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

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 原理和方法 操作水平 目的 分类 细胞生物学、分子生物学和发育生物学 细胞器、细胞或组织 获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品 植物细胞工程和动物细胞工程 第1章 细胞工程 第1节 植物细胞工程（一） 植物细胞工程的基本技术 课堂导入 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。 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？ 播种 扦插 ①兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低； ②传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长、繁殖率低等问题。 植物组织培养技术 其实在一定条件下，利用它们的一片叶子、一片花瓣、一粒花粉，甚至一个细胞，同样可以繁殖出新的植株。这是为什么？ 一、细胞的全能性 1. 概念 细胞经 后，仍然具有产生 或分化成其他 的潜能，即细胞具有全能性。 分裂和分化 完整生物体 各种细胞 没有分化的细胞也具有全能性，如 、动物和人体的 细胞、植物体的 细胞。 受精卵 早期胚胎 分生组织 根尖 早期胚胎细胞 受精卵 2. 体现全能性的标志 细胞→ 完整个体或其他各种细胞 一、细胞的全能性 3. 细胞具有全能性的原因 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。 4. 全能性大小比较 ①不同类型细胞的全能性： ②不同生物细胞的全能性： 受精卵＞生殖细胞（精子、卵细胞）＞体细胞 植物细胞＞动物细胞 分化程度越低，分裂能力越强的细胞，全能性越高 Q 是不是所有的活细胞都具有全能性？ 除无遗传物质的细胞外，都具有全能性。 不是 eg. 哺乳动物成熟的红细胞 一、细胞的全能性 Q 细胞具有的全能性一定能表现出来吗？ 不一定 eg. 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） 生长点 叶原基 芽 轴 芽原基 枝芽结构示意图 叶原基的细胞只能发育为叶 芽原基的细胞只能发育为芽 eg. 叶原基的细胞只能发育为叶， 芽原基的细胞只能发育为芽 5. 细胞没有体现全能性的原因 在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达 Q 种子发育成植株体现了全能性吗？ 没有 一、细胞的全能性 原因：起点不是“单个细胞”，而是已经高度分化的多细胞结构（胚）。 潜能 怎么才能表现出来呢？ 植物组织培养技术 二、植物组织培养技术 1. 概念 是指将 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 的技术。 离体 完整植株 ①原理： ②成功的关键： ③外植体： ④生殖方式： ⑤分裂方式： 无菌操作 植物细胞的全能性 无性生殖 离体的植物器官、组织或细胞 有丝分裂 脱分化 排列疏松、无规则，高度液泡化、不定形的薄壁组织团块。 离体条件下，让已分化的细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能，从而转变为未分化的细胞 再分化 愈伤组织能重新分化成芽、根等器官 二、植物组织培养技术 2. 流程 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 移栽成活 二、植物组织培养技术 3. 决定植物脱分化、再分化的关键因素 Q 如何诱导离体的植物器官、组织或细胞等脱分化和再分化？ 外植体 愈伤组织 (胚状体) 根 完整植株 脱分化 再分化 芽 关键激素 生长素和细胞分裂素 细胞分裂素 生长素 芽分化 愈伤组织 根分化 结果 比值 ≈1 比值＜1 比值＞1 促进芽的分化 促进根的分化 促进愈伤组织的形成 生长素 细胞分裂素 二、植物组织培养技术 4. 脱分化与再分化的比较 脱分化 再分化 过程 分裂、分化 结果 需要条件 有分裂，无分化 有分裂，有分化 形成愈伤组织 形成幼苗 a. 离体、适宜的营养 b. 生长素与细胞分裂素的比例适中 c. 一般不需光(有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织) a. 