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(共36张PPT)
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
植物组织培养
植物体细胞杂交
细胞工程的概述
-1964年 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。
-1960年 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。
-1958年 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。
1902年 哈伯兰特提出细 胞全能性的理论，但相关实验尝试没有成功。
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。
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。
植物细胞工程的发展历程
1971年
1974年
第2章细胞工程
第1节植物细胞工程
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
世 上 最 贵 的 兰 花, 没 有
之
一
!
植物组织培养技术。
市场价格：1500万每株!
自主学习深度学习迁移应用
导入新课
阅读教材P 4-35, 回答下列问题：
1.植物组织培养的概念；
2.植物组织培养的理论基础；
3.植物组织培养的基本过程；
一、植物组织培养技术
导入新课 自主学习 深度学习 迁移应用
1 . 概念：
外植体
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。
一、植物组织培养技术
无性生殖
有丝分裂
生殖方式
分裂方式
导入新课 自主学习 深度学习迁移应用
一、植物组织培养技术 导入新课 自主学习 深 度 学 习 迁移应用
2.理论基础： 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。
(1)实例： ①胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株；
③用一片叶子、 一粒花粉繁殖出新的植株；
④蜜蜂卵细胞发育成雄峰。
(2)根本原因： 高度分化的细胞仍然含有该物种的全套遗传物质。
生长点-
(3)为什么生物体内细胞并没有表现出全能性
叶原基的细胞只能发育为叶 叶原基-
在特定的时 间和空 间条 件下，细胞中的基因会 选择性表达。
芽 轴
芽原基的细胞只能发育为芽 一 芽原基-
枝芽结构示意图
脱分化 愈伤组织 再分化、幼根和芽 发 育、 或胚状体
一、植物组织培养技术
3.基本过程
诱导生根
移栽成活
5 起
诱导生芽
接种外植体 诱导愈伤组织
导入新课 自主学习 深 度 学 习迁移应用
外植体
(离体的植物 器官、组织或 细胞)
完整
植株
脱分化
在一定的激素和营养条件的 诱导下，使已经分化的细胞失 去其特有的结构和功能，转变 为未 分 化的 细 胞。
脱分化
不含有叶绿体；因为外植体经过 诱导后，失去其特有的结构和功
能而转变成未分化的细胞。
接种外植体
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、植物组织培养技术
图中的愈伤组织细胞 与叶肉细胞相比，不含什 么细胞器 为什么
愈伤组织重新分化成 芽、根等器官的过程。
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3.基本过程
诱导愈伤组织
移栽成活
诱导生芽
诱 导生 根
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
探究·实践 菊花的组织培养
导入新课 自主学习 深度学习 迁移应用
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
用酒精擦拭双手和超净工作台面。
①流水冲洗外植体(幼嫩的茎段)
②酒精消毒30s
③ 无菌水清洗2-3次
④ 次氯酸钠溶液处理30min ↓
⑤无菌水清洗2-3次
防止杂菌生长。
一方面与培养物竞争营养；
另一方面产生有害物质危害培养物。
探究·实践 菊花的组织培养
导入新课 自主学习 深度学习 迁移应用
为什么强调无菌操作
用酒精擦拭双手和超净工作台面。
①流水冲洗外植体(幼嫩的茎段)
② 酒 精消 毒30s
③无菌水清洗2-3次
④次氯酸钠溶液处理30min
⑤ 无 菌 水清 洗2-3次
①消过毒的外植体置于无菌培养皿 L
②用无菌滤纸吸去表面水分 ↓
③用解剖刀将外植体切成0.5~1cm的小段
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
探究·实践 菊花的组织培养 导入新课
自主学习 深度学习 迁移应用
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
