2.1.1 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

选择性必修三：生物技术与工程 →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，有目的地获取特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。 细胞工程概念： 原理和方法 操作水平 研究目的 分类： ⑴依据操作技术分： 植物组织培养技术、动物细胞培养技术、细胞融合技术、动物细胞核移植技术等 ⑵依据操作对象分： 植物细胞工程和动物细胞工程 植物组织培养 植物体细胞杂交 选择性必修三：生物技术与工程 ¦ 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，1931一）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。 植物细胞工程的发展历程 植物细胞工程的发展历程 科学史 第1节 植物细胞工程 第1课时 植物细胞工程的基本技术 第2章 选择性必修三：生物技术与工程 细胞工程 学习目标 核心素养要求 1.简述植物组织培养和植物体细胞杂交的原理和过程 。 2.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。 3.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。 1. 生命观念：简述植物组织培养和植物体细胞杂交的原理和过程。 2. 科学思维：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。 3.社会责任：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。 植物细胞工程 选择性必修三：生物技术与工程 内容1 内容2 植物组织培养技术 植物体细胞杂交技术 第1课时 植物细胞工程的基本技术 内容聚焦 这是我国历史上第一部兰谱——《金漳兰谱》（宋‧赵时庚）中对兰花的一段描述。从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征，很多人喜欢养兰花。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，繁殖率等等问题，如果靠自然繁殖，兰花价格可想而知。 如何让名贵的兰花大量、快速地繁殖， 从而走入寻常百姓家呢？ 提示：利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。 【问题探讨】 “其芽葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕，迨夫花开，凝情瀼露，万态千妍，熏风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！岂非有国香乎！” 兰花的细胞或组织 愈伤组织 根、芽等 （胚状体） ① ② 脱分化 再分化 幼苗 1958年美国科学家Steward将胡萝卜韧皮部一些细胞培养获得了完整的新植株。 知识回顾： 必修一第6章第2节 内容1 植物组织培养技术 ▲胡萝卜经组织培养产生完整植株示意图 1.细胞的全能性 细胞经分裂和分化后，仍具有产生 或分化成其他各种 的潜能和特性。 内容1 植物组织培养技术 一. 细胞的全能性（totipotency） 完整生物体 细胞 ▲ 经组织培养得到的微型观赏植株 9 ★ 细胞全能性的实例： 2.细胞具有全能性的原因 生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质。 3.细胞具有全能性的标志 细胞 → 完整个体或其他各种细胞 内容1 植物组织培养技术 一. 细胞的全能性（totipotency） 受精卵发育成个体（动植物）； 蜜蜂卵细胞发育成雄蜂； 通过花药离体培养，获得单倍体幼苗； 胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株； 胚胎干细胞可分化发育成为各种组织器官的细胞； 用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株。 高度分化的植物组织的细胞，如叶片和花瓣的细胞还能不能在适宜的条件下表现出全能性呢？科学家是如何做到的呢？ 10 4.细胞全能性大小比较 分化程度低的 分化程度高的 分裂能力强的 分裂能力弱的 不同类型细胞的全能性: 受精卵 生殖细胞 体细胞 不同生物细胞的全能性: 植物细胞 动物细胞 > > ＞ ＞ ＞ 内容1 植物组织培养技术 一. 细胞的全能性（totipotency） 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，比如，芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶。 