2.1 植物细胞工程课件-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。 植物细胞工程 动物细胞工程 胚 胎 工 程 第1节 植物细胞工程 第2章 细胞工程 1.植物细胞工程的理论基础是什么？ 2.什么是植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术？ 3.怎样进行菊花的组织培养？ 人教版选择性必修2 本节聚焦： 人教版选必修3 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。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。 从社会中来 讨论: 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？ 利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花 探索新知1 一、植物组织培养技术的原理及条件（P34-35） 【任务1】请同学们自主阅读教材P34-35，回答下列问题： 1.什么是植物组织培养？ 2.为什么植物细胞能培养成完整植物体（组培利用的原理）？ 3.细胞具有全能性的根本原因是什么？细胞全能性的大小主要与什么相关？ 4.在生物生长发育过程中，为什么不是所有的细胞都表现出全能性？ 5.（依据概念）如何才能让已分化的细胞表现出全能性？ 1.什么是植物组织培养？ 2.为什么植物细胞能培养成完整植物体（组培利用的原理）？ 3.细胞具有全能性的根本原因是什么？细胞全能性的大小主要与什么相关？ 探索新知1 一、植物组织培养技术的原理及条件（P34-35） 植物细胞具有全能性 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。 细胞都含有控制该生物生长发育所需的全套遗传信息 一般与细胞分化程度呈负相关，分化程度越低，全能性越高 4.在生物生长发育过程中，为什么不是所有的细胞都表现出全能性？ 5.（依据概念）如何才能让已分化的细胞表现出全能性？ 探索新知1 一、植物组织培养技术的原理及条件（P34-35） 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。 ②一定的营养物质、植物激素 ③适宜的培养条件（温度、pH、光照、无菌环境等） ①离体 探索新知2 二、植物组织培养技术过程（P35-37） 【任务2】以菊花的组织培养为例，请同学们阅读教材P35-37，回答下列问题： 6.（找茬小活动）找出并纠正下面植物组织培养过程 7.外植体为什么一般选取幼嫩细胞？ 8.整个植物组织培养中，无菌操作有哪些? 9.什么是脱分化？愈伤组织的特点是什么？什么是再分化？ 10.培养过程中，何时需要给予光照？为什么？ 11.培养过程中，培养基是否需要更换？ 探索新知2 二、植物组织培养技术过程（P35-37） 6.（找茬小活动）找出并纠正下面植物组织培养过程 7.外植体为什么一般选取幼嫩细胞？ 因为幼嫩细胞的分化程度低，全能性易表达 外植体 愈伤组织 生芽、生根（胚状体） 试管苗 移栽 灭菌 脱分化 再分化 生长发育 接种 光 照 光 照 光 照 脱分化 8.整个植物组织培养中，无菌操作有哪些? 外植体 愈伤组织 生芽、生根（胚状体） 试管苗 移栽 消毒 再分化 生长发育 接种 不需光照 光 照 光 照 脱分化 生长发育 接种外植体，需要______________30S，然后无菌水清洗2-3次；再 用___________处理30min后，立即用无菌水清洗2-3次； 操作者、工作台需__________处理； 操作过程需要在__________________进行。 培养基、器械需要______处理； 灭菌 酒精消毒 酒精灯火焰旁 70%酒精消毒 5%次氯酸钠 探索新知2 二、植物组织培养技术过程（P35-37） 9.什么是脱分化？愈伤组织的特点是什么？什么是再分化？ 脱分化：已经分化的细胞经过诱导，失去其特有的结构和功能,转变成未分化细胞的过程。 愈伤组织:细胞排列疏松而无规则，高度液泡化的呈不定形状态的薄壁组织团块。 再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。 愈伤组织 外植体 愈伤组织 生芽、生根（胚状体） 试管苗 移栽 消毒 再分化 生长发育 接种 不需光照 光 照 光 照 脱分化 生长发育 探索新知2 二、植物组织培养技术过程（P35-37） 外植体 愈伤组织 生芽、生根（胚状体） 试管苗 移栽 消毒 再分化 生长发育 接种 不需光照 光 照 光 照 脱分化 生长发育 愈伤组织诱导生芽、生根需要给予光照； 叶绿素合成需要光照，试管苗能够进行光合作用 10.培养过程中，何时需要给予光照？为什么？ 11.培养过程中，培养基是否需要更换？ 需要 探索新知2 二、植物组织培养技术过程（P35-37） ①号培养基成分：无机盐、水、琼脂、氮源 ②号培养基成分：无机盐、水、琼脂、氮源、蔗糖 探究●实践 探究植物组织培养常用培养基的关键条件 小龙选①，认为植物细胞能光合作用合成有机物，不需额外添加有机物 小业选②，认为需要有机物 （提供碳源，维持渗透压） P116 外植体用②号培养基培养，发现其无法脱分化，从而逐渐衰老，请分析原因？ 