离体、适宜的营养 b. 生长素与细胞分裂素的比例高或低诱导生根或生芽 c. 光照(诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用) 外植体→愈伤组织 愈伤组织→幼苗 二、植物组织培养技术 5. 植物组织培养常用的培养基配方 ①作为碳源 ②提供能量 ③植物可少量吸收，调节渗透压 原因： a. 渗透压更安全（主） b. 减少微生物污染 培养基名称： ； 物理性质： ； 碳源： 。 MS培养基 固体培养基 有机碳源（蔗糖） 脱分化过程中不能 进行光合作用合成糖类 课堂小测 1、图示一种植物组织培养周期，①~③表示相应过程。下列相关叙述错误的是（ ） A. 过程①发生了细胞的脱分化和有丝分裂 B. 过程②经细胞的再分化形成不同种类的细胞 C. 过程②③所用培养基的成分、浓度相同 D. 培养基中糖类既能作为碳源，又与维持渗透压有关 C 三、植物组织培养技术——菊花的组织培养 1. 实验原理 植物细胞的全能性 2. 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： 对外植体进行消毒 ④无菌水： 清洗外植体 三、植物组织培养技术——菊花的组织培养 3. 方法步骤 (1)消毒 ①双手和超净工作台台面： ②外植体： 用酒精擦拭 酒精 30S 无菌水洗 2-3次 次氯酸钠溶液 30min 无菌水洗 2-3次 (2)外植体切段 将消过毒的外植体置于无菌的培养皿中，用无菌滤纸吸去表面的水分，用解剖刀将外植体切成0.5~1cm长的小段。 三、植物组织培养技术——菊花的组织培养 3. 方法步骤 (3)接种外植体 在超净工作台酒精灯火焰旁，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。 注：接种时注意外植体的方向，不要倒插 （将“形态学下端”插入培养基） (有光时，往往容易形成微管组织，而不易形成愈伤组织) 三、植物组织培养技术——菊花的组织培养 3. 方法步骤 (4)诱导愈伤组织（脱分化） 培养基： ①生长素：细胞分裂素 ≈ 1:1 培养条件： ①一般不需要光照 18-22℃ (有利于促进愈伤组织的形成) ②提供有机碳源（蔗糖） (提供碳源、能量和调节渗透压) ②培养温度： 三、植物组织培养技术——菊花的组织培养 3. 方法步骤 (5)诱导生芽、生根（再分化） 诱导生芽 诱导生根 ①培养15〜20 d后 ②接种到诱导生芽培养基 ③接种到诱导生根培养基 ＜1 Q 再分化需要避光吗？为什么？ 不需要避光，该过程每日需要给予适当时间和强度的光照（诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用） ④进一步诱导形成试管苗 ＞1 三、植物组织培养技术——菊花的组织培养 3. 方法步骤 (6)移栽培养 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。 三、植物组织培养技术——菊花的组织培养 4. 实验结果分析与评价 被污染的外植体 脱分化过程中受污染的培养基 再分化过程中受污染的培养基 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。 Q 试分析导致外植体被污染的原因 课堂小测 2、如图所示菊花组织培养的过程，下列叙述错误的是（ ） A. ①过程需要用酒精和次氯酸钠溶液对茎段进行消毒 B. 通过③过程叶肉细胞失去了其特有的结构和功能 C. ④过程需要先诱导生根，长出根后再诱导生芽 D. ⑤过程移栽前需要先打开培养瓶的瓶盖让试管苗适应外界环境 C 特殊的植物组织培养——花药离体培养 花药 愈伤组织 试管苗 新品种 再分化 脱分化 秋水仙素 诱导 生殖方式为特殊的 生殖，培养过程中 分裂 有性 有丝 单倍体：植株 矮小、高度不育 Q 经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为 ，一定吗？ 。 纯合子 不一定 如：花药是Aa，染色体加倍后得到的是AAaa（杂合子） 课堂小测 3、花药离体培养是重要的育种手段。如图是某二倍体植物花药育种过程的示意图，下列叙述正确的是（ ） A. 为了防止微生物污染，过程①所用的花药需进行灭菌处理 B. 过程②的培养基中需添加较高浓度的细胞分裂素以利于根的分化 C. 过程③逐步分化的植株中可筛选获得纯合的二倍体 D. 过程④应将获得的植株移栽到含有蔗糖和多种植物激素的基质上 C 番茄 马铃薯 欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”，你有什么妙招？ 