在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因选择性表达。 5.生物体生长发育过程中，细胞不体现全能性的原因： 【思考】种子萌发成幼苗，能否体现细胞的全能性？ 内容1 植物组织培养技术 具有全能性 表现出全能性 一. 细胞的全能性（totipotency） ≠ 不能，细胞全能性需要立体的细胞/组织发育程完整个体，种子发育是完整的个体发育，依赖原有的分化结构，未能体现全能性。 12 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 适宜的温度、pH等外界条件 ④ 无菌环境 内容1 植物组织培养技术 一. 细胞的全能性（totipotency） ▲胡萝卜经组织培养产生完整植株示意图 【讨论】如何才能让植物细胞表现出全能性？ （蔗糖、矿质元素、维生素等） （细胞分裂素、生长素）——培养基 结论：高度分化的植物细胞能在适宜条件下表现出全能性， 这是通过 实现的。 有丝分裂 无性生殖 生殖方式： 分裂方式： 内容1 植物组织培养技术 完整植株 植物组织培养 ——植物组织培养技术的理论基础之一 一. 细胞的全能性（totipotency） 外植体： 1.植物组织培养（plant tissue culture） 内容1 植物组织培养技术 二. 植物组织培养技术 植物细胞的全能性 4.大致过程： 2.理论基础： 3.生殖方式: 无性生殖 脱分化 再分化 再分化 用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。 指将 植物器官、组织或细胞等，培养在 的 培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成 的技术。 外植体 离体的 人工配制 完整植株 15 脱分化 ①实质： 再分化 脱分化 再分化 再分化 先芽后根 已分化细胞，失去其特有结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。 ②结果： 。 ③光照条件：_______________ 形成愈伤组织 *愈伤组织的特点： 细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、不定形的薄壁组织团块 一般不需要光照 注 过程只有有丝分裂，没有细胞分化 ①概念： ②实质： ③光照条件： 能重新 成 的过程； 愈伤组织 分化 芽、根等器官 基因的选择性表达 需要，诱导叶绿素合成，使试管苗能够进行光合作用。 既有有丝分裂，又有细胞分化 内容1 植物组织培养技术 【植物组织培养——相关概念】 内容1 植物组织培养技术 根、芽/胚状体 植物体 脱分化 再分化 培养条件： ①无菌 ②营养物质 ③适宜环境（温度、PH、光等） ④植物激素（关键）： 细胞分裂素 生长素等 如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药… 遮光 一定的光照 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照 愈伤组织 离体的植物器官、组织或细胞（外植体） 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。生长素和细胞分裂素的比例和浓度都会影响植物细胞的发育方向。 4.大致过程： 愈伤组织 植物组织培养 细胞培养 ≠ 有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。 脱分化 再分化 过程 分裂、分化 结果 需要条件 【拓展】脱分化与再分化的比较 外植体→愈伤组织 有分裂，无分化 形成愈伤组织 a.离体、适宜的营养 c.生长素与细胞分裂素的比例适中 d.一般不需光 愈伤组织→幼苗 有分裂，有分化 形成根、芽（胚状体） a.离体、适宜的营养 c.生长素与细胞分裂素的比例高或低诱导生根或生芽 d.光照（诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用） 内容1 植物组织培养技术 思考1：若培养物取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，愈伤组织中是否会含有叶绿体？为什么？ 不含，培养物经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞，因此，愈伤组织中不含有叶绿体。 内容1 植物组织培养技术 思考讨论 愈伤组织 探究生长素与细胞分裂素比例对植物组织培养的影响，如何设计对照实验？ 思考2：细胞分裂素和生长素是启动细胞分裂、影响脱分化和再分化的关键激素，激素浓度和比例会影响植物细胞发育的方向 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。 