资源简介

(共49张PPT)
2.1 植物细胞工程
植物细胞工程的基本技术
新教材 人教版 选择性必修三
【教学过程】
Teaching Process
1.概念图
3.教学总结、综合
2.课堂教
学内容
4.课堂练习巩固
典型习题
规律总结
植物组织培养
植物体细胞杂交技术
基本技术
1958
1960
1964
1971
1974
1902
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，促进了植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合。
1971年，卡尔森（P.S.Carlson，1944—2017）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。
1964年，古哈（S.Guha，1938—2007）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（E.C.Cocking，1931—）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（F.C.Steward，1904—1993）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（G.Haberlandt，1854—1945）提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。
科技探索之路1
植物细胞工程的发展历程
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
细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和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。可分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。
发育
细胞器
科技探索之路1
“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？
讨论：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？
利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。
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
国画作品《兰》
一.植物细胞工程的基本技术
植物细胞工程
植物组织培养
植物体细胞杂交
植物细胞工程的理论基础是什么
细胞的全能性
1 选取多肉上健康、饱满的叶片。
2 用剪刀切下整片叶片，切口要平滑、整齐。也可以直接用手轻轻掰下叶片。
3 平躺放在沙床上，叶片间隔相聚2~3厘米。
4 叶片切口不要有碰脏，摆放通风处2~3天，晾干
5 待叶片晾干后移至半阴处养护。
6 约2~3周后生根，或从叶基处长出不定芽。
7 叶插成功
1.植物组织培养
一.植物细胞工程的基本技术
多肉进行叶插繁殖
（1）细胞的全能性 ①定义：
新教材必修1-P121——细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。
选择性必修3-P34 ——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，即细胞具有全能性。
分裂
分化
分裂
分化
共同
组成
生物个体
受精卵
干细胞
体细胞
1.植物组织培养
一.植物细胞工程的基本技术
③全能性的大小
A.体细胞全能性与细胞分化程度：分化程度低的＞分化程度高的。
B.体细胞全能性与细胞分裂能力：分裂能力强的＞分裂能力弱的。
C.不同类型细胞的全能性：受精卵＞生殖细胞＞体细胞；受精卵＞干细胞＞体细胞
D.不同生物细胞的全能性：植物细胞＞动物细胞。
②细胞具有全能性的原因：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。
1.植物组织培养
一.植物细胞工程的基本技术
（1）细胞的全能性
1.植物组织培养
一.植物细胞工程的基本技术
④体现细胞的全能性的标志：
细胞→ 完整个体或其他各种细胞
实例：A. 胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株
B. 受精卵发育成个体（动植物）
C. 蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰
D. 用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株
⑤不体现细胞的全能性的实例：
在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性，
比如，芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶。
⑥不体现细胞的全能性的原因：
基因在特定时间、空间条件下选择性表达。
（1）细胞的全能性
(2)植物组织培养
①概念：在______和人工控制条件下，将______的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生____________、丛芽，最终形成完整的植株。
