体内细胞不体现全能性的原因： 生物体内的细胞在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性的表达，即发生细胞分化。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。 不一定，例如动物的体细胞，动物细胞具有全能性，但目前只有细胞核能体现全能性。 1 植物组织培养的一般过程 脱分化 诱导愈伤组织 接种外植体 脱分化：在一定的 和 等条件诱导下，_______的细胞 ，转变成 的过程 激素 营养 已分化 失去特有的结构和功能 未分化的细胞 ①脱分化一般不需要光照； 只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化。 ②添加外源关键激素：生长素和细胞分裂素 注：两者比例适中，强烈促进愈伤组织的形成。 愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞团。 注：外植体脱分化的难易因植物种类、器官来源及生理状况的不同而不同。一般来说，植物的花和幼嫩的组织脱分化相对较易，而植物的茎、叶等成熟的组织脱分化则较难。 脱分化 诱导愈伤组织 接种外植体 诱导生芽 再分化 再分化 诱导生根 再分化：愈伤组织继续培养，又可以重新分化出芽或根等器官的过程。 实质： _________________ 注：①再分化过程需要给予适当强度的光照。 原因是诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用。 ②既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化。 基因的选择性表达 愈伤组织 芽 根 生长素 细胞分裂素 低 高 巧记：生根分芽中愈伤 胚状体：离体培养条件下，没有经过受精，但经过胚胎发育过程形成的胚状类似物，统称为体细胞胚或胚状体。 脱分化 诱导愈伤组织 接种外植体 诱导生芽 再分化 再分化 诱导生根 移栽成活 将试管苗移到大田中栽培或进行无土栽培，使之进一步生长发育为具有根、茎、叶且能开花、结果的完整植株。 脱分化 再分化 过程 外植体→愈伤组织 愈伤组织→幼苗 结果 形成愈伤组织 形成根、芽 条件 a.离体 b.适宜的营养 c.生长素与细胞分裂素 的比例适中 d.一般不需光 a.离体 b.适宜的营养 c.生长素与细胞分裂素的比例高或低诱导生根或生芽 d.光照 【探究·实践】菊花的组织培养 （1）原理： 植物细胞一般具有全能性。 离体的茎尖、根尖、叶片、花药等（外植体）。 （2）材料： （3）MS培养基： 水（去离子水）、无机营养（大量元素、微量元素）、有机营养（蔗糖、维生素、氨基酸）、天然附加物、植物激素（生长素、细胞分裂素等） 培养基的物理性质： ； 碳源： 。 固体培养基 有机碳源（蔗糖） 注：外植体在脱分化过程中不能进行光合作用合成糖类，因此培养基中添加糖类，作为碳源和能源物质，同时维持细胞的渗透压。 （4）步骤 1.消毒： 2.外植体切段： 3.接种外植体： 选择幼嫩的菊花茎段；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→酒精消毒30s→无菌水清洗2-3次→次氯酸钠溶液处理30min→无菌水清洗2-3次。 将消过毒的外植体置于无菌培养皿中，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。 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。 （将“形态学上端”朝上） ①生长素、细胞分裂素比例≈1：1→有利于促进愈伤组织的形成 ②提供有机碳源（蔗糖）→ ③一般 光照→ 4.诱导愈伤组织（脱分化） 5.诱导再分化形成芽、根 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。 提供营养、调节渗透压 有光时，往往容易形成导管和筛管等，而不易形成愈伤组织。 不需要 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。 思考：为什么先诱导生芽，再诱导生根？ ①根的质地较硬，更换培养基时可能会导致根的损伤或断裂； ②先生芽有利于导管、筛管等的对接和形成，为后续生根过程中物质的运输和分配提供便利。若先生根后面就不易生芽，维管束对接不上，生长素无法及时补充。 巧记：生根分芽中愈伤 思考：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≈1； ③ 实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值＞1； ④ 实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值＜1。 生长素/细胞分裂素 结果 比值高(＞1) 比值低(＜1) 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 6.移栽： 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虹石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。 归纳：细胞表现全能性的条件 注意：在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌， 并要求无菌操作？ ①防止污染的微生物与培养物竞争营养物质。 ②微生物生长过程中会产生有害的物质，导致培养物死亡。 （1）离体状态 （2）无菌操作 （3）种类齐全、比例适合的营养物质 （4）植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）诱导和调节 （5）适宜的外界条件（温度、pH、光照等） 【拓展】植物组织培养的两种途径 器官发生途径 胚状体途径 花药 试管苗 脱分化 再分化 愈伤组织 秋水仙素 诱导 新品种 单倍体：植株矮小、高度不育 注：特殊的植物组织培养——花药离体培养 情境：欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”，用有性杂交方法能实现吗？ 不能，因为不同物种之间存在着生殖隔离。 2 植物体细胞杂交技术 将不同来源的植物细胞，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。 + = 白菜-甘蓝 人细胞 鼠细胞 红色荧光标记抗体 绿色荧光标记抗体 细胞融合 人鼠杂交细胞 细胞融合 37° 培养 问：参考动物细胞融合，两个不同的植物细胞间要融合，则应先做什么处理？ 去除细胞壁 （获得原生质体） ③再生出细胞壁 （杂种细胞） A细胞 B细胞 A原生质体 B原生质体 正在融合的原生质体 ①去壁 ①去壁 酶解法（纤维素酶和果胶酶） 问：有没有一种温和的去壁方法？ 原生质体：去除细胞壁后的植物细胞。 原生质层：植物细胞的液泡膜、细胞 膜及其之间的细胞质构成。 问：两个细胞能发生融合，这与细胞膜 的特性有关。 ②诱导 融合 聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高PH融合法等 方法：①物理法：电融合法、离心法等 ②化学法： ①去壁目的：去除细胞壁，获得原生质体 具有一定的流动性 问：融合完成标志？ 问：如何验证再生出新壁？ 质壁分离和质壁分离复原实验 A细胞 B细胞 A原生质体 B原生质体 正在融合的原生质体 ③杂种细胞 愈伤组织 杂种植株 移栽后的植株 ①去壁 ①去壁 ②诱导 融合 ④脱分化 ⑤再分化 原理：_______________ 原理：_________________ 植物体细胞融合 植物组织培养 细胞膜的流动性 植物细胞的全能性 植物体细胞杂交完成的标志：_______________ 培育成新植物体 问：在此过程中活跃的细胞器？ 线粒体和高尔基体 A细胞 B细胞 A原生质体 B原生质体 正在融合的原生质体 ③杂种细胞 ①去壁 ①去壁 ②诱导 融合 思考：体细胞融合成功后培养基中共有 种细胞类型，( )，其中若只考虑两两融合， 融合细胞类型有 种( )，真正符合要求的是 ，因此要对融合细胞进行筛选。 AB 5 A、B、AA、BB、AB AA、BB、AB 3 若A的染色体组为2m=20，基因型AaBb； B的染色体组为2n=30，基因型CcDd； 则植物体细胞杂交技术获得的杂种植株： 染色体有 条，基因型为 ， 有 个染色体组，属于 倍体 属于可遗传变异类型中的 。 2m＋2n 2+2 AaBbCcDd 染色体数目变异 （异源）四 染色体数目变异属于无性繁殖，育种过程中不遵循孟德尔定律 植物体细胞杂交 有性杂交育种 植物A体细胞染色体数20条 植物B体细胞染色体数40条 有性杂交 后代体细胞中染色体数 条 植物体细胞杂交 后代体细胞中染色体数 条 植物A为二倍体植物B为四倍体 有性杂交 后代为 倍体 植物体细胞杂交 后代为 倍体 白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）体细胞杂交所得的新植株的细胞染色体数为 ，属于 倍体， 同源染色体， 正常联会， 育。 白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）进行杂交（相互授粉）所得的新植株的细胞染色体数为 ，属于 倍体， 同源染色体， 正常联会，_____育。 30 60 三 六 36 （异源）四 （异源）二 18 含有 能 可 不含 不能 不可 植物体细胞杂交有何意义？ 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。 现状：具有一定的局限性,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。 讨论："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? 假的！ 因为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，杂种植株自然就不能地上结番茄、地下长马铃薯了。 课后练习： (1)高度分化的细胞，只有发育成一个完整的生物个体，才能体现出细胞的全能性。( ) (2)植物组织培养技术的理论基础是植物细胞的全能性。( ) (3)植物激素中的生长素和赤霉素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。( ) (4)植物体细胞杂交就是利用一定的方法将去除细胞壁的不同来源的植物细胞融合为杂种细胞的过程。( ) (5)若原生质体均为两两融合，则融合后的细胞有3种类型。( ) × √ × × √ A.过程①需用纤维素酶和果胶酶溶液处理， 且溶液的渗透压略大于细胞液渗透压 B.过程②可用聚乙二醇诱导原生质体融合，主要依据细胞膜具有选择透过性 C.过程③表示细胞壁的再生，④⑤需要根据生长发育进程更换 不同的液体培养基 D.最终得到的植株相对于甲、乙，发生了染色体数目变异， 因此不具有可育性 习题巩固 (2023·山东枣庄三中)右图是 两种二倍体植物细胞(甲、乙) 融合并培育新植株过程的示意图， 下列叙述正确的是(　　) A 24 感谢观看! 2019人教版·生物·选择性必修3 25 $