2.1植物细胞工程课件（共37张ppt）高中生物人教版（2019）选择性必修3
文档属性
| 名称 | 2.1植物细胞工程课件（共37张ppt）高中生物人教版（2019）选择性必修3 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2022-12-31 21:24:36 | ||
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文档简介
(共37张PPT)
2.1 植物细胞工程
课程导入
兰为王者香，芬馥清风里。
讨论：
高洁、典雅的兰花颇受人爱，但自然繁育率低，价格不菲。如何让它大量、快速繁殖呢？
植物组织培养技术——植物细胞工程
细胞工程
细胞工程是指应用细胞生物学、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，有目的地获得细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
原理
操作水平
目的
分类
动物细胞工程
植物细胞工程
1902年，哈伯兰特提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。
1958年，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。
1960年，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。
1964年，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。
1971年，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。
1974年，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紧密结合。
细胞工程的发展历程
希普：首例胚胎移植成功
哈里森:首创动物组织体外培养法
张明觉：发现哺乳动物精子获能现象
格登、童第周：体细胞核移植成功
试管家兔诞生
米尔斯坦和科勒：创立单克隆抗体技术
胚胎分割移植成功
埃文斯：成功分离和培养小鼠的胚胎干细胞
克隆羊多莉诞生
山中伸弥：获得诱导多能干细胞
单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿诞生
我国科学家首次培育了体细胞克隆猴
1890年
1907年
1951年
1958年
1959年
1975年
1978年
1981年
1996年
2006年
2014年
2017年
细胞工程的发展历程
巩固练习
1.下列关于细胞工程概念的叙述，错误的是（ ）
A.细胞工程主要包括植物细胞工程和动物细胞工程
B.细胞工程是一门综合性的生物工程
C.细胞工程就是在细胞水平上进行的
D.细胞工程应用了多学科的原理和方法
C
课程导入
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繁殖周期长、繁殖率低。
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？
细胞的全能性
花瓣
叶片
花粉
细胞
植物
细胞的全能性
为什么植物的某一部分，甚至一个细胞可以繁殖出新的植株？
思考：
植物细胞具有细胞全能性。
细胞的全能性
表现全能性的标志
(1) 概念：细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。
一般来说，每一个细胞都含有控制该生物发育的全部基因。
(3) 原因：
(2) 实例：
蜜蜂卵细胞发育成雄峰
通过花药离体培养，获得单倍体幼苗；
胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株
细胞的全能性
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：
④不同生物细胞的全能性：
分裂能力强的＞分裂能力弱的
受精卵＞生殖细胞＞体细胞
植物细胞＞动物细胞
(4) 细胞全能性大小比较：
(5)生物体生长发育过程中并不是所有细胞都表现出全能性
实例：
芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶
原因：
基因在特定时间、空间条件下选择性表达
分化程度低的＞分化程度高的
巩固练习
1.利用植物的花瓣就能培育出完整的植株，针对这一实例的解释错误的是（ ）
A.组成花瓣的细胞具有发育的全能性
B.因为花瓣细胞中有个体发育所需的全套遗传物质
C.利用花瓣培育出完整的植株涉及细胞分裂和细胞分化
D.在生物的生长发育过程中，细胞也能表现出全能性
D
巩固练习
2.下列实例中，能够体现细胞全能性的是（ ）
A.小鼠腺细胞的自我复制
B.克隆羊多利的获得
C.壁虎断尾后重新长出尾部
D.胡萝卜韧皮部细胞经植物组织培养产生完整植株
D
巩固练习
3.下列有关细胞全能性的叙述，正确的是（ ）
A.植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全套基因
B.高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性
C.植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所含基因不同
D.紫色糯性玉米种子培育成植株，这反映植物种子具有全能性
B
科学家尝试将番茄和马铃薯进行杂交，希望培育出地上结番茄，地下长马铃薯的“超级作物”。但是，两种生物之间存在着天然的生殖隔离，用传统的有性杂交的方法很难得到杂种后代。
概念：植物体细胞杂交，是指将不同来源的植物体细胞，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。