KI (碘化钾) 0.83 mg CuSO ·5H O (五水合硫酸铜)0.025mg 甘氨酸 2 mg 盐酸吡哆醇(维生素B ) 0.5 mg 肌醇 100 mg 琼脂 10g 螯合铁盐* Na MoO ·2H O (二水合钼酸钠)0.25mg CoCl :6H O (六水合氯化钴) 盐酸硫胺素(维生素B ) 烟酸 蔗糖
0.025 mg
0.1 mg
0.5 mg 30g
一L MS 培养基的配方(1L 的用量) NH NO (硝酸铵) 1650 mg KH PO (磷酸二氢钾) 170 mg CaCl ·2H O (二水合氯化钙)4 40 mg ZnSO ·4H O (四水合硫酸锌)8.6 mg KNO (硝酸钾) MgSO 7H O (七水合硫酸镁) MnSO ·4H O (四水合硫酸锰) H BO ( 硼 酸 )
1900 mg
370 mg
22.3 mg
6.2 mg
①培养基名称： MS培养基 ;
②物理性质： 固 体培养基；
③碳源： 蔗糖 o
探究·实践 菊花的组织培养
(1)植物组织培养常用的培养基配方
导入新课 自主学习 深 度 学 习 迁移应用
116
口
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)植物组织培养常用的培养基配方 P116
①培养基名称： MS培养基 _ ;
② 物理性质： 固体培养基 ；
③碳源： 蔗糖 -0 为什么要添加蔗糖
(2)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 瓶上作好标记。
因为此时外植体不能进行光合作用制造有机物， 需要依赖环境中的有机物才能生存。
接种外植体时，不要倒插!
(将“形态学上端”朝上)
探究·实践 菊花的组织培养
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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
培养基及培养条件：
①生长素与细胞分裂素 比例1:1;
②提供有机碳源(蔗糖)
③置于黑暗环境
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。
探究·实践 菊花的组织培养
有光时，往往容易形成维管组 织，而不易形成愈伤组织。
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6.炼苗、移栽
长出芽后，将其转接到诱导生根的培养基上，进 一步诱导形成试管苗。
①需要给予适当时间和强度的光照!
因为芽发育成叶，叶肉细胞
中叶绿素的合成需要光照。
2.外植体切段
3.接种外植体
4.诱导愈伤组织
培养15～20d后，将生长良好的愈伤组织转接到 诱导生芽的培养基上。
5.诱导生芽生根
6.炼苗、移栽
探究·实践 菊花的组织培养
1.外植体消毒
深度学习 迁移应用
导入新课 自主学习
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
生长素/细胞分裂素
结果
比值高
有利于根的分化，抑制芽的形成
比值低
有利于芽的分化，抑制根的形成
比值适中
促进愈伤组织的形成
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。
①需要给予适当时间和强度的光照!
②注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根!
探究·实践 菊花的组织培养
简记：“高根低芽中愈伤”
导入新课 自主学习 深度学习 迁移应用
6.炼苗、移栽
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
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。
探究·实践 菊花的组织培养
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。
每天观察并记录幼苗的生长情况， 适时浇水、施肥，直至开花。
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(2)移栽
(1)炼苗
保水透气
(3)观察
深度学习
(3)若用菊花茎切段作为外植体，应将其形态学土端插入诱导愈伤组 织的培养基中( 个 ) 若用菊花茎切段作为外植体，应将其形态学下端插
入诱导愈伤组织的培养基中。
(4)诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基完全一样大
生长素与细胞分裂素的比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成；
比值低时，有利于芽的分化、抑制根的形成，因此诱导生芽的培养基
和诱导生根的培养基不完全相同。
课堂练习
【判断正误】
(1)植物体的任何细胞都具有全能性，也都能表现出全能性( X )
植物细胞一般都具有全能性，但并不是所有细胞都能表现出全能性，细胞全
能性的表达需要 一 系列条件。
(2)在植物组织培养时，对外植体要进行灭菌处理((X )
在植物组织培养时，对外植体要进行消毒处理。
自主学习 深度学习 迁移应用
导入新课
胡萝卜根 的韧皮部
胚状体 途径
愈伤组织 胚状体 幼苗 胡萝卜植株
胚状体
类似胚的结构
拓 展 ：植 物 组 织 培 养 的 两 种 途 径
导入新课 自主学习 深度学习 迁移应用
移栽成活
诱导生根
器官 发生 途径
诱 导愈 伤 组 织
接种外植体
诱导生芽
(2)适宜浓度和比例的激素
*植物激素的种类和含量不同，对愈伤组织的形成和分化的影响不同。
(3)一定的营养条件
*配制合适的培养基，包括有机营养成分、无机营养成分。
*对培养基和器械进行灭菌；
*接种操作必须在酒精灯火焰旁进行。
*温度 (例如菊花植物组织培养应为18～22℃);
*光照 (例如脱分化需避光，再分化需照光)。
*若细胞不离体，细胞中的基因会选择性地表达，从而形成生物体的不同组
织和器官，不能表现出全能性。
(4)严格的无菌条件 *对操作环境、双手、外植体进行消毒；
归纳：植物组织培养的条件
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(5)适宜的培养条件
(1)离体
① 培养基、接种工具灭菌不彻底；
② 外植体消毒不彻底；
③ 操作过程不符合无菌操作要求等。
(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，试分析它们被污染的可能原因。
探究·实践 菊花的组织培养
(2)从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天
4.结果分析与评价
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一般需要2周左右。
脱分化过程中受污染的培养基
探究·实践 菊花的组织培养
4.结果分析与评价
(3)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，可以向培养基质喷酒质量分数为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。
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探究·实践 菊花的组织培养
5.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。
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自主学习
课堂练习 深度学习 迁移应用
1. (2023 · 芜湖高二期中)下列关于菊花组织培养的叙述，正确的是( C )
A. 用自然生长的茎进行组织培养需要用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠的混合液消毒
B. 培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换
C. 再生植株需要去除根部残留的培养基进行锻炼后才能移种大田
D. 试管苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石带菌量低且营养丰富
2. 如图是植物组织培养过程示意图，下列相关说法正确的是( A )
A. 上述植物组织培养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
① 愈伤 ②
组织
④ 移栽 成活
长 出 ③
丛芽
导入新课
外植体
生根
—①去壁原因：细胞壁阻碍着细胞间的杂交
(1)去除细胞壁 ② 方 法 ：酶解法 露 醇，试分析原因。
_ ③相关酶：纤维素酶和果胶酶 质体吸水过多而涨破。
正在融合的原生质体 再生出细胞壁 愈伤组织
杂种植株
番茄原 番茄细胞 生质体
上述酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘
使溶液有一定的渗透压，防止原生
二、植物体细胞杂交技术
2 . 过程：
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马铃薯 原生质体
马铃薯 细胞
①理论基础：细胞膜具有一定的流动性
物理方法：电融合法、离心法
[②方法：
化学方法：聚乙二醇 (PEG) 融合法、高Ca +-高 pH 融 合 法
正在融合的原生质体 再生出细胞壁
去 壁
番茄原
生质体
二 、 植 物
2 . 过 程 ：
马铃薯 细胞
(2)原生质 体间的融合
去壁
马铃薯
原生质体
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体 细 胞 杂 交 技 术
番茄细胞
杂种植株
愈伤组织
2 . 过程： 去壁 ① 马铃薯 原生质体
(3)植物细胞融合完成的标志：
霖 脱分化
②
再生出新的细胞壁
再分化
移 栽
植物细胞融合
植物体细胞杂交
二、植物体细胞杂交技术
杂种植株
植物组织培养
去壁
①
番茄原
番茄细胞 生质体
(4)植物体细胞杂交完成的标志： 培育成新植物体
导入新课 自主学习 深 度 学 习迁移应用
再生出细胞壁
愈伤组织
马铃薯 细胞
正在融合的原生质体
融合
二
白菜-甘蓝
3、 意 义 ： 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等。
二、植物体细胞杂交技术
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融合实例：
甘蓝
白 菜
十
结合植物体细胞杂交技术过程，思考下列问题：
(1)番茄原生质体(A)与马铃薯原生质体(B)融合后，获得的所有细胞一定是需要 的杂交细胞吗
(2) 若番茄细胞具有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb; 马铃薯细胞含有 4y条染色体，4个染色体组，基因型为ccccDDdd 。则：
①杂种细胞染色体数为 ②杂种细胞染色体组数为
③杂种细胞基因型为 ④从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异
(3)“ 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
二、植物体细胞杂交技术
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4.进一步探究：
(1) 番茄原生质体(A)与马铃薯原生质体(B)融合后，获得的所有 细胞一定是需要的杂交细胞吗
不一定，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
BB
二、植物体细胞杂交技术
导入新课 自主学习 深度学习 迁移应用
4.进一步探究：
若只考虑
两两融合
筛选
AB
AB
AA
(2)若番茄细胞具有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb; 马 铃薯细胞含有4y条染色体，4个染色体组，基因型为ccccDDdd。 则：
①杂种细胞染色体数为
2x+4y
②杂种细胞染色体组数为
二、植物体细胞杂交技术
④从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异
六 (植株为异源六倍体)
导入新课 自主学习 深度学习 迁移应用
4.进一步探究：
染色体数目变异
AabbccccDDdd
③杂种细胞基因型为
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。
(3)“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
二、植物体细胞杂交技术
导入新课 自主学习 深度学习 迁移应用
4.进一步探究：
植 物 组 织 培 养 植 物 体 细 胞 杂 交 技 术 原理 植 物 细 胞 的 全 能 性 细 胞 膜 的 流 动 性 和 植 物 细 胞 的 全 能 性 过程 离体的植物器官、组织或细胞 脱分化 愈伤组织 再分化 芽、根或胚状体 生长发育 植物体 植物细胞A 去壁 原生质体A 原生质体B 去壁 植物细胞B 人工诱导、 融合的原生 质体AB 再生细胞壁 杂种细胞AB 再分化 杂种植株
脱分化
愈伤组织
意义 保持优良性状，繁殖速度快、 大规模生产提高经济效益 克 服 不 同 种 生 物 远 缘 杂 交 的 障 碍 联系 植 物 体 细 胞 杂 交 技 术 应 用 了 植 物 组 织 培 养 技 术
总结：植物组织培养与植物体细胞杂交技术的比较
深度学习 迁移应用
新课 自主学习
3. (2023 · 广东)人参皂苷是人参的主要活性成分。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜 根产生愈伤组织并进行细胞融合，以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是( ( )
A. 细胞融合前应去除细胞壁 B. 高 Ca +- 高pH溶液可促进细胞融合
C. 融合的细胞即为杂交细胞 D. 杂交细胞可能具有生长快速的优势
4. (2022 · 天津静海一中高二期末)如图表示利用植物体细胞杂交技术获得杂种植株白 菜一甘蓝的过程，下列有关说法错误的是( D )
A.①过程表示利用酶解法去除细胞壁获得原生质体的过程
B.② 过程可用聚乙二醇诱导原生质体融合
C.③过程中高尔基体活动旺盛
D. 最终获得的杂种植株体细胞内含19条染色体
①
白菜体细胞
(2n=20)
①
甘蓝体细胞
(2n=18)
自主学习 深度学习 迁移应用
课堂练习
② ③ ④ ⑤
正在融 合的原
生质体
导入新课
愈伤 组织
杂种 植株
杂种 细胞
/出
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)
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
甲植物细胞 乙植物细胞 a 处理 甲原生质体 乙原生质体
PEG
诱导 b
细胞分裂
纤维素酶和果胶酶。
练习与应用(教材P38)
目的维株 用的体旅帝6% 伤阻织
自主学习深度学习迁移应用
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