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第1节
植物细胞工程
一
植物细胞工程的基本技术
人教版
高中生物
学习目标：
阐明植物组织培养过程和概述植物体细胞杂交技术
核心素养：
1.文化基础：说明植物组织培养和植物体细胞杂交的原理；以流程简图的形式表示植物组织培养技术和植物体细胞杂交的过程。
2.自主发展：查阅资料，尝试探究植物完成菊花组织培养及植物体细胞杂交。
3.社会参与：联系实际，举例说明应用植物组织培养实例。
从社会中来
兰花（学名：Cymbidium
ssp.）
单子叶植物纲、兰科、兰属植物通称
高贵
典雅
兰花种子通常发育不全，自然条件下萌发率极低。
人工栽培
一、植物细胞的全能性
1．概念：细胞经分裂和分化后，仍然具有_________________________或______________________________的潜能。
产生完整生物体
分化成其他各种细胞
在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会_______________________。
2．生长发育过程中细胞没有表现全能性的原因
选择性地表达
二、植物的组织培养
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。
离体
人工配制的培养基
完整植株
1.什么是植物组织培养技术？
菊花的组织培养
2.怎么进行菊花的组织培养？
让已经分化的细胞经过诱导后，失去其特有
的_____________________，转变成未分化细胞的过程。
脱分化：
结构和功能
一团没有特定结构和功能,排列疏松而无规则,高度液泡化的呈无定形状态的薄壁组织团块。
接种外植体
诱导愈伤组织
脱分化：
愈伤组织:
胚状体:
再分化：
脱分化产生的__________________，在一定的培养条件下，再分化出____________________________，进而形成完整的小植株。
愈伤组织
芽、根等器官
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。
生长素
细胞分裂素
植物细胞离体培养,经过脱分化和再分化,发育成胚状体。胚状体经过生长发育成完整植株。
诱导出芽
诱导生根
移植成活
再分化
2．植物组织培养过程
将流水冲洗后的外植体用________________消毒30
s，用无菌水清洗2～3次后，再用____________________________处理30
min，用无菌水清洗2～3次。
酒精
次氯酸钠溶液
①外植体的消毒：
用酒精擦拭双手和超净工作台
②外植体的分割：
用无菌滤纸吸去表面的水分，用解剖刀将外植体切成0.5～1
cm长的小段。
③接种：
在_______________旁，将外植体的1/3～1/2插入________________的培养基中。
酒精灯火焰
诱导愈伤组织
④培养：
将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18～22
℃的__________________中培养。定期观察和记录_____________的生长情况。
培养箱
愈伤组织
一定激素和营养等条件诱导下
脱分化
薄壁组织
愈伤组织
⑤转移培养：
将生长良好的愈伤组织转接到___________________的培养基上。长出芽后，再将其转接到________________的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
诱导生芽
诱导生根
⑥移栽：
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，将试管苗移植到消过毒的____________________上，壮苗后再移栽入土。
蛭石或珍珠岩
脱分化和再分化的比较
比较内容
脱分化
再分化
过程
需要条件
外植体→愈伤组织
愈伤组织→幼苗
①离体②适宜的营养
③生长素与细胞分裂素的比例适中④不需光
①离体②适宜的营养③生长素与细胞分裂素的比例高(低)诱导生根(生芽)④需光照
3.思考与讨论
（1）接种3—4d后，检查外植体的生长情况，统计由多少外植体被污染，有多少能正常生长，并分析他们被污染的原因。
提示：用于植物组织培养的培养基同样适合某些微生物的生长，如细菌、真菌等，培养物一旦收到污染，就会导致前功尽弃，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是：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.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？
提示：观察实验结果，看看是否培养出了愈伤组织，记录多长时间出了愈伤组织。从刚才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。
提示：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，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？
提示：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，又要不能伤及根系。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。
三、植物体细胞杂交技术
嫁接
超级作物
1.概念：
