2.1 第1课时 植物细胞工程的基本技术 (共45张PPT) 课件 2023-2024学年高二生物人教版（2019）选择性必修3

(共45张PPT)
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.采用模型与建模、归纳与概括的方法掌握植物组织培养和植物体细胞杂交的流程。(科学思维)
2.依据实验步骤,制订实验方案,合作交流,完成菊花的组织培养的操作,并如实记录实验数据,得出实验结论。(科学探究)
项目 内容
利用的原理、方法 细胞生物学、分子生物学和发育生物学等
操作水平 ________________________水平
目的 获得特定的____________________________________
一、细胞工程的概念
细胞器、细胞或组织
细胞、组织、器官、个体或其产品
二、植物细胞的全能性
1.概念:细胞经分裂和分化后,仍然具有产生____________或分化成其他各种细胞的潜能。
2.现实表现:在生物的生长发育过程中,并不是所有的细胞都表现出_________,有些细胞只
能分化成各种_____________。
3.影响细胞全能性表现的原因:在特定的时间和空间条件下,细胞中的基因会_________地
表达。
完整生物体
全能性
组织和器官
选择性
三、植物组织培养技术
1.概念:将________的植物器官、组织或细胞等,培养在____________________上,给予适宜
的培养条件,诱导其形成___________的技术。
2.原理:植物细胞一般具有__________。
离体
人工配制的培养基
完整植株
全能性
(1)脱分化:在一定的________________等条件的诱导下,已经分化的细胞失去其特有的________________,转变成____________的细胞,进而形成_____________的过程。
(2)愈伤组织:脱分化产生的____________________团块。
(3)再分化:愈伤组织重新分化成__________等器官的过程。
(4)激素的作用:植物激素中___________和______________是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。
3.过程:外植体 形成____________ 幼根和芽 完整植株。
愈伤组织
激素和营养
结构和功能
未分化
愈伤组织
不定形的薄壁组织
芽、根
生长素
细胞分裂素
四、植物体细胞杂交技术
1.概念:将________来源的植物体细胞,在一定条件下融合成____________,并把杂种细胞
培育成_____________的技术。
不同
杂种细胞

2.操作流程
a
细胞壁
纤维素酶和果胶酶　
(1)去壁:对应图中______过程,即去除_________,获得具有活力的原生质体,用到的酶是　
_____________________。
(2)诱导融合:对应图中______过程,即原生质体的融合。
b
细胞膜具有流动性
电融合法
离心法
聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+—
高pH融合法
再生出细胞壁
(3)培养:过程d是_______________,其原理是_____________________。
植物组织培养
植物细胞的全能性
3.意义:在打破___________,实现___________育种,培育植物新品种等方面展示出独特的
优势。
生殖隔离
远缘杂交
任务 探究植物细胞工程的基本技术
活动1 探究植物组织培养的原理和基本过程
无论是绚丽多姿的花草,还是碧绿参天的大树,大多是通过播种或扦插实现繁殖的。其实在一定的条件下,利用它们的一片叶子、一片花瓣,甚至一粒花粉,同样可以繁殖出新的植株。植物组织培养的基本过程为:
1.为什么利用植物的体细胞(如花瓣细胞、根细胞)就能培养出完整植株 所有的植物细胞都适合进行植物组织培养吗
提示 正常的植物体细胞具有该植物生长、发育和繁殖所需的全套遗传物质,具有全能性。不是,没有细胞核的筛管细胞无全能性,不适合进行植物组织培养。
2.图中离体培养的植物器官、组织或细胞通常被称为什么 ①、②、A分别表示哪些过程或结构
