植物細胞工程的基本技術(shù)（第1課時）（教學(xué)課件）高二生物（人教版2019選擇性必修3）

第二章

細胞工程第1節(jié)

植物細胞工程的基本技術(shù)【本節(jié)聚焦】1.植物細胞工程的理論基礎(chǔ)是什么？2.什么是植物組織培養(yǎng)技術(shù)和植物體細胞雜交技術(shù)？3.怎樣進行菊花的組織培養(yǎng)？科技探索之路：植物細胞工程的發(fā)展歷程哈伯蘭特提出細胞全能性的理論，但相關(guān)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?？平鹩谜婢睦w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?？柹T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(xué)領(lǐng)域，促進了植物細胞工程與分子生物學(xué)技術(shù)的緊密結(jié)合。1902年1958年1960年1964年1971年1974年問題探討鬼蘭（幽靈蘭）市場價格：1500萬每株！

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。思考：高潔、典雅的蘭花頗受人喜歡。但其繁殖率低，價格不菲，如何讓它大量、快速地繁殖呢？問題探討利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以大量、快速地培育蘭花。為什么植物組織或細胞能培養(yǎng)成完整植物體？細胞的全能性問題探討（2）體現(xiàn)全能性的標志：種子發(fā)育成植株，體現(xiàn)了植物種子的全能性。（

）胡蘿卜韌皮部細胞發(fā)育成完整植株。（

）受精卵發(fā)育成個體。（

）胚胎干細胞分化成其他種類的細胞。（)×√√√（1）定義：細胞→完整個體或其他各種細胞（3）細胞沒有體現(xiàn)全能性的原因：生物體內(nèi)所有細胞都能表現(xiàn)出全能性嗎？芽原基只能發(fā)育為芽，葉原基只能發(fā)育為葉體現(xiàn)了全能性嗎？基因在特定時間、空間條件下選擇性表達。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，即細胞具有全能性。1.細胞的全能性問題探討(4)植物細胞具有全能性的原因：一般來說，生物體的每一個細胞都含有該物種所持有的全套遺傳信息。(5)細胞全能性大小的比較：一般來說，細胞分化程度越高，全能性

；隨著細胞分化程度的不斷提高，細胞的分裂能力和全能性

。越低逐漸降低不同種生物細胞:同種生物不同細胞：植物細胞

動物細胞受精卵

生殖細胞

體細胞＞（動物細胞具有全能性，但目前只有細胞核能體現(xiàn)全能性）＞同種生物不同體細胞的全能性大?。河啄鄣募毎?/p>

衰老的細胞＞＞

不是每個活細胞都有全能性，例如哺乳動物成熟的紅細胞。問題探討(6)表現(xiàn)出全能性的條件：潛能表現(xiàn)出全能性怎么才能表現(xiàn)出來呢？1958年Steward利用胡蘿卜韌皮部誘導(dǎo)分化產(chǎn)生了胚狀體，這是人類第一次獲得了人工胚狀體，并獲得個體植株。（必修一

P118-121）①離體②一定的營養(yǎng)物質(zhì)、植物激素③適宜的溫度、pH等外界條件④無菌環(huán)境一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)合作探究一：請同學(xué)們自主閱讀教材P35-36，小組合作思考討論完成問題。

1.組織培養(yǎng)技術(shù)的原理什么？基本培養(yǎng)過程有哪些？2.什么是外植體？3.什么是脫分化？愈傷組織有什么特點？4.什么是再分化？移栽成活一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)1.概念：

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)。外植體植物細胞的全能性原理生殖方式無性生殖分裂方式有絲分裂一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)2.植物組織培養(yǎng)的流程：接種外植體離體培養(yǎng)的植物器官、組織或細胞。脫分化誘導(dǎo)愈傷組織細胞排列疏松且無規(guī)則、高度液泡化、無葉綠體、不定形的薄壁組織團塊。離體條件下已分化的細胞經(jīng)過誘導(dǎo)，失去特有的結(jié)構(gòu)和功能，重新獲得分裂能力。誘導(dǎo)生芽再分化愈傷組織能重新分化成芽、根等器官。誘導(dǎo)生根移栽成活該實驗具體如何操作呢？愈傷組織既有細胞增殖，又有細胞分化。一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)3.決定植物脫分化、再分化的關(guān)鍵因素：外植體愈傷組織試管苗完整植株脫分化芽、根等再分化關(guān)鍵激素生長素和細胞分裂素細胞分裂素生長素

