(共28张PPT)
2021人教版（新教材）
遗传和进化
第二章
细胞工程
第1节
植物细胞工程（第二课时）
植物细胞工程的实际应用
本节聚焦
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
概念：应用组织培养技术，快速繁殖植物（也叫快速繁殖技术）
一、植物繁殖的新途径
微型繁殖是有性还是无性繁殖?
无性繁殖
微型繁殖与传统繁殖技术相比，有何特点？
①
②
③
繁殖速度快；
“高保真”（因为是无性繁殖）；
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）。
1.微型繁殖
病毒引起的植物病害有500多种。受害的植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉，如水稻、小麦、棉花、马铃薯、油菜、大蒜、苹果、枣、唐菖蒲、兰花等。而且没有有效的防治办法，只能拔除病株，造成很大的经济损失。
病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几乎不含病毒
2.作物脱毒
一、植物繁殖的新途径
1、长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差.如何解决这一问题？
选用植物
细胞经组织培养可获得脱毒植物
分生区
2、为什么选用植物分生区细胞？
在植物分生区附近，细胞分裂十分迅速，形成大量新细胞，病毒来不及侵入，因此就成为植物体相对无病毒的特殊区域。
思考以下问题
1.传统方法——杂交育种依据的原理是:
基因的自由组合定律，优良的基因自由组合。
回忆复习:
缺点:
结果:
通过基因重组，把两亲本的优良性状组合在同一后代中
基因
.
育种
原理:
育种时间
.
产生新性状
利用什么方法能克服这些缺点？
杂交
不能
长
1、单倍体育种
体细胞中含有本物种配子数目的个体
(2).单倍体的例子:
雄蜂，雄蚁是由未受精的
发育来的单倍体
.
(1).单倍体的概念:
卵细胞
(3).方法：
先
培养(植物组织培养)获得
倍体，再
处
理单倍体的幼苗，使染色体加倍.得到
合子
花药离体
单
秋水仙素
纯
一、植物繁殖的新途径
优点：
明显缩短育种年限、子代都是纯合子
DdTt
花药离
体培养
DT
Dt
dT
dt
秋水仙
素处理
筛选所需的品种
DT
Dt
dT
dt
DDTT
DDtt
ddTT
ddtt
配子
单倍体幼苗
纯种
在细胞分裂
期过程中，抑制
的形成，使细胞不能正常分裂，从而使染色体加倍
4.
秋水仙素的作用的时期和机理是什么？
前
纺锤体
单倍体育种过程
课本教材40页例子
花药离体培养
秋水仙素处理
花粉形成试管苗需要经过脱分化和再分化的过程，某优良品种水稻的基因型为AaBb，其花药通过组织培养形成了试管苗，下列对这一培养过程的叙述，错误的是
（
）
A
花粉形成试管苗需要经过脱分化和再分化的过程
B
试管苗有四种基因型，其体细胞含有一个染色体组
C
通过该过程培养出的试管苗还不能直接用于生产
D
这些试管苗自交，后代性状不发生分离
D
牛刀小试
2.
突变体的利用
原理：
基因突变和植物细胞的全能性。
产生:
植物组织培养中，培养细胞不断分裂易突变
利用:
筛选对人们有利的突变体,进而培育成新品种
一、植物繁殖的新途径
优点：
提高变异的频率，加速育种进程。大幅度地改良某些性状。
难以控制突变方向，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。
缺点：
2.