利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？ 不能。因为不同种物种之间存在着生殖隔离 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？ 四、植物体细胞杂交技术 细胞膜 细胞质 液泡膜 原生质层 你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？应该怎么处理？ 去细胞壁（去掉细胞壁的剩下部分称为原生质体） 有没有一种温和的去壁方法呢？ 酶解法（纤维素酶和果胶酶） 两个细胞能发生融合，这与细胞膜的什么结构特点有关？ 细胞膜具有流动性 如何将杂种细胞培育成杂种植株？ 植物组织培养技术 光学显微镜下的烟草细胞原生质体 四、植物体细胞杂交技术 A细胞 B细胞 B原生质体 正在融合的 原生质体 再生出细胞壁 愈伤组织 移栽后的植物 融合 杂种植株 去壁 A原生质体 去壁 1. 概念 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的植物体的技术。 再分化 脱分化 移栽 植物细胞融合 植物组织培养 2. 过程 四、植物体细胞杂交技术 2. 过程 (1)去除细胞壁，获得原生质体 A细胞 B细胞 B原生质体 去壁 A原生质体 去壁 ①去壁原因： ②方法： ③酶解法原理： ④酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，为什么？ 细胞壁阻碍着细胞间的杂交 （阻碍了原生质体间的融合） 酶解法（纤维素酶和果胶酶） 酶具有专一性 使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常 高渗或者等渗 溶液中去除细胞壁 四、植物体细胞杂交技术 2. 过程 (2)诱导原生质体融合 （关键环节） B原生质体 正在融合 的原生质体 融合 A原生质体 ①理论基础： ②方法 细胞膜具有流动性 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 ③植物细胞融合完成的标志： 融合的原生质体再生出新的细胞壁 再生出细胞壁 四、植物体细胞杂交技术 2. 过程 (2)诱导原生质体融合 （关键环节） B原生质体 正在融合 的原生质体 融合 A原生质体 ④存在的细胞类型： 再生出细胞壁 A A B B A B A B 注：融合后杂种细胞需要经过筛选才能获得所需要的杂种细胞！ 四、植物体细胞杂交技术 3. 原理 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 4. 两个标志 ①植物细胞融合完成的标志： ②植物体细胞杂交完成的标志： 融合的原生质体再生出新的细胞壁 培育成新植物体 5. 实例 白菜-甘蓝、普通小麦-长穗偃麦草 6. 意义 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种 普通小麦-长穗偃麦草 四、植物体细胞杂交技术 "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? 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 此图为嫁接技术的成果 7. 局限性 ①不一定按人们需要表达优良性状 ②技术复杂、操作繁琐、工作量大 课堂小测 4、紫罗兰(2n=14)花色丰富、抗虫性强、种子富含亚麻酸。为了让油菜(2n=38)具有紫罗兰的诸多优良性状，科研人员进行了如图所示实验。有关叙述错误的是（ ） A. 通常在等渗或高渗溶液中利用酶解法制备原生质体 B. 融合的原生质体需要形成细胞壁后再进行有丝分裂 C. 融合得到的原生质体要经过筛选才能获得所需杂种细胞 D. 紫罗兰和油菜有性杂交也能获得满足需要的异源四倍体植株 D 植物组织培养 VS 植物体细胞杂交 植物组织培养技术 植物体细胞杂交技术 生殖方式 原理 步骤 意义 联系 无性生殖 细胞的全能性 ①脱分化 ②再分化 保持优良性状繁殖速度快 植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种 ①去除细胞壁，获得原生质体 ②诱导原生质体融合 ③植物组织培养 细胞膜的流动性、细胞的全能性 无性生殖 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $