2.1 植物细胞工程（第1课时）-生物人教版（2019）选择性必修3(共19张PPT)

(共19张PPT)
从社会中来
其芽葺葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫花开，凝晴瀼露，万态千妍，薰风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！岂非有国香乎！高洁、典雅的兰花颇受人喜欢。但其繁殖率低，价格不菲，如何让它大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？
思考：兰花繁殖除分株还有其他更好的方法吗？
国画作品 —兰
植物组织培养技术
江西生物组 东东老师
学习目标：
1．概述植物组织培养和植物体细胞杂交技术的原理和过程。
2．举例说明植物细胞工程的应用有效提高了生产效率。
3．尝试进行植物组织培养。
第2章 细胞工程
第1节 植物细胞工程
高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力，一般分化程度越高，全能性越难表达 ；离体、激素处理、无菌无毒等。
①
植物组织培养技术
②
③脱分化
④再分化
⑤
⑥
外植体
愈伤组织
幼苗
韧皮部
分裂能力强
回顾：细胞的全能性
讨论1：资料1说明了什么？要让已分化的植物细胞再长成新植株，需要哪些特定条件？
资料1：1958年美国科学家斯图尔德用胡萝卜韧皮部细胞放入含植物激素、无机盐和糖类等物质的培养液中培养，结果细胞旺盛分裂生长，形成细胞团块，继而分化出根、茎和叶，移栽到花盆后长成新植株。
讨论2：为何已分化细胞仍可以再发育成完整个体？换成其他高度分化植物细胞，是否都能形成新植株？为什么？
分化过程中遗传信息是不变的，分化细胞中具有本物种全部的遗传信息；在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性，如芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶；在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达。
细胞的全能性：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。
①植物细胞一般具有全能性。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（失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞，进而形成排列疏松且无规则、高度液泡化、高度未分化、呈无定形状态的薄壁细胞团）形成愈伤组织，愈伤组织接种到含特定激素的培养基上，可诱导其再分化成胚状体，长出芽、根等器官，进而发育成完整的植株。②植物激素中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、比例等都会影响植物细胞的发育方向。
植物组织培养(plant tissue culture)是指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制培养基上，给予适宜培养条件，诱导其形成完整植株的技术。
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽
诱导生根
移栽成活
离体培养的植物器官/组织/细胞
一、植物细胞工程的基本技术 （一）植物组织培养技术
菊花的组织培养
探究·实践
原理
细胞分裂素
生长素
生长素
高
细胞分裂素
低
生长素
低
细胞分裂素
高
生长素
适中的
细胞分裂素
适中的
材料用具
幼嫩的菊花茎段、培养基、无菌水、体积分数70%酒精、质量分数为5%的次氯酸钠；50mL锥形瓶、烧杯、酒精灯、超净工作台/接种箱、培养箱、高压蒸汽灭菌锅、封口膜、滤纸、标签、消毒用酒精棉球、解剖刀、镊子、培养皿等
菊花的组织培养
探究·实践
⑴培养基名称： ；
⑵物理性质： ；
⑶碳源： 。
MS培养基：
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)；
作为碳源，提供能量，调节渗透压
MS培养基由穆拉西格（Murashige）和斯柯格（Skoog）于1962年设计，是目前使用最广泛的植物培养基。一种适合某种培养目的的培养基，一般是在已被广泛使用的基本培养基如MS培养基的基础上调整某些成分，再经过一系列实验而确定的。在设计植物培养基时，最常改动的成分就是植物激素类物质的种类和比例。
6-苄基腺嘌呤是一种有机化合物，分子式是C12H11N5。是第一代合成的细胞分裂素，通过刺激细胞分裂引起植物生长和发育，抑制呼吸激酶，从而延长绿色蔬菜的保鲜。
MS培养基
固体培养基
蔗糖
生长素类似物
①准备外植体：用酒精擦拭双手和超净工作台台面。将流水充分冲洗后的外植体（幼嫩的茎段）用酒精消毒30s，然后立即用无菌水清洗2 3次；再用次氯酸钠溶液处理30min后，立即用无菌水清洗2 3次。
菊花的组织培养
探究·实践
步骤
②取材切段：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。
菊花的组织培养
探究·实践
步骤
③接种外植体：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，并在培养瓶上做好标记。
菊花的组织培养
探究·实践
步骤
④诱导脱分化：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。
菊花的组织培养
探究·实践
⑤诱导再分化：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，再将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
步骤
⑥移栽试管苗：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。
菊花的组织培养
探究·实践
步骤
菊花的组织培养
探究·实践
结果分析
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，试分析它们被污染的可能原因。
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为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？杂菌和植物细胞之间有哪些关系？
原因是避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物生长；竞争或寄生。
①接种时注意外植体的方向，不能倒插。
②培养一株完整的试管苗，必须先进行生芽培养，再进行生根培养。如果顺序颠倒，先诱导生根，则不易诱导生芽。
③菊花的组织培养中，愈伤组织的形成一般不需要光照，而在后续的培养过程中，需要给予适当时间和强度的光照。
④试管苗一般在高湿、弱光、恒温等条件下培养生长，出瓶后一定要注意保温、保湿。
⑤试管苗的光合作用能力弱，在移栽前应给予较强光照闭瓶炼苗，以促进幼苗向自养苗转化。
注意事项：
讨论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，并分析它们被污染的原因。
用于植物组织培养的培养基同样适合某些微生物的生长，如一些细菌、真菌等的生长。培养物一旦受到微生物的污染，就会导致实验前功尽弃，因此要进行严格的无菌操作。导致外植体被污染的原因可能有：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。
讨论2．你培养出愈伤组织了吗？如果培养出来了，从刚接种的外植体到长出愈伤组织经历了多少天？这些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。
菊花的组织培养
探究·实践
讨论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。
讨论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，可以向培养基质喷洒质量分数为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。可以在课后统计移裁的成活率，看看移栽是否合格。
思考：探究生长素与细胞分裂素比例对植物组织培养的影响，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。
使用比例 实验结果
生长素
细胞分裂素
>
生长素
细胞分裂素
<
有利于根的分化
有利于芽的分化，抑制根的分化
促进愈伤组织生长（只分裂不分化）
菊花的组织培养——进一步探究
细胞分裂素与生长素比例适宜
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）
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：
遮光避免维管组织形成
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
本堂小结
本节小结
植物体细胞的杂交技术
植物细胞工程的基本技术
原理：植物细胞的全能性
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
(根、芽)
完整植株
菊花的组织培养技术
植物组织培养技术
流程