生物人教版（2019）选择性必修3 2.1.1植物细胞工程的基本技术（共52张ppt）
文档属性
| 名称 | 生物人教版（2019）选择性必修3 2.1.1植物细胞工程的基本技术（共52张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 29.3MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2022-12-13 21:07:26 | ||
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文档简介
(共52张PPT)
第 二 章
什么叫细胞工程？
第2章封面（P31）
→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，有目的地获取特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
概念：
原理和方法
操作水平
研究目的
分类：
⑴依据操作技术分：
植物组织培养技术、动物细胞培养技术、细胞融合技术、动物细胞核移植技术等
⑵依据操作对象分：
植物细胞工程和动物细胞工程
植物组织培养
植物体细胞杂交
科技探索之路
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。
植物细胞工程的发展历程
1902年
1958年
1960年
1964年
1971年
1974年
选择性必修3 生物技术与工程 第2章 细胞工程
第1节 植物细胞工程
第1课时·植物细胞工程的基本技术
1.简述植物组织培养和植物体细胞杂交的原理和过程（生命观念）
2.结合“菊花的组织培养”的实验操作，尝试设计植物组织培养技术的流程简图（科学探究）
3.查阅资料，尝试探究植物生长素和细胞分裂素使用比例对植物组织培养的影响（社会责任、科学探究）
其芽萍萍，其叶青青，
犹绿衣郎，挺节独立，
可敬可迨夫花开，
凝晴瀼露，万态千妍，
黄风自来，四坐芬郁，
岂非入兰室乎！岂非有国香乎！
——《金漳兰谱》（宋·赵时庚）
兰为王者香，芬馥清风里。
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？
从社会中来
植物组织培养技术
一、植物细胞的全能性
1.概念：
细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能
体现全能性的标志
实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株
受精卵发育成个体（动植物）
蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰
用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株
2.体现细胞全能性的原因：
生物体的每个细胞中都含有发育成为完整个体所需的全部遗传物质。
3.不体现全能性的实例：
芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶
4.不体现全能性的原因：
基因在特定时间、空间条件下选择性表达
必修1-P121——细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。
生物体生长发育过程中并不是所有细胞都表现出全能性
①体细胞全能性与细胞分化程度：
②体细胞全能性与细胞分裂能力：
③不同类型细胞的全能性：
分化程度低的＞分化程度高的。
分裂能力强的＞分裂能力弱的。
受精卵＞生殖细胞＞体细胞；
受精卵＞干细胞＞体细胞
植物细胞＞动物细胞。
植物组织培养技术
5.细胞全能性大小比较：
④不同生物细胞的全能性：
——如何才能让细胞表现出全能性？
一、植物细胞的全能性
→复习必修一 P118--121
1958年美国科学家将胡萝卜韧皮部一些细胞培养获得了完整的新植株。
实验结论：在离体时给予细胞一定条件，高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的潜能，即植物细胞具有全能性。
已分化细胞
脱分化
愈伤组织
再分化
胚状体
再分化
试管苗
完整个体
这就是植物组织培养技术
二、植物组织培养技术
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽
诱导生根
移栽成活
1.概念（P35）
统称外植体
脱分化
再分化
脱分化：
已分化细胞，失去其特有结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。
愈伤组织：
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。
再分化：
愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。
注意：过程中涉及的生命活动只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化。
该培养过程一般不需要光照
注意：过程中涉及的生命活动：既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化。
需要给予适当光照，诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用。
生殖方式：无性生殖
植物细胞工程
的最基本技术
拓展1：植物组织培养常用的培养基配方
P116
⑴培养基名称： ；
⑵物理性质： ；
⑶碳源： 。
