2.1植物细胞工程（第1课时）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

科技探索之路：细胞工程的发展历程 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。 科技探索之路：细胞工程的发展历程 科技探索之路：植物细胞工程的发展历程 1902年，哈伯兰特，提出细胞全能性的理论。 1958年，斯图尔德，发现胡萝卜的体细胞可分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。 1960年，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。 1964年，古哈，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。 1971年，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。 1974年，土壤农杆菌的Ti质粒发现。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。 1.阐明植物细胞全能性的概念、物质基础和表达条件。 2.概述植物组织培养的概念、原理和基本过程。 3.理解脱分化、愈伤组织、再分化。 4.通过菊花组织培养的探究实验，认同无菌操作与激素调控的重要性。 第2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 植物组织培养技术 一、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，给与适宜的营养条件，诱导其形成完整植株的技术。 一、植物组织培养技术 1.植物组织培养的原理 植物组织培养的原理是植物细胞的全能性 2.细胞的全能性 (1)定义：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。 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，而是分化成各种组织和器官。 这是因为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。 (2)细胞具有全能性的原因： 一般来说，生物体每一个细胞都包含该物种的全套基因。 (3)体现细胞全能性的标志： 细胞→ 完整个体或其他各种细胞 (4)全能性表现的条件： ①具有完整的细胞结构 ②处于离体状态 ③提供一定的营养、激素和其他适宜的外界条件 诱导愈伤组织 接种外植体 脱分化 诱导生芽 再分化 诱导生根 移栽成活 一、植物组织培养技术 3.植物组织培养的过程 外植体(离体的器官、组织或细胞) 愈伤组织 根、芽或胚状体 完整植株 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 不定形的薄壁细胞团块 愈伤组织能重新分化成芽、根等器官 细胞排列疏松无规则、高度液泡化、无叶绿体、具有较强的分裂能力。 一、植物组织培养技术 3.植物组织培养的过程(以菊花的组织培养为例) (1)实验原理 ①植物细胞一般具有全能性。 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根芽等 试管苗 完整植株 驯化移栽 ②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形成愈伤组织，将愈伤组织接种到含特定激素的培养基上，就可以诱导其再分化成胚状体，长出芽和根，进而发育成完整的植株。 ③植物激素中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、比例等都会影响植物细胞的发育方向。 生长素类作用:用于诱导细胞的伸长生长和根的分化; 细胞分裂素类作用:促进组织细胞的分裂或从愈伤组织和器官上分化出不定芽。 探究.实践 菊花的组织培养 2.材料用具 ①外植体： 幼嫩的菊花茎段 (细胞分裂能力强，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 ⑤培养基 作为碳源 提供能量 植物可少量吸收，调节渗透压 葡萄糖和果糖在与蔗糖提供相同数量碳源的前提下，其造成的渗透压可能过高。 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） p116 探究.实践 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: 用酒精擦拭 ②外植体(幼嫩的茎段): (2)取材 将消毒过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。 消毒与无菌水冲洗 酒精 30S 无菌水 2-3次 次氯酸钠 30min 2-3次 无菌水 (3)接种 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 切段 防止杂菌生长：①杂菌与培养物竞争（种间竞争）营养； ②产生有害物质危害培养物。 注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插。 探究.实践 菊花的组织培养 3.方法步骤 将接种了外植体的锥形瓶置于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。 (4)脱分化 脱分化 （一般不需要光照） 外植体 愈伤组织 (5)再分化 培养15~20天后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基。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。 （需要光照） 诱导出芽 诱导生根 试管苗 诱导叶绿素合成，利于幼苗光合作用。 (6)移栽 在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。 探究.实践 菊花的组织培养 3.方法步骤 ①炼苗 ②移栽 探究.实践 菊花的组织培养 4.实验结果分析与评价 (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，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？ (3)培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？ 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 生根苗移栽技术的关键是既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。一般使用无土栽培方法。 培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷洒质量分数为5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12h，掀开塑料薄膜24h后才能移栽。