生长素： 细胞分裂素： 促进侧根和不定根的发生；影响花、叶和果实的发育 促进芽的分化、侧枝发育、叶绿素合成 内容1 植物组织培养技术 思考讨论 生长素用量 / 细胞分裂素用量 结果 比值≈1 比值＞1 比值＜1 细胞分裂素 生长素 芽分化 愈伤组织 根分化 促进根的分化 促进芽的分化 促进愈伤组织的形成 内容1 植物组织培养技术 【口诀】IAA / CTK: “高”根，“低”芽，“中”愈伤 【总结】生长素与细胞分裂素比例对植物组织培养的影响 (1)当同时使用这两类激素时，两者用量的比例影响植物细胞的发育方向 复习生长素的两重性和运输方式 21 (2)按照不同的顺序使用这两类激素，会得到不同的实验结果 使用顺序 实验结果 先使用生长素，后使用细胞分裂素 有利于细胞分裂，但细胞不分化 先使用细胞分裂素，后使用生长素 细胞既分裂也分化 同时使用 分化频率提高 简记为： 先“生”分裂不分化，后“生”分裂又分化，同“使”分化频率高 内容1 植物组织培养技术 【总结】生长素与细胞分裂素比例对植物组织培养的影响 目的要求 （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、 用量的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 菊花的组织培养 探究·实践 内容1 植物组织培养技术 根、芽或胚状体 完整植株 脱分化 再分化 愈伤组织 离体的植物器官、组织或细胞（外植体） 23 （1）材料：幼嫩的菊花茎段、培养基（MS培养基）、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等。各种培养基的配制参见本书附录1（教材P116）。 材料用具 （2）用具： 50 mL锥形瓶（或植物组织培养瓶）、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。 菊花的组织培养 探究·实践 内容1 植物组织培养技术 24 【拓展】植物组织培养常用的培养基配方 （1）培养基名称? （2）物理性质? 包括 ➊无机营养成分(水和无机盐)、 ➋有机营养成分(蔗糖、氨基酸、维生素等) ➌特定浓度和比例的激素(主要是生长素和细胞分裂素)； ➍天然附加物。 蔗糖的作用： 作为碳源，提供能量，调节渗透压 内容1 植物组织培养技术 （3）成分? ①光照：在愈伤组织诱导阶段，对有些植物来说，避光培养有利于细胞脱分化形成愈伤组织。当愈伤组织再分化出芽和叶时，一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成。　　　 ②植物组织培养中所需的碳源一般为蔗糖，少数为葡萄糖和果糖，原因是蔗糖既可提供充足的碳源，又可维持相对适中的渗透压，而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。 【名师解读】 内容1 植物组织培养技术 方法步骤 ➊ 准备外植体 ➋ 外植体切断 ➌ 接种外植体 菊花的组织培养 探究·实践 内容1 植物组织培养技术 27 方法步骤 ➍ 诱导脱分化 ➎ 诱导再分化 ➏ 移栽试管苗 内容1 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 28 消毒 取材 一般选用 细胞或组织块 形成层 形成层细胞由于分裂旺盛，全能性高，容易诱导形成愈伤组织。 准备外植体 外植体切段 接种外植体 诱导脱分化 诱导再分化 移栽试管苗 内容1 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 用酒精擦拭双手和超净工作台面 外植体的消毒： 酒精消毒 （30s） 无菌水清洗 （2~3次） 流水 冲洗 无菌水清洗 （2~3次） 次氯酸钠溶液处理 （30min） （幼嫩的茎段） ★ 防止杂菌生长： (1)与培养物竞争营养； (2)产生有害物质危害培养物 内容1 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 消毒 无菌操作目的 准备外植体 外植体切段 接种外植体 诱导脱分化 诱导再分化 移栽试管苗 用酒精擦拭双手和超净工作台面 外植体的消毒： 30 消毒过的外植体置于 培养皿 吸去 外植体表面水分 用解剖刀切成 0.5~1cm长的小段 内容1 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 准备外植体 外植体切段 接种外植体 诱导脱分化 诱导再分化 移栽试管苗 无菌 无菌滤纸 31 在 旁，将外植体的 1/3~1/2（形态学 端）插入诱导愈伤组织的培养基中；接种时注意外植体的方向，不要倒插！ 封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上做好标记。 