2.1 植物细胞工程课件——2026-2027学年高二下学期人教版生物学选择性必修三

植物细胞工程 --植物细胞工程的基本技术(一) 1 01 植物组织培养技术 温故知新 植物细胞全能性 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，即细胞具有全能性。 2 01 温故知新 植物细胞全能性 火焰兰的快速繁殖 植物组织培养技术 植物组织培养技术 3 01 植物组织培养(plant tissue culture)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。（教材P35黑体字） 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 移栽成活 用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。 植物组织培养技术 4 01 植物组织培养(plant tissue culture)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。（教材P35黑体字） 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 移栽成活 用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。 植物组织培养技术 植物体受创伤或离体培养时，由活细胞脱分化形成的未分化薄壁细胞团，能够通过再分化修复受损组织或再生完整植株。‌‌ 5 01 菊花的组织培养 探究·实践 原理 植物细胞具有全能性 在一定植物激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过脱分化和再分化形成完整的植株。 外植体 愈伤组织 芽、根 植株 脱分化 再分化 ▲脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。 ▲愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、高度未分化、呈无定形状态的薄壁细胞团。 ▲再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出根或芽等器官的过程。 植物组织培养技术 6 01 拓展 愈伤组织形成完整植株的两条途径 外植体 愈伤组织 芽、根 植株 脱分化 再分化 1.形成胚状体。一定条件下，诱导产生胚状体，通过胚状体长出芽和根，再形成再生植株。 2.通过器官发生的途径再生成植株。分生细胞在一定的诱导条件下重建芽的分生组织，分化出芽后生根，进而形成完整植株。 植物激素 细胞分裂素 生长素 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 7 01 愈伤组织形成完整植株的两条途径 外植体 愈伤组织 芽、根 植株 脱分化 再分化 植物激素 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 细胞分裂素 生长素 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 拓展 8 01 愈伤组织形成完整植株的两条途径 外植体 愈伤组织 芽、根 植株 脱分化 再分化 植物激素 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 低→利于芽的分化 细胞分裂素 生长素 高→利于根的分化 适中→利于愈伤组织的形成 注意：由愈伤组织进行细胞分化时，一般要先诱导其生芽，然后诱导其生根。 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 拓展 9 01 材料 幼嫩的菊花茎段 培养基 体积分数为70%的酒精 质量分数为5%的次氯酸钠 无菌水 材料 锥形瓶 超净工作台 高压蒸汽灭菌锅 烧杯 用具 酒精灯 培养箱 培养皿 解剖刀 镊子 步骤 ①准备外植体 ②取材切段 ③接种外植体 ④诱导脱分化 ⑤诱导再分化 ⑥移栽试管苗 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 10 01 步骤 ①准备外植体 用酒精擦拭双手和超净工作台面 外植体 酒精消毒 无菌水清洗 流水冲洗 无菌水清洗 次氯酸钠溶液处理 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 11 01 ②取材切段 消毒过的外植体置于无菌培养皿 无菌滤纸吸去外植体表面水分 用解剖刀切成0.5~1cm长的小段 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 步骤 12 01 ③接种外植体 在酒精灯火焰旁，将外植体的形态学下端插入培养基中 封口膜封盖瓶口，并在做好标记 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 步骤 13 01 ④诱导脱分化 ⑤诱导再分化 将外植体置于18~22℃的培养箱中培养 定期观察和记录愈伤组织的生长情况 15~20d后，将生长良好的愈伤组织转接到生芽培养基上，长出芽后，诱导生根再将其转接到的培养基上 形成试管苗 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 步骤 14 01 步骤 ⑥移栽试管苗 打开封口膜,让试管苗在培养箱内生长几日 将幼苗移植到消毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。 每天观察并记录生长情况。 