2.1植物细胞工程 (一 )课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

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 植物细胞工程 动物细胞工程 原理方法 研究水平 研究目的 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 第2章 细胞工程 目标 01 02 03 简述植物组织培养和植物体细胞杂交的原理和过程。（生命观念） 查阅资料，尝试探究植物生长素和细胞分裂素使用比例对植物组织培养的影响。 （社会责任、科学探究） 结合“菊花的组织培养”的实验操作，尝试设计植物组织培养技术的流程简图。（科学探究） 第1节 植物细胞工程 从社会中来 我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征，很多人喜欢养兰花但是，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，如何让名贵的兰花大量、快速地繁殖，走入寻常百姓家呢？ 世界上最贵的兰花1500万/株——幽灵兰（视频） 利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。兰花是观赏植物中最常见的一类，依靠植物组织培养繁育种苗的植物，其组培苗的数量约占观赏植物组培苗总量的40%。 植物通常是通过播种或扦插实现繁殖的。 落地生根 玉米种子萌发 黄豆种子发芽 从社会中来 1958年美国科学家将胡萝卜韧皮部一些细胞培养获得了完整的新植株。 已分化细胞 脱分化 愈伤组织 再分化 胚状体 再分化 试管苗 完整个体 这就是应用了植物组织培养技术 植物组织培养技术 离体细胞 思考：为什么植物组织或细胞能培养成完整植物体？ 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，即细胞的全能性。 植物组织培养的基本原理 为什么植物组织或细胞能培养成完整植物体？ 一、植物细胞的全能型 1.原因： 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。 叶子 花瓣 花粉 细胞 植物体 2.大小比较： （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、细胞的全能性 一般，分化程度越低，全能性越高。 3.是否表现出全能性： 看是否得到个体或其他各种细胞。 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。 一、细胞的全能性 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。 3.生物体内细胞并不都表现全能性原因： 4.细胞表现出全能性的条件： 潜能 表现出全能性 怎么才能表现出来呢？ 一、细胞的全能性 （3）适宜的温度、pH； (2)一定的营养物质（无机盐、蔗糖、维生素、氨基酸等）和植物激素； (1)离体 （4）无菌的环境。 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. 植物组织培养的概念 统称外植体 二、植物组织培养技术 植物细胞的全能性 原理 生殖方式 无性生殖 分裂方式 有丝分裂 2.基本过程： 接种外植体 离体培养的植物器官、组织或细胞 脱分化 诱导愈伤组织 无组织结构、松散的薄壁细胞团 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，重新获得分裂能力 诱导生芽 再分化 愈伤组织能重新分化成芽、根等器官 诱导生根 移栽成活 二、植物组织培养技术 2、基本过程： 脱分化 再分化 愈伤组织 或胚状体 根和芽 外植体 完整植株 （离体的植物器官、组织或细胞） 生长发育 移栽成活 脱分化 再分化 二、植物组织培养技术 已分化细胞，失去其特有结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。 脱分化 愈伤组织 再分化 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。 愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。 该技术具体如何操作呢？ 试 管 苗 1.原理： 探究.实践： 菊花的组织培养 （1）植物细胞一般具有全能性，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和再分化，形成胚状体，长出芽和根，进而发育成完整的植株。 （2）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。 P35【探究˙实践】第1段 决定植物脱分化、再分化的关键因素？ 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。 巧记：高根低芽中愈伤 生长素和细胞分裂素的比例和浓度都会影响植物细胞的发育方向。 低（<1）→利于芽的分化 高（>1）→利于根的分化 适中（=1）→利于愈伤组织的形成 适宜的激素比例 细胞分裂素 生长素 2.目的： （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 3.材料用具： (1)外植体： 幼嫩的菊花茎段 (容易诱导形成愈伤组织) (2)体积分数为70%的酒精： 对手、超净工作台、外植体进行消毒 (3)质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液: (4)无菌水: 清洗外植体 （5）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） 探究.实践： 菊花的组织培养 外植体进行消毒 有机碳源；维持培养液渗透压，避免外植体细胞吸水破裂。 4.方法步骤： 双手和超净工作台 酒精擦拭 外植体（幼嫩的茎段）： 酒精消毒 30s 无菌水 2~3次 次氯酸钠 30min 无菌水 2~3次 注意：实验使用的培养基和所有机械都要灭菌。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的机械都要灭菌。 （1）消毒 探究.实践： 菊花的组织培养 用解剖刀将外植体切 成0.5～1cm长的小段 将消过毒的外植体 置于无菌培养皿中 用无菌滤纸吸去 表面的水分 超净工作台无菌操作 （2）外植体的切段 探究.实践： 菊花的组织培养 4.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 注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插！ （将“形态学上端”朝上，下端朝下） （3）接种外植体 用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记 无菌操作 探究.实践： 菊花的组织培养 4.方法步骤： 置于黑暗环境 提供有机碳源（蔗糖） 有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。 （4）诱导形成愈伤组织 将接种了外植体的锥形瓶置于18-22℃的培养箱培养 脱分化 定期观察愈伤组织 的生长情况 探究.实践： 菊花的组织培养 4.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的培养基上 注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根；需要给予适当时间和强度的光照！ （5）诱导生芽生根 长出芽后，将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。 再分化 再分化 探究.实践： 菊花的组织培养 4.方法步骤： （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 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。 探究.实践： 菊花的组织培养 4.方法步骤： 珍珠岩 ,珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩，经急剧冷却而成的玻璃质岩石，有弧形或圆形裂隙，如珍珠的结构，所以被命名为珍珠岩 。 蛭石是一种天然、无毒的矿物质，在高温作用下会膨胀的矿物。它是一种比较少见的矿物，属于硅酸盐。 固体基质型，含水量高、 蓄水性强、 透性好， 适合栽培 探究.实践： 菊花的组织培养 5.结果分析与评价： 培养基、接种工具灭菌不彻底； 外植体消毒不彻底； 操作过程不符合无菌操作要求等。 2周左右 （1）接种3~4d后，检查外植体的生长情况，统计有多个外植体被污染， 试分析它们被污染的可能原因。 （2）从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？ 课堂小结 芽、根等 胚状体 脱分化 再分化 培养条件： ①无菌 ②营养物质 （无机、有机营养等） ③适宜环境条件 （温度、PH、光照等） ④植物激素： 细胞分裂素 生长素 遮光 一定的光照 愈伤组织 离体的植物器官、组织或细胞（外植体） 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照 试管苗 有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。 试管苗一般在高湿、弱光、恒温等条件下培养生长 试管苗的光合作用能力弱，在移栽前应给予较强光照闭瓶炼苗，以促进幼苗向自养苗转化。 紫杉醇是一种生物碱类化合物，是目前已发现的最优秀的天然抗癌药物。下图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，据图回答下列问题： (1)该途径___________(填“体现”或“不体现”)植物细胞的全能性，原因是___________________________________________。过程①中生长素与细胞分裂素的用量比值应________(填“高”“低”或“适中”)。 (2)过程③需使用液体培养基，其优点在于____________________________ ______________________________。 (3)根据紫杉醇的化学本质，可以判断有关基因控制紫杉醇合成的方式是________________________________________________________________。 (4)若通过诱变育种技术选育紫杉醇含量高的细胞，可对图中的__________进行诱变处理，然后进行筛选。 