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

第1节:植物细胞工程 1.1植物细胞工程的基本技术 授课教师: 第二章:细胞工程 奥格威从创意入手提出了广告三原则 beautiful——美女 beast——动物 baby—— 婴儿 通称“3B” 以此为表现手段的广告符合人类关注自身生命的天性,最容易赢得消费者的注意和喜欢. 1 植物组织培养技术 01 02 03 04 目录 CONTENT 菊花的组织培养 植物体细胞杂交技术 练一练 01 植物组织培养技术 01 植物组织培养技术 知识回顾: 必修一第6章第2节 01 植物组织培养技术 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 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 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 01 植物组织培养技术 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 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。 科学家是如何做到让其潜能表现出来的呢? 植物组织培养 ——植物细胞工程中的基本技术 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。 外植体 原理: 植物细胞具有全能性 01 植物组织培养技术 植物组织培养(plant tissue culture)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。 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 01 植物组织培养技术 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 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。 请结合教材图中植物组织的变化写出植物组织培养的基本流程: 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) 如:胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药… 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。黑暗条件 愈伤组织重新分化为芽、根等器官的过程 光照条件 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 01 植物组织培养技术 植物组织培养(plant tissue culture)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。 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 01 植物组织培养技术 植物激素的作用: 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) 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:高根低芽中愈伤 02 菊花的组织培养 02 菊花的组织培养 ⑴培养基名称: ; ⑵物理性质: ; ⑶碳源: 。 作为碳源,提供能量,调节渗透压 MS培养基 固体培养基 蔗糖 生长素类似物 02 菊花的组织培养 2.方法步骤 ② 外植体处理 ③ 接种外植体 ④诱导愈伤组织 ⑤ 诱导芽和根 ⑥ 移栽 ① 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。 02 菊花的组织培养 2.方法步骤 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 外植体处理 ③ 接种外植体 ④诱导愈伤组织 ⑤ 诱导芽和根 ⑥ 移栽 ① 外植体消毒 02 菊花的组织培养 2.方法步骤 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。 ② 外植体处理 ③ 接种外植体 ④诱导愈伤组织 ⑤ 诱导芽和根 ⑥ 移栽 ① 外植体消毒 注意:接种时,注意外植体的方向,不要倒插(使形态学下端接触培养基)。 02 菊花的组织培养 2.方法步骤 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,往往容易形成维管组织,而不易形成愈伤组织。 ② 外植体处理 ③ 接种外植体 ④诱导愈伤组织 ⑤ 诱导芽和根 ⑥ 移栽 ① 外植体消毒 02 菊花的组织培养 2.方法步骤 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 外植体处理 ③ 接种外植体 ④诱导愈伤组织 ⑤ 诱导芽和根 ⑥ 移栽 ① 外植体消毒 02 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 ② 外植体处理 ③ 接种外植体 ④诱导愈伤组织 ⑤ 诱导芽和根 ⑥ 移栽 ① 外植体消毒 1.植物组织培养的条件: (1)离体; (2)无菌; (3)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); (4)适宜的培养条件(温度、pH、光照等)。 核心归纳 02 菊花的组织培养-练一练 1.细胞工程操作水平是细胞器、细胞或组织水平。( ) 2.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。( ) 3.愈伤组织是外植体经脱分化和再分化形成的。( ) 4.在植物组织培养过程中需要给予光照,以诱导脱分化过程。( ) √ 02 菊花的组织培养-练一练 5.下列关于植物细胞全能性的叙述,不正确的是( ) A.