包括无机营养成分(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)；
蔗糖的作用：
作为碳源，提供能量，调节渗透压
实验探究 菊花的组织培养
1、实验原理：
① 植物细胞一般具有___________；
③植物激素中________和____________是启动_________、_________和_________的关键激素，它们的_____、_____等都会影响植物细胞的发育方向；
生长素
细胞分裂素
细胞分裂
脱分化
再分化
浓度
比例
全能性
植物组织培养技术
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，
P35【探究˙实践】第1段
2.决定植物脱分化、再分化的关键因素？
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、比例都会影响植物细胞的发育方向。
细胞分裂素
生长素
芽分化
愈伤组织
根分化
巧记：高根低芽中愈伤
生长素用量 / 细胞分裂素用量 结果
比值≈1
比值＞1
比值＜1
促进根的分化
促进芽的分化
促进愈伤组织的形成
（1）消毒
消毒：
酒精
30S
无菌水
2-3次
次氯酸钠溶液
30min
材料：
幼嫩的菊花茎段(外植体)
2-3次
无菌水洗
消毒与无菌水冲洗
植物组织培养技术
菊花的组织培养【探究·实践】
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。
（2）外植体切段
植物组织培养技术
菊花的组织培养【探究·实践】
3、方法步骤
切割与接种
无菌操作目的
防止杂菌生长。一方面与培养物竞争营养；另一方面产生有害物质危害培养物。
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。
（3）接种外植体
注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插！
植物组织培养技术
菊花的组织培养【探究·实践】
3、方法步骤
（4）脱分化
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。
注意：该过程一般不需要光照，有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织。
植物组织培养技术
菊花的组织培养【探究·实践】
3、方法步骤
（5）再分化
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→将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
注意：每日需要给予适当时间和强度的光照！(光照培养)
植物组织培养技术
菊花的组织培养【探究·实践】
3、方法步骤
（6）移栽培养
移栽前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。
植物组织培养技术
菊花的组织培养【探究·实践】
3、方法步骤
（1）组织离体状态
（2）适宜的培养条件
（3）植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）诱导和调节
植物组织培养成功的条件
一、植物组织培养技术
种类齐全、比例适合的营养物质
适宜的外界条件（温度、pH、光照等）
无菌环境
阅读教材P35【探究˙实践】
3.为什么整个过程要保证无菌操作？
避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，同时防止有些杂菌危害培养物的生长。
4.在整个操作过程中，是如何来实现无菌环境的？
1）培养基的灭菌（高压蒸汽灭菌）
2）外植体的消毒（酒精、氯化汞）
3）接种的无菌操作（酒精、酒精灯——灼烧）
4）无菌箱中的培养；
5）移栽到消过毒的环境中生存一段时间。
根、芽
植物体
再分化
培养条件：①无菌②营养物质③适宜条件（温度、PH、光等）
④植物激素：
遮光
光照
芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照
脱分化
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
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。生长素和细胞分裂素的比例和浓度会影响植物细胞的发育方向。
如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…
排列不规则，高度液泡化，呈不定型状态的薄壁细胞
探究·实践
菊花的组织培养
探究·实践
菊花的组织培养
P35
完整生物体
其他各种细胞
基因会选择性
表达
深入思考
1．理论上每种植物的活细胞都具有全能性，原因是什么？
2．植物的种子发育成完整植株是否体现了全能性？为什么？
提示：正常的植物细胞具有发育成该物种个体所需的全部遗传物质。
提示：否。因为种子中的胚已经完成早期发育，相当于新植株的幼体，由幼体发育成完整植株不能体现出细胞的全能性。
离体
人工配制的培养基
完整植株
植物细胞的全能性
脱分化
愈伤组织
再分化
激素和营养
未分化
薄壁组织
愈伤组织
全能性
生长素和细胞分裂素
浓度、比例
愈伤组织
胚状体
完整的植株
灭菌
酒精灯火焰旁
灭菌
倒插
不需要
光照
5．植物细胞表现全能性的条件
(1)离体状态。
(2)无菌操作。
(3)种类齐全、比例适合的营养物质。
(4)植物激素(主要是生长素和细胞分裂素)诱导和调节。
(5)适宜的外界条件(温度、pH、光照等)。
