【微课第六期】人教版选修3专题2：2.1 植物细胞工程（老久讲生物-48张ppt）课件
文档属性
| 名称 | 【微课第六期】人教版选修3专题2：2.1 植物细胞工程（老久讲生物-48张ppt）课件 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 8.2MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2019-01-27 12:05:51 | ||
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文档简介
2.1 植物细胞工程
细胞工程
应用的原理和方法
细胞生物学和分子生物学
细胞整体水平或细胞器水平
按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品
概念
分类
植物细胞工程
研究的目的
研究的水平
动物细胞工程
2.1植物细胞工程
2.1.1植物细胞工程的基本技术
2.1.2植物细胞工程的实际应用
植物组织培养技术
植物体细胞杂交技术
植物繁殖的新途径
作物新品种的培育
珙桐
水杉
银杉
鹅掌楸
伍德苏铁学名为“Encephalartos woodii”。这是世界上最稀有的植物之一，已被列入野外灭绝物种。全球发现的唯一一株野生伍德苏铁位于南非诺耶森林边缘的一个斜坡上。目前，伍德苏铁实际上已经相当于完全灭绝，因为它是一种雌雄异株植物，而植物园中所有现存的伍德苏铁都是雄性的。
面对濒危植物，我们能做些什么？
植物组织培养
生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的 ，都有发育成为完整个体所必需的 。
2.原因：
具有某种生物 的任何一个细胞，都具有发育成 的潜能。
完整个体
1.定义：
细胞的全能性（理论依据）
全套遗传物质
全套遗传信息
3.全能性的程度：
（1）受精卵的全能性最高
（3）分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞
全部基因
这是因为在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不相同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。
植物细胞什么条件下才能表现出全能性呢？
当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时，在一定的营养物质、激素和其它外界条件的作用下（例如无菌、适宜的温度、湿度、光照等），就可能表现出全能性，发育成完整的植株。
1958年美国科学家斯图尔德利用胡萝卜韧皮部的细胞进行细胞培养
植物组织培养技术
胡萝卜横切面示意图
皮层
韧皮部
形成层
木质部
取样地点
为什么选择形成层细胞？选择其他细胞可以吗？
（2）植物组织培养的培养基：
水、无机盐离子
有机小分子营养成分：
① 氮源：包括维生素和氨基酸
② 碳源：2%—5%的蔗糖溶液
③ 琼脂：起支持作用
④ 激素：生长素、细胞分裂素、赤霉素
⑤ pH值：5.0－6.0
胡萝卜的组织培养实验
（1）实验原理、目的、材料
调节渗透压
提供碳源
目的
接种
试管苗的形成
愈伤组织的形成
移栽大田，培养成正常植株
胡萝卜的组织培养
取材
消毒
一、植物组织培养技术
避光培养
诱导培养基
生长素>细胞分裂素
曝光培养（叶绿素的合成需光照）
分化培养基
细胞分裂素>生长素
胚
状
体
丛芽
大蒜根尖培养及植株再生
小结：
植物组织培养的过程
外植体
脱分化
再分化
（离体的,已分化组织或细胞）
（未分化）
（分化）
幼芽或幼根？
条件？
优点？
特点？
繁殖速度快
不受季节限制
工厂化生产
幼苗无毒
保持优良性状
①适宜温度、无光、 pH和无菌环境。
②无机物、有机物和植物激素（生长素，细胞分裂素等）
无定形状态
薄壁细胞
高度液泡化
排列疏松、无规则
无叶绿体,不进行光合作用
分化程度低去分化较易
条件:需光
植物组织培养所得的植株是新品种吗？
二、植物体细胞杂交技术
概念：将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。
目的：期望获得具有两种植物的优良性状的新品种。
原理：染色体数目变异
优点：实现了种间的基因交流，克服了远缘杂交不亲和的障碍。
缺点：基因表达情况无法满足人类的预期，有较高的不确定性。
你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？
植物体细胞杂交技术流程
一、制备原生质体
物理法是利用离心、振动、电刺激等促使原生质体融合；
二、原生质体融合
化学法是用聚乙二醇(PEG)等试剂作诱导剂诱导融合。
原生质体融合结果分析
+
融合失败
融合成功
??
??
??
??
????
解决措施
亲本A：叶绿体缺陷型 亲本B：光致死型
遗传互补筛选法
有光条件下培养，能够存活下来的即为所需的融合细胞。
融合成功标志：杂种细胞再生出细胞壁。
二、植物组织培养
杂种细胞
愈伤组织
杂种植株
脱分化
再分化
杂种细胞内的染色体数有什么变化呢？
2n1+2n2=38
2n2=20
+
2n1=18
n1+n2=19
体细胞杂交
减数分裂
四个染色体组；可育
杂种植株
融合的原生质体AB
再生出细胞壁
脱分化
愈伤组织
再分化
植物细胞的融合
植物组织培养
植物细胞A
原生质体B
原生质体A
杂种细胞AB
去 壁
去 壁
人
工
诱
导
融合完成的
标志
植物细胞B
植物体细胞杂交过程示意图
1. 打破了物种之间的生殖隔离，实现远源杂交。
2.扩大了遗传重组的范围。
（一）植物繁殖新途径：属于无性繁殖
实际问题：经济苗木、名贵花卉、珍稀植物等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持……
1.微型繁殖：也称快速繁殖技术。
快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
该技术与传统繁殖技术相比，有何特点？
——愈伤组织可以传代培养，获得大量愈伤组织，所以繁殖快速；（繁殖速度快）
——全过程中细胞进行有丝分裂，不涉及减数分裂和受精作用，可以保持亲本优良特性；（高保真-无性繁殖）
——在室内生产，不受自然环境条件限制。
① 繁殖速度快；
②“高保真”（因为是无性繁殖）；
③ 不受自然生长季节的限制（因为在具有一定人工设施的室内生产）。
生姜是药食两用的经济作物，具有栽培容易、产量高、价格高等特点，近年在各地发展很快。但是生姜在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%～50%。
病毒容易沿植物体的维管组织传播，而分生组织区中缺乏维管系统，因此不含病毒。用做组织培养的植物材料可以是植物体任何类型的组织细胞。怎样利用植物组织培养技术解决？
2.作物脱毒
(1)材料:无病毒的茎尖、根尖
(2)脱毒苗:切取茎尖进行组织培养获得
高能预警：
脱毒苗自身不携带或极少携带病毒，并不意味着能够抗病毒。
常规种子植物生产的不足
不少植物需要生长数年才能结出种子
优良杂种的后代因发生性状分离而丧失其优良特性
种子的生产受季节、气候和地域的限制
制种需要占用大量土地
能否找到天然种子的替代品？
3.神奇的人工种子通过植物组织培养的方法获得的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽（再分化的产物）等材料外面包被着人工薄膜，在适宜的条件下可以发芽成幼苗的种子。
人工种子的组成
人工种子
人工种皮
胚状体、不定芽、顶芽和腋芽（再分化的产物）
人工胚
塑料薄膜
人工胚乳
水、无机盐、碳源植物生长调节剂、农药等
技术：组织培养。
特性：在适宜条件下可以萌发长成幼苗。
优点
后代无性状分离，保持优良特性；
培植周期短；
不受季节、气候和地域的限制；
易于储藏和运输。
1.单倍体育种
(1)方法：
I、采用花药离体培养的方法，使花粉粒发育为单倍体植株；
II、采用人工诱导（常用秋水仙素处理），使单倍体植株体细胞染色体数目加倍，重新恢复到正常植株的染色体数目。
花粉 → 单倍体植株 → 正常植株
花药
花粉细胞培养
愈伤组织
分化出小植物
单倍体植株
正常植株
接种
脱分化
再分化
移栽
染色体加倍
(2）花药离体培养过程：
优点：
I、后代稳定遗传，都是纯合体；
II、明显缩短育种年限。
2.突变体的利用
(1)产生:植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变。
(2)利用:筛选对人们有利突变体,进而培育新品种
(3)成就：20世纪70年代以来，民办各国的科学家用这种方法已经筛选到抗病、抗盐、含高蛋白，以及高产的突变体，有的已用于生产。
比较：
单倍体育种：
突变体的利用：
植物体细胞杂交育种
优点：
育种原理：
优点：
育种原理：
优点：
育种原理：
明显缩短育种年限
染色体变异
能够产生新性状
基因突变
克服远缘杂交不亲和障碍
染色体变异
三、细胞产物的工厂化生产
1.细胞产物种类：蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料，生物碱等。
2.技术：植物的组织培养.