将_______________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。
不同来源
杂种细胞
新植物体
2．过程
纤维素酶
和果胶酶
去除细胞壁
去除细胞壁
A细胞
B细胞
A原生质层
B原生质层
正在融合的原生质体
诱导原生质体融合的方法
电融合
②化学法：_____________________融合法、
高Ca2＋－高pH融合法等。
聚乙二醇(PEG)
①物理法：__________法、_________法等。
离心
诱导
脱分化
再分化
移栽后的植株
再生出细胞壁
愈伤组织
杂种植株
3.意义
克服不同种生物_________________的不亲和性。
远缘杂交
4.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
选材
技术操作
关系
植物细胞的全能性
细胞膜具有一定的流动性和植物细胞的全能性
选取根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化
不同植物细胞融合后形成的杂种细胞
脱分化、再分化等
除脱分化、再分化外，还要用酶解法去除细胞壁，用一定的方法诱导细胞融合
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
过程
过程
四、总结及练习
1．下面是植物组织培养过程示意图，相关说法正确的是(
)
外植体①(――→)愈伤组织②(――→)长出丛芽③
(――→)生根④(――→)移栽成活
A.上述植物组织培养的过程依据的生物学原理是植物细胞具有全能性
B.需要对外植体进行严格的灭菌处理，以防止杂菌污染
C.外植体若是月季的花药，则图中的①过程需要光照
D.外植体若是菊花的根尖组织，因细胞中没有叶绿体，故培养成的新植株叶片无色
提示：植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性，A正确；外植体一般只消毒，不进行灭菌处理，以保持外植体的活性，B错误；①过程是脱分化过程，月季花药的脱分化过程不需要光照，幼小植株形成后才需要光照，C错误；菊花根尖组织中含有控制叶绿体形成的基因，在培养过程中，基因的选择性表达会使培养成的新植株叶片呈绿色，D错误。
A
2．下图是植物体细胞杂交过程示意图，如果A、B植物均为二倍体，据图分析回答：
(1)图中所示过程的原理有________________________________________。
(2)图中的①过程是______________________________________________。
细胞膜具有流动性、植物细胞具有全能性
(去壁)制备原生质体
(3)植物体细胞融合成功的标志是____________________，其产生与细胞内____________________(细胞器)有关。
(4)③和④过程分别是__________________和________________过程。则该杂种植株有_____________个染色体组。
(5)该技术最显著的优势是______________________________________。
提示：(1)植物体细胞杂交过程中有原生质体A和原生质体B的融合过程，其原理是细胞膜具有流动性；将杂种细胞培育成新的个体，其原理是植物细胞具有全能性。(2)图中的①过程是去除植物细胞壁，制备原生质体。
形成新的细胞壁
高尔基体
脱分化
再分化
四
克服远缘杂交不亲和的障碍
(3)植物体细胞融合成功的标志是形成新的细胞壁，植物细胞壁的形成与高尔基体有关。(4)杂种细胞通过脱分化形成愈伤组织，再经再分化形成杂种植株。图中杂种植株是由两个二倍体细胞融合成的杂种细胞培育成的新个体，含有四个染色体组。(5)植物体细胞杂交可以克服远缘杂交不亲和的障碍。
[答案] (1)细胞膜具有流动性、植物细胞具有全能性 (2)(去壁)制备原生质体 (3)形成新的细胞壁 高尔基体 (4)脱分化 再分化 四 (5)克服远缘杂交不亲和的障碍
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植物细胞工程的基本技
教学设计
课题
植物细胞工程植物细胞工程的基本技术
单元
第二章
学科
生物
年级
高二
学习目标与核心素养
学习目标：阐明植物组织培养过程和概述植物体细胞杂交技术1.文化基础：说明植物组织培养和植物体细胞杂交的原理；以流程简图的形式表示植物组织培养技术和植物体细胞杂交的过程。2.自主发展：查阅资料，尝试探究植物完成菊花组织培养及植物体细胞杂交。3.社会参与：联系实际，举例说明应用植物组织培养实例。
重点
植物组织培养和植物体细胞杂交的原理
难点
植物组织培养和植物体细胞杂交的原理
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
从社会中来展示兰花图片，朗诵《金漳兰谱》选段，介绍兰花。中国十大名花之一，中国人历来把兰花看做是高洁典雅的象征，并与“梅、竹、菊”并列，合称“四君子”。1233年南宋赵时庚《金漳兰谱
(?https:?/??/?baike.?/?item?/?%E9%87%91%E6%BC%B3%E5%85%B0%E8%B0%B1"
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"https:?/??/?baike.?/?item?/?%E5%85%B0%E8%8A%B1?/?_blank?)》是中国保留至今最早一部研究兰花的著作，也是世界上第一部兰花专著。全书分三卷五部分，对紫兰（主要是墨兰）和白兰（即素心建兰）的30多个品种的形态特征作了简述，并论及了兰花的品位。中国栽培兰花约有两千多年的历史。据载早在春秋