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 15 01 外植体 愈伤组织 芽、根 植株 脱分化 再分化 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 16 01 讨论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。 讨论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。 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 17 01 讨论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。 讨论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。可以在课后统计移裁的成活率，看看移栽是否合格。 植物组织培养技术 菊花的组织培养 探究·实践 18 02 不同种的植物不能自然杂交 植物体细胞杂交技术 植物体细胞杂交技术 19 02 A细胞 B细胞 A原生质体 B原生质体 ①去除细胞壁，获得原生质体 ▲方法：酶解法 （纤维素酶和果胶酶） ▲注意：去除细胞壁的植物细胞是否需要保证渗透压稳定？ 需要，可以加入山梨醇和甘露醇来稳定渗透压，防止细胞吸水涨破或失水皱缩。 植物体细胞杂交技术 过程 20 ②诱导原生质体融合 关键环节 02 ▲方法：物理方法&化学方法 物理方法：电融合法、离心法 再生出细胞壁 正在融合的原生质体 化学方法：聚乙二醇（PEG）法 高Ca2+-高pH融合法 ▲原理：细胞膜具有流动性 植物体细胞杂交技术 过程 21 02 ②诱导原生质体融合 再生出细胞壁 正在融合的原生质体 关键环节 植物体细胞杂交技术 过程 22 02 再生出细胞壁 正在融合的原生质体 关键环节 ★注意：融合后杂种细胞需要经过筛选才能获得所需要的杂种细胞！ A B A B A B 融合 筛选 植物体细胞杂交技术 过程 ②诱导原生质体融合 23 02 过程 A细胞 B细胞 A原生质体 B原生质体 再生出细胞壁 正在融合的原生质体 愈伤组织 杂种植物 移栽后的植物 原生质体融合 植物组织培养 植物体细胞杂交技术 24 植物体细胞杂交是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。 （教材P38黑体字） 02 概念 植物体细胞杂交技术 25 02 概念 优点 打破远缘亲本杂交生殖隔离，扩展杂交亲本组合范围。 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。 番茄-马铃薯(理想图) 植物体细胞杂交技术 植物体细胞杂交是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。 （教材P38黑体字） 26 03 课后习题 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( ) 甲植株细胞 乙植株细胞 甲原生质体 乙原生质体 b PEG 诱导 a 处理 愈伤组织 c 用钠盐浓度为0.6%的 固体培养基培养 d 选择 目的植株 细胞分裂 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 27 03 课后习题 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 3.“番茄一马铃薯”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? 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—-“番茄一马铃薯”,它同时具有马铃薯和番茄的形态特征。其中一些植株形成了“类似块茎的生殖根”,但是并没有产生可结实的花、果实以及真正意义上的块茎。到目前为止“番茄一马铃薯”一类的体细胞杂交植物还不能产生经济效益,但是其研究价值不可忽视。 28 03 课后习题 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 3.“番茄一马铃著”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? “番茄一马铃著”没有像人们预想的那样地上结番茄、地下长马铃著,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“番茄一马铃著”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,它们不能再像马铃著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、地下长马铃著了。近年来,有报道称利用嫁接技术培育出了地上结番茄、地下长马铃著的植株。 29 植物细胞工程 --植物细胞工程的应用 30 01 植物繁殖的新途径 1.快速繁殖 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。 被人们形象地称为植物的快速繁殖技术。 也叫做微型繁殖技术。 特点： 保持优良品种的遗传特性 高效快速地实现种苗的大量繁殖 31 01 1.快速繁殖 铁皮石斛的产业化育苗 经济林木 濒危植物 优良观赏植物 无性繁殖作物 植物繁殖的新途径 32 01 2.作物脱毒 感染的病毒很容易传给后代 无性繁殖 病毒在作物体内积累 作物产量降低品质变差 植物病毒积累 植物繁殖的新途径 33 01 植物繁殖的新途径 2.