3） 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，有多少能正常生长，试分析它们被污染的原因。
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经历了多少天 愈伤组织进一步分化出芽和根了吗？
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。
（3）观察外植体的分化情况，填好结果记录表，并及时分析结果。
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。
（4）你培育的幼苗移栽到露地后，能够正常生长吗？
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 向培养基质喷酒质量分数为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。
继续探究：
若想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，则应如何设计对照实验？
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。
特殊的植物组织培养→花药离体培养
配子
DT
Dt
dT
dt
花药离体培养
单倍体植株
DDTT
DDtt
ddTT
ddtt
正常植株（纯合）
秋水仙素诱导
DT
Dt
dT
dt
高杆抗病
DdTt
亲本
需要的纯合矮抗品种
花药
脱分化
愈伤组织
再分化
试管苗
单倍体：
植株矮小、高度不育
生殖方式为特殊的有性生殖，培养过程中只涉及有丝分裂
拓展：植物组织培养的两种途径
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。
胚状体
途径
器官发生途径
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
生芽生根
或胚状体
生长发育
试管苗
（移栽到大田）
①切取洁净的胡萝卜根段
②对根段进行消毒
③切1cm3左右带有形成层的组织块
④接种
组织块
⑤诱导组织块形成愈伤组织
⑥诱导愈伤组织形成试管苗
1）从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基，其原因是
______________________________________________________。
诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同
实战演练
2）步骤⑥要进行照光培养，其作用是
_______________________________________________________。
3）经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的__________，这种繁殖方式属于____________繁殖。
诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用
遗传特性
无性
练习
1. 下列关于细胞全能性的叙述，错误的是（ ）
A.玉米种子萌发长成新植株体现了细胞的全能性
B.细胞的全能性一般随着细胞分化程度升高而降低
C.受精卵能在自然状态下发育成个体，因此全能性最高
D.细胞全能性是指细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整个体或分化成其他各种细胞的潜能。
A
2.下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是（ ）
A. 离体组织的细胞必须通过脱分化才能形成愈伤组织
B. 对植物组织的培养液和培养材料可用高压蒸汽灭菌
C. 培养液中的植物激素影响愈伤组织的生长和分化
D. 培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压
B
【典例】玉米是一种主要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家在玉米育种和栽培中作了大量的研究。如图是关于玉米培养的过程，据图判断下列说法中错误的是( )
C
A.从繁殖原理上分析，A→D属于无性
生殖
B.植株D和G中的染色体组数不同
C.E→G不能体现细胞的全能性
D.E→F过程中获得的植株一般不用于
大田生产
植物细胞工程的基本技术
植物组织培养技术
植物体细胞杂交技术
（最基本技术）
三、植物体细胞杂交技术
通过有性杂交能实现吗？为什么？
西红柿
土豆
×
【思考˙讨论】
不能，不同种物种间存在生殖隔离
怎么办？
植物体细胞杂交技术
1.概念
将不同来源的植物细胞，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。
阅读课文36-38页，图2-4，思考：
（1）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？
（2）怎样通过比较温和的方法去掉细胞壁？
（3）怎样诱导两个原生质体的融合？与细胞膜的什么特性有关？
（4）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步如何将杂种细胞培育成杂种植株？
三、植物体细胞杂交技术
1.技术流程：
A细胞
B细胞
纤维素酶
果胶酶
去壁：
酶解法
融合的原生质体
再生出细胞壁
诱融
物理法：
化学法：
电融合法、离心法
聚乙二醇（PEG）融合法、
高Ca2+ —高pH融合法等
脱分化
再分化
移栽
植物细胞融合
植物组织培养
杂种植株
