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主讲老师：
§2-1-1 植物细胞工程的基本技术
高中生物选择性必修三
从社会中来
“其芽葺葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺立独立，可敬可慕，迨夫花开，凝晴瀼露，万态千妍，熏风自来，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，繁殖率等等问题，如果靠自然繁殖，兰花价格可想而知。如何让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？
一、植物细胞工程的基本技术
人工栽培的植物，无论是绚丽多姿的花草，还是碧绿参天的大树，大多都是通过播种或扦插实现繁殖的。
植物细胞工程的基本技术
在一定条件下，利用它们的一片花瓣、一粒花粉，甚至一个细胞，同样可以繁殖出新的植株。这是为什么呢？
但是，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。这是因为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。
思考
Thinking
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。
细胞具有全能性
（理论基础）
植物细胞工程的基本技术
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。这又是为什么呢？
但是，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。这是因为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。
思考
Thinking
这是因为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。
（细胞全能性未表现而分化的原因）
植物细胞工程的基本技术
高度分化的植物组织细胞，如叶片和花瓣的细胞，如何表现出全能性呢？
但是，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。这是因为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。
思考
Thinking
这离不开植物细胞工程中的基本技术——
植物组织培养
植物组织培养技术
定 义
指将离体的植物器官、组织或细胞（称为外植体）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
培养流程图
【探究·实践】菊花的组织培养
原理：植物细胞一般具有全能性。
过程：
脱分化：已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞，进而形成不定形的薄壁组织团块（称为愈伤组织）。
再分化：愈伤组织能重新分化成芽、根等器官。
条件：
激素诱导：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、用量的比例等都会影响植物细胞的发育方向。
营养等条件
将愈伤组织接种到含有特定激素的培养基上，就可以诱导其再分化成胚状体，长出芽和根，进而发育成完整的植株。
实验原理
【探究·实践】菊花的组织培养
了解植物组织培养的基本原理。
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。
尝试进行植物组织培养。
目的要求
材料：幼嫩的菊花茎段、培养基、体积分数为70%的酒精、质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液和无菌水等。各种培养基的配制参见教材附录1。
用具：50mL锥形瓶（或植物组织培养瓶）、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。
材料用具
【探究·实践】菊花的组织培养
方法步骤
用酒精擦拭双手和超净工作台台面。
流水冲洗后的外植体（幼嫩的茎段）→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。
消毒
【探究·实践】菊花的组织培养
方法步骤
将消过毒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。
外植体的处理
【探究·实践】菊花的组织培养
方法步骤
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，并在培养瓶上作好标记。
接种
【探究·实践】菊花的组织培养
方法步骤
将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于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。
诱导脱分化
【探究·实践】菊花的组织培养
方法步骤
培养15~20d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上。
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。
诱导再分化
【探究·实践】菊花的组织培养
方法步骤
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。
移栽
【探究·实践】菊花的组织培养
【探究·实践】菊花的组织培养
实验中使用的培养基和所有的器械都要灭菌。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的器械都要灭菌。
接种时注意外植体的方向，不要倒插。
诱导愈伤组织期间一般不需要光照，在后续的培养过程中，每日需要给予适当时间和强度的光照。
注意事项
【探究·实践】菊花的组织培养
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。
结果分析与评价
【提示】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。
【探究·实践】菊花的组织培养
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？
结果分析与评价
【提示】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。
观察外植体的分化情况，填好结果记录表，并及时分析结果。
【提示】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。
【探究·实践】菊花的组织培养
你培育的幼苗移栽到露地后，能够正常生长吗？
结果分析与评价
【提示】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。
【探究·实践】菊花的组织培养
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。
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。例如，你可以设计对照实验，分别探究不加任何植物激素，生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1、比值大于1以及比值小于1时，对实验结果的影响。
进一步探究
植物细胞工程的基本技术
设 想
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”。
问 题
两种生物之间存在着天然的生殖隔离，用传统的有性杂交的方法很难得到杂种后代。
解决办法
体细胞杂交
植物体细胞杂交技术
B细胞
A原生质体
正在融合的
原生质体
再生出细胞壁
得到杂种细胞
原因：细胞壁阻碍着细胞间的杂交
方法：利用纤维素酶和果胶酶
杂种细胞的获得
A细胞
B原生质体
去壁
方法：
物理法—电融合法、离心法等；
化学法—聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2＋—高pH融合法等。
原理：膜的流动性
诱导融合
植物体细胞杂交技术
组织培养
移栽后的植株
杂种细胞
愈伤组织
杂种植株
脱分化
再分化
植物体细胞杂交技术流程图
植物细胞工程
含 义
将不同来源的植物体细胞，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。
成 果
科学家培育出了白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等杂种植株。我国科学家还在木本植物的体细胞杂交方面取得了不少成果，培育出了多种柑橘属不同种间的杂种植株。
意义（优势）
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等方面。
原生质体
光学显微镜下的烟草叶肉细胞原生质体

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