无菌
离体
愈伤组织
1.植物组织培养
一.植物细胞工程的基本技术
③一般过程：
②理论基础：
细胞的全能性
1.植物组织培养
一.植物细胞工程的基本技术
(2)植物组织培养
外植体 愈伤组织 根、芽等 试管苗 完整植株
脱分化
再分化
驯化
移栽
③一般过程：
1.植物组织培养
一.植物细胞工程的基本技术
(2)植物组织培养
外植体 愈伤组织 根、芽等 试管苗 完整植株
脱分化
再分化
驯化
移栽
A.外植体——离体的植物器官、组织、细胞或原生质体。
植物的茎尖、幼嫩的叶片、花药是常用的外植体。
B.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。
注意：要进行遮光
思考：若培养物取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，愈伤组织中是否会含有叶绿体？为什么？
愈伤组织中不含有叶绿体；
培养物经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞，因此，愈伤组织中不含有叶绿体
③一般过程：
1.植物组织培养
一.植物细胞工程的基本技术
(2)植物组织培养
外植体 愈伤组织 根、芽等 试管苗 完整植株
脱分化
再分化
驯化
移栽
C.愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状
态的薄壁细胞团。注意：无叶绿体，可进行有丝分裂
见光后愈伤组织变为绿色
③一般过程：
1.植物组织培养
一.植物细胞工程的基本技术
(2)植物组织培养
外植体 愈伤组织 根、芽等 试管苗 完整植株
脱分化
再分化
驯化
移栽
D.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
成胚状体、根、芽等,这个过程叫做再分化。
注意：需要光照，因为芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需
要光照
生长素用量与细胞分裂素用量的比值 结果
比值高
比值低
比值适中
有利于根的分化，抑制芽的形成
有利于芽的分化，抑制根的形成
促进愈伤组织的形成
⑤影响植物组织再分化的因素有：
④植物组织培养的条件：
离体
无菌
培养基
适宜的外界条件
1.植物组织培养
一.植物细胞工程的基本技术
(2)植物组织培养
生长素和细胞分裂素的比值
微生物
培养基的离子平衡
pH值
温度
蔗糖：提供能量、调节渗透压
例1.细胞具有全能性的原因是（ ）
A. 体细胞具有发育成完整个体的潜能
B. 生物体的每个细胞都具有全能性
C. 生物体的每个细胞都含有个体发育的全部基因
D. 生物体的每个细胞都是由受精卵发育成的
例2.下面是将四倍体兰花的叶片通过植物组织培养形成植株的示意图，相关叙述中正确的是（ ）

A. ②阶段会发生减数分裂过程
B. ①阶段需生长素而③阶段需细胞分裂素
C. 此过程体现植物细胞具有全能性　　　
D. 此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体
C
四倍体兰花叶片
愈伤组织
胚状体
植株
③
①
②
C
一.植物细胞工程的基本技术
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
胚状体、根、芽等
试管苗
完整植株
移栽
（1）原理：
（2）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、用量比例对菊花愈伤组织形成
和分化的影响
③尝试进行0植物组织培养
（3）步骤：
1.植物组织培养
一.植物细胞工程的基本技术
探究 实践：菊花的组织培养
①制备外植体
消毒：
切割：（无菌操作）
酒精
30s
无菌水
2-3次
次氯酸钠溶液
30min
材料：
幼嫩的菊花茎段
2-3次
无菌水洗
超净工作台或接种箱
消毒与无菌水冲洗
切割与接种
②接种到诱导愈伤组织培养基
脱分化 避光
形成愈伤组织
(有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。)
愈伤组织培养
培养温度：
18-220C
一.植物细胞工程的基本技术
（3）步骤：
③接种到诱导生芽培养基
④接种到诱导生根培养基
接种室
试管苗
若先生根后面就不易生芽
移栽
培养室
⑤ 移栽
一.植物细胞工程的基本技术
（3）步骤：
思考：
A.为什么整个过程要保证无菌操作？
B.为什么外植体不能倒插？
避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，同时防止有些杂菌危害培养物的生长。
与生长素的极性运输有关；
生长素含量多的部分容易生出不定根，含量少的部分生出不定芽，一般而言，容易长不定芽的是形态学上端，容易长不定根的是形态学下端，因此应该将形态学上端朝上，下端朝下，若倒插，外植体不易存活。
1.植物组织培养
一.植物细胞工程的基本技术
探究 实践：菊花的组织培养
(4)结果分析与评价
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，试分析它们被污染的可能原因。
② 从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？
③ 培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？
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。
