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

植物组织培养技术 植物体细胞杂交技术 第2章第1节 植物细胞工程的基本技术 本节聚焦 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？ 3.怎样进行菊花的组织培养？ 授课人：阳春一中 郑娴 教材P31 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。 第2章 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 01 植物细胞工程的基本技术 思考：以下三种材料，如何培养成一个完整的植株？ 花生种子 多肉叶片 菊花茎段 一、细胞的全能性 [学生活动1]阅读课本34页，结合已学知识，以小组为单位思考、讨论以下问题： 什么是细胞的全能性？ 理论上讲，细胞具有全能性的原因是什么？ 一般来说，细胞全能性的大小与分化程度高低有什么关系？ 花生种子发育成植株体现了全能性吗？ 生物体生长发育过程中细胞不能表现全能性的实例和原因？ 5 1、细胞的全能性： 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。 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的全套遗传物质。 3、细胞全能性与分化程度高低的关系： 一般来说，细胞分化程度越高，细胞全能性越低。 受精卵 生殖细胞 体细胞 胚胎干细胞 ＞ ＞ ＞ 植物细胞 ＞ 动物细胞 一、细胞的全能性 6 5.未表现出全能性的例子 芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶； 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（从而形成生物体的不同组织和器官） 4.花生种子发育成植株体现了全能性吗？ 没有；植物种子的胚已经完成了早期发育，相当于新植物体的幼体，没有体现出细胞具有发育为完整植株的潜能。 一、细胞的全能性 具有全能性≠体现全能性 ——如何才能让细胞表现出全能性？ 在生物的生长发育的过程中，由于特定的时间和空间，由于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，所有并不是所有的细胞都能够表现出全能性，例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。 7 外植体 1. 概念：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。 二、植物组织培养技术 [学生活动2] 1.根据植物组织培养的概念，在实际操作过程中可能需要解决哪些问题？ 2.阅读教材P35（含探究实践第一自然段）,用文字和箭头画出植物组织培养的流程。 外植体 ①______ ②______ ③______ ④______ ⑤______ ⑥______ 移栽成活 (完整植株) 科学家经过长期探索，发现可以通过植物细胞工程中的基本技术——植物组织培养实现。 8 不定形的薄壁组织团块 接种外植体 脱分化 诱导愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 移栽成活 失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞，进而形成愈伤组织。 愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。 再分化 再分化 黑暗 光照 光照 (诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用) 2. 过程： 外植体 1. 概念：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。 二、植物组织培养技术 有丝分裂 无性生殖 植物细胞的全能性 3. 分裂方式： 4. 生殖方式： 5. 原理： 6. 植物细胞表现出全能性的条件： ①离体 ②一定的营养物质、植物激素 ③培养条件：适宜的温度、pH、无菌等 2. 过程： 科学家经过长期探索，发现可以通过植物细胞工程中的基本技术——植物组织培养实现。 10 探究·实践 菊花的组织培养 （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 植物细胞的全能性 1、原理： 2、目的： 生长素用量 / 细胞分裂素用量 结果 比值适中（=1） 比值高（>1） 比值低（<1） 促进愈伤组织的形成 促进根的分化 促进芽的分化 植物组织培养常用的培养基配方 P116 ⑴培养基名称： ； ⑵物理性质： ； ⑶碳源： 。 包括无机营养成分(水和无机盐)、有机营养成分(蔗糖、氨基酸、维生素等)、特定浓度和比例的激素(主要是生长素和细胞分裂素)； 蔗糖的作用： 作为碳源，提供能量，调节渗透压 MS培养基 固体 蔗糖 植物组织培养技术 【探究·实践】菊花的组织培养 将流水充分冲洗后的外植体（幼嫩的茎段） 酒精消毒30s 无菌水清洗2～3次 次氯酸钠溶液处理30min 无菌水清洗2～3次 外植体的消毒 外植体的切段 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽生根 移栽 外植体的消毒 外植体的切段 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。 3.菊花的组织培养的方法步骤 探究•实践 分化程度低， 全能性高 外植体的消毒 外植体的切段 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽生根 移栽 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。 注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插！ 接种外植体 探究•实践 培养基成分及培养条件： 生长素/细胞分裂素=1、营养、 置于黑暗条件 3.菊花的组织培养的方法步骤 外植体的消毒 外植体的切段 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽生根 移栽 诱导愈伤组织 探究•实践 将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于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。 3.菊花的组织培养的方法步骤 外植体的消毒 外植体的切段 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽生根 移栽 诱导生芽生根 注意：先诱导生芽，再诱导生根！ 生芽培养基： 生根培养基： 生长素/细胞分裂素<1、营养、需光照 生长素/细胞分裂素>1、营养、需光照 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。 菊花的组织培养 探究•实践 P36注意事项 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经历了多少天？ 3.培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？ 外植体消毒不彻底；培养基、接种工具灭菌不彻底； 操作过程不符合无菌操作要求等。 2周左右 试管苗移栽的关键：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。 