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新人教版·选择性必修三
第2章 细胞工程
第1节 植物细胞工程
照片中两只可爱的小猴,分别叫“中中”和“华华”,它们诞生于2017年,一出生就轰动了全世界,这是我国科学家的研究成果。你知道它们是如何培育出来的吗？在这之前,科学家培育了胚胎细朐克降猴,你知道两者有什么不同吗？其实，自1996年首个体细胞克隆动物多莉羊
(Dolly)诞生以来,人类已经成功克隆了马、
牛和猪等大型家畜,但为什么体细胞克隆
猴的诞生能轰动世界呢？
上面这些成果的取得都有赖于细胞工程的发展,培育克隆动物只是细胞工程的一个方面。近年来,细胞工程领域成果迭出,方兴未艾。
细胞工程
细胞工程
细胞工程的概念
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
细胞器、细胞或组织
获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品
植物细胞工程和动物细胞工程
1902年，哈伯兰特，提出细胞全能性的理论。
科技探索之路-细胞工程的发展历程
1. 植物细胞工程的发展历程
1. 植物细胞工程的发展历程
1958年，斯图尔德，发现胡萝卜的体细胞可分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。
科技探索之路-细胞工程的发展历程
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。
科技探索之路-细胞工程的发展历程
1. 植物细胞工程的发展历程
1964年，古哈，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。
科技探索之路-细胞工程的发展历程
1. 植物细胞工程的发展历程
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。
科技探索之路-细胞工程的发展历程
1. 植物细胞工程的发展历程
1974年，土壤农杆菌的Ti质粒发现。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。
科技探索之路-细胞工程的发展历程
1. 植物细胞工程的发展历程
1890年，希普，世界上首例胚胎移植成功。
1907，哈里森，
首创了动物组织体外培养法。
1951年，张明觉，
发现哺乳动物精子获能现象。
1958，格登，
体细胞核移植成功；
1959，试管家兔诞生
1975，米尔斯坦和科勒，创立单克隆抗体技术
1978，胚胎分割移植工程
1981，埃文斯，
分离和培养小鼠胚胎干细胞
1996，克隆羊诞生
2006，山中伸弥，
获得诱导多能干细胞
2014，单细胞基因组测交进行遗传病筛查的试管婴儿诞生
2017，我国科学家首次培育了体细胞克隆猴
科技探索之路-细胞工程的发展历程
2. 动物细胞工程的发展历程
第1小节
植物细胞工程的基本技术
本节聚焦
植物细胞工程的理论基础是什么？
什么是植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术？
怎样进行菊花的组织培养？
“其茅葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫开也，凝睛瀼露，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
国画作品——兰
从社会中来
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
兰花是观赏植物中最常见的一类依靠植物组织培养繁育种苗的植物，其组培苗的数量约占观赏植物组培苗总量的40%。
从社会中来
植物组织培养
植物细胞工程的基本技术
植物组织培养技术
植物体细胞杂交技术
植物组织培养技术
1. 理论基础
植物细胞具有全能性
① 定义
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 原因
高度分化的细胞仍含有该物种的全部遗传信息，具有发育成完整个体所需要的全套基因。
叶子
花瓣
花粉
细胞
植物体
植物组织培养技术
③ 为什么植物体中细胞没有表现出全能性？
植物组织培养技术
生长点
叶原基
芽轴
芽原基
枝芽结构示意图
细胞只能发育为叶
细胞只能发育为芽
在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性表达。
④ 全能性大小的比较
植物组织培养技术
体细胞全能性与细胞的分化程度
体细胞全能性与细胞分裂能力
不同类型细胞的全能性
不同生物细胞的全能性
分化程度低 > 分化程度高
分裂能力强 > 分裂能力弱
受精卵 > 生殖细胞>体细胞
受精卵 > 干细胞 >体细胞
植物细胞 > 动物细胞
植物组织培养技术
2. 植物组织培养技术的概念
① 植物细胞工程中的基本技术
② 高度分化的植物组织的细胞的全能性表现的技术
植物组织培养技术
叶子
花瓣
植物体
植物组织培养技术
2. 植物组织培养技术的概念
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。
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽
诱导生根
移栽成活
植物组织培养技术
3. 探究·实践：菊花的组织培养
实验原理
① 植物细胞一般具有全能性
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
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
植株
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。
植物组织培养技术