内容1 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 准备外植体 外植体切段 接种外植体 诱导脱分化 诱导再分化 移栽试管苗 酒精灯火焰 下 32 ▲脱分化过程中受污染的培养基 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；激素比例 。 在培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况 置于黑暗中 有光时，容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。 内容1 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 避光培养 1：1 准备外植体 外植体切段 接种外植体 诱导脱分化 诱导再分化 移栽试管苗 33 再分化过程中受污染的培养基 15~20d后，将生长良好的愈伤组织转接到生 培养基上 长出芽后，再将其转接到诱导生 的培养基上 进一步诱导形成试管苗 【注意】置于光照环境中 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照 内容1 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 1.照光培养 2.先生芽后生根，培养基不同 叶绿素的生成需要光 若先生根后面就不易生芽 准备外植体 外植体切段 接种外植体 诱导脱分化 诱导再分化 移栽试管苗 芽 根 34 炼苗 移栽 观察 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。 内容1 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 准备外植体 外植体切段 接种外植体 诱导脱分化 诱导再分化 移栽试管苗 35 相关资料 珍珠岩：珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩，经急剧冷却而成的玻璃质岩石，有弧形或圆形裂隙，如珍珠的结构，所以被命名为珍珠岩 。 蛭石：一种天然、无毒的矿物质，在高温作用下会膨胀的矿物。它是一种比较少见的矿物，属于硅酸盐。 内容1 植物组织培养技术 36 几点注意 1、无菌技术是组织培养成功的关键因素 植物组织培养所利用的植物材料体积小，抗性差，所以对培养条件要求高。 MS培养基同样适合于某些微生物生长，因此要进行严格的无菌操作。 无菌技术包括对培养基、器械和植物材料（外植体）的灭菌或消毒。实验中使用的培养基和所有的器械都要灭菌。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的器械都要灭菌。对培养材料表面消毒时要考虑药剂的消毒效果和材料的耐受性。 培养基可能会出现细菌污染或真菌污染。妥善处理被污染的培养物，一旦发现培养材料污染，一定要先灭菌再打开清洗。 内容1 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 37 几点注意 2、试管苗培养过程中应注意的问题 接种时注意外植体的方向，不要倒插。 培养一株完整的试管苗，必须先进行生芽培养，然后进行生根培养，如果顺序颠倒，就不容易诱导生芽。 诱导愈伤组织期间一般不需要光照，在后续的培养过程中，每日需要给予适当时间和强度的光照。 试管苗一般在高湿、弱光、恒温下生长，移出瓶后一定要保温、保湿。 试管苗光合作用能力低，在移栽前应给予较强光照且进行闭瓶炼苗，以促进小苗向自养转化。 内容1 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 38 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，有多少能正常生长，并分析它们被污染的原因。 用于植物组织培养的培养基同样适合某些微生物的生长， 如一些细菌、真菌等的生长。培养物一旦受到微生物的污染，就会导致实 验前功尽弃，因此，要进行严格的无菌操作。 导致外植体被污染的原因可能有：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。 内容1 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 被污染的培养基 杂菌和植物细胞之间有哪些关系？ 竞争或寄生。 39 结果分析与评价 2、你培养出愈伤组织了吗？如果培养出来了，从刚接种的外植体到长出愈伤组织经历了多少天？这些愈伤组织进一步分化出芽和根了吗？ 观察实验结果，看看是否培养出了愈伤组织，记录多长时间长出了愈伤组织。从刚接种的外植体到长出愈伤组织一般需要2周左右的时间。 统计更换培养基后愈伤组织进一步分化成芽和根的比例和时间。 内容1 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 40 结果分析与评价 3、观察外植体的分化情况，填好结果记录表，并及时分析结果。 做好统计和对照，填好结果记录表，培养严谨的科学态度。 从实验的第一步开始就要做好实验记录，可以分组配制不同的培养基，如诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基等，还可以进行不同配方的比较。 内容1 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 41 结果分析与评价 4、你培育的幼苗移栽到露地后，能够正常生长吗？ 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。一般使用无土栽培的办法。 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。 可以在课后统计移栽的成活率，看看移栽是否合格。 菊花的组织培养 探究·实践 内容1 植物组织培养技术 42 内容1 植物组织培养技术 菊花的组织培养【视频】 探究·实践 【拓展】植物组织培养的两种途径 胚状体：离体培养条件下，没有经过受精过程，但经过胚胎发育过程形成的胚状类似物，因而统称为体细胞胚或胚状体。 ➋胚状体 途径 ➊器官发生途径 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 生芽生根 或胚状体 生长发育 试管苗 （移栽到大田） 内容1 植物组织培养技术 植物体 根、芽或胚状体 外植体 C A B 1.下列是植物组织培养流程图，请回答： （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 （需要/不需要）光照，B过程 （需要/不需要）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 （“无性繁殖”/“有性繁殖”）过程。 脱分化、再分化 有丝分裂 细胞分化 有丝分裂 愈伤组织 不需要 需要 叶绿素的合成需要光照 植物激素 细胞分裂素 生长素 无性繁殖 浓度及比例 习题检测 45 【思维拓展】特殊的植物组织培养—— 生殖方式为特殊的 生殖，培养过程中 分裂 花药 试管苗 脱分化 再分化 愈伤组织 单倍体：植株矮小、高度不育 秋水仙素 诱导 纯合品种 有性 只涉及有丝 思考：经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为 ，一定是吗？ 。 纯合子 不一定 花药离体培养 内容1 植物组织培养技术 1.(2023·江苏南京调研)关于植物组织培养的再分化过程，说法错误的是(　　) A.再分化过程中，不同细胞内合成了功能不同的特异性蛋白质 B.脱分化与再分化过程所使用的培养基主要是激素浓度及用量比例的不同 C.再分化过程在实验室或植物组织培养车间进行，需要避光处理 D.再分化过程中，核遗传物质没有发生改变，但mRNA有变化 C 习题检测 2. 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 3.下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是（      ） A.离体组织的细胞必须通过脱分化才能形成愈伤组织 B.对植物组织的培养液和培养材料可用高压蒸汽灭菌 C.培养液中的植物激素影响愈伤组织的生长和分化 D.培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压 B 练习 习题检测 4.玉米是一种主要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家在玉米育种和栽培中作了大量的研究。如图是关于玉米培养的过程，据图判断下列说法中错误的是(　　) C A.从繁殖原理上分析，A→D属于无性生殖 B.植株D和G中的染色体组数不同 C.E→G不能体现细胞的全能性 D.E→F过程中获得的植株一般不用于大田 生产 习题检测 解析　A→D是植物组织培养过程，从繁殖原理上分析，属于无性生殖，A正确；植株D是二倍体植株，植株G是单倍体植株，体内的染色体组数不同，B正确；E→G表示花药离体培养形成单倍体幼苗的过程，该过程体现了植物细胞的全能性，C错误；E→F过程中获得的植株是单倍体植株，高度不育，一般没有直接的使用价值，D正确。 49 5.(2022·重庆市高二期末)某课外活动小组获得了一株性状优良的结球生菜，并利用植物组织培养技术对其进行快速繁殖。下列叙述正确的是（ ） A.外植体消毒的过程：酒精消毒30 s→次氯酸钠溶液处理30 min→无菌水清洗 2～3次 B.愈伤组织是一种不定形的薄壁组织团块，诱导产生愈伤组织时每日应给予 适时光照 C.诱导生芽的培养基与诱导生根的培养基相比，前者中细胞分裂素所占的比 例和用量更高 D.打开封口膜后直接用流水冲洗掉幼苗根部培养基，再移植到消毒的蛭石环 境中炼苗处理 C 习题检测 6.(2019·全国卷Ⅲ，38)培养胡萝卜根组织可获得试管苗，获得试管苗的过程如图所示。 习题检测 回答下列问题： (1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有___________________________________ _________。 (2)步骤③切取的组织块中要带有形成层，原因是___________________________。 (3)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基，其原因是______________________ ___________________________________________________________________。 在新的培养基上愈伤组织通过细胞的____________________过程，最终可形成试管苗。 全能性(或答：形成完整植株所需的全 部基因) 形成层容易诱导形成愈伤组织　 诱导愈伤组织形成和诱 导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同 分化(或答：再分化)　 习题检测 (4)步骤⑥要进行照光培养，其作用是____________________________________ ____________。 (5)经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的________，这种繁殖方式属于________繁殖。 诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行 光合作用 遗传特性 无性 解析　(1)分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有全能性。(2)在本实验中，切取胡萝卜块时要切取含有形成层的部分，原因是形成层容易诱导形成愈伤组织。(3)决定植物细胞脱分化和再分化的关键因素是植物激素的种类和比例，步骤⑤(诱导愈伤组织形成)和步骤⑥(诱导愈伤组织分化形成 习题检测 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”（如左图）。 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。 科学家是怎样得到杂种植株的呢？ 内容2 植物体细胞杂交技术 西红柿 土豆 × ▲番茄-马铃薯（想象图） 54 合作探究一：请同学们自主阅读教材P36-38，小组合作思考讨论完成问题。 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？ 2.用什么方法可以温和地去除细胞壁而不伤害原生质体？ 3.把原生质体放在一起能自然融合吗？如果不能诱导原生质体融合的方法有哪些？ 与细胞膜的什么特性有关？ 4.细胞融合后，共有几种细胞类型？融合细胞有几种，符合要求的是哪种？ 5.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？ 细胞壁 内容2 植物体细胞杂交技术 内容2 植物体细胞杂交技术 1.去除细胞壁： B细胞 A原生质体 B原生质体 去壁 去壁 A细胞 方法 原理 目的 用纤维素酶和果胶酶水解 利用酶的专一性 去除细胞壁，获得原生质体 1. 过程： 烟草叶肉细胞的原生质体（去除了细胞壁） 一、植物体细胞杂交技术 2.诱导融合： B细胞 A原生质体 B原生质体 去壁 去壁 A细胞 正在融合的原生质体 融合 是杂交过程中的一个关键环节 （1）物理方法： ①电融合法 ②离心法等 （2）化学方法： ①聚乙二醇(PEG)融合法 ②高Ca2+—高pH融合法 方法 原理: 细胞膜具有流动性 内容2 植物体细胞杂交技术 1. 过程： 一、植物体细胞杂交技术 3.再生细胞壁： B细胞 A原生质体 B原生质体 去壁 去壁 A细胞 正在融合的原生质体 融合 再生出细胞壁 杂种细胞 (1)植物细胞融合成功的标志: 融合的原生质体重新产生细胞壁，形成杂种细胞。 (2)直接参与细胞器: 高尔基体、线粒体 问题3: 细胞融合后，共有几种细胞类型？ 融合细胞有几种，符合要求的是哪种？ 内容2 植物体细胞杂交技术 1. 过程： 一、植物体细胞杂交技术 3.再生细胞壁： B细胞 A原生质体 B原生质体 去壁 去壁 A细胞 正在融合的原生质体 融合 再生出细胞壁 杂种细胞 体细胞融合成功后培养基中共有 种细胞类型( )，其中融合细胞类型有 种( )，而真正符合要求的是 ，因此要对融合细胞进行筛选。 A、B、AA、BB、AB AA、BB、AB AB 5 3 内容2 植物体细胞杂交技术 1. 过程： 4.植物组织培养： B细胞 A原生质体 B原生质体 去壁 去壁 A细胞 正在融合的原生质体 融合 再生出细胞壁 杂种细胞 愈伤组织 杂种植株 脱分化 再分化 (3)体细胞杂交完成的标志: 培育成新植物体 内容2 植物体细胞杂交技术 1. 过程： 一、植物体细胞杂交技术 B细胞 A原生质体 B原生质体 去壁 去壁 A细胞 正在融合的原生质体 融合 再生出细胞壁 杂种细胞 愈伤组织 杂种植株 脱分化 再分化 ➊植物细胞融合 ➋植物组织培养 细胞膜的流动性 细胞的全能性 4.植物组织培养： 内容2 植物体细胞杂交技术 1. 过程： 一、植物体细胞杂交技术 3.植物体细胞杂交技术意义？ 2.杂种细胞的染色体数是多少？杂种细胞染色体组数是多少？ 1.植物体细胞杂交属于哪种变异类型？ 4.植物体细胞杂交有何优缺点？ 合作探究二：根据植物体细胞杂交技术的相关原理，小组合作思考讨论完成问题。 A植物的染色体数目为2n，基因型为AaBb；B植物的染色体数目为2m，基因型为CcDd。现通过植物体细胞杂交技术获得这两种植物的杂种植株，请回答下列问题： 内容2 植物体细胞杂交技术 62 将___________的植物体细胞，在一定条件下融合成 ，并把____________培育成____________的技术。 不同来源 杂种细胞 新植物体 杂种细胞 ①细胞膜的流动性 ②植物细胞的全能性 生长期短，耐热、易贮藏 普通小麦-长穗偃[yǎn]麦草、 白菜-甘蓝等 2. 概念： 3. 融合实例: 4. 原理: 一、植物体细胞杂交技术 内容2 植物体细胞杂交技术 + = 白菜 甘蓝 白菜-甘蓝 5.变异类型： 生殖类型 变异类型 杂种植株的染色体数 杂种植株的染色体组数 杂种植株的基因组成 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 6.意义： 打破生殖隔离，克服远缘杂交不亲和的障碍，培育植物新品种。 A植物的染色体数目为2n，基因型为AaBb B植物的染色体数目为2m，基因型为CcDd 内容2 植物体细胞杂交技术 7.优缺点： ①优点 打破远缘亲本杂交生殖隔离，扩展杂交亲本组合范围。 ②缺点 有可能杂交不成功，即使杂交成功也可能不产生人们想要的性状。 内容2 植物体细胞杂交技术 一、植物体细胞杂交技术 1.“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上长番茄、地下结马铃薯的主要原因是什么？ 生物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—马铃薯杂交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，不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达。 内容2 植物体细胞杂交技术 思考讨论 2.植物体细胞杂交技术的优点和应用：植物体细胞杂交可以克服植物远缘杂交不亲和的障碍，大大扩大了可用于杂交的亲本组合的范围，在培育作物新品种方面具有广阔的应用前景。如科学家利用植物体细胞杂交技术已经培育出了白菜－甘蓝、烟草－海岛烟草、胡萝卜一羊角芹等种间或属间杂种。但目前仍有许多理论和技术问题没有解决，离推广应用仍有一定距离。 植物体细胞杂交存在的问题： ①亲缘关系越远，染色体排斥丢失的现象越严重。 ②由于两个物种的全部遗传物质的合并，各种基因都在其中，目前还不能让杂种植株完全按人们的要求表现出亲代的性状。 内容2 植物体细胞杂交技术 思考讨论 植物组织培养 植物体细胞杂交技术 所属范畴 原理 步骤 意义 联系 无性繁殖 细胞全能性 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 克服不同种生物远缘杂交不亲和的障碍 ①去除细胞壁 ②融合形成杂种细胞 ③组织培养 细胞膜的流动性、细胞全能性 染色体数目变异 【思维拓展】植物组织培养 vs 植物体细胞杂交 内容2 植物体细胞杂交技术 获得杂种植株的变异类型属于______________。杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，杂种植株属于异源多倍体。 植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此应为________生殖。 植物细胞融合成功的标志是 ，植物体细胞杂交成功的标志是 。 植物体细胞杂交的结果不是形成杂种细胞，而是要经过组织培养形成 。 杂种植株　 再生出新的细胞壁　 　无性 染色体变异　 01 02 03 04 易错提醒 形成杂种植株　 内容2 植物体细胞杂交技术 1.在植物组织培养过程中要使用植物激素，但不同的植物激素的浓度以及使用的先后顺序和用量的比例都影响细胞的分裂、分化。下列叙述错误的是( ) A.先使用生长素，后使用细胞分裂素，有利于细胞分裂，但细胞不分化 B.先使用细胞分裂素，后使用生长素，细胞既分裂也分化 C.生长素与细胞分裂素用量比值低，有利于芽的分化，抑制根的形成 D.不使用植物激素，有利于愈伤组织的形成 D 习题检测 2.为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力，某研究小组的实验过程如图。下列叙述正确的是( ) A.过程①获得的原生质体需悬浮在30%蔗糖溶液中 B.过程②需提高生长素的比例以促进芽的分化 C.过程③需用秋水仙素处理诱导细胞壁再生 D.原生质体虽无细胞壁但仍保持细胞的全能性 D 习题检测 3.(2019·江苏卷，20)为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力，某研究小组的实验过程如图。下列叙述正确的是(　　) D A.过程①获得的原生质体需悬浮在30%蔗糖溶液中 B.过程②需提高生长素的比例以促进芽的分化 C.过程③需用秋水仙素处理诱导细胞壁再生 D.原生质体虽无细胞壁但仍保持细胞的全能性 习题检测 4.白菜和甘蓝均为二倍体生物，科学家利用植物体细胞杂交的方法获得了白菜—甘蓝。它具有生长期短、耐热性强和易储存等优点。下列叙述错误的是 ( ) A.用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁体现了酶的专一性 B.白菜—甘蓝的产生用到了植物原生质体融合和植物组织培养技术 C.植物体细胞杂交的目的是克服远缘杂交不亲和的障碍，获得杂种细胞 D.利用植物体细胞杂交技术培育四倍体白菜—甘蓝的过程中不会发生同源染 色体联会现象 C 习题检测 5.(2022·北京延庆高二期中)下图为用取自基因型为AaBb的胡萝卜韧皮部细胞培育出胡萝卜小苗的过程，下列叙述中不正确的是（ ） A.a→b过程是通过细胞有丝分裂完成的 B.b→c→d过程发生了细胞分化 C.a→b过程中使用的培养基中应含有机碳源和氮源 D.杂合植株经上述过程获得的幼苗会出现性状分离 D 习题检测 6.(2021·江苏卷，5)植物组织培养技术常用于商业化生产，其过程一般为：无菌培养物的建立→培养物增殖→生根培养→试管苗移栽及鉴定。下列相关叙述错误的是(　　) A.为获得无菌培养物，外植体要消毒处理后才可接种培养 B.组织培养过程中也可无明显愈伤组织形成，直接形成胚状体等结构 C.提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根 D.用同一植株体细胞离体培养获得的再生苗不会出现变异 D 习题检测 7.(2023·湖北黄冈调研)下图是通过植物体细胞杂交技术获得“番茄—马铃薯”植株的技术流程图，下列说法正确的是(　　) D A.图中过程②表示再分化的过程 B.植物体细胞融合完成的标志是原生质体融合 C.已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，则“番茄—马铃薯”属于三倍体 D.该过程体现了植物细胞的全能性 习题检测 8．下面是植物组织培养过程，相关说法正确的是(　 ) 外植体① → 愈伤组织② → 长出丛芽③ → 生根④ → 移栽成活 A.上述植物组织培养的过程依据的生物学原理是植物细胞具有全能性 B.需要对外植体进行严格的灭菌处理，以防止杂菌污染 C.外植体若是月季的花药，则图中的①过程需要光照 D.外植体若是菊花的根尖组织，因细胞中没有叶绿体， 故培养成的新植株叶片无色 A 提示：植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性，A正确；外植体一般只消毒，不进行灭菌处理，以保持外植体的活性，B错误；①过程是脱分化过程，月季花药的脱分化过程不需要光照，幼小植株形成后才需要光照，C错误；菊花根尖组织中含有控制叶绿体形成的基因，在培养过程中，基因的选择性表达会使培养成的新植株叶片呈绿色，D错误。 习题检测 概念 植物细胞融合 原生质体制备 过程 变异类型 植物组织培养 原生质体融合 原理 育种类型 原理 过程 花药离体培养 细胞全能性 操作步骤 脱分化 再分化 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 植物体细胞杂交 植物组织培养 植物细胞工程 优缺点 课堂总结 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 练习与应用 “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？ “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,主要原因是：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。 二、拓展应用 练习与应用 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 eq \x(\a\al(切取洁净的,胡萝卜根段))→eq \x(\a\al(对根段进,行消毒　))→eq \x(\a\al(切取1 cm3左右带,有形成层的组织块))→ ①　　　　　②　　　　 　 　③ eq \x(\a\al(接种组,织块　))→eq \x(\a\al(诱导组织块形,成愈伤组织　))→eq \x(\a\al(诱导愈伤组织,形成试管苗　)) 　④　　　　　⑤　　　　　　 ⑥ $