突变体的利用
一、植物繁殖的新途径
外植体
诱变处理
愈伤
组织
突变体
新品种
诱导
分化
脱分化
筛选培育
过程：
3、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(紫草素、人参皂甙、紫杉醇)等
(2).技术
植物的组织培养
一、植物繁殖的新途径
外植体
愈伤
组织
分散
细胞
产物
发酵、提取
脱分化
细胞
悬液
3、细胞产物的工厂化生产
一、植物繁殖的新途径
（3）过程：
蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱
人参为我国名贵药材，现今因野生资源缺少，多用人工栽培，但人工栽培生长缓慢，6年才能生成10g左右(干重)人参根。我国科学家早在1963年就成功地培育了人参的组织。近年来又实现了利用组织培养技术来大量生产人参皂苷干粉。用组织培养技术生产的人参，生长速度比栽培人参约快100倍以上，其药用成分和药理活性与栽培人参相似，甚至更加优良。这项技术目前已经投人规模化生产。
3、细胞产物的工厂化生产
一、植物繁殖的新途径
(4).实例
葡萄细胞培养获得花青素
花青素和原花青素是清除人体自由基最有效的天然抗氧化剂，具有抗氧化、抗突变、抗肿瘤、保护心血管等方面的功能。
以葡萄花青素含量高的品种的幼叶和茎尖为材料，用
于诱导愈伤组织；选择颗细小、疏松易碎、外观湿润、颜色鲜艳的愈伤组织，经过筛选，继代培养后，用于悬浮细胞培养。
人参、三七、紫草和银杏的细胞产物也都已经实现了工厂化生产。目前世界各国的科学家正在深人研究，是否可以通过组织培养技术来大量生产抗癌物质—紫杉醇。
3、细胞产物的工厂化生产
一、植物繁殖的新途径
(4).实例
与生活的联系
紫杉醇为什么贵？
a.乳腺癌、卵巢癌和肺癌的治疗特效（临床有效率>40%）
b.资源稀缺
紫杉醇为什么贵？
c.
紫杉醇含量低：干树皮中的0.01%（万分之一）
d.
生长缓慢：小苗50-70年成树、剥皮即死。
与生活的联系
外植体
↓
愈伤组织
↓
胚状体
↓
试管苗
↓
植株
再分化
+人工种皮
+人工胚乳
人工
种子
保持优良性状
快速大量繁殖
微型
繁殖
作物
脱毒
选择根尖
茎尖、芽尖
脱分化
选择花粉
培养
单倍体
纯合体
加倍
单倍体育种
化学物理因素诱导筛选
突变体利用
培养、提取
代谢产物
细胞产物的工厂化生产
③
①植物繁殖新途径
②作物新品种的培育
总结
练习与应用
练习与应用
1．植物组织培养的过程可以归纳为：
―→④。对此叙述有错误的是
( )
A．②→③的再分化过程中，当细胞分裂素与生长素的浓度比低时，有利于根的生成
B．植物组织培养所依据的原理是植物细胞的全能性
C．③→④过程指植物的营养生长和生殖生长阶段
D．②包裹上人造种皮可获得人工种子
D
课后巩固
2．下列有关植物体细胞杂交的叙述，不正确的( )
A．用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体
B．诱导两种植物的原生质体融合，进而形成杂种细胞
C．植物体细胞杂交的最终目的是获得细胞代谢产物
D．植物体细胞杂交技术可以克服不同种间远缘杂交不亲和的障碍
C
课后巩固
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细胞工程
指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞水平或细胞器水平上，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的一门综合科学技术。
应用的原理和方法
研究的水平
研究的目的
细胞生物学和分子生物学
细胞水平或细胞器水平
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(定向改造）
细胞工程
植物细胞工程
动物细胞工程
细胞工程
植物细胞工程
植物组织培养
植物体细胞杂交
动物细胞工程
2021人教版（新教材）必修二
遗传和进化
第二章
细胞工程
第1节
植物细胞工程（第一课时）
本节聚焦
植物细胞工程的理论基础是什么？
什么是植物组织培养和植物体细胞杂交技术？
植物细胞的基本技术
植物细胞工程
原理：
细胞的全能性
如何把某种植物的一块组织通过培养得到一株完整植株?
植物组织培养
1、定义：
具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成
的潜能。
2、原理：
生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套
，都有发育成为完整个体所必需的全部
.从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。
回忆：细胞的全能性
遗传物质
基因
完整生物体
?受精卵
生殖细胞
体细胞
3、全能性大小：
?植物细胞
胚胎干细胞
＞
＞
＞
＞
动物细胞
4、为什么生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官？
基因在特定的时间和空间条件下
表达的结果
5、植物细胞表现出全能性的条件：
离体
一定的营养物质、植物激素
适宜的温度、pH、无菌等外界条件
?
?
?