植物体细胞杂交的过程
1. 制备原生质体
用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得原生质体。
等渗或略高渗的溶液
细胞膜的流动性
植物体细胞杂交的过程
2. 原生质体间的融合
物理法：电融合法
在直流电脉冲的诱导下，细胞膜表面的氧化还原电位发生改变，使异种细胞粘合并发生质膜瞬间破裂，进而质膜开始连接，直到闭和成完整的膜，形成融合体。
优点：融合率高、重复性强、对细胞伤害小；
装置精巧、方法简单、可在显微镜下观察或录像观察融合过程；
免去PEG诱导后的洗涤过程、诱导过程可控性强。
植物体细胞杂交的过程
2. 原生质体间的融合
物理法：离心法
物理方法之一，使用离心机等机器实现细胞之间的融合。
植物体细胞杂交的过程
2. 原生质体间的融合
化学法：聚乙二醇（PEG）
融合法
聚乙二醇（PEG）化学式为：HO(CH2CH2O)nH ，分子量大于200小于6000者均可用作细胞融合剂。PEG经高压灭菌后，与温热的Engle氏液混合。一般选用分子量为4,000，常用浓度为50%，pH8.0～pH8.2（用10%NaHCO3调整），分子量小的PEG，融合效应差，又有毒性，分子量过大，则粘性太大，不易操作。
其优点是融合成本低，勿需特殊设备；融合子产生的异核率较高；融合过程不受物种限制。其缺点是融合过程繁琐，PEG可能对细胞有毒害。
植物体细胞杂交的过程
2. 原生质体间的融合
化学法：高Ca2+—高pH融合法
用pH=9.5-10.5、大于0.03mol/L浓度的Ca2+溶液处理原生质体，融合效果较好。
高pH能导致质膜表面离子特性的改变，增加了质膜的流动性，有利于原生质体的融合。钙能稳定原生质体，也起联系融合的作用。
植物体细胞杂交的过程
杂种细胞再经过诱导形成愈伤组织，进一步发育成完整的杂种植株。
植物体细胞杂交的应用
“白菜—甘蓝”同白菜相比，具有生长期短，耐热性强，和易储藏等优点。
植物体细胞杂交的应用
普通小麦—长穗偃麦草
长穗偃麦草是小麦族偃麦草属的多年生植物，是一种适应性广，抗性强的牧草。它对小麦多种病虫害免疫或有抵抗性，而且具有蛋白含量高、花多、结实率高等优良性状，与小麦杂交亲和性较好，对小麦遗传育种有重要价值。通过远缘杂交与染色体工程将长穗偃麦草的优异基因导入普通小麦中，创造育种中间种质资源与材料。
植物体细胞杂交的应用
打破生殖隔离、实现远缘杂交育种、培育植物新品种。
植物体细胞杂交的应用
植物育种中的核质替换
细胞质杂种的获得
细胞器的互作研究
快速繁殖
20世纪60年代，荷兰科学家成功地利用组织培养技术来培育兰花。目前，荷兰的兰花生产已经发展成为举世闻名的兰花产业，每年为荷兰创造了巨额的外汇收入。在我国，组织培养技术也已经广泛应用于兰花种苗的规模化繁殖，这使得名贵兰花的价格大幅下降，普通百姓也能购买和观赏。
快速繁殖
以上这种用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，被人们形象地称为植物的快速繁殖技术，也叫作微型繁殖技术。它不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性。一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等都实现了利用快速繁殖技术来提供苗木。甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。
快速繁殖
铁皮石斛，兰科石斛属植物，茎直立、圆柱形，花期3一6月，生于海拔1600m左右的山地半阴湿的岩石上。铁皮石斛富含某些糖类和生物碱，可以用来提取药物。
作物脱毒
马铃薯、草莓和香蕉等通常是用无性繁殖的方式进行繁殖的，它们感染的病毒很容易传给后代。病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低，品质变差。早在20世纪50年代，科学家就发现植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒。因此，切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。
作物脱毒
目前采用茎尖组织培养技术脱去病毒，已在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。人们用组织培养技术培育出的脱毒马铃薯，要比未脱毒的马铃薯增产50%以上；脱毒草莓的产量和品质也明显优于没有脱毒的草莓。
作物新品种的培育
单倍体育种
常规选育出一个可以稳定遗传的作物优良品种，一般要经过5 ~ 6年的连续筛选。而单倍体育种可以先通过花药(或花粉)培养获得单倍体植株，然后经过诱导染色体加倍，当年就能培育出遗传性状相对稳定的纯合二倍体植株，这极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。
作物新品种的培育
单倍体育种
单倍体育种已成为作物育种的一条有效途径。此外，由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现，因此它也是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
作物新品种的培育
单倍体育种
在单倍体育种领域，我国科学家作出了突出贡献，早在1974年就成功地培育出世界上第一个单倍体作物新品种一单育1号烟草；后来，把单倍体育种与常规育种结合起来，育成了水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。
作物新品种的培育
突变体的利用
在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。
作物新品种的培育
突变体的利用