愈伤组织
A原生质体
B原生质体
移栽后的植株
原理：细胞膜的流动性
原理：植物细胞具有全能性
植物细胞融合完成的标志
植物体细胞杂交完成的标志
纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，试分析原因？
使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常
植物体细胞的杂交技术
2. 原理：
细胞膜的流动性（原生质体融合）
植物细胞具有全能性（杂种细胞培养成杂种植株）
3. 实例：
4.意义：
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种
5.研究现状：
仍有许多理论与技术问题没有解决，还不能让杂种植株表现出人们所需要的所有性状。
【思考讨论】
1.细胞融合完成的标志与植物体细胞杂交完成的标志相同吗？为什么？
不相同
2.从结果上看杂种植株在遗传上有何特点？从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？
(1)遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传性状。
(2)染色体数目增加，属于染色体数目的变异
两个标志:
⑴植物细胞融合完成的标志：
再生出新的细胞壁
⑵植物体细胞杂交完成的标志：
培育成新植物体
原生质体：指植物细胞去除细胞壁后剩余的部分，包括细胞膜、细胞质和细胞核。
拓展：
区分原生质体与原生质层
原生质层
原生质体
细胞壁
细胞膜
细胞质
液泡
细胞核
原生质层：成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于二者间的细胞质，包括细胞膜、细胞质、液泡膜（不包括细胞液和细胞核）
【注意】质壁分离的“质”指的是原生质层。
【现学现用】
1．A种原生质体与B种原生质体融合后，有哪几种类型(只考虑两两融合)？而我们需要的是哪种类型？所以原生质体融合后，我们要进行怎样的处理？
有3种类型：AA、BB、AB；我们需要的是AB；
因此要对融合后的原生质体进行筛选。
2.若A细胞具有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。B细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则通过植物体细胞杂交技术获得的新植株的染色体条数： ；染色体组数： 个；基因型： ；属于可遗传变异类型中的 。
2x＋2y
4
AabbccDd
染色体数目变异
▌如图为白菜—甘蓝杂种植株的培育过程。正确的是（ ）
A. 图示白菜—甘蓝植株不能结籽
B. 愈伤组织的代谢类型是自养需氧型
C. 上述过程中包含着有丝分裂、细胞分化和减数分裂
D. 白菜—甘蓝杂种植株具有的性状是基因选择性表达的结果
D
实战演练
【例1】科学家利用植物体细胞杂交技术将番茄与马铃薯的体细胞原生质体融合，最终得到番茄—马铃薯杂种植株。下列有关叙述错误的是( )
A.番茄—马铃薯杂种植株能在地上结番茄、地下长马铃薯
B.可用物理法使番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合
C.该项生物工程技术可克服生物远缘杂交不亲和的障碍
D.该项生物工程技术需经历脱分化和再分化
2.在植物细胞工程中，当原生质体融合成一个细胞后，需要诱导产生细胞壁，参与这一过程的细胞器是( )
A、叶绿体、高尔基体 B、线粒体、高尔基体
C、叶绿体、线粒体 D、线粒体、内质网
A
B
【检测】图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：
（1）步骤①是 ，最常用的方法是 。
（2）步骤②一般常用的化学试剂是 ，目的是 。
(3)在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，此技术运用的原理是 ，其中步骤④相当于 ，步骤⑤相当于 。
（4）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株，
使 能够在新的植物体上有所表现，其根本原因是 。
（5）若远缘杂交亲本A的基因型为AaBb，B的基因型为YYEe，则融合后形成的杂种植株基因型是 。
去除细胞壁，分离原生质体
酶解法
聚乙二醇（PEG）
诱导植物原生质体融合
脱分化
再分化
远缘杂交亲本的遗传特征
杂种植株获得双亲的遗传物质
细胞的全能性
AaBbYYEe
（6）从理论上讲，杂种植株的育性 。若运用传统有性杂交方法能否实现？ ；原因是 。
因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于 。
（7）利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？为什么？
。
可育
不能
不同种生物之间存在生殖隔离
不遵循；因为孟德尔遗传规律发生在有性生殖减数分裂产生配子时，而植物体细胞杂交育种属于无性生殖。
克服了远缘杂交不亲和的障碍
原理
主要过程
原理
主要过程
【课堂小结】
练习与应用
一、概念检测
1.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
A
2.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
"番茄—马铃薯"没有像人们预想的那样地上结番茄、地下长马铃薯，主要原因是∶生物体内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，它们不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂种植株自然就不能地上结番茄、地下长马铃薯了。
