2.1.1植物細胞工程的基本技術(shù)（教學課件）高二下學期生物人教版（2019）選擇性必修3

第二章細胞工程第一節(jié)植物細胞工程人教版（2019）選擇性必修三（一）植物細胞工程的基本技術(shù)學習目標1.簡述植物組織培養(yǎng)和植物體細胞雜交的原理和過程。(生命觀念)2.“結(jié)合菊花的組織培養(yǎng)”的實驗操作，嘗試設(shè)計植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程簡圖。（科學探究）3.查閱資料，嘗試探究植物生長素和細胞分裂素使用比例對植物組織培養(yǎng)的影響。(社會責任)科技探索之路哈伯蘭特提出了細胞全能性的理論，但相關(guān)的實驗嘗試沒有成功。斯圖爾德等發(fā)現(xiàn)胡蘿卜的體細胞可以分化為胚，為細胞全能性理論提供了強有力的支持。科金用真菌的纖維素酶分解番茄根的細胞壁，成功獲得了原生質(zhì)體。古哈等在培養(yǎng)毛曼陀羅的花藥時，首次得到了由花藥中的花粉粒發(fā)育而來的胚。卡爾森誘導(dǎo)煙草種間原生質(zhì)體融合，獲得了第一株體細胞種間雜種植株。土壤農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒被發(fā)現(xiàn)。之后，該質(zhì)粒應(yīng)用于植物分子生物學領(lǐng)域，促進了植物細胞工程與分子生物學技術(shù)的緊密結(jié)合。植物細胞工程的發(fā)展歷程1902年1958年1960年1964年1971年1974年課前導(dǎo)入“其茅葺，其葉青青，猶綠衣郎，挺節(jié)獨立，可敬可慕。迨（dài）夫花開，凝晴滾露，萬態(tài)千妍，薰（xūn）風自來，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（zhānɡ）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？一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)是指將離體的植物器官、組織或細胞等，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)。植物細胞具有全能性（1）什么是細胞的全能性？（2）細胞具有全能性的原因是什么？（3）為什么生物體內(nèi)細胞并沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化成為不同的組織器官？1.植物組織培養(yǎng)技術(shù)概念2.理論基礎(chǔ)一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)細胞經(jīng)過分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細胞的潛能。3.全能性的概念葉子花瓣花粉細胞植物體原因高度分化的細胞仍含有該物種的全部遺傳信息，具有發(fā)育成完整個體所需要的全套基因。一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)全能性大小的比較體細胞全能性與細胞的分化程度體細胞全能性與細胞分裂能力不同類型不同生物分化程度低的

>分化程度高的分裂能力強的>分裂能力弱的受精卵>生殖細胞>體細胞受精卵>干細胞>體細胞植物細胞>動物細胞一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)4.植物組織培養(yǎng)的基本流程根、芽脫分化再分化愈傷組織離體的植物器官、組織或細胞（外植體）如：胡蘿卜的形成層、菊花幼莖段、月季的花藥…細胞排列疏松且無規(guī)則、高度液泡化、不定形的薄壁組織團塊已經(jīng)分化的細胞，經(jīng)過誘導(dǎo)，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細胞的過程愈傷組織重新分化為芽、根等器官的過程完整植株生長發(fā)育探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)材料用具：材料：幼嫩的菊花莖段、體積分數(shù)為70%的酒精，質(zhì)量分數(shù)為5%左右的次氯酸鈉溶液和無菌水和培養(yǎng)基（p116）等。用具：50mL錐形瓶、燒杯、酒精燈、超凈工作臺（或接種箱）、高壓蒸汽滅菌鍋、培養(yǎng)箱、封口膜、濾紙、標簽、消毒用酒精棉球、培養(yǎng)皿、解剖刀和鑷子等。分裂旺盛，更容易誘導(dǎo)形成愈傷組織蔗糖：提供能源物質(zhì)、維持滲透壓。瓊脂：固體培養(yǎng)基（不淹沒缺氧；也不影響扎根）探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)方法步驟：1.消毒雙手和超凈工作臺酒精擦拭外植體（幼嫩的莖段）：酒精消毒30s無菌水2～3次次氯酸鈉30min無菌水2～3次注意：實驗使用的培養(yǎng)基和所有機械都要滅菌。接種操作必須在酒精燈火焰旁進行，并且每次使用后的機械都要滅菌。探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)方法步驟：2.取材將消毒過的外植體置于無菌的培養(yǎng)皿中，用無菌濾紙吸去表面的水分。用解剖刀將外植體切成0.5～1cm長的小段。超凈工作臺無菌操作探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)方法步驟：3.接種在酒精燈火焰旁，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，并在培養(yǎng)瓶上做好標記。