作物脱毒 顶端分生区(如茎尖、根尖，病毒极少、甚至无病毒） 组培 脱毒苗 明显提高农作物的产量和品质 应用：在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。 34 02 作物新品种的培育 1.单倍体育种 ①方法 花药离体培养 人工诱导染色体加倍 ②步骤 优良品种 花药 花粉 离体培养 单倍体 纯合二倍体 人工诱导 染色体加倍 选择 35 02 作物新品种的培育 1.单倍体育种 ③步骤 花药中的花粉 单倍体幼苗 脱分化 纯合二倍体 人工诱导染色体加倍 愈伤组织 再分化 离体培养 ④优点 明显地缩短育种年限，当年就可以获得纯合二倍体植株。 （抗倒伏，不抗病） （抗倒伏抗病） 花药（粉） 单倍体幼苗 正常植株 DDtt 花药离体培养 秋水仙素处理 DDTT（♀） × ddtt（♂） 第一年 第二年 筛选 DdTt （抗倒伏，不抗病） （倒伏，抗病） （组织培养） DT Dt dT dt DT Dt dT dt DDTT DDtt ddTT ddtt 36 02 作物新品种的培育 1.单倍体育种 ③步骤 花药中的花粉 单倍体幼苗 脱分化 纯合二倍体 人工诱导染色体加倍 愈伤组织 再分化 离体培养 ④优点 染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易出现 我国科学家在1974年成功培育出世界上第一个单倍体作物新品种——单育1号烟草 ⑤实例 我国科学家把单倍体育种与常规育种结合起来，育成水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。 37 02 作物新品种的培育 2.突变体的利用 ①来源 基因突变 在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。（教材P41） 诱变处理 ②原理 突变：基因突变 染色体变异 38 02 作物新品种的培育 2.突变体的利用 ③优点&缺点 优点：提高愈伤组织的突变率，可以获得高产、优质、抗逆的新品种，加快育种进程。 缺点：突变具有不定向性、多害少利性和低频性的特点，因此需要处理大量突变材料才有可能少选出需要的品种。 ④实例 已经筛选到如下突变体 抗病 抗盐 高产 高蛋白 抗花叶毒病的甘蔗 抗盐碱的烟草 39 03 细胞产物的工厂化生产 ①次生代谢物 植物代谢产生一些不是植物基本生命活动所必需的产物——次生代谢物。初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动,因此在整个生命过程中它一直进行着。 ★种类 糖类、脂质、蛋白质和核酸等 ★作用 植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。 40 03 植物次生代谢物工厂化生产的原因 含量低、从植物组织提取会大量破坏植物资源 有些产物不能或难以通过化学合成途径得到 直接获取困难 化学合成困难 外植体 细胞悬液 脱分化 细胞产物 愈伤组织 分散开 培养提取 过程 细胞产物的工厂化生产 41 03 应用 世界首例药用植物细胞工程产品 —— 紫草宁 作用： 来源： 紫草细胞中提取的一种药物和色素 抗菌、消炎、抗肿瘤 我国科学家筛选出高产紫杉醇细胞 来源：红豆杉属植物体内产生一种次生代谢产物 作用：具有高抗癌活性，已广泛用于乳腺癌等癌症的治疗 传统生产方法：从红豆杉树皮和树叶中提取 我国在人参、三七等植物细胞的大规模培养领域取得了很大的进展 细胞产物的工厂化生产 42 03 课后习题 1.运用植物细胞工程技术可以培育单倍体植株和进行细胞产物的工厂化生产。判断下列相关表述是否正确。 (1)用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养技术。( ) (2)细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞生长的培养条件,提高了单个细胞中次生代谢物的含量。( ) 2.生产中培育香蕉脱毒苗常用的方法是( ) A.人工诱导基因突变 B.选择优良品种进行杂交 C.进行远缘植物体细胞杂交 D.取茎尖分生组织进行组织培养 √ × D 43 03 课后习题 2.紫色非甜玉米(基因型为AASuSu)和白色甜玉米(基因型为aasusu)杂交(Su和su代表一对等位基因),得到的F1(AaSusu)再进行自交,F2会有紫色甜玉米的表型产生。如果运用常规育种方法,应该如何筛选出纯合的紫色甜玉米?如果利用花药培养的技术,又应该怎样做呢?请你设计相关实验的思路。 F2中的紫色甜玉米的基因型可能为Aasusu或AAsusu。如果运用常规育种方法,将F2中的紫色甜玉米与白色甜玉米(aasusu)进行测交,可以选择出基因型为AAsusu的纯种紫色甜玉米。但这种方法比较烦琐,耗时也较长,需要至少三年的选种和育种时间。其实在F1产生的花粉中就可能有Asu的组合,如果利用花药培养的技术获得单倍体植株,再经过诱导染色体加倍,就可以直接得到紫色甜玉米的纯合体。这种方法可以大大缩短育种周期。 44 03 课后习题 3.甜叶菊是一种菊科植物,植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右,而它的热量却很低,所以它逐渐成为一些用糖行业欢迎的新糖源。甜叶菊的种子小,发芽率低,种子繁殖遗传性状不稳定;而扦插植株的根系弱,且需要原始材料多,这些都会限制甜叶菊的生产。 假如你是某甜叶菊生产公司的项目负责人,该公司当前运行状况良好,但一直未能解决种子发芽率低的问题。为了提高公司的甜叶菊繁育效率,你应该如何作出决策,并请说出理由。 积极探索其他的繁育途径。例如,研究如何利用植物组织培养技术繁育甜叶菊，研究内容涉及植物组织培养材料的选择,培养基配方的优化,提高试管苗移栽成活率的方法等、最终目的是建立一套利用植物组织培养技术繁育甜叶菊的标准技术体系,实现甜叶菊种苗的产业化生产。 甜叶菊 45 $