练习与应用
一、概念检测
"番茄—马铃薯"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
二、拓展应用
第 二 章
什么叫细胞工程？
第2章封面（P31）
→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，有目的地获取特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
概念：
原理和方法
操作水平
研究目的
分类：
⑴依据操作技术分：
植物组织培养技术、动物细胞培养技术、细胞融合技术、动物细胞核移植技术等
⑵依据操作对象分：
植物细胞工程和动物细胞工程
植物组织培养
植物体细胞杂交
科技探索之路
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。
植物细胞工程的发展历程
1902年
1958年
1960年
1964年
1971年
1974年
选择性必修3 生物技术与工程 第2章 细胞工程
第1节 植物细胞工程
第1课时·植物细胞工程的基本技术
1.简述植物组织培养和植物体细胞杂交的原理和过程（生命观念）
2.结合“菊花的组织培养”的实验操作，尝试设计植物组织培养技术的流程简图（科学探究）
3.查阅资料，尝试探究植物生长素和细胞分裂素使用比例对植物组织培养的影响（社会责任、科学探究）
其芽萍萍，其叶青青，
犹绿衣郎，挺节独立，
可敬可迨夫花开，
凝晴瀼露，万态千妍，
黄风自来，四坐芬郁，
岂非入兰室乎！岂非有国香乎！
——《金漳兰谱》（宋·赵时庚）
兰为王者香，芬馥清风里。
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？
从社会中来
植物组织培养技术
一、植物细胞的全能性
1.概念：
细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能
体现全能性的标志
实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株
受精卵发育成个体（动植物）
蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰
用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株
2.体现细胞全能性的原因：
生物体的每个细胞中都含有发育成为完整个体所需的全部遗传物质。
3.不体现全能性的实例：
芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶
4.不体现全能性的原因：
基因在特定时间、空间条件下选择性表达
必修1-P121——细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。
生物体生长发育过程中并不是所有细胞都表现出全能性
①体细胞全能性与细胞分化程度：
②体细胞全能性与细胞分裂能力：
③不同类型细胞的全能性：
分化程度低的＞分化程度高的。
分裂能力强的＞分裂能力弱的。
受精卵＞生殖细胞＞体细胞；
受精卵＞干细胞＞体细胞
植物细胞＞动物细胞。
植物组织培养技术
5.细胞全能性大小比较：
④不同生物细胞的全能性：
——如何才能让细胞表现出全能性？
一、植物细胞的全能性
→复习必修一 P118--121
1958年美国科学家将胡萝卜韧皮部一些细胞培养获得了完整的新植株。
实验结论：在离体时给予细胞一定条件，高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的潜能，即植物细胞具有全能性。
已分化细胞
脱分化
愈伤组织
再分化
胚状体
再分化
试管苗
完整个体
这就是植物组织培养技术
二、植物组织培养技术
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽
诱导生根
移栽成活
1.概念（P35）
统称外植体
脱分化
再分化
脱分化：
已分化细胞，失去其特有结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。
愈伤组织：
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。
再分化：
愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。
注意：过程中涉及的生命活动只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化。
该培养过程一般不需要光照
注意：过程中涉及的生命活动：既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化。
需要给予适当光照，诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用。
生殖方式：无性生殖
植物细胞工程
的最基本技术
拓展1：植物组织培养常用的培养基配方
P116
⑴培养基名称： ；
⑵物理性质： ；
⑶碳源： 。
包括无机营养成分(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)；
蔗糖的作用：
作为碳源，提供能量，调节渗透压
实验探究 菊花的组织培养
1、实验原理：
① 植物细胞一般具有___________；
③植物激素中________和____________是启动_________、_________和_________的关键激素，它们的_____、_____等都会影响植物细胞的发育方向；
生长素
细胞分裂素
细胞分裂
脱分化
再分化
浓度
比例
全能性
植物组织培养技术
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，
P35【探究˙实践】第1段
2.决定植物脱分化、再分化的关键因素？
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、比例都会影响植物细胞的发育方向。
细胞分裂素
生长素
芽分化
愈伤组织
根分化
巧记：高根低芽中愈伤
生长素用量 / 细胞分裂素用量 结果
比值≈1
比值＞1
比值＜1
促进根的分化
促进芽的分化
促进愈伤组织的形成
（1）消毒
消毒：
酒精
30S
无菌水
2-3次
次氯酸钠溶液
30min
材料：
幼嫩的菊花茎段(外植体)
2-3次
无菌水洗
消毒与无菌水冲洗
植物组织培养技术
菊花的组织培养【探究·实践】
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。
（2）外植体切段
植物组织培养技术
菊花的组织培养【探究·实践】
3、方法步骤
切割与接种
无菌操作目的
防止杂菌生长。一方面与培养物竞争营养；另一方面产生有害物质危害培养物。
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。
（3）接种外植体
注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插！
植物组织培养技术
菊花的组织培养【探究·实践】
3、方法步骤
（4）脱分化
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。
注意：该过程一般不需要光照，有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织。
植物组织培养技术
菊花的组织培养【探究·实践】
3、方法步骤
（5）再分化
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→将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
注意：每日需要给予适当时间和强度的光照！(光照培养)
植物组织培养技术
菊花的组织培养【探究·实践】
3、方法步骤
（6）移栽培养
移栽前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。
植物组织培养技术
菊花的组织培养【探究·实践】
3、方法步骤
（1）组织离体状态
（2）适宜的培养条件
（3）植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）诱导和调节
植物组织培养成功的条件
一、植物组织培养技术
种类齐全、比例适合的营养物质
适宜的外界条件（温度、pH、光照等）
无菌环境
阅读教材P35【探究˙实践】
3.为什么整个过程要保证无菌操作？
避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，同时防止有些杂菌危害培养物的生长。
4.在整个操作过程中，是如何来实现无菌环境的？
1）培养基的灭菌（高压蒸汽灭菌）
2）外植体的消毒（酒精、氯化汞）
3）接种的无菌操作（酒精、酒精灯——灼烧）
4）无菌箱中的培养；
5）移栽到消过毒的环境中生存一段时间。
根、芽
植物体
再分化
培养条件：①无菌②营养物质③适宜条件（温度、PH、光等）
④植物激素：
遮光
光照
芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照
脱分化
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
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。生长素和细胞分裂素的比例和浓度会影响植物细胞的发育方向。
如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…
排列不规则，高度液泡化，呈不定型状态的薄壁细胞
探究·实践
菊花的组织培养
探究·实践
菊花的组织培养
P35
完整生物体
其他各种细胞
基因会选择性
表达
深入思考
1．理论上每种植物的活细胞都具有全能性，原因是什么？
2．植物的种子发育成完整植株是否体现了全能性？为什么？
提示：正常的植物细胞具有发育成该物种个体所需的全部遗传物质。
提示：否。因为种子中的胚已经完成早期发育，相当于新植株的幼体，由幼体发育成完整植株不能体现出细胞的全能性。
离体
人工配制的培养基
完整植株
植物细胞的全能性
脱分化
愈伤组织
再分化
激素和营养
未分化
薄壁组织
愈伤组织
全能性
生长素和细胞分裂素
浓度、比例
愈伤组织
胚状体
完整的植株
灭菌
酒精灯火焰旁
灭菌
倒插
不需要
光照
5．植物细胞表现全能性的条件
(1)离体状态。
(2)无菌操作。
(3)种类齐全、比例适合的营养物质。
(4)植物激素(主要是生长素和细胞分裂素)诱导和调节。
(5)适宜的外界条件(温度、pH、光照等)。
3） 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，有多少能正常生长，试分析它们被污染的原因。
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经历了多少天 愈伤组织进一步分化出芽和根了吗？