2周左右
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。
一般使用无土栽培方法。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。
1.植物组织培养
一.植物细胞工程的基本技术
探究 实践：菊花的组织培养
(4)结果分析与评价
④ 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？
空白对照：不加任何激素
实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1；
实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1；
实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1。
1.植物组织培养
一.植物细胞工程的基本技术
探究 实践：菊花的组织培养
1.植物组织培养
一.植物细胞工程的基本技术
植物组织培养中细胞表现出全能性的条件:
A.离体（最关键）
B.严格的无菌条件
C.适宜的培养条件
D.适宜浓度和比例的激素
E.一定的营养条件
对操作环境、双手、外植体进行消毒；
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）。
*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。
*配制合适的培养基，包括有机营养成分、无机营养成分、适宜浓度和比例的激素。
*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。
一.植物细胞工程的基本技术
特殊的植物组织培养——花药离体培养
花药离体培养
配子
DDTT
DDtt
ddTT
ddtt
正常植株（纯合）
秋水仙素诱导
高杆抗病
DdTt
DT
Dt
dT
dt
单倍体植株
DT
Dt
dT
dt
需要的纯合矮抗品种
（1）植物组织培养过程中涉及的分裂方式为_________；
（2）该过程涉及的生殖方式是_________*；
（3）经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为_______，一定是吗？_______。
有丝分裂
有性生殖
纯合子
不一定
1.植物组织培养
一.植物细胞工程的基本技术
亲本
20世纪60年代，科学家尝试将番茄和马铃薯杂交，希望培育出一种地上结番茄、地下长马铃薯的超级作物。
讨论：用传统的有性杂交方法能得到杂种后代吗？为什么？
不能；
因为两种生物之间存在着生殖隔离；
有没有一种方法可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，获得“番茄-马铃薯杂种植株”呢？
2.植物体细胞杂交技术
一.植物细胞工程的基本技术
2.植物体细胞杂交技术
一.植物细胞工程的基本技术
2003年1月5日，“神舟”四号准确陆。这次时6天18小时的空行，开展了多 项在轨研究，其中有一项被媒体描述成“太空婚礼”的生物实验。不过，“婚礼”中的 “新郎”和“新娘”是一对对体细胞，作为“新房”的是一个黑色的小合子——电融合仪。原来，这是科技工作者在空间微重力条件下进行的细胞融合(cell fusion)实验。
再生出细胞壁
植物细胞A
植物细胞B
原生质体B
原生质体A
人工诱导融合，并筛选
融合原生质体
杂合细胞AB
脱分化
愈伤组织
再分化
杂合植株
去壁
去壁
植物细胞融合
植物组织培养
植物体细胞杂交过程示意图
2.植物体细胞杂交技术
一.植物细胞工程的基本技术
（1）过程
2.植物体细胞杂交技术
一.植物细胞工程的基本技术
（2）实例
例1：识图：数字代表过程，字母代表细胞、组织或植株
①_______________ a/b_____________
②_______________ c_______________
③_______________ d_______________
④_______________ e_______________
⑤_______________ f_______________
①②③___________ ④⑤____________
去除细胞壁
原生质体
原生质体间的融合
正在融合的原生质体
再生出新的细胞壁
杂种细胞
脱分化
愈伤组织
再分化
杂种植株
植物细胞融合
植物组织培养
①植物体细胞杂交完成的标志*：_______________
培育出杂种植株
2.植物体细胞杂交技术
一.植物细胞工程的基本技术
（2）实例
物理法
化学法
电融合法
离心法
聚乙二醇（PEG）
高Ca2+-高pH
优点：使用方便，诱导细胞融合的频率高
缺点：有一定的毒性对某些细胞不适用
（如卵细胞）
②融合
方法
优点：使用方便，诱导细胞融合的频率高
缺点：有一定的毒性对某些细胞不适用（如卵
细胞）
2.植物体细胞杂交技术
一.植物细胞工程的基本技术
（2）实例
③植物细胞融合前还需去除细胞壁
A.去壁原因：
___________________________________________
B.方法：_______
细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体间的融合）
酶解法
2.植物体细胞杂交技术
一.植物细胞工程的基本技术
（2）实例
③植物细胞融合前还需去除细胞壁
C.所用酶：_______________
