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

第2章 第1节 （一）植物细胞工程的基本技术 学习目标 01 简述植物组织培养和植物体细胞杂交的原理和过程 02 “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 03 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 细胞工程及发展历程 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，有目的地获得细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。 动物细胞工程 植物细胞工程 原理 操作水平 目的 植物组织培养 植物体细胞杂交 细胞工程的概述 细胞工程及发展历程 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 01 问题探讨 细胞工程及发展历程 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？ 02 植物组织培养技术 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。 植物细胞具有全能性 （1）什么是细胞的全能性？ （2）细胞具有全能性的原因是什么？ （3）为什么生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官？ 植物组织培养技术概念 知识回顾 02 植物组织培养技术 细胞的全能性 细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。 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。 胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株 自主学习 任务单（一） 请同学们阅读教材35页—37页的内容，讨论并回答下列问题： 1.请结合下图中植物组织的变化，推测发育过程？ 2.什么是外植体？脱分化？再分化？愈伤组织？ 02 植物组织培养技术 接种外植体 移栽成活 诱导愈伤组织 脱分化 诱导生芽 再分化 诱导生根 再分化 脱分化： 已分化的细胞，失去其特有结构和功能转变成未分化的细胞的过程。 愈伤组织： 细胞排列疏松且无规则、不定形的薄壁组织团块。 再分化： 愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。 外植体： 离体的植物器官、组织或细胞等 探究·实践 菊花的组织培养 探究·实践 菊花的组织培养 实验原理：植物细胞一般具有全能性 材料用具 材料：幼嫩的菊花茎段、体积分数为70%的酒精，质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液和无菌水和培养基（p116）等。 用具：50mL锥形瓶、烧杯、酒精灯、超净工作台（或接种箱）、高压蒸汽灭菌锅、培养箱、封口膜、滤纸、标签、消毒用酒精棉球、培养皿、解剖刀和镊子等。 分裂旺盛，更容易诱导形成愈伤组织 蔗糖：提供能源物质、维持渗透压。 琼脂：固体培养基 （不淹没缺氧；也不影响扎根） 探究·实践 菊花的组织培养 方法步骤： 1.消毒 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。 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。 超净工作台无菌操作 方法步骤： 探究·实践 菊花的组织培养 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，并在培养瓶上做好标记。 接种外植体时，不要倒插！ 方法步骤： 探究·实践 菊花的组织培养 4.脱分化 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。 注意： 诱导愈伤组织期间一般不需要光照。 探究·实践 菊花的组织培养 方法步骤： 探究·实践 菊花的组织培养 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上。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。 方法步骤： 取决于植物激素的浓度和比例 主要是生长素与细胞分裂素 注意：注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根；该过程每日需要给予适当时间和强度的光照！ 探究·实践 菊花的组织培养 高细胞分裂素/低生长素 产生不定芽 细胞分裂素与 生长素比例适宜 产生愈伤组织 高生长素/低细胞分裂素 产生不定根 探究·实践 菊花的组织培养 方法步骤： 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。每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。 洗净培养基；不伤及根部 6.移栽培养 试管苗 逐步过渡适应，提高移栽成活率。 脱分化 外植体 黑暗 愈伤组织 再分化 试管苗 植株 光照 移栽成活 离体 无菌 适宜培养基 适宜的外界条件(温度、光照、pH、气体等) 水 琼脂 碳源 无机盐 植物激素 蔗糖： 作为碳源，提供能量、调节渗透压 植物激素： 主要是生长素和细胞分裂素 氮源 02 植物组织培养技术 自主学习 任务单（二） 请同学们阅读教材36页—38页的内容，讨论并回答下列问题： 1．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？ 2．有没有一种温和的去壁方法呢？ 3．两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？ 4.实现原生质体融合可以采用哪些技术手段？ 5．如何将杂种细胞培育成杂种植株？ 03 植物体细胞杂交技术 20 世纪 60 年代，科学家尝试将番茄和马铃薯杂交，希望培育出一种地上结番茄、地下长马铃薯的“超级作物”。 但是，两种生物之间存在着天然的生殖隔离，用传统的有性杂交的方法很难得到杂种后代。 经过长期实验，科学家采用体细胞杂交的方法得到了“番茄—马铃薯”杂种植株，但这种植株并没有在地上结番茄、地下长马铃薯。 【思考】科学家是怎样得到杂种植株的呢？ 