20世纪70年代以来，世界各国的科学家用这种方法已经筛选到抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体，有些品种已经用于生产，如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。
谢 谢 观 看
2.1 植物细胞工程
课程导入
兰为王者香，芬馥清风里。
讨论：
高洁、典雅的兰花颇受人爱，但自然繁育率低，价格不菲。如何让它大量、快速繁殖呢？
植物组织培养技术——植物细胞工程
细胞工程
细胞工程是指应用细胞生物学、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，有目的地获得细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
原理
操作水平
目的
分类
动物细胞工程
植物细胞工程
1902年，哈伯兰特提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。
1958年，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。
1960年，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。
1964年，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。
1971年，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。
1974年，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紧密结合。
细胞工程的发展历程
希普：首例胚胎移植成功
哈里森:首创动物组织体外培养法
张明觉：发现哺乳动物精子获能现象
格登、童第周：体细胞核移植成功
试管家兔诞生
米尔斯坦和科勒：创立单克隆抗体技术
胚胎分割移植成功
埃文斯：成功分离和培养小鼠的胚胎干细胞
克隆羊多莉诞生
山中伸弥：获得诱导多能干细胞
单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿诞生
我国科学家首次培育了体细胞克隆猴
1890年
1907年
1951年
1958年
1959年
1975年
1978年
1981年
1996年
2006年
2014年
2017年
细胞工程的发展历程
巩固练习
1.下列关于细胞工程概念的叙述，错误的是（ ）
A.细胞工程主要包括植物细胞工程和动物细胞工程
B.细胞工程是一门综合性的生物工程
C.细胞工程就是在细胞水平上进行的
D.细胞工程应用了多学科的原理和方法
C
课程导入
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繁殖周期长、繁殖率低。
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？
细胞的全能性
花瓣
叶片
花粉
细胞
植物
细胞的全能性
为什么植物的某一部分，甚至一个细胞可以繁殖出新的植株？
思考：
植物细胞具有细胞全能性。
细胞的全能性
表现全能性的标志
(1) 概念：细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。
一般来说，每一个细胞都含有控制该生物发育的全部基因。
(3) 原因：
(2) 实例：
蜜蜂卵细胞发育成雄峰
通过花药离体培养，获得单倍体幼苗；
胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株
细胞的全能性
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：
④不同生物细胞的全能性：
分裂能力强的＞分裂能力弱的
受精卵＞生殖细胞＞体细胞
植物细胞＞动物细胞
(4) 细胞全能性大小比较：
(5)生物体生长发育过程中并不是所有细胞都表现出全能性
实例：
芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶
原因：
基因在特定时间、空间条件下选择性表达
分化程度低的＞分化程度高的
巩固练习
1.利用植物的花瓣就能培育出完整的植株，针对这一实例的解释错误的是（ ）
A.组成花瓣的细胞具有发育的全能性
B.因为花瓣细胞中有个体发育所需的全套遗传物质
C.利用花瓣培育出完整的植株涉及细胞分裂和细胞分化
D.在生物的生长发育过程中，细胞也能表现出全能性
D
巩固练习
2.下列实例中，能够体现细胞全能性的是（ ）
A.小鼠腺细胞的自我复制
B.克隆羊多利的获得
C.壁虎断尾后重新长出尾部
D.胡萝卜韧皮部细胞经植物组织培养产生完整植株
D
巩固练习
3.下列有关细胞全能性的叙述，正确的是（ ）
A.植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全套基因
B.高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性
C.植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所含基因不同
D.紫色糯性玉米种子培育成植株，这反映植物种子具有全能性
B
科学家尝试将番茄和马铃薯进行杂交，希望培育出地上结番茄，地下长马铃薯的“超级作物”。但是，两种生物之间存在着天然的生殖隔离，用传统的有性杂交的方法很难得到杂种后代。
概念：植物体细胞杂交，是指将不同来源的植物体细胞，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。
植物体细胞杂交的过程
1. 制备原生质体
用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得原生质体。
等渗或略高渗的溶液
细胞膜的流动性
植物体细胞杂交的过程