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。
（3）观察外植体的分化情况，填好结果记录表，并及时分析结果。
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。
（4）你培育的幼苗移栽到露地后，能够正常生长吗？
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 向培养基质喷酒质量分数为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。
继续探究：
若想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，则应如何设计对照实验？
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。
特殊的植物组织培养→花药离体培养
配子
DT
Dt
dT
dt
花药离体培养
单倍体植株
DDTT
DDtt
ddTT
ddtt
正常植株（纯合）
秋水仙素诱导
DT
Dt
dT
dt
高杆抗病
DdTt
亲本
需要的纯合矮抗品种
花药
脱分化
愈伤组织
再分化
试管苗
单倍体：
植株矮小、高度不育
生殖方式为特殊的有性生殖，培养过程中只涉及有丝分裂
拓展：植物组织培养的两种途径
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。
胚状体
途径
器官发生途径
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
生芽生根
或胚状体
生长发育
试管苗
（移栽到大田）
①切取洁净的胡萝卜根段
②对根段进行消毒
③切1cm3左右带有形成层的组织块
④接种
组织块
⑤诱导组织块形成愈伤组织
⑥诱导愈伤组织形成试管苗
1）从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基，其原因是
______________________________________________________。
诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同
实战演练
2）步骤⑥要进行照光培养，其作用是
_______________________________________________________。
3）经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的__________，这种繁殖方式属于____________繁殖。
诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用
遗传特性
无性
练习
1. 下列关于细胞全能性的叙述，错误的是（ ）
A.玉米种子萌发长成新植株体现了细胞的全能性
B.细胞的全能性一般随着细胞分化程度升高而降低
C.受精卵能在自然状态下发育成个体，因此全能性最高
D.细胞全能性是指细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整个体或分化成其他各种细胞的潜能。
A
2.下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是（ ）
A. 离体组织的细胞必须通过脱分化才能形成愈伤组织
B. 对植物组织的培养液和培养材料可用高压蒸汽灭菌
C. 培养液中的植物激素影响愈伤组织的生长和分化
D. 培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压
B
【典例】玉米是一种主要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家在玉米育种和栽培中作了大量的研究。如图是关于玉米培养的过程，据图判断下列说法中错误的是( )
C
A.从繁殖原理上分析，A→D属于无性
生殖
B.植株D和G中的染色体组数不同
C.E→G不能体现细胞的全能性
D.E→F过程中获得的植株一般不用于
大田生产
植物细胞工程的基本技术
植物组织培养技术
植物体细胞杂交技术
（最基本技术）
三、植物体细胞杂交技术
通过有性杂交能实现吗？为什么？
西红柿
土豆
×
【思考˙讨论】
不能，不同种物种间存在生殖隔离
怎么办？
植物体细胞杂交技术
1.概念
将不同来源的植物细胞，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。
阅读课文36-38页，图2-4，思考：
（1）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？
（2）怎样通过比较温和的方法去掉细胞壁？
（3）怎样诱导两个原生质体的融合？与细胞膜的什么特性有关？
（4）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步如何将杂种细胞培育成杂种植株？
三、植物体细胞杂交技术
1.技术流程：
A细胞
B细胞
纤维素酶
果胶酶
去壁：
酶解法
融合的原生质体
再生出细胞壁
诱融
物理法：
化学法：
电融合法、离心法
聚乙二醇（PEG）融合法、
高Ca2+ —高pH融合法等
脱分化
再分化
移栽
植物细胞融合
植物组织培养
杂种植株
愈伤组织
A原生质体
B原生质体
移栽后的植株
原理：细胞膜的流动性
原理：植物细胞具有全能性
植物细胞融合完成的标志
植物体细胞杂交完成的标志
纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，试分析原因？