03 植物体细胞杂交技术 03 植物体细胞杂交技术 植物体细胞杂交 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 过程 植物细胞融合 + 植物组织培养 【思考】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？ 03 植物体细胞杂交技术 植物细胞融合 （1）去除细胞壁 去壁原因：细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体间的融合） 方法：酶解法（纤维素酶和果胶酶） 酶解法原理：植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成；酶具有专一性 原生质体 03 植物体细胞杂交技术 （2）原生质体间的融合 原理：细胞膜具有一定的流动性 方法 物理法：电融合法、离心法等 化学法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法等 【注意】去除细胞壁和诱导原生质体融合时，不能在低渗溶液中进行。将细胞放在等渗或略大于的溶液中，防止原生质体吸水而涨破，保持原生质体正常 原生质体融合 酶解法去壁 03 植物体细胞杂交技术 马铃薯细胞 番茄细胞 正在融合的原生质体 马铃薯原生质体 番茄原生质体 植物体细胞杂交完成的标志 原理：植物细胞的全能性 再分化 杂种植株 移栽 移栽后的植株 脱分化 愈伤组织 植物组织培养 杂种细胞 原生质体融合成功的标志 再生出细胞壁 植物细胞融合 原理：细胞膜的流动性 筛选 人工诱融 酶解法去壁 过程 03 植物体细胞杂交技术 主要原因： 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。 “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，地下结马铃薯，这是为什么？ 思考 03 植物体细胞杂交技术 在此基础上，科学家们利用植物体细胞杂交技术，又相继培育出了白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等杂种。我国科学家还在木本植物的体细胞杂交方面培育出了多种柑橘属不同种间的杂种植株。 白菜 甘蓝 白菜—甘蓝 03 植物体细胞杂交技术 若只考虑两两融合 有三类： ①未融合的细胞 ②两两融合的细胞 ③多细胞融合体 AA AB BB 筛选 AB 高尔基体 两亲本染色体数之和 两亲本染色体组数之和 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、细胞融合后，共有几种细胞类型？符合要求的是哪种？ 03 植物体细胞杂交技术 项目 体细胞杂交 P1: 2n(AaBb) 与 P2: 2m(CcDd) 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） 植物体细胞杂交后代的遗传变化 杂种植株是不同于亲本的新物种(与亲本之间均存在生殖隔离) （异源四倍体） 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。 意义： 注意： 04 课堂小结 脱分化 再分化 原理 过程 花药离体培养 细胞全能性 操作步骤 外植体 根、芽、胚状体 愈伤组织 外植体消毒 接种 切块 形成愈伤组织 诱导生芽生根 植物组织培养 植物细胞工程 植物体细胞杂交 变异类型 原理 育种类型 概念 植物细胞融合 原生质体制备 过程 植物组织培养 原生质体融合 优缺点 05 课堂小测 1.下图是菊花植株植物组织培养过程。相关叙述错误的是( ) A.接种前需对菊花外植体进行灭菌处理 B.脱分化时需加入细胞分裂素和生长素 C.培养基中添加蔗糖可为细胞提供能量 D.该过程说明菊花体细胞具有全能性 A 解析：接种前需对菊花外植体进行消毒处理，灭菌会杀死外植体细胞，导致外植体死亡，无法完成组织培养，A错误；植物组织培养脱分化阶段，需加入适宜比例的细胞分裂素和生长素，诱导愈伤组织形成，B正确；培养基中添加蔗糖，可为植物细胞提供碳源和能量，同时维持培养基渗透压，C正确；菊花体细胞经组织培养发育成完整植株，说明菊花体细胞具有全能性，D正确。 05 课堂小测 2.下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是( ) A.培养基中添加蔗糖的目的是提供营养 B.培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化 C.离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织 D.同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同 D 解析：植物组织培养的培养基中添加蔗糖，既可以为外植体提供碳源和营养物质，也可调节培养基渗透压，A正确；培养基中的生长素和细胞分裂素是调控脱分化、再分化的关键激素，二者的浓度、比例会影响愈伤组织的生长和分化方向，B正确；离体器官或组织的细胞属于高度分化的植物细胞，需要经过脱分化过程才能恢复分裂能力，形成无特定形态结构的愈伤组织，C正确；同一株绿色开花植物的体细胞和生殖细胞（如花粉）的基因型不同，分别培养获得的愈伤组织基因组成存在差异，D错误。 05 课堂小测 3.科研人员利用植物体细胞杂交技术培育矮牵牛新品种，技术流程示意图如下。 下列叙述正确的是( ) A.愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞分化形成的 B.获得的杂种植株都能表现双亲的优良性状 C.可用聚乙二醇诱导原生质体甲和乙的融合和细胞壁再生 D.用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以获得原生质体 D 解析：愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞脱分化形成的，A错误；由于基因的选择性表达和基因间的互作效应，获得的杂种植株不一定能够表现亲本的优良性状，B错误；可用聚乙二醇诱导原生质体甲和乙的融合，但不能诱导细胞壁的再生，C错误；由于植物细胞壁的成分主要是纤维素和果胶，故可以用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以获得原生质体，D正确。 感谢指正 Thanks To Correct Me EVCapture4.2.3软件录制 Lavf57.25.100 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 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $