资源简介 (共58张PPT)第1节 植物细胞工程第2章 细胞工程高中生物学·人教版(2019)·选择性必修3第一课时 植物细胞工程的基本技术细胞工程原理和方法 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。P31发育细胞器细胞工程概念哈伯兰特提出细胞全能性的理论,但相关实验尝试没有成功。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年植物细胞工程的发展历程科技探索之路01细胞的全能性02植物组织培养技术目录03植物体细胞杂交技术04练习与应用植物细胞工程的基本技术教材分析一、学习目标二、重难点1.阐明细胞全能性的概念。2.概述植物组织培养和植物体细胞杂交技术的的原理和过程。3.尝试进行植物组织培养。1.植物组织培养的原理和过程。2.植物体细胞杂交技术的原理。3.植物组织培养的实验。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。课堂导入思考: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?植物组织培养叶子花瓣花粉细胞植物体一定条件下:原理?细胞的全能性细胞的全能性01探究新知一、细胞的全能性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。1.概念2.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 思考:在生物的生长发育过程中,所有细胞都能表现出全能性吗?原因?不是,比如芽原基细胞只能发育为芽,叶原基细胞只能发育为叶。因为基因在特定时间、空间条件下会选择性表达。一、细胞的全能性4.细胞全能性的大小幼嫩的细胞>衰老的细胞分化程度低的细胞>分化程度高的细胞分裂能力强的细胞>分裂能力弱的细胞①不同细胞的全能性:受精卵>胚胎干细胞>生殖细胞(卵细胞>精子)>体细胞②不同生物的细胞全能性:植物细胞>动物细胞③体细胞的全能性:一、细胞的全能性5.植物细胞表现出全能性的条件1958年Steward利用胡萝卜韧皮部诱导分化产生了胚状体,这是人类第一次获得了人工胚状体,并获得个体植株。(必修一 P118-121)①离体②一定的营养物质、植物激素③适宜的温度、pH等外界条件④无菌环境习题巩固1.是不是所有的活细胞都具有全能性?不是,例如哺乳动物成熟的红细胞、植物成熟的筛管细胞。2.种子发育成植株是否体现了细胞的全能性?没有,植物种子种的胚已完成了早期发育,相当于新植物体的幼体,没有体现出细胞具有发育成完整植株的潜能。3.下列关于细胞全能性的叙述,不正确的是( )A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体,因此全能性最高B.生物体内的体细胞由于细胞分化,全能性不能表达C.卵细胞与受精卵一样,细胞未分化,全能性最高D.植物细胞在一定条件下离体培养能表现出全能性C植物组织培养技术02探究新知二、植物组织培养技术1.概 念指将 植物器官、组织或细胞等,培养在 的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其形成 的技术。离体的人工配制完整植株外植体2.原 理3.生殖方式植物细胞的全能性无性生殖4.分裂方式有丝分裂二、植物组织培养技术5.植物组织培养的流程结合视频,及教材“图2-1”,写出植物组织培养的基本流程。二、植物组织培养技术5.植物组织培养的流程接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽诱导生根移栽成活脱分化再分化再分化外植体脱分化愈伤组织再分化根、芽或胚状体完整植株胚状体:离体培养条件下,没有经过受精过程,但经过胚胎发育过程形成的胚状类似物,因而统称为体细胞胚或胚状体。脱分化①概念:二、植物组织培养技术5.植物组织培养的流程外植体脱分化愈伤组织再分化根、芽或胚状体完整植株在一定的激素和营养等条件的诱导下,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的过程。②结果:形成愈伤组织③光照条件:一般不需要光照 注:该过程只有细胞增殖(有丝分裂),没有细胞分化。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。愈伤组织再分化①概念:二、植物组织培养技术5.植物组织培养的流程外植体脱分化愈伤组织再分化根、芽或胚状体完整植株愈伤组织能重新分化成芽、根等器官的过程。②实质:基因的选择性表达③光照条件:需要光照,诱导叶绿素合成,使试管苗能够进行光合作用。 注:该过程既有细胞增殖(有丝分裂),又有细胞分化。生长素 细胞分裂素 结果a、比值高b、比值低c、比值适中二、植物组织培养技术探究 实践菊花的组织培养1.实验原理(1)植物细胞一般具有全能性。(2)在一定的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,形成胚状体,长出芽和根,进而发育成完整的植株。(3)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,它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。a b c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 巧记:高根低芽中愈伤(1)外植体:幼嫩的菊花茎段(细胞分裂能力强,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:对外植体进行消毒(4)无菌水:清洗外植体(5)培养基(植物组织培养常用的培养基配方P116-参见本书附录1)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二、植物组织培养技术2.材料用具探究 实践菊花的组织培养1)培养基名称: ;2)物理性质: ;3)碳源: 。P116附录1MS培养基固体培养基有机碳源(蔗糖)拓展延伸提供能量,调节渗透压植物组织培养实验常用的培养基配方生长素类似物人工合成的细胞分裂素拓展延伸植物组织培养实验常用的培养基配方P116附录1二、植物组织培养技术3.方法步骤探究 实践菊花的组织培养①外植体消毒②外植体切段④诱导脱分化⑤诱导再分化⑥移栽培养③接种外植体二、植物组织培养技术探究 实践菊花的组织培养3.方法步骤二、植物组织培养技术探究 实践菊花的组织培养外植体消毒接种外植体诱导脱分化诱导再分化移栽培养外植体切段①外植体消毒3.方法步骤将流水充分冲洗后的外植体(幼嫩的茎段)用 消毒30s,然后立即用______清洗2~3次后,再用_____________处理30min后,立即用__________清洗2~3次。酒精次氯酸钠溶液用酒精擦拭双手和超净工作台台面无菌水无菌水酒精30s无菌水2-3次次氯酸钠溶液30min2-3次无菌水二、植物组织培养技术探究 实践菊花的组织培养外植体消毒接种外植体诱导脱分化诱导再分化移栽培养外植体切段②外植体切段3.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。二、植物组织培养技术探究 实践菊花的组织培养外植体消毒接种外植体诱导脱分化诱导再分化移栽培养外植体切段②外植体切段3.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。③接种外植体在____________旁,将外植体的1/3~1/2插入________________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。酒精灯火焰诱导愈伤组织 注意:接种外植体时,不要倒插!(将“形态学上端”朝上)二、植物组织培养技术探究 实践菊花的组织培养外植体消毒接种外植体诱导脱分化诱导再分化移栽培养外植体切段④诱导脱分化3.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____________的_________中培养。定期观察和记录_____________的生长情况。培养箱愈伤组织18~22 ℃遮光培养:有光照容易产生维管组织,不利于形成愈伤组织。二、植物组织培养技术探究 实践菊花的组织培养外植体消毒接种外植体诱导脱分化诱导再分化移栽培养外植体切段⑤诱导再分化3.方法步骤需要给予适当时间和强度的光照:有光照有利于诱导叶片内叶绿素的合成。将生长良好的愈伤组织转接到____________的培养基上。长出芽后,再将其转接到____________的培养基上,进一步诱导形成试管苗。诱导生芽诱导生根 注意诱导顺序:先诱导生芽,再诱导生根(若先生根后面就不易生芽)。二、植物组织培养技术探究 实践菊花的组织培养外植体消毒接种外植体诱导脱分化诱导再分化移栽培养外植体切段⑥移栽培养3.方法步骤炼苗:移栽试管苗前先打开封口膜或瓶盖,让试管苗在培养箱内生长几日。移栽: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。观察:每天观察并记录幼苗的生长情况,适时浇水、施肥,直至开花。二、植物组织培养技术探究 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。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)从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天?2周左右(3)为什么要进行一系列的消毒,灭菌,并且要求无菌操作?(4)杂菌和植物细胞之间有哪些关系?原因是避免杂菌在上面迅速生长消耗营养,且有些杂菌会危害培养物生长。竞争或寄生。被污染的培养基二、植物组织培养技术探究 实践菊花的组织培养5.进一步探究探究生长素与细胞分裂素比例对植物组织培养的影响,如何设计对照实验?①空白对照:不加任何激素;②实验组1:生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1;③实验组2:生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1;④实验组3:生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1。细胞分裂素生长素芽分化愈伤组织根分化根、芽植物体脱分化再分化培养条件:①无菌②营养物质③适宜环境条件(温度、PH、光等)④植物激素:细胞分裂素 生长素遮光一定的光照芽发育成叶,叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照排列不规则,高度液泡化,呈不定形状态的薄壁细胞愈伤组织离体的植物器官、组织或细胞(外植体)愈伤组织重新分化为芽、根等器官失去特有结构和功能转变成未分化的细胞课堂小结如:胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…习题巩固1.(2025·江苏·高考真题)图示一种植物组织培养周期,①~③表示相应过程。下列相关叙述错误的是( )A.过程①发生了细胞的脱分化和有丝分裂B.过程②经细胞的再分化形成不同种类的细胞C.过程②③所用培养基的成分、浓度相同D.培养基中糖类既能作为碳源,又与维持渗透压有关C如细胞分裂素和生长素的浓度不同习题巩固2.(2024·广东广州·一模)春秋姜黄是集观赏和食用等价值为一体的新型花卉,传统的根茎繁殖方式存在着速度慢、易染病等问题,植物组织培养技术为其提供了高效的繁殖途径。下列叙述,错误的是( )A.在接种前对外植体进行消毒,并在火焰旁进行接种可减少污染B.从接种外植体到形成试管苗的过程中,需将其转接到不同的培养基C.将愈伤组织接种到含生长素浓度较高的培养基中,更利于诱导其生芽D.移栽幼苗前通常先将其移植到消过毒的环境中,待其长壮后再移栽入土C生根习题巩固3.(2024·广东汕头·二模)武夷岩茶“大红袍”香气馥郁、滋味醇厚。研究者利用高品质茶树的茎作为外植体进行植物组织培养,实现其快速繁殖。下列做法错误的是( )A.外植体需先用乙醇后用次氯酸钠进行消毒B.接种外植体应倒插入诱导愈伤组织培养基C.诱导形成愈伤组织时一般不需要给予光照D.试管苗移栽的基质可以是消过毒的珍珠岩B植物体细胞杂交技术03探究新知×三、植物体细胞杂交技术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”。思考1:用传统的有性杂交方法能得到杂种后代吗?为什么?不能;因为不同种物种之间存在着生殖隔离。思考2: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?植物体细胞杂交技术三、植物体细胞杂交技术1.概念将___________的植物体细胞,在一定条件下融合成____________,并把____________培育成____________的技术。不同来源杂种细胞新植物体杂种细胞植物细胞融合植物组织培养B细胞A原生质体B原生质体去壁去壁A细胞1.两个来自不同植物的体细胞完成融合,遇到的第一个障碍是什么?细胞壁方法:原理:2.用什么方法可以温和地去除细胞壁?原理?酶解法(用纤维素酶和果胶酶)利用酶的专一性三、植物体细胞杂交技术2.过程讨论(1)去除细胞壁3.去除细胞壁之后的结构是什么?原生质体 区分原生质体和原生质层:原生质体:指的是脱去细胞壁的细胞,包括细胞膜、细胞质、细胞核。原生质层:成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质。原生质层4.怎样诱导两个原生质体的融合?与细胞膜的什么特性有关?讨论B细胞A原生质体B原生质体去壁去壁A细胞正在融合的原生质体融合原理:细胞膜具有流动性三、植物体细胞杂交技术2.过程(2)诱导融合方法:化学方法:①聚乙二醇(PEG)融合法②高Ca2+-高pH融合法物理方法:①电融合法②离心法等三、植物体细胞杂交技术2.过程(2)诱导融合讨论5.诱导融合后获得的所有细胞一定是需要的杂交细胞吗?不一定A原生质体B原生质体正在融合的原生质体融合6.细胞融合后,共有几种细胞类型?融合细胞有几种(只考虑两两融合),符合要求的是哪种?培养基中共有 种细胞类型:融合类型:未融合类型:因此要对融合细胞进行筛选,筛选出所需融合类型:AB。AA、BB、ABA、B5B细胞A原生质体B原生质体去壁去壁A细胞正在融合的原生质体融合再生出细胞壁杂种细胞三、植物体细胞杂交技术2.过程(3)再生细胞壁植物细胞融合完成的标志!下一步如何将杂种细胞培育成杂种植株?正在融合的原生质体A细胞B细胞再生出细胞壁脱分化再分化移栽杂种植株愈伤组织A原生质体B原生质体移栽后的植株植物体细胞杂交技术植物组织培养植物细胞融合植物细胞的全能性细胞膜的流动性三、植物体细胞杂交技术2.过程(4)植物组织培养植物体细胞杂交完成的标志:培育成新植株原理:三、植物体细胞杂交技术2.过程讨论7.“番茄—马铃薯”超级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?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“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,不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达。P38拓展应用白菜甘蓝三、植物体细胞杂交技术3.意义打破生殖隔离,实现远缘杂交育种,培育植物新品种等。4.缺点有可能杂交不成功,即使杂交成功也可能不产生人们想要的性状。5.实例+白菜-甘蓝=分析: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。该植株 (可育/不可育)。36(异源)四可育该植株为异源四倍体,含有同源染色体,能正常联会。6.变异类型染色体数目变异7.生殖方式无性繁殖(育种过程中不遵循孟德尔定律)3D交互动画演示单击上方链接1.演示链接2.操作方法打开界面根据左上角文本和语音提示按步骤操作3.演示界面预览植物体细胞杂交技术3D演示植物组织培养 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课堂小结植物组织培养与植物体细胞杂交技术的比较习题巩固1.(2023·广东·高考真题)人参皂苷是人参的主要活性成分。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合,以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是( )A.细胞融合前应去除细胞壁B.高Ca2+-高pH溶液可促进细胞融合C.融合的细胞即为杂交细胞D.杂交细胞可能具有生长快速的优势C人参根-人参根细胞、人参根-胡萝卜根细胞、胡萝卜根-胡萝卜根细胞习题巩固2.(2025·广西南宁·一模)甘蔗是广西重要的经济作物。为解决某甘蔗品种抗病性的问题,有研究者提出可以尝试利用植物体细胞杂交技术,将野生甘蔗(抗病性强)细胞与栽培甘蔗(高产)细胞进行融合,培育新型甘蔗品种,其设计的主要流程如图所示。下列叙述正确的是( )A.过程①中使用纤维素酶和果胶酶处理的目的是得到有活性的原生质体B.过程②常使用灭活的病毒诱导原生质体M和原生质体N的融合C.过程③中杂种细胞经脱分化形成愈伤组织体现了植物细胞的全能性D.过程④得到的杂种植株一定能同时表现出抗病性强与高产的特性A习题巩固3.(2025·河北·一模)白菜(2n=20)和甘蓝(2n=18)是比较常见的蔬菜,白菜-甘蓝是“人工创造物种”,它结合了白菜和甘蓝的优点。如图所示为白菜-甘蓝的培育过程。下列相关叙述正确的是( )A.在低渗的酶解液中完成①过程,有利于更好地获得原生质体B.②过程中发生融合的原生质体都符合要求C.④过程中要根据不同阶段的要求调整培养基中生长素和细胞分裂素的比例D.白菜-甘蓝细胞中不存在同源染色体,因此其只能进行无性生殖C原生质体易吸水涨破可以进行有性生殖原理植物细胞融合过程植物组织培养原理过程细胞的全能性实验步骤脱分化再分化外植体根、芽等愈伤组织外植体消毒接种切块脱分化再分化植物体细胞杂交植物组织培养植物细胞工程基本技术课堂小结植物体移栽细胞膜具有一定的流动性植物细胞的全能性去壁再生新壁诱导融合脱分化杂种植株再分化练习与应用041.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教材P38练习与应用A2.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?纤维素酶和果胶酶。3.(2025·河北邢台·一模)科研工作者以蝴蝶兰叶为材料进行实验,将叶基部与叶中部作为外植体接种于相同MS培养基中,培养30 天后,结果如图所示。下列有关分析错误的是( )A.与叶中部细胞相比,叶基部细胞含有分生细胞,分化程度低,易脱分化B.根据信息推测,TDZ 可能是一种细胞分裂素类植物生长调节剂C.配制MS培养基时添加蔗糖既可以提供碳源,也可以维持渗透压D.若将获得的愈伤组织在原有培养基上持续培养,可分化出根、芽等器官练习与应用D4.(2026·重庆·一模)某杂种植株的获取过程如图所示。下列叙述错误的是( )A.图示②过程培养基以葡萄糖为碳源,同时可调节渗透压B.可使用无菌水冲洗消毒后的叶片2~3次,以避免消毒液对细胞产生毒害C.图示①过程可用聚乙二醇诱导原生质体融合,以获得杂种细胞D.杂种细胞经②过程培育成杂种植株说明杂种细胞具有全能性练习与应用A蔗糖;葡萄糖虽可作为碳源,但调节渗透压常需添加甘露醇等专用调节剂练习与应用5.科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得了“番茄—马铃薯”杂种植株,为了便于杂种细胞的筛选和鉴定,科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的原生质体膜上的蛋白质,其培育过程如下图所示,请据图回答问题:(1)过程①常用的方法是 ,细胞融合完成的标志是 。酶解法杂种细胞再生出新的细胞壁(2)番茄和马铃薯的原生质体能发生融合的生物学原理是 ,诱导融合常利用的物理方法是 。细胞膜的流动性电融合法(3)植物原生质体诱导融合后,在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察,根据细胞表面荧光的不同可观察到 种不同的原生质体(只考虑细胞两两融合的情况),当观察到 时可判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的。3练习与应用细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光(4)若番茄细胞内有m条染色体,马铃薯细胞内有n条染色体,则“番茄—马铃薯”细胞在有丝分裂后期含 条染色体。2m+2n 展开更多...... 收起↑ 资源列表 2.1.1植物细胞工程的基本技术(含植物体细胞杂交技术3D交互动画)(教学课件)生物人教版(2019)选择性必修3(共58张PPT).pptx 导入:兰花.mp4 植物组织培养的流程.mp4 细胞工程.mp4 菊花的组织培养(实验步骤).mp4