2.1.1植物细胞工程的基本技术课件-2026-2027学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第 二 章 细胞工程 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。 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 获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品 概念 细胞工程 细胞器、细胞或组织 植物细胞工程和动物细胞工程 “其茅葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨（dài）夫花开，凝晴滚露，万态千妍，薰（xūn）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（zhānɡ）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、繁殖率低等问题，如果靠自然繁殖，兰花的价格可想而知了。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？ 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。 1.概念： 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。 细胞全能性的原因： 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。 2．生长发育过程中细胞没有表现全能性的原因 3、体现细胞全能性的标志： 细胞→完整个体或其他各种细胞 实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株 实例:芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶。 01 细胞的全能性 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 植物细胞工程的理论基础 细胞全能性大小的比较： ①受精卵>胚胎干细胞>生殖细胞>体细胞 ②植物细胞>动物细胞 ③体细胞：分化程度低>分化程度高 随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。 1.概念： 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。 3.过程： 移栽成活 2.原理： 植物细胞的全能性 外植体 02 植物组织培养技术 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 完整植株 在__________________等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变为______________，进而形成__________的过程。 一定的激素和营养 未分化的细胞 愈伤组织 相关概念 脱分化： 不定形的薄壁组织团块 愈伤组织： 再分化： 愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。 7 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。 菊花的组织培养 探究•实践 拓展1：植物组织培养常用的培养基配方 ⑴培养基名称? ⑵物理性质? 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 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 菊花的组织培养 探究•实践 培养基成分及培养条件： 激素比例1：1、提供有机碳源（蔗糖）、置于黑暗 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 菊花的组织培养 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。 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： 细胞分裂素比例多、需光照 生长素比例多、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 回顾实验 ①外植体消毒 ②外植体切段 ③接种外植体 ④诱导愈伤组织 ⑤诱导生芽生根 ⑥炼苗、移栽 1.概念： 3.过程： 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。 2.原理： 植物细胞的全能性 02 植物组织培养技术 芽、根 植物体 脱分化 再分化 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） 4.培养条件： ①离体、无菌 外植体 ②营养物质 ③适宜环境条件（温度、PH、光等） ④植物激素：细胞分裂素 生长素 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。 愈伤组织 胚状体 根、芽同时发生 先长根，后长芽 先长芽，后长根 完整植株 再分化 胚状体 途径 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） 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 使用比例 实验结果 生长素 细胞分裂素 > 生长素 细胞分裂素 < 生长素 细胞分裂素 ＝ 有利于根的分化 有利于芽的分化 促进愈伤组织生长 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 思考：欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你有什么好妙招？ 植物体细胞杂交技术的流程 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 诱导融合 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 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 再生出细胞壁 二、植物体细胞的杂交技术 思考：若只考虑原生质体的两两融合，诱导融合后只出现杂种细胞吗？如何将杂种细胞培育成杂种植株？ 番茄细胞原生质体 马铃薯细胞原生质体 电激或PEG 未融合的细胞 杂种细胞 自身融合的细胞 细胞壁 筛选 等量混合 如果把原生质体融合的时候要注意，并不是把一个番茄细胞去壁和一个马铃薯细胞去壁，直接一个和一个混合融合，这种操作水平我们还达不到，因为细胞太小了课本的流程图中为了简化，仅仅画了一个马铃薯的原生质体与一个番茄的原生质体之间的融合，目前操作水平还不能做不到！实际操作过程中比较粗放，是把许多马铃薯的原生质体和许多番茄的原生质体等量混合，当然这个混合是尽可能等量，我们也不可能一个个去数，然后采用电激或者PEG的方法让它们自由融合，那这里同学们需要注意了：融合的结果有哪些呢——对了，未融合的和 融合的细胞！如果只考虑原生质体的两两融合（就是不考虑更复杂的情况比如多个细胞发生融合），诱导融合后会出现以下几种情况——有可能出现番茄和番茄细胞 马铃薯和马铃薯细胞自己和自己融合在一起，这种自身融合的细胞是我们需要的吗？当然不是，也就是说融合的结果并不都是我们所需要的杂种细胞，需要从中从中筛选出所需的杂种细胞，杂种细胞再生出新的细胞壁，就说明或者说标志着诱导植物体细胞融合这一过程完成了！！！得到杂种细胞是不是就意味着植物体细胞杂交完成了呢？不是，还要将杂种细胞培育成完整杂种植株。那要通过什么技术去完成呢？——植物组织培养 19 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。 4.两个标志 （1）植物细胞融合完成的标志： 再生出新的细胞壁 （2）植物体细胞杂交完成的标志： 培育成新植物体 5.意义： 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种 03 植物体细胞杂交技术 2.融合实例: 3.原理： 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 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 若亲本植株可育，则杂种植株可育。杂种植株是不同于亲本的新物种。 体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞。 不管染色体、基因组成还是染色体组都是两亲本之和。 思考： 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，则： 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？___________________________ 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 + = 白菜 甘蓝 白菜-甘蓝 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。 36 四 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。 二 18 基因重组 染色体数目变异 拓展： 易错点拨 (1)误认为植物体细胞杂交的结果只是形成杂种细胞。植物体细胞杂交的结果最终要经过组织培养形成杂种植株。 (2)误认为植物体细胞杂交属于有性生殖。 植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此不属于有性生殖，应为无性生殖。 (3)误认为杂种植株的变异类型属于基因重组。 杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，属于异源多倍体，所以变异类型为染色体数目变异。 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 课堂小结 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。 "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? 拓展应用 【典例】科学家利用植物体细胞杂交技术将番茄与马铃薯的体细胞原生质体融合，最终得到番茄—马铃薯杂种植株。下列有关叙述错误的是(　 　) A.番茄—马铃薯杂种植株能在地上结番茄、地下长马铃薯 B.可用物理法使番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合 C.该项生物工程技术可克服生物远缘杂交不亲和的障碍 D.该项生物工程技术需经历脱分化和再分化 A 27 练一练 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 。 去除细胞壁，分离原生质体 酶解法 聚乙二醇 诱导植物原生质体融合 脱分化 再分化 远缘杂交亲本的遗传特征 杂种植株获得双亲的遗传物质 植物细胞的全能性 AaBbYYEe 练一练 图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答： 6.若远缘杂交亲本A的基因型为AaBb，B的基因型为YYEe，则融合后形成的植株基因型可能是 。 7.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__________________________。 8.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？ _______________________________________________________ ________________________________________________ AAaaBBbb、YYYYEEee、AaBbYYEe 可育 不能 不同种生物之间存在生殖隔离 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 $