芽分化愈傷組織根分化巧記：裂芽生根中愈傷結(jié)果比值≈1比值＜1比值＞1促進芽的分化促進根的分化促進愈傷組織的形成生長素用量細胞分裂素用量探究·實踐:菊花的組織培養(yǎng)1.目的要求：（1）了解植物組織培養(yǎng)的基本原理。（2）了解生長素和細胞分裂素的濃度、用量比例對菊花愈傷組織形成和分化的影響。（3）嘗試進行植物組織培養(yǎng)。2.材料用具：幼嫩的菊花莖段、體積分數(shù)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，50mL錐形瓶（或植物組織培養(yǎng)瓶）。植物組織培養(yǎng)常用的培養(yǎng)基：MS培養(yǎng)基

(P116)。分裂旺盛，更容易誘導(dǎo)形成愈傷組織。植物組織培養(yǎng)瓶探究·實踐:菊花的組織培養(yǎng)（1）培養(yǎng)基名稱：

；（2）物理性質(zhì)：

；（3）碳源：

。拓展1：植物組織培養(yǎng)常用的培養(yǎng)基配方

P116MS培養(yǎng)基

固體培養(yǎng)基有機碳源（蔗糖）作為碳源，提供能量。①無機營養(yǎng)成分(水和無機鹽)②有機營養(yǎng)成分(蔗糖、氨基酸、維生素等)③特定濃度和比例的激素(主要是生長素和細胞分裂素)探究·實踐:菊花的組織培養(yǎng)3.方法步驟：探究·實踐:菊花的組織培養(yǎng)3.方法步驟：①制備外植體消毒：切割：無菌操作酒精30s無菌水2-3次次氯酸鈉溶液30min材料：幼嫩的菊花莖段2-3次無菌水洗目的防止雜菌生長。一方面與培養(yǎng)物競爭營養(yǎng)；另一方面產(chǎn)生有害物質(zhì)危害培養(yǎng)物。探究·實踐:菊花的組織培養(yǎng)②接種到誘導(dǎo)愈傷組織培養(yǎng)基脫分化（避光）產(chǎn)生愈傷組織為什么誘導(dǎo)愈傷組織的過程中應(yīng)避光培養(yǎng)？

有光時，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。超級工作臺無菌操作3.方法步驟：

接種外植體時，不要倒插！

（將“形態(tài)學(xué)上端”朝上）探究·實踐:菊花的組織培養(yǎng)3.方法步驟：③接種到誘導(dǎo)生芽、生根培養(yǎng)基再分化②接種到誘導(dǎo)生根培養(yǎng)基①培養(yǎng)15?20d后，接種到誘導(dǎo)生芽培養(yǎng)基③進一步誘導(dǎo)形成試管苗注意：①注意順序，先誘導(dǎo)生芽，再誘導(dǎo)生根。②該過程每日需要給予適當時間和強度的光照（有利于葉綠素的形成）。探究·實踐:菊花的組織培養(yǎng)3.方法步驟：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。④試管苗移栽生殖方式：無性生殖分裂方式：有絲分裂探究·實踐:菊花的組織培養(yǎng)固體基質(zhì)型，含水量高、蓄水性強、透性好，適合栽培珍珠巖

,珍珠巖是一種火山噴發(fā)的酸性熔巖，經(jīng)急劇冷卻而成的玻璃質(zhì)巖石，有弧形或圓形裂隙，如珍珠的結(jié)構(gòu)，所以被命名為珍珠巖。蛭石是一種天然、無毒的礦物質(zhì)，在高溫作用下會膨脹的礦物。它是一種比較少見的礦物，屬于硅酸鹽。探究·實踐:菊花的組織培養(yǎng)胚狀體：離體培養(yǎng)條件下，沒有經(jīng)過受精過程，但經(jīng)過胚胎發(fā)育過程形成的胚狀類似物，因而統(tǒng)稱為體細胞胚或胚狀體。胚狀體途徑器官發(fā)生途徑外植體脫分化愈傷組織再分化生芽生根或胚狀體生長發(fā)育試管苗（移栽到大田）拓展：植物組織培養(yǎng)的兩種途徑課堂小結(jié)根、芽植物體再分化培養(yǎng)條件：①無菌②營養(yǎng)物質(zhì)③適宜條件（溫度、PH、光等）④植物激素：遮光光照芽發(fā)育成葉，葉肉細胞中葉綠素的合成需要光照脫分化愈傷組織離體的植物器官、組織或細胞（外植體）愈傷組織重新分化為芽、根等器官失去特有結(jié)構(gòu)和功能轉(zhuǎn)變成未分化的細胞生長素和細胞分裂素是啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵。生長素和細胞分裂素的比例和濃度會影響植物細胞的發(fā)育方向。如：胡蘿卜的形成層、菊花幼莖段、月季的花藥…排列不規(guī)則，高度液泡化，呈不定型狀態(tài)的薄壁細胞課堂練習1.培養(yǎng)胡蘿卜根組織可獲得試管苗，獲得試管苗的過程如圖所示?；卮鹣铝袉栴}。（1）利用胡蘿卜根段進行組織培養(yǎng)可以形成試管苗。用分化的植物細胞可以培養(yǎng)成完整的植株，這是因為植物細胞具有__________。（2）步驟③切取的組織塊中要帶有形成層，原因是________________________。（3）從步驟⑤到步驟⑥需要更換新的培養(yǎng)基，其原因是________________________

。在新的培養(yǎng)基上愈傷組織通過細胞的__________過程，最終可形成試管苗。（4）步驟⑥要進行照光培養(yǎng)，其作用是________________________。（5）經(jīng)組織培養(yǎng)得到的植株，一般可保持原品種的________________________，這種繁殖方式屬于____________繁殖。全能性形成層容易誘導(dǎo)形成愈傷組織

再分化有利于誘導(dǎo)葉綠素形成和植物光合作用遺傳特性

無性

①隨培養(yǎng)時間的增加培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)減少、有害代謝產(chǎn)物的積累會抑制愈傷組織的分裂、分化。②形成愈傷組織后，需要調(diào)整培養(yǎng)基中生長素與細胞分裂素用量的比例，以影響植物細胞的發(fā)育方向1.通過有性雜交能實現(xiàn)嗎？為什么？【思考.討論】不能，不同種物種間存在生殖隔離。植物體細胞雜交技術(shù)2.有沒有方法可以打破生殖隔離，實現(xiàn)遠緣雜交育種，獲得“番茄-馬鈴薯雜種植株”呢？西紅柿土豆二、植物體細胞雜交技術(shù)1.概念：

將不同來源的植物細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新植物體的技術(shù)。+=白菜甘藍白菜-甘藍細胞膜的流動性、植物細胞的全能性原理打破生殖隔離，實現(xiàn)遠緣雜交育種意義二、植物體細胞雜交技術(shù)

參考動物細胞融合，若是植物細胞之間的雜交，則應(yīng)先做什么？得到雜種細胞后，如何培育成植株？二、植物體細胞雜交技術(shù)合作探究二：請同學(xué)們自主閱讀教材P36-38，小組合作思考討論完成問題。

1.你認為兩個來自不同植物的體細胞完成融合，遇到的第一個障礙是什么？2.用什么方法可以溫和地去除細胞壁而不傷害原生質(zhì)體？3.人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體間的融合方法有哪些？與細胞膜的什么特性有關(guān)？4.細胞融合后，共有幾種細胞類型？符合要求的是哪種？5.如果兩個來源不同的原生質(zhì)體發(fā)生融合形成了雜種細胞，下一步如何將雜種細胞培育成雜種植株？二、植物體細胞雜交技術(shù)2.過程：（1）去除細胞壁B細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體去壁去壁A細胞方法：原理：目的：酶解法（用纖維素酶和果膠酶）利用酶的專一性去除細胞壁，獲得原生質(zhì)體。細胞壁（纖維素和果膠）酶溶液中一般加入一定濃度的無機鹽離子和甘露醇，維持滲透壓，防止原生質(zhì)體吸水過多而漲破。二、植物體細胞雜交技術(shù)注意：區(qū)分原生質(zhì)體和原生質(zhì)層細胞壁細胞膜細胞質(zhì)液泡細胞核指的是脫去細胞壁的細胞。包括：細胞膜、細胞質(zhì)、細胞核。原生質(zhì)體成熟植物細胞的細胞膜、液泡膜和介于這兩層膜之間的細胞質(zhì)。原生質(zhì)層原生質(zhì)層二、植物體細胞雜交技術(shù)2.過程：（2）誘導(dǎo)融合B細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體去壁去壁A細胞正在融合的原生質(zhì)體融合方法：原理：細胞膜具有流動性物理方法：

①電融合法

②離心法等化學(xué)方法：

①聚乙二醇(PEG)融合法

②高Ca2+—高pH融合法是雜交過程中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)二、植物體細胞雜交技術(shù)2.過程：（3）再生細胞壁：B細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體去壁去壁A細胞正在融合的原生質(zhì)體融合再生出細胞壁雜種細胞②新細胞壁的形成與哪些細胞器有關(guān)：高爾基體、線粒體①融合完成的標志：______________________________融合的原生質(zhì)體再生出細胞壁二、植物體細胞雜交技術(shù)思考：

若只考慮原生質(zhì)體的兩兩融合，A種原生質(zhì)體與B種原生質(zhì)體融合后，有哪幾種類型？而我們需要的是哪種類型？所以原生質(zhì)體融合后，我們要進行怎樣的處理？番茄細胞原生質(zhì)體馬鈴薯細胞原生質(zhì)體PEG未融合的細胞雜種細胞自身融合的細胞等量混合因此要對融合后的原生質(zhì)體進行篩選。二、植物體細胞雜交技術(shù)植物組織培養(yǎng)脫分化再分化融合成功標志原生質(zhì)體融合植物體細胞雜交（完成標志：形成雜種植株）2.過程：(4)植物組織培養(yǎng)：二、植物體細胞雜交技術(shù)

思考：A植物的染色體數(shù)目為2n，基因型為AaBb。B植物的染色體數(shù)目為2m，基因型為CcDd。根據(jù)植物體細胞雜交技術(shù)的相關(guān)原理，小組合作思考討論完成表格。

AaBbCcDd生殖類型變異類型染色體數(shù)染色體組數(shù)基因組成無性繁殖，育種過程中不遵循孟德爾定律染色體數(shù)目變異兩親本染色體數(shù)之和:2a+2b兩親本染色體組數(shù)之和:2+2兩親本基因型之和:AaBbCcDd通過植物體細胞雜交技術(shù)得到的雜種植株，理論上是可育的，原因是：

雜種植株含有兩整套遺傳物質(zhì)，減數(shù)分裂時同源染色體能正常聯(lián)會，形成正常配子。二、植物體細胞雜交技術(shù)

利用這項技術(shù)，科學(xué)家培育出了白菜—甘藍、普通小麥—長穗偃麥草等雜種植株。打破生殖隔離，實現(xiàn)遠緣雜交育種，培育植物新品種。3.意義：+=白菜甘藍白菜-甘藍思考：為什么“番茄—馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學(xué)家所想像的那樣，地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯？有可能雜交不成功，即使雜交成功也可能不產(chǎn)生人們想要的性狀。4.缺點：二、植物體細胞雜交技術(shù)植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交技術(shù)原理過程意義聯(lián)系細胞膜的流動性和植物細胞的全能性植物細胞的全能性離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織脫分化再分化芽、根或胚狀體植物體生長發(fā)育植物組織培養(yǎng)與植物體細胞雜交技術(shù)的比較：植物細胞A植物細胞B原生質(zhì)體A去壁原生質(zhì)體B去壁人工誘導(dǎo)融合的原生質(zhì)體AB雜種細胞AB愈傷組織脫分化再生細胞壁雜種植株再分化保持優(yōu)良性狀,繁殖速度快、大規(guī)模生產(chǎn)提高經(jīng)濟效益植物體細胞雜交技術(shù)應(yīng)用了植物組織培養(yǎng)技術(shù)克服不同種生物遠緣雜交的障礙課堂練習1.圖為植物體細胞雜交過程示意圖。據(jù)圖回答：

（1）步驟①是

，最常用的方法是

。

（2）步驟②一般常用的化學(xué)試劑是

，目的是

。(3)在利用雜種細胞培育成為雜種植株的過程中，此技術(shù)運用的原理是

，其中步驟④相當于

，步驟⑤相當于

。

（4）植物體細胞雜交的目的是獲得新的雜種植株，使

能夠在新的植物體上有所表現(xiàn)，其根本原因是

。（5）若遠緣雜交親本A的基因型為AaBb