资源简介

(共25张PPT)
哈伯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。
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。
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。
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。
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。
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。
1902年
1958年
1960年
1964年
1971年
1974年
科技探索之路
植物细胞工程的发展历程
首例胚胎移植成功
首创动物组织体外培养法
发现哺乳动物精子获能现象
体细胞核移植成功
试管家兔诞生
创立单克隆抗体技术
胚胎分割移植成功
分离和培养小鼠胚胎干细胞
克隆羊多莉诞生
获得诱导多能干细胞
单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿诞生
我国科学家首次培育了体细胞克隆猴。
1890年
1907年
1951年
1958年
1959年
1975年
1978年
1981年
1996年
2006年
2014年
2017年
科技探索之路
植物细胞工程的发展历程
第二章 细胞工程
第1节 植物细胞工程
一 植物细胞工程的基本技术
教学目标
01
生命观念：
简述植物组织培养和植物体细胞杂交的原理和过程
02
科学探究：
设计实验，尝试探究植物生长素和细胞分裂素使用比例对植物组织培养的影响
03
科学思维：
说明植物组织培养和植物体细胞杂交的原理；尝试设计植物组织培养技术的流程简图
04
社会责任：
认同科学是一个不断发展的过程，激发探索生命奥秘的热情
从社会中来
“其茅葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨（dài）夫花开，凝晴滚露，万态千妍，薰（xūn）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（zhānɡ）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？
幽灵兰
利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。
为什么植物组织或细胞能培养成完整植物体？
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
阅读教材P34第一段，回答下列问题。
1.体细胞具有全能性的根本原因是什么？
2.全能型大小的比较：受精卵 胚胎干细胞 生殖细胞 体细胞
3.体现全能性的标志？实例？
4.在生物的生长发育过程中，所有细胞都能表现出全能性吗？请举例。
5.为什么不是所有的细胞都表现出全能性？
每个细胞都含有该物种所特有的全套遗传物质。
细胞→ 完整个体或其他各种细胞
芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶
基因在特定时间、空间条件下选择性表达
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）
用一片叶子、一粒花粉繁殖出新的植株
细胞的全能性
> > >
一般情况下，分化程度越高，全能性越低。
一
植物组织培养技术
潜能
潜能
分裂
分裂
分化
具有
表现出全能性
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，芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶。
在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达
科学家是如何做到让其潜能表现出来的呢？
——植物细胞工程中的基本技术
植物组织培养（plant tissue culture）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。
植物组织培养技术
植物细胞的全能性
原理
生殖方式
无性生殖
分裂方式
有丝分裂
植物组织培养的流程：
接种外植体
离体培养的植物器官、组织或细胞
脱分化
诱导愈伤组织
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
离体条件下已分化的细胞经过诱导，失去特有的结构和功能，重新获得分裂能力
诱导生芽
再分化
愈伤组织能重新分化成芽、根等器官
诱导生根
移栽成活
植物组织培养技术
外植体
愈伤组织
试管苗
完整植株
脱分化
芽、根等
再分化
关键激素
生长素和细胞分裂素
细胞分裂素
生长素
芽分化
愈伤组织
根分化
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
巧记：高根低芽中愈伤
决定植物脱分化、再分化的关键因素：
1.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）尝试进行植物组织培养
2.材料：
(1)外植体：
幼嫩的菊花茎段
(容易诱导形成愈伤组织)
(2)体积分数为70%的酒精：
对手、超净工作台、外植体进行消毒
(3)质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液:
(4)无菌水:
清洗外植体
3.MS培养基：
水（去离子水）、无机营养（大量元素、微量元素）、有机营养（蔗糖、维生素、氨基酸）、天然附加物、植物激素（生长素、细胞分裂素等）
探究·实践 菊花的组织培养
P116·附录1：植物组织培养常用的培养基配方
⑴培养基名称： ；
⑵物理性质： ；
⑶碳源： 。
无机营养成分(水和无机盐)、
有机营养成分(蔗糖、氨基酸、维生素等)、
特定浓度和比例的激素(主要是生长素和细胞分裂素)。
作用：
作为碳源，提供能量，调节渗透压
MS培养基
固体培养基
蔗糖
探究·实践 菊花的组织培养
外植体
的消毒
外植体
的切段
接种外
植体
诱导愈
伤组织
诱导生
芽生根
移栽
流水冲洗
→酒精消毒30s
→无菌水清洗2～3次
→次氯酸钠溶液处理30min
→无菌水清洗2～3次。
材料：
幼嫩的菊花茎段
将酒精和次氯酸钠溶液清洗干净
将消过毒的外植体置于无菌培养皿中
→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。
1.接种外植体在什么附近进行？
2.将外植体接种到什么培养基中？
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
形态学下端
1.诱导愈伤组织的培养基中生长素和细胞分裂素的比例？
2.应该置于光照条件还是黑暗条件下培养？
3.培养基提供的碳源应是有机碳源还是无机碳源？
1：1
黑暗条件
有机碳源
有光时，往往容易形成维管组织，
而不易形成愈伤组织。
18-220C、避光
1.诱导生芽生根的培养基中生长素和细胞分裂素的比例？
2.应该置于光照条件还是黑暗条件下培养？
诱导生芽：生长素比例少
诱导生根：生长素比例多
需光照。
注意：若先生根后面就不易生芽
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.培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？
固体基质型，含水量高、
蓄水性强、透性好，适合栽培
珍珠岩 ,珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩，经急剧冷却而成的玻璃质岩石，有弧形或圆形裂隙，如珍珠的结构，所以被命名为珍珠岩 。
蛭石是一种天然、无毒的矿物质，在高温作用下会膨胀的矿物。它是一种比较少见的矿物，属于硅酸盐。
探究·实践 菊花的组织培养
1. 接种3~4d后，检查外植体的生长情况，可能有外植体被污染，试分析它们被污染的可能原因。
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。
结果分析与评价
探究·实践 菊花的组织培养
问题情景：欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你有什么妙招？利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？
不能。因为不同种物种之间存在着生殖隔离
思考：有没有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？
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。
融合实例
+
=
白菜
甘蓝
白菜-甘蓝
植物体细胞杂交技术
3.参考课本P38图2-4，写出各过程内容并进行分析。
1.参考动物细胞融合，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？
去除细胞壁（获得原生质体）
2.得到杂种细胞后，如何培育成植株？
植物组织培养
原生质层
①
①
②
③
④
⑤
⑥
植物体细胞杂交技术
杂种细胞再生出新的细胞壁
去除
细胞壁
诱导融合
细胞壁再生
脱分化
再分化
移栽
杂种植株
植物组织培养
原生质体融合
（植物细胞的全能性）
（细胞膜的流动性）
物理法：
化学法：
电激法、离心法、振荡法等
聚乙二醇（PEG）融合法、
高Ca2+ —高pH融合法等。
植物细胞融合完成的标志
植物体细胞杂交技术完成的标志
去除
细胞壁
酶解法：
纤维素酶、果胶酶
原理：
直接参与细胞器:
高尔基体
植物体细胞杂交技术
进一步探究
1.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.A细胞和B细胞融合后，共有融合细胞几种？其中符合要求的是哪种？
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。
原生质体
细胞壁
细胞膜
细胞质
液泡
细胞核
植物体细胞杂交技术
若只考虑两两融合
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
AA
AB
BB
筛选
AB
【练习】
1.白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）体细胞杂交所得植株白菜-甘蓝的细胞染色体数为 ，属于 倍体。
思考：通过体细胞杂交获得的植株是否可育？说出理由。
36
（异源）四
可育。通过体细胞杂交获得的植株为异源四倍体，含有同源染色体，能正常联会。
植物体细胞杂交技术
原理：
细胞膜的流动性和植物细胞的全能性
基础技术：
变异类型：
成功标志：
优点：
缺点：
植物组织培养
获得杂种植株
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等
染色体数目的变异
白菜-甘蓝
植物体细胞杂交技术
有可能杂交不成功，即使杂交成功也可能不产生人们想要的性状。
植物组织培养 植物体细胞杂交技术
原理
过程
意义
联系 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性
植物细胞的全能性
离体的植物器官、组织或细胞
愈伤组织
脱分化
再分化
根、芽或胚状体
植物体
生长发育
植物组织培养与植物体细胞杂交技术的比较
植物细胞A
植物细胞B
原生质体A
去壁
原生质体B
去壁
人工诱导
融合的原生质体AB
杂种细胞AB
愈伤组织
脱分化
再生细胞壁
杂种植株
再分化
保持优良性状,繁殖速度快、大规模生产提高经济效益
植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术
克服不同种生物远缘杂交的障碍
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
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？
二、拓展应用
“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，地下长马铃薯，这是为什么？
原因：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。
纤维素酶和果胶酶

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