选择性
回忆：细胞的全能性
一、植物组织培养技术
概念
1958年，美国科学家斯图尔德（F.C.Steward）将胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养获得了完整的胡萝卜新植株。
一、植物组织培养技术
过程
脱分化
再分化
让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。
愈伤组织
愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过脱分化，形成一种排列疏松无规则、高度液泡化、无定形态的薄壁细胞组成的组织。
比较脱分化再分化这两个过程
脱分化
再分化
是否有光
结果
无
有
形成愈伤组织
形成根、芽
1、植物组织培养的大致过程包括哪几个阶段？是否遵循孟德尔定律？
2、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？
3、在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？
阅读教材35页探究实践第一自然段，回答以下问题
2、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？
植物激素
比值高时
比值低时
生长素/细胞分裂素的比值
作用效果
促进再分化和芽原基的形成
促进脱分化和根原基的形成
生长素/细胞分裂素
1、植物组织培养的大致过程包括哪几个阶段？是否遵循孟德尔定律？
阅读教材35页探究实践第一自然段，回答以下问题
3.在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？
防止杂菌污染，因为杂菌生长快，会和培养物争夺营养。杂菌生长过程中会产生有害的物质，导致培养物迅速死亡。
阅读教材35页探究实践第一自然段，回答以下问题
的植物器官、组织或细胞
组织
植物体
A、
分化
B、
分化
植物激素：
1、A过程进行
分裂,不分化。
2、B过程进行
分裂同时也进行分化
3、A
光照，遮光。而B
光照，叶绿素的合成需光照
（排列疏松而无规则，
高度液泡化的呈无定
形状态的薄壁细胞）
愈伤
脱
再
细胞分裂素、生长素
有丝
有丝
不需
需
外植体
离体
胚状体
总结
因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。
于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。
这幅番茄—马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？
1.概念
将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术
2、这个过程中涉及的原理是？
细胞膜的流动性
植物细胞的全能性
二：植物体细胞杂交
1、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？
2、有没有一种温和的去壁方法呢？
酶解法去细胞壁
纤维素酶、果胶酶
去壁
二：植物体细胞杂交
3、把原生质体放在一起能自然融合吗？
诱导原生质体融合的方法：
①物理法：
。
②化学法：用
诱导。
离心、振动、电激
聚乙二醇(PEG)
4、为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？
一定的流动性
二：植物体细胞杂交
体细胞融合成功后培养基中共有5种细胞类型(A、B、AA、BB、AB)，其中融合细胞类型有3种(AA、BB、AB)，而真正符合要求的是AB，因此要对融合细胞进行筛选。
5.细胞融合后，共有几种细胞类型？融合细胞有几种，符合要求的是哪种？
A
杂种细胞形成的标志是杂种细胞再生出细胞壁。
6.杂种细胞形成的标志是？在此过程中哪种细胞器活跃？
在此过程中活跃的细胞器是线粒体和高尔基体
二：植物体细胞杂交
B
5．如何将杂种细胞培育成杂种植株?
6.植物体细胞杂交的意义？
克服了不同生物远缘杂交不亲和的障碍。
生长期短，耐热性强和易于贮藏
是否遵循孟德尔定律？
无性生殖，不遵循
二：植物体细胞杂交
植物体细胞杂交过程
植物细胞
A（番茄）
植物细胞
B（马铃薯）
原生质体
A
原生质体
B
去壁方法？产物
促融方法？
遗传物质?
1.去除细胞壁
2.原生质体融合
杂种植株(番茄马铃薯)
愈伤组织
杂种细胞
纤维素酶、果胶酶
物理方法和
化学药剂:聚乙二醇
杂种细胞再生出细胞壁
植物组织培养
植物细胞融合
总结
两两融合类型有？
原生质体融合成功的标志?
脱分化
再分化
主要原因：
生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯—番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。
为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？
回归教材
植物组织培养
植物体细胞杂交
原理
步骤
繁殖方式
意义
性繁殖
植物细胞的全能性
①脱分化②再分化
保持优良性状，繁殖速度快大规模生产
克服远源杂交不亲和的障碍
①杂种细胞形成②植物组织培养
细胞膜流动性,植物细胞的全能性
性繁殖
无
无
归纳比较
牛刀小试
所采用技术的理论基础
植物细胞工程
通常采用的技术手段
植物组织培养
植物体细胞杂交
植物细胞的全能性
课堂小结
谢谢