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
植株
实验原理
用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。
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。
愈伤组织继续进行培养，重新分化成芽、根等器官的过程。
植物组织培养技术
实验原理
② 植物激素
植物激素中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。
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。
生长素
细胞分裂素
适中
利于愈伤组织的形成
低
利于芽的分化
高
利于根的分化
植物组织培养技术
实验目的
① 了解植物组织培养的基本原理
② 了解生长素和细胞分裂素的浓度、用量的比例对菊花愈伤组织形
成和分化的影响
③ 尝试进行植物组织培养
植物组织培养技术
材料用具
幼嫩的菊花茎段
材料
培养基
无菌水
体积分数为70%的酒精
质量分数为5%的次氯酸钠
锥形瓶
用具
超净工作台
高压蒸汽灭菌锅
解剖刀 镊子 培养皿
烧杯
酒精灯
培养箱
植物组织培养技术
实验步骤
外植体消毒
外植体切断
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导芽和根
移栽
植物组织培养技术
实验步骤
① 外植体消毒
用酒精擦拭双手和超净工作台面
流水冲洗外植体（幼嫩的茎段）
酒精消毒30s
无菌水清洗
2~3次
次氯酸钙溶液处理30min
无菌水清洗
2~3次
植物组织培养技术
实验步骤
② 外植体切段
消毒过的外植体置于无菌培养皿
用无菌滤纸吸去表面水分
用解剖刀将外植体切成0.5~1cm的小段
植物组织培养技术
实验步骤
③ 接种外植体
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。
接种时，注意外植体的方向，不要倒插。
植物组织培养技术
实验步骤
④ 诱导愈伤组织
将接种了外植体的锥形瓶置于18~22℃的培养箱中培养
培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况
注意：
诱导愈伤组织期间一般不需要光照。
植物组织培养技术
实验步骤
⑤ 诱导芽和根
培养15~20天后，将生长良好的愈伤组织转接到生芽
长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上
进一步诱导形成试管苗
注意：
诱导芽和根期间需要给予适当时间和强度的光照
植物组织培养技术
实验步骤
⑥ 移 植
打开封口膜，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
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
适时浇水、施肥，直至开花
植物组织培养技术
实验步骤
总结
脱分化
外植体
黑暗
愈伤组织
再分化
试管苗
植株
光照
移栽
离体
无菌
适宜培养基
适宜的外界条件(温度、光照、气体等)
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
植物组织培养技术
结果分析与评价
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。
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。
植物组织培养技术
结果分析与评价
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。
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
植物组织培养技术
结果分析与评价
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。
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。
植物组织培养技术
结果分析与评价
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。
4. 你培育的幼苗移栽到露地后，能够正常生长吗
植物组织培养技术
进一步探究
1. 一般来说，容易进行无性繁殖的植物也容易进行组织培养，如芦荟、秋海棠和月季等，你可以从中挑选一种你喜欢的植物，尝试进行组织培养。
植物组织培养技术
进一步探究
2. 如果你对植物激素的作用感兴趣，可以在查阅资料的基础上，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。
对照实验
A组：不加任何激素
B组：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1
C组：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1
D组：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1
拓展：植物组织培养的两种途径
胚状体途径
直接途径
间接途径
外植体
胚状体
幼苗
外植体
胚状体
幼苗
愈伤组织
器官发生途径
直接途径
外植体
芽
幼苗
外植体
间接途径
根
芽
幼苗
根
愈伤组织
拓展：植物组织培养的两种途径
胚状体途径
胡萝卜根韧皮部的细胞
愈伤组织
胚状体
幼苗
胡萝卜
胚状体：
离体培养条件下，没有经过受精过程，但是经过了胚胎发育过程所形成的胚状类似物，因而统称为体细胞胚或胚状体。
拓展：植物组织培养的两种途径
器官发生途径

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