工厂化生产人参皂甙的基本过程
第一步，选择人参根作为外植体进行培养，产生愈伤组织，经过培养选择找到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株作为种质，其中一部分作为保存用，以备下一次生产用，一部分进行发酵生产。
第二步，将第一步选择到的细胞株在发酵罐中的适合培养液中进行液体培养，增加细胞数量。
第三步，将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。
现在国内外的科学家们正在研究利用植物细胞培养技术来大量培育红豆杉细胞。ESC Agenetics公司宣布他们用细胞培养法所得紫杉醇的含量是树皮的2～5倍。国内外在分化细胞株系和培养条件方面做了不少工作，摸索了外植体、光照、培养基组成等因素对细胞培养及紫杉醇生成的影响。现在工艺条件已基本摸清，正研究反应的放大技术等，有望实现通过细胞培养进行工业化生产紫杉醇的目标。
植物组织培养技术在我们生活中的另外一些应用：
a. 拯救濒危植物；
b. 提供食品制作的原料；
c. 利用愈伤组织进行转基因操作(基因工程），培育作物新类型。
细胞工程
应用的原理和方法
细胞生物学和分子生物学
细胞整体水平或细胞器水平
按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品
概念
分类
植物细胞工程
研究的目的
研究的水平
动物细胞工程
2.1植物细胞工程
2.1.1植物细胞工程的基本技术
2.1.2植物细胞工程的实际应用
植物组织培养技术
植物体细胞杂交技术
植物繁殖的新途径
作物新品种的培育
珙桐
水杉
银杉
鹅掌楸
伍德苏铁学名为“Encephalartos woodii”。这是世界上最稀有的植物之一，已被列入野外灭绝物种。全球发现的唯一一株野生伍德苏铁位于南非诺耶森林边缘的一个斜坡上。目前，伍德苏铁实际上已经相当于完全灭绝，因为它是一种雌雄异株植物，而植物园中所有现存的伍德苏铁都是雄性的。
面对濒危植物，我们能做些什么？
植物组织培养
生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的 ，都有发育成为完整个体所必需的 。
2.原因：
具有某种生物 的任何一个细胞，都具有发育成 的潜能。
完整个体
1.定义：
细胞的全能性（理论依据）
全套遗传物质
全套遗传信息
3.全能性的程度：
（1）受精卵的全能性最高
（3）分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞
全部基因
这是因为在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不相同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。
植物细胞什么条件下才能表现出全能性呢？
当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时，在一定的营养物质、激素和其它外界条件的作用下（例如无菌、适宜的温度、湿度、光照等），就可能表现出全能性，发育成完整的植株。
1958年美国科学家斯图尔德利用胡萝卜韧皮部的细胞进行细胞培养
植物组织培养技术
胡萝卜横切面示意图
皮层
韧皮部
形成层
木质部
取样地点
为什么选择形成层细胞？选择其他细胞可以吗？
（2）植物组织培养的培养基：
水、无机盐离子
有机小分子营养成分：
① 氮源：包括维生素和氨基酸
② 碳源：2%—5%的蔗糖溶液
③ 琼脂：起支持作用
④ 激素：生长素、细胞分裂素、赤霉素
⑤ pH值：5.0－6.0
胡萝卜的组织培养实验
（1）实验原理、目的、材料
调节渗透压
提供碳源
目的
接种
试管苗的形成
愈伤组织的形成
移栽大田，培养成正常植株
胡萝卜的组织培养
取材
消毒
一、植物组织培养技术
避光培养
诱导培养基
生长素>细胞分裂素
曝光培养（叶绿素的合成需光照）
分化培养基
细胞分裂素>生长素
胚
状
体
丛芽
大蒜根尖培养及植株再生
小结：
植物组织培养的过程
外植体
脱分化
再分化
（离体的,已分化组织或细胞）
（未分化）
（分化）
幼芽或幼根？
条件？
优点？
特点？
繁殖速度快
不受季节限制
工厂化生产
幼苗无毒
保持优良性状
①适宜温度、无光、 pH和无菌环境。
②无机物、有机物和植物激素（生长素，细胞分裂素等）
无定形状态
薄壁细胞
高度液泡化
排列疏松、无规则
无叶绿体,不进行光合作用
分化程度低去分化较易
条件:需光
植物组织培养所得的植株是新品种吗？
二、植物体细胞杂交技术
概念：将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。
目的：期望获得具有两种植物的优良性状的新品种。
原理：染色体数目变异
优点：实现了种间的基因交流，克服了远缘杂交不亲和的障碍。
缺点：基因表达情况无法满足人类的预期，有较高的不确定性。
你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？
植物体细胞杂交技术流程
一、制备原生质体
物理法是利用离心、振动、电刺激等促使原生质体融合；
二、原生质体融合
化学法是用聚乙二醇(PEG)等试剂作诱导剂诱导融合。
原生质体融合结果分析
+
融合失败
融合成功
??
??
??
??
????