探究●实践 探究植物组织培养常用培养基的关键条件 缺少植物激素（生长素、细胞分裂素） P116， 诱导菊花愈伤组织的培养基：在MS培养基中加入BA（苄基腺嘌呤）和NAA（茶乙酸）质量浓度均为0.5mg/L 诱导菊花生芽的培养基：在MS培养基中加入BA和NAA质量浓度分别为2～3mg/L和0.02～0.3mg/L 诱导菊花生根的培养基：将上述MS培养基中NH4NO3等用量减半、并添加NAA或IAA（吲哚乙酸），质量浓度均为0.1mL 生根分芽均愈伤 细胞分裂素 生长素 芽分化 愈伤组织 根分化 1.接种3~4d后，检查外植体的生长情况，若发现有外植体被污染，试分析它们被污染的可能原因。 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。 2.组织培养技术属于什么繁殖方法？优点是什么？ 无性繁殖 快速繁殖优良性状 【任务3】组织培养实验结果分析与评价： 探索新知2 二、植物组织培养技术过程（P35-37） 探究·实践 探究·实践 探究·实践 探究·实践 练习与应用 金版P30 B 探究·实践 探究·实践 探究·实践 探究·实践 练习与应用 评价P13 3.下图表示培养“落地生根”新植株的两种方法,遗传信息相同的是(　　)                      A.仅①②                B.仅②③ C.仅①③                D.①②③ D 第10题涉及后面知识可不做 小 结 植物组织培养技术 离体 无菌 一定的营养、激素 适宜的外界条件(温度、pH、光照等) 脱分化 再分化 外植体 愈伤组织 根、芽或胚状体 新植株 光照 植物激素：主要是生长素和细胞分裂素 培养基 生长发育 创设情境 科学家希望培育出，地上结番茄和地下长马铃薯的“超级作物”。 能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 番茄-马铃薯（想象图） 探索新知3 三、植物体细胞杂交技术（P36-38） A细胞 B细胞 愈伤组织 杂种植株 ① ① ③ 1.①是什么过程，利用什么方法？ 2.②过程常用方法有哪些？ 融合成功的标志是什么？若只考虑两两融合，融合细胞有几种，符合要求的是哪种？ 3.③④过程分别是什么？ A原生质体 B原生质体 去除细胞壁；酶解法（纤维素酶、果胶酶） 正在融合的原生质体 再生出细胞壁 ② ④ 【任务4】阅读教材P36—37与图2-4结合，思考并回答下列问题 移栽后的植株 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 ② AB细胞融合 3 脱分化 再分化 易混概念 原生质体与原生质层 细胞壁 细胞膜 细胞质 液泡 细胞核 指的是脱去细胞壁的细胞。 动物细胞也可看作是原生质体。 原生质体 成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质。 原生质层 探索新知3 三、植物体细胞杂交技术（P36-38） A细胞 B细胞 愈伤组织 杂种植株 ① ① ③ A原生质体 B原生质体 正在融合的原生质体 再生出细胞壁 ② ④ 【任务4】阅读教材P36—37与图2-4结合，思考并回答下列问题 移栽后的植株 脱分化 再分化 4.植物体细胞杂交技术涉及的技术手段有哪些？对应的原理是什么？ 植物细胞融合技术 植物组织培养技术 （细胞膜的流动性) （植物细胞的全能性) 探索新知3 三、植物体细胞杂交技术（P36-38） A细胞 B细胞 愈伤组织 杂种植株 ① ① ③ A原生质体 B原生质体 正在融合的原生质体 再生出细胞壁 ② ④ 【任务4】阅读教材P36—37与图2-4结合，思考并回答下列问题 移栽后的植株 脱分化 再分化 5.植物体细胞杂交完成的标志是什么？ 6.通过上述分析，概括植物体细胞杂交的概念？ 培育成新植物体 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方法。 探索新知3 三、植物体细胞杂交技术（P36-38） A细胞 B细胞 愈伤组织 杂种植株 ① ① ③ A原生质体 B原生质体 正在融合的原生质体 再生出细胞壁 ② ④ 【任务4】阅读教材P36—37与图2-4结合，思考并回答下列问题 移栽后的植株 脱分化 再分化 7.番茄（2n=24），马铃薯（4n＝48），用植物体细胞杂交得到的植株的染色体数目有多少？ 此变异类型是什么？ 8.假设能将两种植物进行有性杂交，则后代植株的染色体数是多少？ 染色体变异 72条 36条 探索新知3 三、植物体细胞杂交技术（P36-38） A细胞 B细胞 愈伤组织 杂种植株 ① ① ③ A原生质体 B原生质体 正在融合的原生质体 再生出细胞壁 ② ④ 【任务4】阅读教材P36—37与图2-4结合，思考并回答下列问题 移栽后的植株 脱分化 再分化 9.植物体细胞杂交技术和传统有性杂交技术相比的优点是什么？ 10.P38最终“超级作物”没有如科学家所想象的生长，这是为什么？ 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种 杂种植株虽然有两个遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，不能有序表达 探索新知3 三、植物体细胞杂交技术（P36-38） + = 白菜 甘蓝 融合成功的实例 叶片长，呈长筒 叶片短圆，包裹成圆球形 叶片像甘蓝（短、圆、厚），但整体株型像白菜。如生长期短、耐热性强、易于贮藏 探究·实践 探究·实践 探究·实践 探究·实践 练习与应用 课本P38 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 一、概念检测 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 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 ¦ 科技探索之路 ¦ 1902年，哈伯兰特(G.Haberlandt，1854一1945)提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。 1958年，斯图尔德(EC.Steward，1904一1993)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。 1960年，科金(E.C.Cocking，1931）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(S.Guha，1938-2007)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。 1971年，卡尔森（PS.Carlson，1944一2017)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紧密结合。 植物细胞工程 探究·实践 探究·实践 探究·实践 探究·实践 知识网络 复习巩固 植物细胞工程的基本技术 1.植物组织培养的过程：________________________________ 原理：________________________________ 2.植物体细胞杂交技术原理：__________________________________ 诱导体细胞融合的方法：_________________________，完成的标志：________________________ 植物体细胞杂交完成的标志：_______________________________ 探索新知4 四、植物细胞工程的应用（P39-41） 资料1：甜叶菊是一种菊科植物，植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右，而它的热量却很低，所以它逐渐成为一些用糖行业欢迎的新糖源。甜叶菊的种子小，发芽率低，种子繁殖遗传性状不稳定；而扦插植株的根系弱，且需要原始材料多，这些 都会限制甜叶菊的生产。假 如你是某甜叶菊生产公司的 技术顾问，人，你如何解 决公司的甜叶菊繁育效率？ 甜叶菊 1.快速繁殖 ①快速繁殖（组培）依据的原理是什么？ ②快速繁殖技术有什么优点？ ③还有哪些应用实例？ 植物细胞的全能性 ①可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖； ②可以保持优良品种的遗传特性。 探索新知4 四、植物细胞工程的应用（P39-41） 资料2：马铃薯、草莓和香蕉等通常是用无性繁殖方式进行繁殖的。多代后，作物产量降低，品质变差。 2.作物脱毒 ①为什么通过无性繁殖多代之后产量会下降？ ②为什么要选取植物茎尖培养脱毒苗？ 无性繁殖感染的病毒很容易传给后代,并且逐代积累,影响后代的产量和品质。 植物顶端分生区附近(如茎尖）的病毒极少,甚至无病毒。 探究·实践 探究·实践 探究·实践 探究·实践 学以致用 金版P37 B 探索新知4 四、植物细胞工程的应用（P39-41） 资料3：现有紫色非甜玉米（基因型AASuSu）和白色甜玉米（基因型aasusu）杂交得到F1（AaSusu）。 ①若选用常规杂交育种，应该如何筛选出纯合的紫色甜玉米（基因型AAsusu），请你写出遗传图解？ ②此方法筛选需要多少年？ ③你有办法缩短育种年限吗？ P： F1 紫色非甜玉米 AaSusu 紫色非甜玉米 AASuSu × 白色甜玉米 aasusu ↓ ↓ × 直至不发生性状分离 F2 A_Su_ A_susu aaSu_ aasusu A_susu F3 × 筛选 × 筛选 一般需要经过5-6年的连续筛选 单倍体育种 探索新知4 四、植物细胞工程的应用（P39-41） 3.单倍体育种 【任务1】请阅读P40，了解单倍体育种过程。 花药 花粉 单倍体植株 离体培养 纯合二倍体 人工诱导染色体加倍 优良品种 选择 花药培养 诱导染色体加倍 二倍体植株 单倍体植株 二倍体植株 秋水仙素处理 植物组织培养 （纯合子） F1（AaSusu） P F1 紫色非甜玉米 AaSusu 紫色非甜玉米 AASuSu × 白色甜玉米 aasusu ↓ ↓ × 至直纯合子 F2 A_Su_ A_susu aaSu_ aasusu A_susu F3 × 筛选 × 筛选 杂交育种 配子： ASu Asu aSu asu ASu Asu aSu asu 秋水 仙素 AAsusu aaSuSu aasusu AASuSu P 紫色非甜玉米 AASuSu × 白色甜玉米 aasusu F1 紫色非甜玉米 AaSusu 第1年 单倍体幼苗： 纯合体: 第2年 ↓ ↓ 单倍体育种 花药离体培养 探究·实践 探究·实践 探究·实践 探究·实践 学以致用 金版P38 B 探索新知4 四、植物细胞工程的应用（P39-41） 资料4：抗花叶病毒的甘蔗是利用植物的组织培养过程中，对愈伤组织进行射线处理而培育出的新品种。