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(共36张PPT)
2.1 植物细胞工程（第1课时）
教学目标
1.概述植物组织培养和植物体细胞杂交技术的原理和过程。
2.尝试进行植物组织培养。
照片中两只可爱的小孩，分别叫“中中”和“华华”，它们于2017年诞生于中国，是世界首例体细胞克隆猴，轰动全世界！
细胞工程
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。
原理
操作水平
目的
原理和方法 生物学 生物学和 生物学
操作水平 水平 水平或 水平
目的 获得特定的细胞组织、器官、个体或 。
分类 细胞工程和 细胞工程
细胞
分子
细胞
组织
细胞产品
植物
动物
发育
细胞器
植物细胞工程的发展历程
科技探索之路
1902年，哈珀兰特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，古哈等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉发育而来的胚。
1971年，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。
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，促进植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合。
动物细胞工程的发展历程
1907年，哈里森用一滴淋巴液成功培养了蝌蚪的神经元，首创了动物组织体外培养法。
1951年，张明觉等发现了哺乳动物精子获能现象。
1959年，试管家兔诞生。之后，多种试管动物相继出生。
1958年，格登用非洲爪蟾进行体细胞核实验，同期，我国科学家童第周开展了鱼类细胞核移植工作。
1975年，米尔斯坦和科勒等创立了单克隆抗体技术。
1978年，小鼠的桑椹胚被成功分割。次年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵羔羊
1981年，埃文斯等成功分离和培养了小鼠的胚胎干细胞
2006年，山中伸弥等获得了诱导多能干细胞。我国科学家用这种细胞培育了小鼠。
2014年，世界上第一个用单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿在我国诞生。
2017年，我国科学家首次培育了体细胞克隆猴。
植物细胞工程的基本技术(第1课时)
从社会中来
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，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
鬼兰（幽灵兰）
灰绿色
世上最贵的兰花,没有之一
！
市场价格：
1500万每株！
从社会中来
I have a dream!
从社会中来
从社会中来
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，即细胞的全能性。
植物组织培养的基本原理
为什么植物组织或细胞能培养成完整植物体？
一 植物组织培养技术
生物体内的细胞在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性的表达，即发生细胞分化。如芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶。
一 植物组织培养技术
在生物的生长发育过程中，为什么不是所有的细胞都表现出全能性？
体细胞具有全能性的根本原因是什么？
每个体细胞都含有该物种全部的遗传信息。
受精卵>体细胞
部分生殖细胞>体细胞
植物细胞>动物细胞
生物体所有细胞全能性大小都一致吗？
一 植物组织培养技术
细胞表现全能性的条件有哪些？
（无菌、温度，湿度，光照等）
②适宜的外界环境条件
③培养基
（一定的营养物质、激素）
①离体细胞、组织或器官
全能性与细胞分化的关系？
一般情况下，随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。
一 植物组织培养技术
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。
1.植物组织培养的概念
统称外植体
一 植物组织培养技术
2.植物组织培养的流程图
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽
诱导生根
移栽成活
再分化
再分化
脱分化
一 植物组织培养技术
3.菊花的组织培养
探究 实践
(1)实验原理
外植体
愈伤组织
芽、根
完整植株
脱分化
再分化
生长发育
植物细胞一般具有全能性。
植物组织培养的过程
脱分化
再分化
让已经分化的细胞，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的过程。
排列疏松无而无规则，是一种高度液泡化的，呈无定形状的薄壁细胞。
愈伤组织
愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。
一 植物组织培养技术
(2)材料用具：
材料：幼嫩的菊花茎段、培养基、体积分布式70%的酒精，质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液和无菌水和培养基等。
用具：50mL锥形瓶、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。
一 植物组织培养技术
3.菊花的组织培养
(3)方法步骤：
①消毒
双手和超净工作台
酒精擦拭
外植体（幼嫩的茎段）：
酒精消毒
30s
无菌水
2~3次
次氯酸钠
30min
无菌水
2~3次
注意：实验使用的培养基和所有机械都要灭菌。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的机械都要灭菌。
一 植物组织培养技术
3.菊花的组织培养
②取材
将消毒过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。
(3)方法步骤：
一 植物组织培养技术
3.菊花的组织培养
超净工作台无菌操作
③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，并在培养瓶上做好标记。
注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插。
(3)方法步骤：
一 植物组织培养技术
3.菊花的组织培养
④脱分化
将接种了外植体的锥形瓶置于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
愈伤组织
脱分化
（一般不需要光照）
愈伤组织
(3)方法步骤：
一 植物组织培养技术
3.菊花的组织培养
再分化
培养15~20天后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
外植体
愈伤组织
脱分化
芽
再分化
生长素/细胞分裂素
适中
根
高
低
(3)方法步骤：
一 植物组织培养技术
3.菊花的组织培养
诱导生根
诱导生芽
细胞分裂素
生长素
芽分化
愈伤组织
根分化
巧记：高根低芽中愈伤
生长素用量 / 细胞分裂素用量 结果
比值≈1
比值＞1
比值＜1
促进根的分化
促进芽的分化
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。
一 植物组织培养技术
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。每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水，施肥，直至开花。
(3)方法步骤：
一 植物组织培养技术
3.菊花的组织培养
一 植物组织培养技术
3.菊花的组织培养
(4)实验结果与评价：
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。
一 植物组织培养技术
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。
(4)实验结果与评价：
一 植物组织培养技术
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。
(4)实验结果与评价：
一 植物组织培养技术
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。
(4)实验结果与评价：
一 植物组织培养技术
离体
无菌
一定的营养、激素
适宜的外界条件(温度、pH、光照等)
外植体
愈伤组织
根、芽或胚状体
试管苗
脱分化
再分化
黑暗
光照
水
琼脂
有机物
无机物
植物激素
蔗糖：提供能量、调节渗透压。
植物激素：主要是生长素和细胞分裂素。
小结
根、芽
植物体
再分化
培养条件：①无菌②营养物质③适宜条件（温度、PH、光等）④植物激素：
遮光
光照
芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照
脱分化
愈伤组织
离体的植物器官、组织或细胞（外植体）
愈伤组织重新分化为芽、根等器官
失去特有结构和功能转变成未分化的细胞
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会影响植物细胞的发育方向。
如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…
排列不规则，高度液泡化，呈不定型状态的薄壁细胞
小结
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
注：(1)高度分化的动物细胞的细胞核也具有全能性。
(2)配子中至少含有一个染色体组，所以配子也具有全能性。
(3)植物的种子发育成完整植株，不能体现细胞的全能性。
即时练习
学而时习之

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