接種外植體時，不要倒插！一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)方法步驟：4.脫分化將接種了外植體的錐形瓶置于18～22℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。在培養(yǎng)過程中，定期觀察和記錄愈傷組織的生長情況。愈傷組織注意：誘導(dǎo)愈傷組織期間一般不需要光照。有光時，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)方法步驟：5.再分化培養(yǎng)15～20天后，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，進一步誘導(dǎo)形成試管苗。取決于植物激素的濃度和比例主要是生長素與細胞分裂素注意：注意順序，先誘導(dǎo)生芽，再誘導(dǎo)生根；該過程每日需要給予適當時間和強度的光照！一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)高細胞分裂素/低生長素細胞分裂素與生長素比例適宜高生長素/低細胞分裂素產(chǎn)生愈傷組織產(chǎn)生不定根產(chǎn)生不定芽探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)方法步驟：6.移栽培養(yǎng)移栽前先打開封口膜或瓶蓋，讓試管苗在培養(yǎng)箱內(nèi)生長幾日。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，待其長壯后再移栽入土。每天觀察并記錄幼苗的生長情況，適時澆水、施肥，直至開花。逐步過渡適應(yīng)，提高移栽成活率。洗凈培養(yǎng)基；不傷及根部試管苗一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)脫分化外植體黑暗愈傷組織再分化試管苗植株光照移栽成活離體無菌適宜培養(yǎng)基適宜的外界條件(溫度、光照、pH、氣體等)水瓊脂碳源無機鹽植物激素蔗糖：作為碳源，提供能量、調(diào)節(jié)滲透壓植物激素：主要是生長素和細胞分裂素氮源二、植物體細胞雜交技術(shù)欲培育地上長番茄和地下結(jié)馬鈴薯的“超級作物”。你有什么好妙招？利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實現(xiàn)嗎？為什么？不能。因為兩種生物之間存在著天然的生殖隔離二、植物體細胞雜交技術(shù)1.過程：植物細胞融合+植物組織培養(yǎng)（1）去除細胞壁去壁原因：細胞壁阻礙著細胞間的雜交（阻礙了原生質(zhì)體間的融合）方法：酶解法酶解法原理：植物細胞的細胞壁主要由纖維素和果膠構(gòu)成；酶具有專一性原生質(zhì)體二、植物體細胞雜交技術(shù)1.過程：植物細胞融合+植物組織培養(yǎng)（2）原生質(zhì)體間的融合①原理：細胞膜具有一定的的流動性

②方法：物理法：電融合法、離心法等化學法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法等注意：去除細胞壁和誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合時，不能在低滲溶液中進行。將細胞放在等滲或略大于的溶液中，防止原生質(zhì)體吸水而漲破，保持原生質(zhì)體正常。原生質(zhì)體融合酶解法去壁二、植物體細胞雜交技術(shù)馬鈴薯細胞番茄細胞正在融合的原生質(zhì)體馬鈴薯原生質(zhì)體番茄原生質(zhì)體植物體細胞雜交完成的標志原理：植物細胞的全能性再分化雜種植株移栽移栽后的植株脫分化愈傷組織植物組織培養(yǎng)雜種細胞原生質(zhì)體融合成功的標志再生出細胞壁植物細胞融合原理：細胞膜的流動性篩選人工誘融酶解法去壁1.過程：植物細胞融合+植物組織培養(yǎng)二、植物體細胞雜交技術(shù)在此基礎(chǔ)上，科學家們利用植物體細胞雜交技術(shù)，又相繼培育出了白菜—甘藍、普通小麥—長穗偃麥草等雜種。我國科學家還在木本植物的體細胞雜交方面培育出了多種柑橘屬不同種間的雜種植株。白菜甘藍白菜—甘藍二、植物體細胞雜交技術(shù)2.植物組織培養(yǎng)和植物體細胞雜交的異同點植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交技術(shù)生殖方式原理步驟意義聯(lián)系無性繁殖無性繁殖細胞全能性細胞膜具有一定的流動性、植物細胞的全能性①脫分化②再分化①去除細胞壁②融合形成雜種細胞③組織培養(yǎng)（脫分化、再分化）保持優(yōu)良性狀，繁殖速度快打破生殖隔離，實現(xiàn)遠緣雜交育種植物體細胞雜交技術(shù)包括植物細胞融合和植物組織培養(yǎng)兩個過程，植物組織培養(yǎng)是植物體細胞雜交的一個環(huán)節(jié)，融合的體細胞只有通過植物組織培養(yǎng)才能發(fā)育成完整的個體。脫分化再分化原理過程花藥離體培養(yǎng)細胞全能性操作步驟外植體根、芽、胚狀體愈傷組織外植體消毒接種切塊形成愈傷組織誘導(dǎo)生芽生根植物組織培養(yǎng)植物細胞工程植物體細胞雜交變異類型原理育種類型概念植物細胞融合原生質(zhì)體制備過程植物組織培養(yǎng)原生質(zhì)體融合優(yōu)缺點知識總結(jié)課堂小測1.藿香是一味重要的中草藥，《本草綱目》記載“豆葉曰藿，其葉似之，故名”。如圖為藿香葉片植物組織培養(yǎng)流程。下列敘述錯誤的是()