解决措施
亲本A：叶绿体缺陷型 亲本B：光致死型
遗传互补筛选法
有光条件下培养，能够存活下来的即为所需的融合细胞。
融合成功标志：杂种细胞再生出细胞壁。
二、植物组织培养
杂种细胞
愈伤组织
杂种植株
脱分化
再分化
杂种细胞内的染色体数有什么变化呢？
2n1+2n2=38
2n2=20
+
2n1=18
n1+n2=19
体细胞杂交
减数分裂
四个染色体组；可育
杂种植株
融合的原生质体AB
再生出细胞壁
脱分化
愈伤组织
再分化
植物细胞的融合
植物组织培养
植物细胞A
原生质体B
原生质体A
杂种细胞AB
去 壁
去 壁
人
工
诱
导
融合完成的
标志
植物细胞B
植物体细胞杂交过程示意图
1. 打破了物种之间的生殖隔离，实现远源杂交。
2.扩大了遗传重组的范围。
（一）植物繁殖新途径：属于无性繁殖
实际问题：经济苗木、名贵花卉、珍稀植物等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持……
1.微型繁殖：也称快速繁殖技术。
快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
该技术与传统繁殖技术相比，有何特点？
——愈伤组织可以传代培养，获得大量愈伤组织，所以繁殖快速；（繁殖速度快）
——全过程中细胞进行有丝分裂，不涉及减数分裂和受精作用，可以保持亲本优良特性；（高保真-无性繁殖）
——在室内生产，不受自然环境条件限制。
① 繁殖速度快；
②“高保真”（因为是无性繁殖）；
③ 不受自然生长季节的限制（因为在具有一定人工设施的室内生产）。
生姜是药食两用的经济作物，具有栽培容易、产量高、价格高等特点，近年在各地发展很快。但是生姜在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%～50%。
病毒容易沿植物体的维管组织传播，而分生组织区中缺乏维管系统，因此不含病毒。用做组织培养的植物材料可以是植物体任何类型的组织细胞。怎样利用植物组织培养技术解决？
2.作物脱毒
(1)材料:无病毒的茎尖、根尖
(2)脱毒苗:切取茎尖进行组织培养获得
高能预警：
脱毒苗自身不携带或极少携带病毒，并不意味着能够抗病毒。
常规种子植物生产的不足
不少植物需要生长数年才能结出种子
优良杂种的后代因发生性状分离而丧失其优良特性
种子的生产受季节、气候和地域的限制
制种需要占用大量土地
能否找到天然种子的替代品？
3.神奇的人工种子通过植物组织培养的方法获得的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽（再分化的产物）等材料外面包被着人工薄膜，在适宜的条件下可以发芽成幼苗的种子。
人工种子的组成
人工种子
人工种皮
胚状体、不定芽、顶芽和腋芽（再分化的产物）
人工胚
塑料薄膜
人工胚乳
水、无机盐、碳源植物生长调节剂、农药等
技术：组织培养。
特性：在适宜条件下可以萌发长成幼苗。
优点
后代无性状分离，保持优良特性；
培植周期短；
不受季节、气候和地域的限制；
易于储藏和运输。
1.单倍体育种
(1)方法：
I、采用花药离体培养的方法，使花粉粒发育为单倍体植株；
II、采用人工诱导（常用秋水仙素处理），使单倍体植株体细胞染色体数目加倍，重新恢复到正常植株的染色体数目。
花粉 → 单倍体植株 → 正常植株
花药
花粉细胞培养
愈伤组织
分化出小植物
单倍体植株
正常植株
接种
脱分化
再分化
移栽
染色体加倍
(2）花药离体培养过程：
优点：
I、后代稳定遗传，都是纯合体；
II、明显缩短育种年限。
2.突变体的利用
(1)产生:植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变。
(2)利用:筛选对人们有利突变体,进而培育新品种
(3)成就：20世纪70年代以来，民办各国的科学家用这种方法已经筛选到抗病、抗盐、含高蛋白，以及高产的突变体，有的已用于生产。
比较：
单倍体育种：
突变体的利用：
植物体细胞杂交育种
优点：
育种原理：
优点：
育种原理：
优点：
育种原理：
明显缩短育种年限
染色体变异
能够产生新性状
基因突变
克服远缘杂交不亲和障碍
染色体变异
三、细胞产物的工厂化生产
1.细胞产物种类：蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料，生物碱等。
2.技术：植物的组织培养.
工厂化生产人参皂甙的基本过程
第一步，选择人参根作为外植体进行培养，产生愈伤组织，经过培养选择找到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株作为种质，其中一部分作为保存用，以备下一次生产用，一部分进行发酵生产。
第二步，将第一步选择到的细胞株在发酵罐中的适合培养液中进行液体培养，增加细胞数量。
第三步，将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。
现在国内外的科学家们正在研究利用植物细胞培养技术来大量培育红豆杉细胞。ESC Agenetics公司宣布他们用细胞培养法所得紫杉醇的含量是树皮的2～5倍。国内外在分化细胞株系和培养条件方面做了不少工作，摸索了外植体、光照、培养基组成等因素对细胞培养及紫杉醇生成的影响。现在工艺条件已基本摸清，正研究反应的放大技术等，有望实现通过细胞培养进行工业化生产紫杉醇的目标。
植物组织培养技术在我们生活中的另外一些应用：
a. 拯救濒危植物；
b. 提供食品制作的原料；
c. 利用愈伤组织进行转基因操作(基因工程），培育作物新类型。