不体现 没有形成完整植物体或分化成其他各种细胞 适中 使培养细胞与培养液充分 接触，有利于营养物质的充分利用 有关基因通过控制酶的合成控制代谢，进而控制紫杉醇的合成 愈伤组织 达标检测 番茄与马铃薯同是茄科植物，但不是同属的植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食用的蔬菜。马铃薯的块茎生长在土壤中。 情境材料 （想象图） 番茄-马铃薯（想象图） 番茄 马铃薯 问题1: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？ 不能。因为两种生物之间存在着天然的生殖隔离 问题2:有没有方法可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，获得“番茄-马铃薯杂种植株”呢？ 情境材料 植物体细胞杂交技术 1.概念：(课本38页) 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的技术。 融合实例 + = 白菜 甘蓝 白菜-甘蓝 三、植物体细胞杂交技术 问题:参考动物细胞融合，若是植物细胞之间的杂交，则应先做什么？得到杂种细胞后，如何培育成植株？ 三、植物体细胞杂交技术 【任务】1.阅读课本36页第一段，37页第一段和38页第1-2段及图2-4，明确植物体细胞杂交技术的步骤，对各步骤进行逐项分析。 A细胞 B细胞 纤维素酶果胶酶 ①去壁： 酶解法 正在融合的原生质体 ③再生出细胞壁 ②诱导融合 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 ④脱分化 ⑤再分化 ⑥移栽 第一阶段：植物细胞融合 第二阶段：植物组织培养 杂种植株 愈伤组织 A原生质体 B原生质体 移栽后的植株 融合成功标志 植物细胞的全能性 细胞膜的流动性 三、植物体细胞杂交技术 2.过程 杂种细胞 3.原理 细胞杂交完成的标志：培育出新植株 3.植物体细胞杂交技术意义？ 2.杂种细胞的染色体数是多少？杂种细胞染色体组数是多少？ 1.植物体细胞杂交属于哪种变异类型？ 4.植物体细胞杂交有何优缺点？ A植物的染色体数目为2n，基因型为AaBb；B植物的染色体数目为2m，基因型为CcDd。现通过植物体细胞杂交技术获得这两种植物的杂种植株，请回答下列问题： 【任务】根据植物体细胞杂交技术的相关原理，小组合作思考讨论完成问题。 三、植物体细胞杂交技术 去壁 去壁 诱导 融合 再生 新细胞壁 脱分化 再分化 移栽 A细胞 A原生质体 B细胞 B原生质体 正在融合的原生质体 杂种细胞 愈伤组织 杂种植株 生殖类型 变异类型 染色体数 染色体组数 基因组成 无性繁殖，育种过程中不遵循孟德尔定律 染色体数目变异 两亲本染色体数之和。2n+2m 两亲本染色体组数之和。2+2 两亲本基因型之和。AaBbCcDd 4.变异类型 三、植物体细胞杂交技术 A植物的染色体数目为2n，基因型为AaBb；B植物的染色体数目为2m，基因型为CcDd。现通过植物体细胞杂交技术获得这两种植物的杂种植株，请回答下列问题： 植物体细胞杂交育种 四倍体 ①若亲本植株可育， 则杂种植株可育。 ②杂种植株是不同于 亲本的新物种。 5.意义（优点） 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。 三、植物体细胞杂交技术 6.局限（缺点） 目前有许多理论和技术未解决，还不能让杂种植物按照人们的需要表现出双亲的性状。 　“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上长番茄、地下结马铃薯的主要原因是什么？ 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，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，不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达 三、植物体细胞杂交技术 项目 植物组织培养 植物体细胞杂交技术 所属范畴 原理 过程 意义 联系 保持优良性状,繁殖速度快、大规模生产提高经济效益 植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术 细胞全能性 细胞膜的流动性、细胞全能性 无性繁殖 克服不同种生物远缘杂交的障碍 （打破了物种间生殖隔离） 植物细胞工程的基本技术比较总结 离体的植物器官、组织或细胞 愈伤组织 脱分化 再分化 根、芽或胚状体 植物体 生长发育 植物细胞A 植物细胞B 原生质体A 去壁 原生质体B 去壁 人工诱导 融合的原生质体AB 杂种细胞AB 愈伤组织 脱分化 再生细胞壁 杂种植株 再分化 植物体细胞的杂交技术 植物细胞工程的基本技术 去除细胞壁 再生细胞壁 纤维素酶果胶酶 植物细A、B 原生质体A、B 融合的原生质体 杂种细胞 原理：植物细胞的全能性 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 (根、芽) 完整植株 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 菊花的组织培养技术 愈伤组织 脱分化 杂种植株 再分化 植物组织培养技术 过程 课堂小结 课本P38练习与应用 过 程 原理：细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 探究.实践： 该实验具体如何操作呢？ 菊花的组织培养 结合课本P36方法步骤学习操作过程及注意事项 Lavf57.25.100 Lavf58.51.100 $