A.外植體可用酒精和次氯酸鈉溶液消毒B.過程②為脫分化，不需要光照C.過程③為再分化，需要赤霉素誘導(dǎo)D.誘導(dǎo)生芽和生根的植物激素比例不同C解析：植物組織培養(yǎng)時外植體用流水充分清洗后用體積分數(shù)為70%的酒精消毒30s，用無菌水清洗2—3次，再用次氯酸鈉溶液處理30分鐘，立即用無菌水清洗2—3次，A正確；過程②為脫分化，將外植體誘導(dǎo)成未分化的愈傷組織，該過程不需要光照，B正確；過程③為再分化，通過一定比例的生長素和細胞分裂素誘導(dǎo)生芽，C錯誤；植物組織培養(yǎng)中培養(yǎng)基生長素用量比細胞分裂素用量，比值高時，誘導(dǎo)生根，比值低時，誘導(dǎo)生芽，誘導(dǎo)生芽和生根的植物激素種類相同，但比例不同，D正確。課堂小測2.下列關(guān)于菊花組織培養(yǎng)的敘述，正確的是()A.用自然生長的莖進行組培須用適宜濃度的酒精和次氯酸鈉的混合液消毒B.接種時，無需考慮外植體的方向C.培養(yǎng)瓶用專用封口膜封口可防止外界雜菌侵入及瓶內(nèi)外的氣體交換D.再生植株需去除根部殘留的培養(yǎng)基進行鍛煉后才能移種大田D解析:自然生長莖段的消毒屬于外植體消毒，先用體積分數(shù)為70%的酒精消毒，用無菌水清洗，再用質(zhì)量分數(shù)為5%左右的次氯酸鈉處理，最后再用無菌水清洗，A錯誤；接種時，需要將形態(tài)學下端插入培養(yǎng)基，不應(yīng)倒插，是為了生長素的極性運輸，保證成活率，B錯誤；培養(yǎng)瓶用專用封口膜封口的目的是防止雜菌污染，并不影響氣體交換，C錯誤；再生植株移種大田前，需去除根部殘留的培養(yǎng)基，并進行鍛煉，以使其能夠適應(yīng)移栽后的環(huán)境，提高成活率，D正確。課堂小測3.科研人員利用植物體細胞雜交技術(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D解析：愈傷組織是幼嫩葉片通過細胞脫分化形成的，A錯誤；由于基因的選擇性表達和基因間的互作效應(yīng)，獲得的雜種植株不一定能夠表現(xiàn)親本的優(yōu)良性狀，B錯誤；可用聚乙二醇誘導(dǎo)原生質(zhì)體甲和乙的融合，但不能誘導(dǎo)細胞壁的再生，C錯誤；由于植物細胞壁的成分主要是纖維素和果膠，故可以用纖維素酶和果膠酶處理愈傷組織以獲得原生質(zhì)體，D正確。課堂小測4.科學家利用植物體細胞雜交技術(shù)成功培育出“番茄—馬鈴薯”雜種植株。下列有關(guān)敘述不正確的是()A.用傳統(tǒng)的有性雜交方法不能得到二者的雜種后代B.用酶解法去除細胞壁，獲得具有活力的原生質(zhì)體C.誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法有物理法、化學法及滅活的病毒D.該技術(shù)依據(jù)的主要原理是細胞膜的流動性和植物細胞的全能性C解析：由于不同的兩種生物之間存在著天然的生殖隔離，用傳