该突变体的示意图： 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 突变体 筛选培育 新品种 诱变处理 4.突变体的利用 ①利用的原理? ②诱变处理产生的变异一定符合需要吗？为什么? 基因突变和植物细胞的全能性 不一定。因为突变是不定向的，所以需要处理大量实验材料。 探索新知4 四、植物细胞工程的应用（P39-41） 资料5：人参的主要有效成分是人参皂苷,它是一种 固醇类化合物,具有较高的抗肿瘤活性,与其他化疗 药物联合应用有协同作用。但野生人参资源较少, 且生长缓慢。我国科学家在1963年就成功地培育了 人参的组织,近年来又实现了利用细胞培养技术来 大量生产人参皂苷。 讨论：①人参皂苷属于人参组织细胞的哪一类代谢物？ ②细胞产物的工厂化生产利用的植物细胞培养,什么是植物细胞培养？其与植物组织培养的区别是？ ③用该方法生产细胞产物的优点？ 时间短、产量多；不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制 次生代谢物 探索新知4 四、植物细胞工程的应用（P39-41） 项目 植物组织培养 植物细胞培养 过程 目的 原理 培养基 获得植物体 获得细胞产物 植物细胞的全能性 细胞增殖 固体培养基 液体培养基 探索新知4 四、植物细胞工程的应用（P39-41） 从紫草细胞中提取的紫草宁 具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性 红豆杉中提取的紫杉醇 具有高抗癌活性，已用于乳腺癌等癌症的治疗 其它成果的实例： 探究·实践 探究·实践 探究·实践 探究·实践 知识网络 外植体 愈伤组织 脱分化 芽、根 再分化 植物体 快速、大量繁殖 保持优良性状 快速繁殖 选分生区（茎尖）病毒极少，甚至无病毒 作物脱毒 纯合 二倍体 选择花粉 离体培养 单倍体 加倍 单倍体育种 原理：染色体变异； 优点：明显缩短育种年限 物理、化学因素诱导产生突变并进行筛选 突变体利用 细胞产物的工厂化生产：采用液体培养基，培养到愈伤组织，得到其代谢产物。 次生代谢物：不是生物生长所必需，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。 植物繁殖的新途径 作物新品种的培育 探究·实践 探究·实践 探究·实践 探究·实践 练习与应用 课本P42 1.运用植物细胞工程技术可以培育单倍体 植株和进行细胞产物的工厂化生产。判断下列相关表述是否正确。 （1）用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养技术。（ ） （2）细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞生长的培养条件，提高了单个细胞中次生代谢物的含量。（ ） 2.生产中培育香蕉脱毒苗常用的方法是（  ） A.人工诱导基因突变 B.选择优良品种进行杂交 C.进行远缘植物体细胞杂交 D.取茎尖分生组织进行组织培养 一、概念检测 √ × D Lavf57.25.100 【例2】植物组织培养是在体外将植物组织细胞培养成一个完整植株的过程,如下图所示。下列相关叙述错误的是 (　　) A.甲和丙分别是脱分化和再分化 B.乙是愈伤组织,是通过离体的植物组织、器官或细胞经过细胞增殖与分化形成的 C.离体的植物细胞能培养成完整植株,是因为植物细胞具有全能性 D.丙过程的实质是基因的选择性表达 Lavf58.46.101 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.2.53(gap_fixed:False) Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.1 FormatFactory : www.pcfreetime.com 【例2】下图为培育甘蔗脱毒苗的两条途径。研究发现,经b过程获得的幼苗脱毒效果更好。下列叙述正确的是(　　) A.带叶原基的芽与植物体其他组织中的病毒含量相同 B.可推测b过程的温度处理有利于组织中的病毒失去活性 C.过程c、d均属于再分化,所以培养基A和B各成分含量相同 D.图中获得的脱毒苗与原甘蔗苗相比细胞核遗传物质发生了改变 单倍体育种的过程 单倍体育种是植物育种的手段之一,即利用植物组织培养技术获得单倍体植株,再通过某种手段使染色体加倍,从而使植物恢复正常染色体数。单倍体是体细胞染色体数为本物种配子染色体数的生物个体。单倍体育种的过程如下图所示,请据图分析回答问题。 亲本F1花药单倍体植株 选择所需类型纯合子 (1)图中①②分别表示什么过程?①的目的是什么? (2)③过程是指 ,常用的试剂是 。 (3)单倍体育种所依据的原理和涉及的生物学技术主要有哪些? Lavf58.33.100 $