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。 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。 探究.实践 菊花的组织培养 5.进一步探究 生长素/细胞分裂素 结果 比值＞1 比值＜1 比值≈1 促进芽的分化、抑制根形成 促进根的分化、抑制芽形成 促进愈伤组织形成 巧记：高根低芽中愈伤 A．为防止微生物污染，过程①要对花药进行灭菌 B．过程②为脱分化，需要给予适宜的光照 C．降低生长素的含量有利于过程③根的分化 D．过程④移植幼苗前要进行炼苗、壮苗 1．花药离体培养是重要的育种手段。某二倍体植物花药育种的过程如图所示。下列叙述正确的是(　　) D 课堂检测 (1)为了保证植物组织培养取得成功，培养材料可以选取该白花植株幼嫩的 ______________________细胞。 (2)消毒后进行离体培养的植物器官、组织或细胞称为________。细胞经过程a～d发育成植株体现了____________________。 (3)启动细胞分裂和过程b的关键性的植物激素是____________________。经过程b产生的胚状体中出现形态结构不同的细胞，其根本原因是 。 (4)发生在生物体内的细胞的分化通常是不可逆的，图中生理过程________(填图中字母)是对细胞分化不可逆的否定。 6．园艺工作者在栽培开黄花的兰花品种时，偶然发现了一株开白花的兰花。他们以这株开白花的兰花为实验材料，利用离体的器官、组织或细胞培育出了完整的植株。据图回答下列问题： 课堂检测 a 茎段(或茎尖分生区) 外植体 植物细胞的全能性 生长素和细胞分裂素 基因的选择性表达 二、植物体细胞杂交技术 1.概念： 植物体细胞杂交是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。 2.过程 3.原理： 细胞膜具有一定的流动性、植物细胞的全能性 (1)去壁方法：酶解法 (纤维素酶和果胶酶去除细胞壁) (2)原生质体融合方法： ①物理法：电融合法、离心法等 ②化学法：聚乙二醇(PEG)融合法 高Ca2+-高pH融合法 (3)融合完成的标志： 再生出新的细胞壁 杂交完成的标志： 培育成杂种植株 4.意义： 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种 植物组织培养 植物体细胞杂交技术 生殖方式 无性生殖 无性生殖 原理 植物细胞的全能性 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 方法 意义 保持优良性状，繁殖速度快 打破生殖隔离，克服不同种生物远缘杂交的障碍 植物组织培养和植物体细胞杂交的比较 总结.归纳 总结.归纳 项目 体细胞杂交 亲本1（2n，Aabb）与亲本2（2m，ccDd） 生殖类型 无性生殖（不遵循孟德尔定律） 变异类型 染色体数目变异 染色体数 两亲本染色体数之和，即2n＋2m 染色体组数 两亲本染色体组数之和，即2＋2 基因组成 两亲本基因型之和，即AabbccDd 植物体细胞杂交后代的遗传变化 例:若植物A的基因型是AaBb，植物B的基因型是aaBb，则只考虑细胞之间的 两两融合，则融合形成的细胞基因型有 种，分别是? AAaaBBbb aaaaBBbb AaaaBBbb 3 A．过程①②分别用纤维素酶、灭活的病毒处理 B．过程③④分别是脱分化、再分化过程 C．愈伤组织细胞通常含有46条染色体 D．有效成分在植物生长过程中一直产生，但并非生长所必需 检测提升 1．(2025·深圳高二期中)鱼腥草(2n＝24)和三白草(2n＝22)因疗效相近且具有叠加效应常被中医用作“药对”，研究者欲利用植物细胞工程，通过愈伤组织实现两种植物有效成分的工厂化生产。下列叙述正确的是(　　) C (2)过程①常用______________________处理植物细胞，以获得原生质体。过程②是促进原生质体融合，常用的物理方法包括_______________________。 (3)用X射线处理黑芥叶肉细胞原生质体的目的是_____________________________________。过程③要对融合的原生质体进行筛选，则对培养基进行的处理措施是_________________。 (4)培育融合的原生质体获得抗病植株幼苗，运用的生物学原理是__________________。 植物细胞的全能性 检测提升 2．(2025·西安高二期中)黑胫茎点霉菌主要危害十字花科作物，其引发的黑胫病会显著降低作物的产量和品质。黑胫病对甘蓝型油菜的危害十分严重，黑芥能抗黑胫病。科研人员培育了抗黑胫病甘蓝品系，过程如图所示。回答下列问题： (1)培育抗黑胫病甘蓝品系时，不能采用甘蓝型油菜与黑芥有性杂交的方法，原因是 ________________________________________。在育种方面，植物体细胞杂交技术的显著优势是____________________________________。 二者属于不同的物种，存在生殖隔离 突破远缘杂交不亲和的障碍，获得杂种细胞 纤维素酶和果胶酶 电融合法、离心法 破坏黑芥的染色体，避免无关基因的干扰 接种黑胫茎点霉菌 去除细胞壁 再生细胞壁 纤维素酶果胶酶 植物细胞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 流程 本节小结 植物细胞工程的基本技术 植物体细胞的杂交技术 一、概念检测 1.下图是利用甲、乙两种植物的各自优势，通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。下列相关叙述错误的是( ) A.进行a处理时能用胰蛋白酶 B.b是诱导融合后得到的杂种细胞 C.c是培养后得到的具有耐盐性状的幼芽 D.进行d选择时要将植株种在高盐环境中 A 2.科学家在制备原生质体时，有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞 的细胞壁。据此分析，蜗牛消化道提取液中可能含有什么成分？ 纤维素酶和果胶酶 练习与应用p38 "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！ 生物体基因表达是相互调控、相互影响的，杂种植株虽具备两个物种的遗传物质，但它们的表达相互干扰 练习与应用p38 二、拓展应用 （1）植物体细胞杂交的第①步是获得 ，常用 除去细胞壁． （2）②过程的发生，常用 等试剂作为诱导剂．④⑤过程中遵循的原理是 ． （3）植物组织培养的培养基是 培养基（按物理性质），用高压蒸汽灭菌法灭菌，其原理是 ． （4）如果植物A和植物B属于两个不同种，若最多考虑两两结合，从理论上分析，培养基中最多有 种细胞． （5）植物体细胞杂交在育种工作中具有广泛的应用价值，其突出的优点是 ． 原生质体 纤维素酶、果胶酶 PEG/高Ca2+-高pH 高温使微生物的蛋白质和核酸等物质发生变性 如图表示植物体细胞杂交过程，请据图回答以下问题： 植物细胞的全能性 固体 5 打破生殖隔离，实现远缘杂交 检测提升 Lavf58.20.100 EV录屏3.9.5软件录制 Lavf56.38.102 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $