2.1.1 植物细胞工程的基本技术课件-2025-2026学年高二生物下学期人教版必修3

该高中生物学课件聚焦植物细胞工程，核心涵盖植物组织培养和植物体细胞杂交技术。以兰花自然繁殖难题导入，联系社会需求引发讨论，通过回顾细胞分裂分化知识，构建从细胞全能性到组织培养流程再到体细胞杂交技术的逻辑脉络，辅以自主学习任务单和问题讨论作为学习支架。 其亮点在于融合科学思维与探究实践，如菊花组织培养实验中，通过消毒步骤、无菌操作及污染原因分析，培养学生科学探究能力。总结易错点和实战演练强化知识应用，帮助学生形成结构与功能观，教师可借助系统资料提升教学效率。

——植物细胞工程的基本技术 第二章 细胞工程 2.1.1 植物细胞工程 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 利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。 【讨论】如何让名贵的兰花大量、快速地繁殖，走入寻常百姓家呢？ “其芽葺葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫花开，凝晴滾露，万态千妍，薰风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！岂非有国香乎！”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， 一、植物组织培养 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。 统称“外植体” 2 原理： 细胞的全能性 ？ 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。 细胞的全能性 (1) 概念： 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。 (2) 原因： 生物体生长发育过程中并不是所有细胞都表现出全能性！ (3)不体现全能性的实例： (4)不体现全能性的原因： 芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶 基因在特定时间、空间条件下选择性表达 体现全能性的标志 细胞分裂 细胞分化 不同点 细胞变化 发生时间 相同点 联系 增加细胞数目 增加细胞种类 从受精卵开始，有些细胞保持终生分裂能力，有些细胞发育到一定时期停止分裂 发生在整个生命进程中，胚胎时期达到最大限度 遗传信息不变 先分裂，后分化(细胞分化程度越低，分裂能力越强） 细胞分裂是分化的基础，共同完成生物个体发育过程 知识回顾 ——细胞分裂和分化的区别 自主学习任务单 请同学们阅读教材P35，思考下列问题： 结合植物组织培养技术的概念和探究实践的资料， 概括其成功的条件。及其有几种培养途径？ 并完善图2-1每个步骤的含义。 一、植物组织培养 （1）组织离体状态 （2）适宜的培养条件 （3）植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）诱导和调节 无菌环境 种类齐全、比例适合的营养物质 适宜的外界条件（温度、pH、光照等） 植物组织培养成功的条件 一、植物组织培养 器官发生途径 胚状体途径 ——植物组织培养的两种途径 一、植物组织培养 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。 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。 愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。 一、植物组织培养 3 基本过程： 外植体 愈伤组织 人工胚状体 (或芽/根) 试管苗 脱分化 再分化 （移栽到大田） ——如何才能让细胞表现出全能性？ ①实验中使用的培养基和所有器械都要灭菌，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。 ②接种时注意外植体的方向（ 形态学上下端 ），不要倒插。 (形态学上端朝上） ③诱导愈伤组织期间一般不需要光照，在后续的培养过程中，每日需要给予适当的时间和强度的光照。 探究实践 ——菊花的组织培养 4 注意事项： ——教材P36 产生愈伤组织 脱分化（避光） 再分化（光照） 产生愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 脱分化（避光） 再分化（光照） 光合作用 芽发育成叶，叶肉细胞中 叶绿素的合成需要光照 拓展 见光后愈伤组织变为绿色（易分化为维管组织） 外植体消毒 接种 脱分化 再分化 移栽 消毒： 切割：（无菌操作） 酒精 30s 无菌水 2-3次 次氯酸钠溶液 30min 材料： 幼嫩的菊花茎段 2-3次 无菌水洗 接种到诱导愈伤组织培养基 转接到诱导生芽培养基 转接到诱导生根培养基 愈伤组织 ？ （避光） （光照） 制备培养基 培养 将接种后的锥形瓶或培养瓶置于18～22℃的培养箱中培养。 防止消毒时间过长，而导致对外植体造成损伤 探究实践 ——菊花的组织培养 ⑴培养基名称? ⑵物理性质？ ——植物组织培养常用的培养基配方 拓展 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、比例都会影响植物细胞的发育方向。 K 结果 比值≈1 比值＞1 比值＜1 促进愈伤组织的形成 促进芽的分化 促进根的分化 生长素用量 K= 细胞分裂素用量 巧记：高根低芽中愈伤 若先生根后面就不易生芽 拓展 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。 被污染的培养基 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。 探究实践 ——菊花的组织培养 5 结果分析与评价： ② 从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？ 2周左右 有光时，往往容易分化形成维管组织，而不易形成愈伤组织。 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？ 2、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？ 3、为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？ 4、杂菌和植物细胞之间有哪些关系？ 竞争或寄生。 不含。 因为愈伤组织是外植体脱分化（已分化→未分化）后的产物。 防止杂菌生长。①会与培养物竞争营养；②产生有害物质危害培养物。 快问快答 ，可以向培养基质喷洒质量分数为5%的高锰酸钾，过渡 ①切取洁净的胡萝卜根段 ②对根段进行消毒 ③切1cm3左右带有形成层的组织块 ④接种 组织块 ⑤诱导组织块形成愈伤组织 ⑥诱导愈伤组织形成试管苗 1）从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基，其原因是 ____________________________________________________________________________________________________________________________。 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 ￭ 实战演练 2）步骤⑥要进行照光培养，其作用是 _______________________________________________________。 3）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 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。 【讨论】用传统的有性杂交方法能得到杂种后代吗？为什么？ 不能；因为两种生物之间存在着生殖隔离； 有没有一种方法可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，获得“番茄-马铃薯杂种植株”呢？ 植物体细胞杂交技术 自主学习任务单 请同学们阅读教材P36-38，思考下列问题： 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？ 怎样通过比较温和的方法去掉细胞壁？ 怎样诱导两个原生质体的融合？与细胞膜的什么特性有关？ 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？ 二、植物体细胞杂交技术 A细胞 B细胞 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 1 1 2 3 二、植物体细胞杂交技术 原因：细胞壁阻碍着细胞间的杂交 方法：酶解法（纤维素酶和果胶酶） ① 去壁 ② 诱导融合 原理：细胞膜的流动性 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Ca+—高pH融合法 与高尔基体相关 （有一定的毒性） ——区分原生质体与原生质层 原生质层 原生质体 【注意】质壁分离的“质”指的是原生质层。 拓展 A细胞 B细胞 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 1 1 2 3 愈伤组织 杂种植株 移栽成活 4 5 原理：植物细胞具有全能性 二、植物体细胞杂交技术 脱分化 再分化 植物组织培养技术 A细胞 愈伤组织 杂种植株 脱分化（避光） 再分化（光照） B细胞 A原生质体 B原生质体 融合的 原生质体 再生出 细胞壁 （移栽到大田） 去壁 诱导融合 再生壁 去壁 二、植物体细胞杂交技术 A细胞 愈伤组织 杂种植株 脱分化（避光） 再分化（光照） B细胞 A原生质体 B原生质体 融合的 原生质体 再生出 细胞壁 去壁 诱导融合 再生壁 去壁 细胞融合技术 植物组织培养技术 植物体细胞杂交技术 （移栽到大田） 2、若只考虑两两融合，原生质体A和原生质体B可以形成几种融合细胞？ AA AB BB 筛选 AB 1、获得的所有细胞一定是需要的杂交细胞吗？ 思考讨论 不一定，诱导融合后的产物有三类： ①未融合的细胞 ②两两融合的细胞 ③多细胞融合体 哪种融合细胞才是符合要求的？ 思考讨论 3、细胞融合完成的标志与植物体细胞杂交完成的标志相同吗？为什么？ 4、从结果上看杂种植株在遗传上有何特点？从杂种植株的染色体组成上 看属于何种变异？ (1)遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传性状。 (2)染色体数目增加，属于染色体数目变异 不相同 再生出新的细胞壁 培育成新植物体 二、植物体细胞杂交技术 1 概念： 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 原理及完成标志： 植物体细胞杂交技术 细胞融合技术 植物组织培养技术 原理：细胞膜的流动性 原理：植物细胞具有全能性 完成标志：再生出细胞壁 完成标志：培育成杂种植株 培育出杂种植株 二、植物体细胞杂交技术 3 成果： 5 意义（优势）： 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种 白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦等 4 遗传特点： 遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传性状。 有关植物体细胞杂交的三个易错点 二、植物体细胞杂交技术 需要经过筛选，选出 AB 融合的原生质体 没有有性生殖细胞的结合，因此不属于有性生殖。 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 融合类型 生殖方式 变异类型 （两两融合） 无性生殖 染色体数目变异 AA、AB、BB ——两个不同品种的植物细胞 A、B 进行杂交 课堂小结 植物细胞工程 植物体细胞杂交技术 植物组织培养技术 操作步骤 原理 过程 细胞的全能性 概念 过程及原理 植物细胞融合 植物组织培养 去壁 诱导融合 + 细胞膜的流动性 细胞的全能性 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 ￭ 实战演练 2. 如图为白菜—甘蓝杂种植株的培育过程。正确的是（ ） A. 图示白菜—甘蓝植株不能结籽 B. 愈伤组织的代谢类型是自养需氧型 C. 上述过程中包含着有丝分裂、细胞分化和减数分裂 D. 白菜—甘蓝杂种植株具有的性状是基因选择性表达的结果 ￭ 实战演练 D 愈伤组织没有光照，是异样 【检测】图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答： （1）步骤①是 ，最常用的方法是 。 （2）步骤②一般常用的化学试剂是 ，目的是 。　　 (3)在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，此技术运用的原理是 ，其中步骤④相当于 ，步骤⑤相当于 。 （4）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株， 使　　　　　 能够在新的植物体上有所表现，其根本原因是　　　　　　　 。 （5）若远缘杂交亲本A的基因型为AaBb，B的基因型为YYEe，则融合后形成的杂种植株基因型是 。 AaBbYYEe 杂种植株获得双亲的遗传物质 远缘杂交亲本的遗传特征 脱分化 再分化 细胞的全能性 诱导植物原生质体融合 聚乙二醇（PEG） 酶解法 去除细胞壁，分离原生质体 （6）从理论上讲，杂种植株的育性　　。若运用传统有性杂交方法能否实现？　　　；原因是　　 。 因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于　　　　　　　　　　　 。 （7）利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？为什么？ 　　 。 不遵循；因为孟德尔遗传规律发生在有性生殖减数分裂产生配子时，而植物体细胞杂交育种属于无性生殖。 克服了远缘杂交不亲和的障碍 不同种生物之间存在生殖隔离 不能 可育 ₪ 若植株A和植株B细胞结构如图所思， A有X条染色体，B有Y条染色体， 通过植物细胞融合技术获得杂种细胞AB ① 杂种细胞的染色体数为______ ② 杂种细胞的基因型为__________ ③ 杂种细胞中染色体组数为________ ④ 得到的杂种植株为____倍体 ⑤ 理论上该植株可育吗？ __________________________________________ ⑥ 得到的杂种植株与植株A和植株B还是同一物种吗？ __________________________________________ X+Y DdYyRr 4 四 可育，有同源染色体，同源染色体能联会，可形成配子 异源四倍体 ￭ 实战演练 不是，因为存在生殖隔离（无法产生可育后代） Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 $