为什么用上述酶？___________________________________
酶解法利用了原理？___________
纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，试分析原因？
2.植物体细胞杂交技术
一.植物细胞工程的基本技术
（2）实例
纤维素酶和果胶酶
植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成
酶的专一性
使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常
④再生出新的细胞壁
A.细胞融合完成的标志*：
__________________
B.相关的细胞器：
_______________
C.验证再生出新壁的实验：
_____________________________________
再生出新的细胞壁
高尔基体和线粒体
质壁分离和质壁分离复原实验
2.植物体细胞杂交技术
一.植物细胞工程的基本技术
（2）实例
（3）概念：
将不同来源的植物细胞，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。
体细胞杂交利用了细胞膜具有一定的流动性。
杂种细胞培育成植株利用了植物细胞的全能性。
（4）原理：
2.植物体细胞杂交技术
一.植物细胞工程的基本技术
(5)生殖方式：________
(6)分裂方式：________
(7)可遗传变异类型：________________
(8)实例：白菜-甘蓝、普通小麦-长穗偃麦草
(9)意义*：_______________________________________
无性生殖
有丝分裂
染色体（数目）变异
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种
2.植物体细胞杂交技术
一.植物细胞工程的基本技术
思考：若只考虑两两融合，原生质体A和原生质体B可以形成几种融合细胞？哪种融合细胞才是符合要求的？
AA
AB
BB
筛选
AB
思考：
获得的所有细胞一定是需要的杂交细胞吗？
诱导融合后的产物有三类：
①未融合的细胞
②两两融合的细胞
③多细胞融合体
不一定；
2.植物体细胞杂交技术
一.植物细胞工程的基本技术
植物体细胞杂交和有性杂交的辨析
2.植物体细胞杂交技术
一.植物细胞工程的基本技术
例2.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
一.植物细胞工程的基本技术
例2.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：
⑥得到的杂种植株与植株A和植株B还是同一物种吗？
__________________________________________
不是，因为存在生殖隔离（无法产生可育后代）
一.植物细胞工程的基本技术
有关植物体细胞杂交的三个易错点
2.植物体细胞杂交技术
一.植物细胞工程的基本技术
思考：(P28拓展题)
杂种植株包含两个物种的全部遗传物质，各种基因都包含在内，却未按照人们的要求表现出亲本所有的性状，例如“番茄-马铃薯”并没有地上结番茄，地下长马铃薯，这是为什么？
1978年，梅尔彻斯（Melchers）等人首次获得了马铃薯与番茄的体细胞杂种，所产生的杂交株被称为“马铃薯-番茄”。像大多数杂种一样，杂交植株同时具有马铃薯和番茄的形态特征，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“马铃薯—番茄”一类的体细胞杂交植物还不能产生经济效益。
2.植物体细胞杂交技术
一.植物细胞工程的基本技术
思考：(P28拓展题)
例如“番茄-马铃薯”并没有地上结番茄，地下长马铃薯，这是为什么？
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，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，它们不能像在原植株细胞内实现有序表达，因此不能按照人们的要求；表现出亲本所有的性状
2.植物体细胞杂交技术
一.植物细胞工程的基本技术
虽然科学家们原本的设想没有实现，但是植物体细胞杂交技术提供了一种新的遗传育种方法。这种技术克服了不同种植物远缘杂交的障碍，使不同种植物的杂交成为可能。
思考：据报道，某男子培育出一株奇怪的植株，实现了“地上长番
茄、地下结马铃薯”，你认为该男子可能是利用什么方法获
得的该植株？
分析：__________________________________________。
接穗
砧木
嫁接。以土豆植株为砧木，以番茄植株为接穗
2.植物体细胞杂交技术
一.植物细胞工程的基本技术
例2：通过细胞工程技术，利用甲、乙两种植物的各自优势，培育高产、耐盐的杂种植株。
下列叙述错误的是（ ）
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选择时要将植物种在高盐环境中
2.植物体细胞杂交技术
一.植物细胞工程的基本技术
A
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.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
练习与应用（P28）

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