【公開課】植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)課件2022-2023學(xué)年高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

第1節(jié)植物細(xì)胞工程

一

植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)照片中兩只可愛的小猴，分別叫“中中”和“華華”，它們誕生于2017年，一出生就轟動了全世界，這是我國科學(xué)家的研究成果。你知道它們是如何培育出來的嗎？在這之前，科學(xué)家培育了胚胎細(xì)胞克隆猴，你知道兩者有什么不同嗎？其實(shí)，自1996年首個體細(xì)胞克隆動物多莉羊（Dolly)誕生以來，人類已經(jīng)成功克隆了馬、牛和豬等大型家畜，但為什么體細(xì)胞克隆猴的誕生能轟動世界呢？上面這些成果的取得都有賴于細(xì)胞工程的發(fā)展，培育克隆動物只是細(xì)胞工程的一個方面。近年來，細(xì)胞工程領(lǐng)域成果迭出，方興未艾。細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)等多學(xué)科的原理和方法，通過細(xì)胞器、細(xì)胞或組織水平上的操作，有目的地獲得特定的細(xì)胞、組織、器官、個體或其產(chǎn)品的一門綜合性生物工程。本節(jié)聚焦1.植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)是什么？2.什么是植物組織培養(yǎng)技術(shù)3.怎么樣進(jìn)行菊花的組織培養(yǎng)？“其芽葺葺，其葉青青，猶綠衣郎，挺節(jié)獨(dú)立，可敬可慕。迨夫花開，凝晴瀼露，萬態(tài)千妍，薰風(fēng)自來，四坐芬郁，豈非入蘭室乎！豈非有國香乎！”這是我國歷史上第一部蘭譜－《金漳蘭譜》（宋·趙時庚）中對蘭花的一段描述。從古至今，我國人民都把蘭花看作高潔、典雅的象征，很多人喜歡養(yǎng)蘭花。但是，蘭花種子通常發(fā)育不全，在自然條件下萌發(fā)率極低；傳統(tǒng)分株繁殖的方法又存在繁殖周期長、繁殖率低等問題，如果靠自然繁殖，蘭花的價格可想而知了。如何能讓名貴的蘭花大量、快速地繁殖，從而走入尋常百姓家呢？“從社會中來”1.細(xì)胞全能性的概念：細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細(xì)胞的潛能。2.細(xì)胞全能性的遺傳基礎(chǔ)：每個細(xì)胞都具有發(fā)育成完整生物體所必需的全部遺傳信息3.細(xì)胞全能性的遺傳基礎(chǔ)：每個細(xì)胞都具有發(fā)育成完整生物體所必需的全部遺傳信息一、細(xì)胞的全能性4.體現(xiàn)全能性的標(biāo)志：細(xì)胞→完整個體或其他各種細(xì)胞實(shí)例：胡蘿卜韌皮部細(xì)胞發(fā)育成完整植株；受精卵發(fā)育成個體（動植物）；蜜蜂受精卵發(fā)育成工蜂，卵細(xì)胞發(fā)育成雄峰二、植物組織培養(yǎng)技術(shù)1.概念：指將離體的植物器官、組織或細(xì)胞等，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其形成完整植株的技術(shù)。2.理論基礎(chǔ)：植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)是植物細(xì)胞的全能性（具有某種植物全部遺傳信息的任何一個細(xì)胞，都具有發(fā)育成為完整植株的潛力）3.過程植物組織培養(yǎng)流程圖接種外植體誘導(dǎo)愈傷組織誘導(dǎo)發(fā)芽誘導(dǎo)生根移栽成活（1）外植體：用于離體培養(yǎng)的植物器官、組織或細(xì)胞（2）脫分化：已經(jīng)分化的植物組織或細(xì)胞在一定的激素和營養(yǎng)等條件的誘導(dǎo)下，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能，轉(zhuǎn)變成未分化的細(xì)胞，進(jìn)而形成愈傷組織的過程（3）愈傷組織：通過細(xì)胞分裂形成，其細(xì)胞排列疏松而無規(guī)則，是一種高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁組織團(tuán)塊（4）再分化：脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)，又可以重新分化成根或芽等器官的過程4.適宜的培養(yǎng)條件：（細(xì)胞表現(xiàn)全能性的條件）（1）離體狀態(tài)（2）無菌操作（3）種類齊全、比例適合的營養(yǎng)物質(zhì)（4）植物激素（主要是生長素和細(xì)胞分裂素）誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)（5）適宜的外界條件（溫度、pH、光照等）外植體消毒①用流水充分沖洗外植體（幼嫩的莖段）②用體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精消毒30s③立即用無菌水清洗2～3次，以沖洗掉殘留的酒精④用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%左右的次氯酸鈉溶液處理30min⑤立即用無菌水清洗2～3次，漂凈次氯酸鈉溶液切段接種在酒精燈火焰旁，將已消毒的菊花莖段切成0.5～1cm長的小段將外植體的1/3～1/2插入誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基中，用封口膜或瓶蓋封蓋瓶口，并作好標(biāo)記（1）方法步驟菊花的組織培養(yǎng)③幼苗長壯后移栽入土培養(yǎng)18～22℃,培養(yǎng)15～20d→將生長良好的愈傷組織轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生芽的培養(yǎng)基上→長出芽后，再將其轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生根的培養(yǎng)基上→誘導(dǎo)形成試管苗移栽①打開封口膜或瓶蓋，讓試管苗在培養(yǎng)箱內(nèi)生長幾日②用流水清洗掉根部的培養(yǎng)基后，將幼苗移植到消過毒的蛭石或珍珠巖等環(huán)境中生活一段時間（2）注意事項(xiàng)①實(shí)驗(yàn)中使用的培養(yǎng)基和所有器械都要滅菌，接種操作必須在酒精燈火焰旁進(jìn)行，并且每次使用后的器械都要滅菌②對外植體進(jìn)行表面消毒時，既要考慮藥劑的消毒效果，又要兼顧植物材料對藥劑的耐受性③接種時注意外植體的方向（形態(tài)學(xué)上下端），不要倒插激素使用實(shí)驗(yàn)結(jié)果使用順序先使用生長素，后使用細(xì)胞分裂素有利于細(xì)胞分裂，但細(xì)胞不分化先使用細(xì)胞分裂素，后使用生長素細(xì)胞既分裂也分化生長素與細(xì)胞分裂素同時使用分化頻率提高生長素用量與細(xì)胞分裂素用量的比值比值大于1時有利于根的分化，抑制芽的形成比值小于1時有利于芽的分化，抑制根的形成比值為1時促進(jìn)愈傷組織的形成5.植物激素對植物組織培養(yǎng)的影響生長素和細(xì)胞分裂素是啟動細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵激素，其作用及特點(diǎn)如表所示二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)1.植物體細(xì)胞雜交的概念：將不同來源的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新植物體的技術(shù)。2.過程：（1）過程①:去除植物細(xì)胞壁獲得原生質(zhì)體。常用方法是酶解法（所用酶是纖維素酶和果膠酶）（2)過程②：原生質(zhì)體的融合。常用方法包括物理法（電融合法、離心法等）、化學(xué)法［聚乙二醇（PEG)融合法、高Ca2+-高pH融合法等］（3）過程③：形成雜種細(xì)胞。雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁是原生質(zhì)體融合成功的標(biāo)志植物體細(xì)胞雜交技術(shù)流程圖3.植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用：植物體細(xì)胞雜交可以克服植物遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，大大擴(kuò)大了可用于雜交的親本組合的范圍，在培育作物新品種方面具有廣闊的應(yīng)用前景。如科學(xué)家利用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)已經(jīng)培育出了白菜－甘藍(lán)、煙草－海島煙草、胡蘿卜一羊角芹等種間或?qū)匍g雜種。但目前仍有許多理論和技術(shù)問題沒有解決，離推廣應(yīng)用仍有一定距離。4.植物體細(xì)胞雜交存在的問題：①親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，染色體排斥丟失的現(xiàn)象越嚴(yán)重。②由于兩個物種的全部遺傳物質(zhì)的合并，各種基因都在其中，目前還不能讓雜種植株完全按人們的要求表現(xiàn)出親代的性狀。課堂練習(xí)1.在植物組織培養(yǎng)過程中要使用植物激素，但不同的植物激素的濃度以及使用的先后順序和用量的比例都影響細(xì)胞的分裂、分化。下列敘述錯誤的是()A.先使用生長素，后使用細(xì)胞分裂素，有利于細(xì)胞分裂，但細(xì)胞不分化B.先使用細(xì)胞分裂素，后使用生長素，細(xì)胞既分裂也分化C.生長素與細(xì)胞分裂素用量比值低，有利于芽的分化，抑制根的形成D.不使用植物激素，有利于愈傷組織的形成D2.為探究矮牽牛原生質(zhì)體的培養(yǎng)條件和植株再生能力，某研究小組的實(shí)驗(yàn)過程如圖。下列敘述正確的是()A.過程①獲得的原生質(zhì)體需懸浮在30%蔗糖溶液中B.過程②需提高生長素的比例以促進(jìn)芽的分化C.過程③需用秋水仙素處理誘導(dǎo)細(xì)胞壁再生D.原生質(zhì)體雖無細(xì)胞壁但仍保持細(xì)胞的全能性D3.下列有關(guān)植物組織培養(yǎng)的敘述，不正確的是（）A.花粉細(xì)胞具有全能性，可通過組織培養(yǎng)獲得單倍體植株B.脫分化過程在避光條件進(jìn)行，再分化過程需要給予光照C.愈傷組織培養(yǎng)時加入聚乙二醇誘導(dǎo)可獲得染色體加倍的細(xì)胞D.莖尖組織培養(yǎng)可獲得脫病毒苗，紫外線照射愈傷組織可獲得突變體C4.科研人員利用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)培育矮牽牛新品種，技術(shù)流程示意圖如下。下列敘述正確的是()A.愈傷組織是幼嫩葉片通過細(xì)胞分化形成的B.獲得的雜種植株都能表現(xiàn)雙親的優(yōu)良性狀C.可用聚乙二醇誘導(dǎo)原生質(zhì)體甲和乙的融合和細(xì)胞壁再生D.用纖維素酶和果膠酶處理愈傷組織以獲得原生質(zhì)體D5.白菜和甘藍(lán)均為二倍體生物，科學(xué)家利用植物體細(xì)胞雜交的方法獲得了白菜—