提示 外植体。①过程表示脱分化,②过程表示再分化,A是愈伤组织。
3.在植物组织培养过程中,启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素是什么
提示 生长素和细胞分裂素。
4.在植物组织培养的过程中,为什么要进行一系列的消毒、灭菌,并且要求无菌操作
提示 因为培养物一旦受到微生物的污染,这些微生物会和外植体争夺培养基中的营养物质,并且产生大量对外植体有害的物质,导致外植体死亡。
1.不同细胞表现全能性的难易程度(填“>”或“<”,“>”表示易于,“<”表示难于)
(1)体细胞全能性
①分化程度低的细胞______分化程度高的细胞。
②分裂能力强的细胞______分裂能力弱的细胞。
(2)不同细胞的全能性:受精卵______胚胎干细胞_______生殖细胞_______体细胞。
(3)不同生物的细胞全能性:植物细胞________动物细胞。
认知生成
>
>
>
>
>
>
生长素与细胞分裂素 作用效果
比值　　 时 促进根的分化,抑制芽的形成
比值　　 时 促进芽的分化,抑制根的形成
比值　　 时 促进愈伤组织的形成
2.生长素和细胞分裂素的比例影响植物细胞的发育方向
高
低
适中
3.植物细胞表现全能性的条件
(1)离体状态。
(2)营养物质:种类齐全、比例合适。
(3)植物激素:生长素、细胞分裂素。
(4)外界条件:适宜的温度、pH和光照(愈伤组织的形成和生长需要避光培养,分化需要光照培养)等。
(5)无菌操作。
例1 (2022·绍兴期中)下图表示四倍体兰花叶片通过植物组织培养形成植株的过程。
下列相关叙述正确的是( )。
C
A.②阶段和③阶段细胞发生减数分裂
B.①阶段需要生长素,而③阶段仅需要细胞分裂素
C.此兰花花药离体培养所得的植株体细胞中有两个染色体组
D.①阶段不仅有细胞增殖,而且细胞分化速度很快
[解析] ②阶段和③阶段细胞发生有丝分裂,A错误;植物组织培养的每个阶段都需要适当比例的细胞分裂素和生长素,B错误;四倍体兰花叶片含有四个染色体组,减数分裂后产生的生殖细胞含有两个染色体组,因此此兰花的花药离体培养所得的植株体细胞中有两个染色体组,C正确;愈伤组织是一团未分化的细胞,①阶段是脱分化过程,有细胞增殖但没有细胞分化,D错误。
对点练1 (2022·驻马店期中)下图为植物组织培养技术的流程图,下列有关说法正确的
是(　　)。
D
A.实验中,①试管中细胞表现出来的全能性最强
B.①→②过程需要光照
C.①→④过程中培养基保持不变
D.实验过程中需细胞分裂素和生长素共同调节
[解析] 实验中,②试管中愈伤组织细胞表现出来的全能性最强,A错误;①→②为脱分化过程,不需要光照,B错误;①→②为脱分化过程,②→③为再分化过程,脱分化和再分化过程中所用的培养基不同,C错误。
活动2 探究植物体细胞杂交的原理和过程
下图表示植物体细胞杂交的过程,阅读教材,据图思考以下问题:
1.用于去除细胞壁的酶解法中用到的酶是什么酶 诱导原生质体融合用的是什么方法
提示 纤维素酶和果胶酶。诱导原生质体融合的方法基本可分为两大类——物理法和化学法。物理法包括电融合法、离心法等;化学法包括聚乙二醇(PEG)融合法、高
Ca2+—高pH融合法等。
2.植物体细胞融合完成的标志是什么
提示 融合的原生质体再生出新的细胞壁。
3.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
提示 杂种植株的遗传物质来自两个亲本,其具有双亲的遗传性状。杂种植株染色体数目增加,属于染色体数目变异。
4.从新品种培育的角度分析,植物体细胞杂交技术最大的优点是什么
提示 克服了不同种植物远缘杂交不亲和的障碍,使不同种植物杂交成为可能。
5.科学家采用植物体细胞杂交的方法得到了“番茄—马铃薯”杂种植株,但这种植株并没有地上结番茄、地下长马铃薯。如何解释这一现象
提示 基因之间、基因与基因产物之间、基因与环境之间存在着复杂的相互作用,两种生物的基因结合到一个细胞中后,不能按照原来的顺序表达了。
认知生成
1.植物组织培养和植物体细胞杂交的比较
名称 植物组织培养 植物体细胞杂交