使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常
植物体细胞的杂交技术
2. 原理：
细胞膜的流动性（原生质体融合）
植物细胞具有全能性（杂种细胞培养成杂种植株）
3. 实例：
4.意义：
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种
5.研究现状：
仍有许多理论与技术问题没有解决，还不能让杂种植株表现出人们所需要的所有性状。
【思考讨论】
1.细胞融合完成的标志与植物体细胞杂交完成的标志相同吗？为什么？
不相同
2.从结果上看杂种植株在遗传上有何特点？从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？
(1)遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传性状。
(2)染色体数目增加，属于染色体数目的变异
两个标志:
⑴植物细胞融合完成的标志：
再生出新的细胞壁
⑵植物体细胞杂交完成的标志：
培育成新植物体
原生质体：指植物细胞去除细胞壁后剩余的部分，包括细胞膜、细胞质和细胞核。
拓展：
区分原生质体与原生质层
原生质层
原生质体
细胞壁
细胞膜
细胞质
液泡
细胞核
原生质层：成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于二者间的细胞质，包括细胞膜、细胞质、液泡膜（不包括细胞液和细胞核）
【注意】质壁分离的“质”指的是原生质层。
【现学现用】
1．A种原生质体与B种原生质体融合后，有哪几种类型(只考虑两两融合)？而我们需要的是哪种类型？所以原生质体融合后，我们要进行怎样的处理？
有3种类型：AA、BB、AB；我们需要的是AB；
因此要对融合后的原生质体进行筛选。
2.若A细胞具有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。B细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则通过植物体细胞杂交技术获得的新植株的染色体条数： ；染色体组数： 个；基因型： ；属于可遗传变异类型中的 。
2x＋2y
4
AabbccDd
染色体数目变异
▌如图为白菜—甘蓝杂种植株的培育过程。正确的是（ ）
A. 图示白菜—甘蓝植株不能结籽
B. 愈伤组织的代谢类型是自养需氧型
C. 上述过程中包含着有丝分裂、细胞分化和减数分裂
D. 白菜—甘蓝杂种植株具有的性状是基因选择性表达的结果
D
实战演练
【例1】科学家利用植物体细胞杂交技术将番茄与马铃薯的体细胞原生质体融合，最终得到番茄—马铃薯杂种植株。下列有关叙述错误的是( )
A.番茄—马铃薯杂种植株能在地上结番茄、地下长马铃薯
B.可用物理法使番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合
C.该项生物工程技术可克服生物远缘杂交不亲和的障碍
D.该项生物工程技术需经历脱分化和再分化
2.在植物细胞工程中，当原生质体融合成一个细胞后，需要诱导产生细胞壁，参与这一过程的细胞器是( )
A、叶绿体、高尔基体 B、线粒体、高尔基体
C、叶绿体、线粒体 D、线粒体、内质网
A
B
【检测】图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：
（1）步骤①是 ，最常用的方法是 。
（2）步骤②一般常用的化学试剂是 ，目的是 。
(3)在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，此技术运用的原理是 ，其中步骤④相当于 ，步骤⑤相当于 。
（4）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株，
使 能够在新的植物体上有所表现，其根本原因是 。
（5）若远缘杂交亲本A的基因型为AaBb，B的基因型为YYEe，则融合后形成的杂种植株基因型是 。
去除细胞壁，分离原生质体
酶解法
聚乙二醇（PEG）
诱导植物原生质体融合
脱分化
再分化
远缘杂交亲本的遗传特征
杂种植株获得双亲的遗传物质
细胞的全能性
AaBbYYEe
（6）从理论上讲，杂种植株的育性 。若运用传统有性杂交方法能否实现？ ；原因是 。
因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于 。
（7）利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？为什么？
。
可育
不能
不同种生物之间存在生殖隔离
不遵循；因为孟德尔遗传规律发生在有性生殖减数分裂产生配子时，而植物体细胞杂交育种属于无性生殖。
克服了远缘杂交不亲和的障碍
原理
主要过程
原理
主要过程
【课堂小结】
练习与应用
一、概念检测
1.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
A
2.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
"番茄—马铃薯"没有像人们预想的那样地上结番茄、地下长马铃薯，主要原因是∶生物体内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，它们不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂种植株自然就不能地上结番茄、地下长马铃薯了。
练习与应用
一、概念检测
"番茄—马铃薯"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
二、拓展应用