结果分析与评价 探究·实践 菊花的组织培养 13 原理 植物组织培养 植物细胞的全能性 概念 细胞具有全能性的原因 不离体的细胞不表现全能性的原因 概念 探究·实践 菊花的组织培养 步骤 外植体的消毒 外植体的切段 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽生根 移栽 流程图 课堂小结 课堂练习 1. 下列关于细胞全能性的叙述，错误的是（ ） A.玉米种子萌发长成新植株体现了细胞的全能性 B.细胞的全能性一般随着细胞分化程度升高而降低 C.受精卵能在自然状态下发育成个体，因此全能性最高 D.细胞全能性是指细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整个体或分化成其他各种细胞的潜能。 A 金版P49 【例1】下列关于植物组织培养的叙述,正确的是(　　)A.萝卜韧皮部细胞在不离体的情况下可以通过脱分化形成愈伤组织B.植物组织培养过程中应给予适当光照以促进愈伤组织的光合作用C.培养基中生长素和细胞分裂素的比值会影响愈伤组织的形成和分化D.以同一株植物的叶片和花药为外植体培育的植株基因型相同 C 1.A、B过程分别为 。C是 。 A过程细胞分裂方式是 ， B过程细胞分裂方式是 ,同时也进行 。 A过程一般 光照；B过程需要光照，因为 。 2.影响A、B过程的关键因素是 ，主要是 和 ，二者添加的 会影响脱分化和再分化过程。 3.植物组织培养是一个 过程。（填“无性繁殖”、“有性繁殖”） 植物体 根、芽或胚状体 外植体 脱分化 再分化 有丝分裂 细胞分化 植物激素 细胞分裂素 生长素 无性繁殖 A B 有丝分裂 浓度及比例 【练习】下列是植物组织培养流程图，请回答： C 脱分化、再分化 愈伤组织 不需要 叶绿素的合成需要光照 22 进一步探究 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为1 ③ 实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1 ④ 实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1 探究•实践 菊花的组织培养 课后作业 完成《金版》P46-49 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 科学家是如何得到“番茄-马铃薯杂种植株”呢？ 三、植物体细胞杂交技术 （1）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？ （2）怎样通过比较温和的方法去掉细胞壁？ （3）诱导两个原生质体融合的方法？与细胞膜的什么特性有关？ （4）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步如何将杂种细胞培育成杂种植株？ （5）这项技术的出现有什么意义？ [学生活动3]阅读教材P36-38,图2-4，讨论以下问题。 A细胞 B细胞 纤维素酶果胶酶 去壁 酶解法 正在融合的原生质体 再生出细胞壁 诱融 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 脱分化 再分化 移栽 植物细胞融合（细胞膜的流动性） 植物组织培养（植物细胞的全能性） 杂种植株 愈伤组织 A原生质体 B原生质体 移栽后的植株 植物体细胞的杂交技术 1. 过程： 去壁 植物细胞融合完成的标志 植物体细胞杂交完成的标志 两个标志： 植物细胞融合完成的标志： 再生出新的细胞壁 植物体细胞杂交完成的标志： 培育成新植物体 思考： ①参与此过程中的主要细胞器是？ ②杂种细胞的染色体数是多少？ ③杂种细胞染色体组数是多少？ ④融合后，培养基中有几种类型的细胞？ 高尔基体 50（两亲本染色体数之和） 4（两亲本染色体组数之和） A、B、AA、BB、AB。（只考虑两两融合） 需要进一步筛选 A为2a=20 B为2b=30 1. 概念： 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。 3.意义： 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种 2.原理： 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 三、植物体细胞杂交技术 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。动物细胞也可看做是原生质体。 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 区分原生质体与原生质层 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 练习与应用 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？ 二、拓展应用 “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？ 纤维素酶和果胶酶 【提示】 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。他们将培育的二倍体马铃薯和番茄的叶片细胞原生质体进行融合，产生了杂种植株一一“番茄-马铃薯”，它同时具有马铃薯和番茄的形态特征。虽然“番茄-马铃薯”没有像人们预想的那样地上结番茄、地下长马铃薯，但是其研究价值不可忽视。 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。杂种植株自然就不能地上结番茄、地下长马铃薯了。近年来，有报道称利用嫁接技术培育出了地上结番茄、地下长马铃薯的植株。 11.(2022·茂名)科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得了“番茄—马铃薯”杂种植株,为了便于杂种细胞的筛选和鉴定,科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的原生质体膜上的蛋白质,其培育过程如图所示,请据图回答下列问题。 (1)过程①常用的方法是　　　　,细胞融合完成的标志是　 。 (2)番茄和马铃薯的原生质体能发生融合的生物学原理是　 , 诱导融合常用的物理方法是 　 。 (3)植物原生质体诱导融合后,在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察,根据细胞膜表面荧光的不同可观察到　　　　(只考虑细胞两两融合的情况)种不同的原生质体,当观察到 　　　　　　　　　　　　　　　　时可判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的。 (4)若番茄细胞内有m条染色体,马铃薯细胞内有n条染色体,则“番茄—马铃薯”细胞在有丝分裂后期含　　　　条染色体。 酶解法 杂种细胞再生出细胞壁 细胞膜的流动性 电融合法(离心法)　 3 细胞膜表面既有红色荧光,又有绿色荧光 2m+2n 金版P53 【练习】 1.白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）体细胞杂交所得植株白菜-甘蓝的细胞染色体数为 ，属于 倍体。 2.白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）进行杂交（相互授粉），所得植株白菜-甘蓝的细胞染色体数为 ，属于 倍体。 是否可育？ 如何处理植株使其可育？ 植物体细胞杂交 杂交育种 四倍体 四倍体 二倍体 异源多倍体 同源多倍体 vs 同一物种经染色体加倍而来。 不同物种杂交而来。 看减数分裂联会、配对能否正常进行！ 染色体数目 加倍 36 （异源）四 （异源）二 18 Lavf58.29.100 菊花的组织培养 jasmine $