原理 ____________________ ____________________________________________________
过程
植物细胞的全能性
细胞膜具有流动性和植物细胞的全能性
名称 植物组织培养 植物体细胞杂交
选材 ______________________等最容易诱导脱分化的部位 不同的植物细胞
技术操作 脱分化、再分化等 除脱分化、再分化外,还要用_______法去除细胞壁,用一定的方法诱导__________
关系 植物组织培养是植物体细胞杂交的基础,植物体细胞杂交所用的技术更复杂
根尖、茎尖、形成层
酶解
细胞融合
2.植物体细胞杂交过程中杂种细胞的类型及检测方法
(1)诱导产物(假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B)
①未融合的细胞:____________。
②两两融合的细胞:_________________。
③多细胞融合体。
A和B
AA、BB和AB
(2)检测方法:对诱导产物中的细胞进行植物组织培养,然后根据得到的植物性状进行判断。
植物性状 结论
只表现出一种植物的性状 细胞未融合
表现出两种亲本的性状 得到杂种植株
表现出两种亲本的性状,且一种植物的性状得到加强 得到多细胞融合体
表现出一种植物的性状,但是效果得到加强 同种细胞融合
例2 (2022·盐城期中)下图表示用草木樨状黄芪(2n=32)和木本霸王(2n=22)培育抗盐新
品种的过程,有关叙述正确的是(　　)。
A.①过程需在低渗溶液中用相应的酶处理
B.植物体细胞杂交的最大优点在于能够定向改变生物的遗传性状
C.③过程完成的标志是两个细胞核完全融合
D.经过④过程所得的愈伤组织细胞含有四个染色体组
D
[解析] ①过程需在等渗溶液中用相应的酶处理,避免细胞吸水涨破,A错误;植物体细胞杂交的最大优点在于能够打破生殖隔离,实现远缘杂交,B错误;③过程完成的标志是再生出新的细胞壁,C错误;草木樨状黄芪(2n=32)和木本霸王(2n=22)均为二倍体植株,经过④过程所得的愈伤组织细胞含有四个染色体组,D正确。
植物体细胞杂交过程中的注意事项
1.植物体细胞杂交的培养基中要添加蔗糖溶液且其浓度要略大于植物细胞质浓度,蔗糖
不仅为原生质体提供营养,而且还能维持一定的渗透压,使原生质体保持正常的形态。
2.两种植物体细胞两两融合的细胞类型有3种(AA、BB、AB),而真正符合要求的类型是
AB型,因此要对融合细胞进行筛选。
3.体细胞杂交过程中涉及的遗传知识
(1)从生殖类型上看,植物体细胞杂交技术没有涉及生殖细胞的形成和结合,属于无性生殖。
杂种植株由于含有两个亲本的遗传物质,因此理论上应具有两个亲本的遗传性状。
(2)通过体细胞杂交技术培育新品种的过程中,遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传规律,
只有在有性生殖的生物进行减数分裂的过程中才遵循遗传规律,而体细胞杂交没有此过程。
对点练2 (2022·揭阳调研)科学家将天竺葵和香茅草的原生质体诱导融合,培育出含有
香茅醛的驱蚊草,培育过程如图所示。有关说法正确的是(　　)。
A.过程Ⅱ常用的诱导方法有电融合法、灭活病毒诱导法等
B.该培育过程一定要用到纤维素、果胶酶、PEG等试剂
C.植物体细胞杂交技术克服了不同物种间杂交不亲和的障碍
D.若要诱导组织生芽,则f培养基中生长素含量应高于细胞分裂素
C
[解析] 过程Ⅱ是诱导原生质体融合,不能用灭活病毒诱导法,A错误;诱导原生质体融合除PEG融合法,还可用高Ca2+—高pH融合法、电融合法,故该过程不一定要用到PEG试剂,B错误;植物体细胞杂交的意义在于克服了不同生物远缘杂交不亲和的障碍,C正确;若要诱导组织生芽,则f培养基中生长素含量应低于细胞分裂素,D错误。
素能提升 通过对植物组织培养及植物体细胞杂交过程的分析,提高实验设计和分析能力,培养社会责任感
(2022·扬州期中)园艺工作者在栽培开黄花的兰花品种时,偶然发现了一株开白花的兰花。以这株开白花的兰花作为实验材料,利用离体的组织或细胞培育出完整的植株。据图回答下列问题:
(1)培养材料选自白花植株的不同部位,下列细胞中不适合进行植物组织培养的是______________。
A.表皮细胞　　　　　　　　B.叶肉细胞