2. 原生质体间的融合
物理法：电融合法
在直流电脉冲的诱导下，细胞膜表面的氧化还原电位发生改变，使异种细胞粘合并发生质膜瞬间破裂，进而质膜开始连接，直到闭和成完整的膜，形成融合体。
优点：融合率高、重复性强、对细胞伤害小；
装置精巧、方法简单、可在显微镜下观察或录像观察融合过程；
免去PEG诱导后的洗涤过程、诱导过程可控性强。
植物体细胞杂交的过程
2. 原生质体间的融合
物理法：离心法
物理方法之一，使用离心机等机器实现细胞之间的融合。
植物体细胞杂交的过程
2. 原生质体间的融合
化学法：聚乙二醇（PEG）
融合法
聚乙二醇（PEG）化学式为：HO(CH2CH2O)nH ，分子量大于200小于6000者均可用作细胞融合剂。PEG经高压灭菌后，与温热的Engle氏液混合。一般选用分子量为4,000，常用浓度为50%，pH8.0～pH8.2（用10%NaHCO3调整），分子量小的PEG，融合效应差，又有毒性，分子量过大，则粘性太大，不易操作。
其优点是融合成本低，勿需特殊设备；融合子产生的异核率较高；融合过程不受物种限制。其缺点是融合过程繁琐，PEG可能对细胞有毒害。
植物体细胞杂交的过程
2. 原生质体间的融合
化学法：高Ca2+—高pH融合法
用pH=9.5-10.5、大于0.03mol/L浓度的Ca2+溶液处理原生质体，融合效果较好。
高pH能导致质膜表面离子特性的改变，增加了质膜的流动性，有利于原生质体的融合。钙能稳定原生质体，也起联系融合的作用。
植物体细胞杂交的过程
杂种细胞再经过诱导形成愈伤组织，进一步发育成完整的杂种植株。
植物体细胞杂交的应用
“白菜—甘蓝”同白菜相比，具有生长期短，耐热性强，和易储藏等优点。
植物体细胞杂交的应用
普通小麦—长穗偃麦草
长穗偃麦草是小麦族偃麦草属的多年生植物，是一种适应性广，抗性强的牧草。它对小麦多种病虫害免疫或有抵抗性，而且具有蛋白含量高、花多、结实率高等优良性状，与小麦杂交亲和性较好，对小麦遗传育种有重要价值。通过远缘杂交与染色体工程将长穗偃麦草的优异基因导入普通小麦中，创造育种中间种质资源与材料。
植物体细胞杂交的应用
打破生殖隔离、实现远缘杂交育种、培育植物新品种。
植物体细胞杂交的应用
植物育种中的核质替换
细胞质杂种的获得
细胞器的互作研究
快速繁殖
20世纪60年代，荷兰科学家成功地利用组织培养技术来培育兰花。目前，荷兰的兰花生产已经发展成为举世闻名的兰花产业，每年为荷兰创造了巨额的外汇收入。在我国，组织培养技术也已经广泛应用于兰花种苗的规模化繁殖，这使得名贵兰花的价格大幅下降，普通百姓也能购买和观赏。
快速繁殖
以上这种用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，被人们形象地称为植物的快速繁殖技术，也叫作微型繁殖技术。它不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性。一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等都实现了利用快速繁殖技术来提供苗木。甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。
快速繁殖
铁皮石斛，兰科石斛属植物，茎直立、圆柱形，花期3一6月，生于海拔1600m左右的山地半阴湿的岩石上。铁皮石斛富含某些糖类和生物碱，可以用来提取药物。
作物脱毒
马铃薯、草莓和香蕉等通常是用无性繁殖的方式进行繁殖的，它们感染的病毒很容易传给后代。病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低，品质变差。早在20世纪50年代，科学家就发现植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒。因此，切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。
作物脱毒
目前采用茎尖组织培养技术脱去病毒，已在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。人们用组织培养技术培育出的脱毒马铃薯，要比未脱毒的马铃薯增产50%以上；脱毒草莓的产量和品质也明显优于没有脱毒的草莓。
作物新品种的培育
单倍体育种
常规选育出一个可以稳定遗传的作物优良品种，一般要经过5 ~ 6年的连续筛选。而单倍体育种可以先通过花药(或花粉)培养获得单倍体植株，然后经过诱导染色体加倍，当年就能培育出遗传性状相对稳定的纯合二倍体植株，这极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。
作物新品种的培育
单倍体育种
单倍体育种已成为作物育种的一条有效途径。此外，由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现，因此它也是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
作物新品种的培育
单倍体育种
在单倍体育种领域，我国科学家作出了突出贡献，早在1974年就成功地培育出世界上第一个单倍体作物新品种一单育1号烟草；后来，把单倍体育种与常规育种结合起来，育成了水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。
作物新品种的培育
突变体的利用
在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。
作物新品种的培育
突变体的利用
20世纪70年代以来，世界各国的科学家用这种方法已经筛选到抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体，有些品种已经用于生产，如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。
谢 谢 观 看