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(共55张PPT)
第1课时 植物细胞工程的基本技术
第1节
从社会中来
“其芽茸茸，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫花开，凝晴露，万态千妍，薰风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！”
这是我国历史上第一部兰谱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；传统分株繁殖的方式，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？
细胞工程概念
指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学的原理和方法，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。
应用的原理和方法
研究的水平
研究的目的
细胞生物学和分子生物学
细胞整体水平或细胞器水平
按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品(定向改造）
按操作对象分类
植物细胞工程
动物细胞工程
植物细胞工程的理论基础是：
植物细胞的全能性
细胞全能性
1、什么是细胞全能性？原理是什么？
2、全能性的标志是什么？
3、为什么生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官？
4、植物细胞表现出全能性的条件？
复习回顾
植物细胞的全能性
1、全能性定义：
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
2、具有全能性的原因：
生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质。
3、体现全能性的标志：
细胞→ 完整个体或其他各种细胞
实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株
受精卵发育成个体（动植物）
蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰
用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株
4、不体现全能性的实例：
芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶
5、不体现全能性的原因：
基因在特定时间、空间条件下选择性表达
植物细胞的全能性
6、细胞全能性的大小：
①受精卵 生殖细胞（精子、卵细胞） 胚胎干细胞 体细胞
体细胞：分化程度低的 分化程度高的
②植物细胞 动物细胞
③幼嫩的组织细胞 成熟的组织细胞
④分裂能力强的细胞 分裂能力弱的细胞
不同细胞全能性大小比较？
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细胞全能性
4、植物细胞表现出全能性的条件？
复习回顾
植物细胞表现出全能性的条件：
复习回顾
细胞全能性
1
离体
2
一定的营养物质、植物激素
3
适宜的温度、pH、无菌等外界条件
种子萌发成幼苗，能否体现细胞的全能性？
---多肉进行叶插繁殖
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。
植物细胞的全能性
---多肉进行叶插繁殖
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
植物细胞的全能性
一、植物组织培养技术
一、植物组织培养技术
1.植物组织培养：
指离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工控制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其分化为完整植株的技术。
2.理论基础：
细胞的全能性
植物组织培养的过程
自主阅读教材35页—36页，小组思考并讨论以下问题：
1、概述植物组织培养的基本过程？
2、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？
3、在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？
知识梳理
一、植物组织培养技术
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
试管苗
驯化移栽
完整植株
根、芽等
3. 一般过程：
移栽成活
菊花的组织培养—基本过程
愈伤组织
类似胚的结构
胚状体
排列不规则，高度液泡化，呈不定型状态的薄壁细胞
脱分化
生芽
生根
外植体
再分化
离体的植物器官、组织或细胞
知识梳理
探究·实践
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细胞的过程。
如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…
愈伤组织重新分化为芽、根等器官
高根低芽中愈伤
对照
生长素与细胞分裂素比值低
生长素与细胞
分裂素比值高
知识梳理
菊花的组织培养—植物激素的作用
探究·实践
幼 苗
愈伤组织
脱分化
CTK/IAA比例适合
再分化
CTK/IAA比例先增大在减小
植物组织培养过程示意图
完整植株
外植体
一、植物组织培养技术
外植体消毒
洒精消毒、无菌水清洗
次氯酸钠消毒、无菌水清洗
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。
知识梳理
菊花的组织培养—操作步骤
探究·实践
为什么进行无菌操作？
酒精
无菌水
次氯酸钠
无菌水
外植体消毒
外植体切块
接种
洒精消毒、无菌水清洗
次氯酸钠消毒、无菌水清洗
无菌培养皿
灭菌的解剖刀
超净工作台
酒精灯火焰旁
知识梳理
菊花的组织培养—操作步骤
探究·实践
诱导愈伤组织形成
诱导先生芽、再生根
试管苗移栽
外植体接种：将外植体的1/3~1/2插入诱导愈伤组织培养基
知识梳理
菊花的组织培养—操作步骤
探究·实践
一定不能倒置
避光培养
1.照光培养
2.生芽、生根培养基不同
有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。
若先生根后面就不易生芽
芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照
（1）离体状态
（2）无菌操作
（3）种类齐全、比例适合的营养物质
（4）植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）诱导和调节
（5）适宜的外界条件（温度、pH、光照等）
归纳---植物组织培养技术的要求
一、植物组织培养技术
二、植物体细胞杂交技术
二、植物体细胞杂交技术
欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你有什么好妙招？？？
利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？
不能。因为不同种生物之间存在着生殖隔离
“番茄-马铃薯”的假想图
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。
1、概念：
2、融合实例:
二、植物体细胞杂交技术
1
1
2
3
4
5
植物体细胞杂交过程示意图
原生质体
（1）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？
（2）有没有一种温和的去细胞壁的方法？
（3）为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？
（4）原生质体融合成功的标志是什么？
（5）如何将杂种细胞培育成杂种植株？
人工诱导
方法
电融合法、离心法
聚乙二醇（PEG）融合法、
高Ca2+-高pH值融合法
细胞膜的流动性
原理
化学方法
物理方法
A细胞
B细胞
B原生
质体
A原生
质体
融合
原生质体
融合
去壁
去壁
A、B、AA、BB、AB。（只考虑两两融合）
需要进一步筛选
知识梳理
融合后，培养基中有几种类型的细胞？
原生质体融合
1）酶解法去壁：
细胞壁
纤维素酶、果胶酶
原生质体
融合完成的标志是重新产生细胞壁，形成杂种细胞。
高尔基体
A为2a=20
B为2b=30
50
4
杂种细胞染色体数为？
此过程中起主要作用的细胞器是？
杂种细胞染色体组数为？
从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？
染色体数目变异
知识梳理
原生质体融合
植物体细胞杂交成功的标志
植物组织培养
愈伤组织
杂种植株
杂种植株
脱分化
再分化
移栽
融合后
杂种细胞
知识梳理
4、意义:
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。
主要原因：
生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯—番茄杂交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受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。
为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？
回归教材
项目 植物组织培养 植物体细胞杂交
原理
过程
结果
意义
植物组织培养和植物体细胞杂交技术比较
植物细胞的全能性
细胞膜的流动性
植物细胞的全能性
完整植株
杂种植株
繁殖速度快、不受自然生长季节限制
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种
细胞A
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
再生出细胞壁
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
植物体细胞杂交过程示意图
酶解法
二、植物体细胞杂交技术
谢谢观看！
脱分化
再分化
1、回忆植物组织培养技术的基本原理和过程？
2、思考利用这项技术能做哪些工作？
第3课时 植物细胞工程的应用
第1节
一、植物繁殖的新途径
属于无性繁殖
实际问题：经济苗木、名贵花卉、珍稀植物等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持……
植物组织培养技术
1、微型繁殖
快速繁殖优良品种的植物组织培养技术叫植物的微型繁殖技术
保持优良品种的遗传特性；
高效、快速繁殖种苗。
微型繁殖
的应用：
兰花
杨树
生菜
无籽西瓜
实际应用：
快速繁殖经济苗木、名贵花卉、珍稀濒危植物等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持的植物。
石斛
百年牡丹树
连翘
一、植物繁殖的新途径
优点：
①繁殖率高，可大批量生产
②保持亲本的优良性状（无性繁殖 ）
③不受自然生长季节的限制
④培养周期短
一、植物繁殖的新途径
生姜是药食两用的经济作物，在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%-50%。
病毒引起的植物病害有500多种。受害植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉等。而且没有有效的防治办法，只能拔除，造成经济损失。病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几乎不含病毒。
背景资料
一、植物繁殖的新途径
无性繁殖的作物，容易感染、积累病毒，且很容易传给后代。导致作物产量降低、品质变差。
植物分生区切取茎尖进行组织培养，可获得脱毒苗。
脱毒苗不等于抗毒苗，
脱毒草莓
普通草莓
原因：
方法：
一、植物繁殖的新途径
2、作物脱毒
植物分生区细胞繁殖快速，病毒来不及侵入，病毒极少，
微型繁殖
脱毒产品
甘蔗
香蕉
马铃薯
菠萝
一、植物繁殖的新途径
树木需生长数年才能结出种子。
优良杂交种后代会因发生性状分离而丧失优良特性。
受季节、气候和地域的限制。
制种时需要占用大量土地。
如何克服缺陷？
3、人工种子
人造种皮
胚状体或不定芽或顶芽或腋芽。
人工胚乳或子叶
人工种子的结构
①含有农药和杀虫剂，以防播种后害虫的侵害
②加入植物生长调节剂、有益菌
神奇的人工种子
定义：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。
①能透气、透水，且含有胚状体发芽所需的各种营养成分
②有利于储藏、运输、和萌发，且对胚状体无毒
无性生殖
人工种子
优点：
不受气候、季节、地域的限制
保留优良性状
时间短，占地少
解决植物结子难、繁殖力差、发芽率低或种子昂贵的问题
人为控制植物的生长发育与抗逆性
节约粮食
选择亲本
有性杂交
F1代
花粉离体培养
单倍体植株
诱变
染色体加倍
可育纯合子
选择所需类型
后代都是纯合子，能稳定遗传；明显缩短育种年限，加速育种进程。
(1)方法：
花药的离体培养获得单倍体植株，染色体加倍，选择稳定遗传优良品种
(3)优点：
(2)过程：
二、作物新品种的培育
1、单倍体育种
单倍体育种
技术：
花药离体培养获得单倍体
秋水素处理单倍体的幼苗，使染色体加倍
优点：
明显缩短了育种年限
后代稳定遗传
配子：
DT
Dt
dT
dt
单倍体幼苗：
DT
Dt
dT
dt
花药离体培养
秋 水 仙 素
第2年
DDtt
ddTT
ddtt
纯合体:
DDTT
矮抗
P
高杆抗病
DDTT
×
矮杆感病
ddtt
F1
高杆抗病
DdTt
单倍体育种
第1年
二、作物新品种的培育
选择矮秆抗病即为新品种
（4）应用
水稻
小麦
烟草
柏树
二、作物新品种的培育
对植物组织培养过程中得愈伤组织进行诱变处理，促其发生突变，诱导分化成植株，筛选对人们有利突变体,进而培育新品种
外植体
新品种
筛选培育
愈伤组织
脱分化
多种突变体　
诱导分化
诱变处理
白三叶草
二、作物新品种的培育
2.突变体的利用
抗病、
抗盐、
含高蛋白、高产
原理：
基因突变和植物细胞的全能性。
优点：
提高变异的频率，加速育种进程。大幅度地改良某些性状。
难以控制突变方向，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。
缺点：
产生：
植物组织培养中，培养细胞不断分裂易突变
利用：
筛选对人们有利的突变体,进而培育成新品种
二、作物新品种的培育
2.一般组织培养到愈伤组织即可，
因为此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。
蛋白质，脂肪，糖类，药物，香料，生物碱等
三、细胞产物的工厂化生产
1.细胞产物种类：
植物细胞工程的应用
一、植物繁殖的新途径
二、作物新品种的培育
三、细胞产物的工厂化生产
1.单倍体育种
2.突变体的利用
药物，香料，蛋白质等
2.作物脱毒
1.微型繁殖
谢谢观看！

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