C.成熟筛管细胞 D.茎尖分生区细胞
C
[解析] 嫩枝或分化程度较低的部位的细胞分裂能力强、分化程度低,全能性容易表达,所以外植体一般选用嫩枝或分化程度较低的部位,茎尖分生区细胞符合要求,表皮细胞、叶肉细胞虽已高度分化,但其细胞核中含有全套遗传物质,也可用于植物组织培养,而成熟筛管细胞的细胞器和细胞核都退化了,其不能分裂分化,不适合进行植物组织培养。
(2)图中生理过程___________(填图中字母和名称)是对细胞分化不可逆的否定。经过程b产生的胚状体中出现形态、结构不同的细胞,其根本原因是___________________。
a脱分化
基因的选择性表达
[解析] 一般而言,细胞分化是一个不可逆的过程,而图中生理过程a脱分化是对其的否定。经过程b产生的胚状体中出现形态、结构不同的细胞是细胞再分化的结果,细胞分化的根本原因是基因的选择性表达。
(3)铁皮石斛是我国的名贵中药,生物碱是其有效成分之一。应用植物组织培养技术培养铁皮石斛拟原球茎(简称PLBs,类似愈伤组织)生产生物碱的实验流程如下:
在固体培养基上,PLBs质量、生物碱含量随培养时间的变化如下图所示,请回答下列问题:
选用新生营养芽为外植体的原因是________________________________________________________________。
据图分析,与黑暗条件下相比,PLBs在光照条件下生长的优势体现在生长起始较快、快速生长时间较长、_______________等方面。
新生营养芽细胞分化程度低,分裂能力强,容易
诱导形成PLBs
质量增长较多
[解析] 新生营养芽细胞分化程度低,分裂能力强,容易诱导形成PLBs,因此常用新生营养芽为外植体。结合题图可知,与黑暗条件下相比,PLBs在光照条件下质量增长较多、生长起始较快、快速生长时间较长。
脱落酸(ABA)能提高生物碱含量,但会抑制PLBs的生长。若采用液体培养,推测添加适量的ABA可提高生物碱产量。同学们拟开展探究实验验证该推测,在设计实验方案时探讨了以下问题:
①ABA的浓度梯度设置和添加方式:设3个ABA处理组、1个空白对照组,3次重复。因为ABA受热易分解,故一定浓度的无菌ABA母液应在各组液体培养基____________后按比例加入。
灭菌、冷却
[解析] 因ABA受热易分解,不适合用高压蒸汽灭菌,且ABA母液是无菌的,故应在各组液体培养基高压蒸汽灭菌、冷却后再加入。
②实验进程和取样:实验60天完成,每10天取样,将样品(PLBs)称重(g/瓶)后再测定生物碱含量。若初始(第0天)数据已知,则实验过程中一共需测定的样品数为_________个。
③依所测定数据确定适宜的ABA浓度和培养时间:当某3个样品(重复样)的__________________________时,其对应的ABA浓度为适宜浓度,对应的培养时间是适宜培养时间。
72
生物碱
含量平均值最大
[解析] ②若初始(第0天)数据已知,每10天取样,实验60天完成,设3个ABA处理组、1个空白对照组,3次重复,即每10天需测定的样品数为12个,因此待第60天完成,一共有6次样品测定,一共需要测定的样品数为12×6=72个。③当某3个样品(重复样)的生物碱含量平均值最大时,其对应的ABA浓度为适宜浓度,对应的培养时间是适宜培养时间。
课堂小结
课堂小测
1.植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性。 ( )
2.脱分化和再分化是植物组织培养的重要过程。 ( )
3.在植物组织培养过程中需要给予光照,以诱导脱分化过程。 ( )
4.植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是细胞壁阻碍了原生质体的融合。 ( )
5.植物体细胞杂交过程中,细胞融合成功的标志是产生新的细胞壁。 ( )
6.在植物组织培养过程中,细胞的遗传物质一般都会发生改变。 ( )
7.在愈伤组织形成幼苗的再分化过程中,不会发生细胞的增殖。 ( )
8.在进行植物组织培养过程中,接种时可以不考虑外植体的方向。 ( )
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