同一个体不同细胞的遗传物质相同,全能性大小也相同 B.具有某种生物全部遗传信息的细胞都具有全能性的特点 C.生物体内的细胞因基因的选择性表达不能表现出全能性 D.植物组织培养的全过程可证明分化的植物细胞具有全能性 A 02 菊花的组织培养-练一练 6.如图为某组织培养过程的简图,下列有关说法不正确的是( ) A.a b为脱分化过程,其培养基中必须含有有机营养物质 B.b c为再分化过程,此过程需要给予光照 C.愈伤组织分裂分化过程中不再需要植物激素的参与 D.b c过程的实质是基因的选择性表达 C 02 菊花的组织培养-练一练 7.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 D 02 菊花的组织培养-练一练 8.下列有关菊花组织培养的叙述,错误的是( ) A.菊花组织培养的全过程都要在有光条件下进行 B.为防止杂菌污染,所用器械需灭菌,实验人员需进行无菌 操作 C.切取幼嫩的菊花茎段,因为该部位容易诱导形成愈伤组织 D.为充分利用培养条件,每个锥形瓶可接种6~8个外植体 A 03 植物体细胞杂交技术 03 植物体细胞杂交技术 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? 03 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及原理。 03 植物体细胞杂交技术 过程: A细胞 B细胞 去壁 去壁 A原生质体 B原生质体 原生质体是细胞壁以内各种结构的总称,也是组成细胞的一个形态结构单位,活细胞中各种代谢活动均在此进行。 方法: 纤维素酶 果胶酶 酶解法 03 植物体细胞杂交技术 (二)过程: A细胞 B细胞 去壁 去壁 A原生质体 B原生质体 方法: 纤维素酶 果胶酶 酶解法 融合 正在融合的原生质体 方法: 物理法: 化学法: 电融合法、离心法等 聚乙二醇(PEG)融合法 高Ca2+—高pH融合法等 杂种细胞AB 体细胞融合成功后培养基中共有 种细胞类型( ),其中融合细胞类型有 种( ),而真正符合要求的是 ,因此要对融合细胞进行筛选。 再生出细胞壁 植物细胞融合完成的标志 5 A、B、AA、BB、AB 3 AA、BB、AB AB 03 植物体细胞杂交技术 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 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? 03 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 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 03 植物体细胞杂交技术 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。 “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 03 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 03 植物体细胞杂交技术-练一练 例1:如图表示利用植物体细胞杂交技术获得杂种植物白菜—甘蓝的过程,以下说法错误的是( ) A.①过程表示利用酶解法去除细胞壁获得原生质体的过程B.②过程可用聚乙二醇诱导原生质体融合C.③过程中高尔基体活动旺盛D.最终获得的杂种植株体细胞内含19条染色体 D 03 植物体细胞杂交技术-练一练 例2:如图为植物体细胞杂交技术的流程图,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,下列叙述错误的是( ) A.经过程①获得的a、b称为原生质体,过程②利用了细胞膜的流动性B.c细胞只有AABB这一种类型C.过程④和⑤分别是脱分化和再分化D.获得的植物d,因为在减数分裂时同源染色体能正常配对,所以理论上是可育的 B 03 植物体细胞杂交技术-练一练 例3:科学家利用植物体细胞杂交技术将番茄与马铃薯的体细胞原生质体融合,最终得到番茄—马铃薯杂种植株。下列有关叙述错误的是( ) A.番茄—马铃薯杂种植株能在地上结番茄、地下长马铃薯B.可用物理法使番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合C.该项生物工程技术可克服生物远缘杂交不亲和的障碍D.该项生物工程技术需经历脱分化和再分化 A 03 植物体细胞杂交技术-练一练 例4:如图是“番茄—马铃薯”杂种植株的培育过程,其中①~⑤表示过程,字母表示细胞、组织或植株。下列相关叙述正确的是( ) A.过程①表示在低渗溶液中用酶解法处理植物细胞获得原生质体B.过程②诱导原生质体融合依据的原理是细胞膜具有选择透过性C.可以根据是否发生质壁分离现象鉴别杂种细胞的细胞壁是否再生D.植物有性杂交和体细胞杂交都能克服远缘杂交不亲和的障碍 C 03 植物体细胞杂交技术-练一练 例5:为探究某种植物愈伤组织的培养条件,某研究小组配制了含有两种浓度2,4 D的培养基,然后接种初始重量相同的幼苗子叶切块并分别培养在光照及黑暗条件下,一段时间后,测量愈伤组织的生长量,结果如图。 (1)在该实验中,自变量是 , 由图中实验数据分析,在培养基中添加2,4 D的作用是 (2)幼苗子叶切块转变成愈伤组织的过程称 。为大量获得该植物的愈伤组织,适宜采取 (填“黑暗”或“光照”)培养。(3)光照在培养过程中不作为愈伤组织的能量来源,其原因为 光照的有无、2,4 D的浓度、培养天数 促进愈伤组织的生长。 脱分化 黑暗 愈伤组织细胞无法利用光能进行光合作用。 感谢聆听 PRESENTATION DONE THANKS FOR LISTENING YOUR LOGO 奥格威从创意入手提出了广告三原则 beautiful——美女 beast——动物 baby—— 婴儿 通称“3B” 以此为表现手段的广告符合人类关注自身生命的天性,最容易赢得消费者的注意和喜欢. 44 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 $