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"https:?/??/?baike.?/?item?/?%E5%85%B0%E8%8A%B1?/?_blank?)末期，越王勾践
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"https:?/??/?baike.?/?item?/?%E5%85%B0%E8%8A%B1?/?_blank?)已在浙江绍兴的诸山种兰。魏晋
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"https:?/??/?baike.?/?item?/?%E5%85%B0%E8%8A%B1?/?_blank?)以后，兰花已用于点缀庭院。古代人们起初是以采集野生兰花为主，至于人工栽培兰花，则从宫廷开始。兰花（学名：Cymbidium?ssp.）：是单子叶植物纲、兰科、兰属植物通称。附生或地生草本
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"https:?/??/?baike.?/?item?/?%E5%85%B0%E8%8A%B1?/?_blank?)，叶数枚至多枚，通常生于假鳞茎
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"https:?/??/?baike.?/?item?/?%E5%85%B0%E8%8A%B1?/?_blank?)基部或下部节上，二列，带状或罕有倒披针形至狭椭圆形，基部一般有宽阔的鞘并围抱假鳞茎，有关节。总状花序
(?https:?/??/?baike.?/?item?/?%E6%80%BB%E7%8A%B6%E8%8A%B1%E5%BA%8F"
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"https:?/??/?baike.?/?item?/?%E5%85%B0%E8%8A%B1?/?_blank?)具数花或多花，颜色有白、纯白、白绿、黄绿、淡黄、淡黄褐、黄、红、青、紫。
课前查阅资料，展示欣赏兰花图片，了解兰花观赏价值和自然繁殖的困难。
联系生活实例，激发学生的学习兴趣。
讲授新课
提出问题如何能让兰花大量、快速繁殖，从而进入寻常百姓家呢？回答：利用植物的组织培养技术繁殖兰花。一、植物细胞的全能性1．概念：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。2．生长发育过程中细胞没有表现全能性的原因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。二、植物组织培养技术1．概念：将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。观看视频2．全能性表达过程(1)脱分化：让已经分化的细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能，转变成未分化细胞的过程。(2)再分化：脱分化产生的愈伤组织，在一定的培养条件下，再分化出芽、根等器官，进而形成完整的小植株。(3)激素的作用：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。愈伤组织:一团没有特定结构和功能,排列疏松而无规则,高度液泡化的呈无定形状态的薄壁组织团块。胚状体:植物细胞离体培养,经过脱分化和再分化,发育成胚状体。胚状体经过生长发育成完整植株。3．操作流程外植体的消毒：将流水冲洗后的外植体用酒精消毒30
s，用无菌水清洗2～3次后，再用次氯酸钠溶液处理30
min，用无菌水清洗2～3次。↓外植体的分割：用无菌滤纸吸去表面的水分，用解剖刀将外植体切成0.5～1
cm长的小段。↓接种：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。↓培养：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。定期观察和记录愈伤组织的生长情况。↓转移培养：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。↓移栽：将试管苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩上，壮苗后再移栽入土。脱分化和再分化的比较
比较内容脱分化再分化过程外植体→愈伤组织愈伤组织→幼苗需要条件①离体②适宜的营养③生长素与细胞分裂素的比例适中④不需光①离体②适宜的营养③生长素与细胞分裂素的比例高(低)诱导生根(生芽)④需光照4.思考与讨论（1）接种3—4d后，检查外植体的生长情况，统计由多少外植体被污染，有多少能正常生长，并分析他们被污染的原因。提示：用于植物组织培养的培养基同样适合某些微生物的生长，如细菌、真菌等，培养物一旦收到污染，就会导致前功尽弃，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是：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.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？提示：观察实验结果，看看是否培养出了愈伤组织，记录多长时间出了愈伤组织。从刚才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。提示：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，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？提示：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，又要不能伤及根系。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。展示番茄—马铃薯图片，提出问题：如何获得番茄—马铃薯植株？三、植物体细胞杂交技术1．概念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。2．过程(1)去壁：用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，获得原生质体。(2)诱导原生质体融合的方法①物理法：电融合法、离心法等。②化学法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋－高pH融合法等。3．意义克服不同种生物远缘杂交的不亲和性。4.比较植物组织培养和植物体细胞杂交技术名称植物组织培养植物体细胞杂交原理植物细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性和植物细胞的全能性过程选材选取根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化不同植物细胞融合后形成的杂种细胞技术操作脱分化、再分化等除脱分化、再分化外，还要用酶解法去除细胞壁，用一定的方法诱导细胞融合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四、总结与练习1．下面是植物组织培养过程示意图，相关说法正确的是( )外植体愈伤组织长出丛芽生根移栽成活A．上述植物组织培养的过程依据的生物学原理是植物细胞具有全能性B．需要对外植体进行严格的灭菌处理，以防止杂菌污染C．外植体若是月季的花药，则图中的①过程需要光照D．外植体若是菊花的根尖组织，因细胞中没有叶绿体，故培养成的新植株叶片无色A [植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性，A正确；外植体一般只消毒，不进行灭菌处理，以保持外植体的活性，B错误；①过程是脱分化过程，月季花药的脱分化过程不需要光照，幼小植株形成后才需要光照，C错误；菊花根尖组织中含有控制叶绿体形成的基因，在培养过程中，基因的选择性表达会使培养成的新植株叶片呈绿色，D错误。]2．下图是植物体细胞杂交过程示意图，如果A、B植物均为二倍体，据图分析回答：(1)图中所示过程的原理有___________________。(2)图中的①过程是_________________________。(3)植物体细胞融合成功的标志是____________________，其产生与细胞内________(细胞器)有关。(4)③和④过程分别是________和________过程。则该杂种植株有________个染色体组。(5)该技术最显著的优势是____________________。[解析] (1)植物体细胞杂交过程中有原生质体A和原生质体B的融合过程，其原理是细胞膜具有流动性；将杂种细胞培育成新的个体，其原理是植物细胞具有全能性。(2)图中的①过程是去除植物细胞壁，制备原生质体。(3)植物体细胞融合成功的标志是形成新的细胞壁，植物细胞壁的形成与高尔基体有关。(4)杂种细胞通过脱分化形成愈伤组织，再经再分化形成杂种植株。图中杂种植株是由两个二倍体细胞融合成的杂种细胞培育成的新个体，含有四个染色体组。(5)植物体细胞杂交可以克服远缘杂交不亲和的障碍。[答案] (1)细胞膜具有流动性、植物细胞具有全能性 (2)(去壁)制备原生质体 (3)形成新的细胞壁 高尔基体 (4)脱分化 再分化 四 (5)克服远缘杂交不亲和的障碍
提出问题，回答问题。【学习活动一】学生阅读课本P34—35，联系实际，思考以下问题，阐述相关概念。植物细胞工程的理论基础是什么？什么是植物组织培养技术？观看视频：怎么进行菊花的组织培养？【学习活动二】学生阅读课本P35—36，联系实际，思考以下问题，阐述相关概念。怎样进行菊花的组织培养？小组讨论，完成相关探究，解决实验相关问题。【学习活动三】学生阅读课本P37—38，联系实际，思考以下问题，阐述相关概念。什么是植物体细胞杂交技术？植物体细胞杂交技术的过程是怎样的？植物体细胞杂交的意义是什么？根据所学，完成相关练习
创设问题情景，导入新课。通过阅读，培养学生获取信息的能力，加深学生对概念的认识，激发学生的科学研究的兴趣。通过视频，培养学生获取信息的能力，了解菊花组织培养的过程，加深对相关概念的理解和掌握。通过阅读，培养学生获取信息的能力，理解并阐述菊花组织培养的过程。提出问题，解决问题，此环节可以让学生思考真正发生，让更多的学生参与到课堂中，把握重难点。通过阅读，获取信息，概括植物体细胞杂交技术概念，分析植物体杂交过程，理解和掌握相关概念。回顾旧知，巩固和应用所学知识。
课堂小结
板书
植物细胞工程的基本技术1.植物组织培养（1）原理和概念（2）过程2.植物体细胞杂交技术（1）原理和概念（2）过程
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精品试卷·第
2
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