【新教材】 2020-2021学年人教版（2019）高二生物选择性必修三2.1.1 植物细胞工程的基本技术 课件（32张ppt）

细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
细胞工程
1.原理方法：________________________________；
2.操作水平：________________________________；
3.目的：____________________________________；
4.分类：____________________________________；
细胞生物学、分子生物学和发育生物学
细胞器、细胞或组织水平
获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品
植物细胞工程、动物细胞工程
1902年，哈伯兰特提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功
植物细胞工程的发展历程
1958年，斯图尔德等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持
1960年，科金用真菌的纤维素酶分解番茄根的细胞壁，成功获得了原生质体
1964年，古哈等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉粒发育而来的胚
1971年，卡尔森诱导烟草种间原生质体融合，获得了第一株体细胞种间杂种植株
1974年，土壤农杆菌的Ti质粒被发现，之后，该质粒应用于植物分子生物学领域，促进了植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合
2021
第1节 植物细胞工程
问题探讨
“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!”这是我国历史上第一部兰谱——《金漳兰谱》（宋·赵时庚）中对兰花的一段描述。从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征，很多人喜欢兰花。但是兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低；传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长，繁殖率低等问题，如果靠自然繁殖，兰花的价格可想而知了。如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？
讨论：
如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？
利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。
兰花是观赏植物中最常见的一类依靠植物组织培养繁育种苗的植物，其组培苗的数量约占观赏植物组培苗总量的40%
一　植物细胞工程的基本技术　
细胞全能性
细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。
每一个细胞含有控制该生物发育的全部基因
原因
记忆细胞
B细胞
抗原、抗体结合
浆细胞
抗体
（1）生殖细胞＞体细胞
（2）植物细胞＞动物细胞
（3）分化程度越高，全能性越低
比较
受精卵
早期胚胎
分生组织
原因：在特定的时间和空间条件下，基因选择性表达
生物体内细胞并不都表现全能性
细胞全能性
没有分化的细胞也具有全能性
如
实例
（1）表现出全能性的例子

（2）未表现出全能性的例子
①利用菊花茎段培养获得试管苗；
②利用胡萝卜的韧皮部细胞培养获得胡萝卜幼苗；
③受精卵发育成个体；
④蜜蜂的孤雌生殖中，卵细胞直接发育成雄蜂；
⑤通过花药离体培养，获得单倍体幼苗；
⑥胚胎干细胞可分化发育成为各种组织器官的细胞；
①芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶；
②神经干细胞分化形成各类神经细胞；
③造血干细胞可分化形成多种血细胞；
*多莉羊的诞生只表现了动物细胞核的全能性，没有表现出动物细胞的全能性；
思考：
1.是不是所有的活细胞都具有全能性？
2.种子发育成植株体现了全能性了吗？
3.细胞具有的全能性一定能表现出来吗？
不是；
例如哺乳动物成熟的红细胞、植物成熟的筛管细胞
没有；
植物种子种的胚已完成了早期发育，相当于新植物体的幼体，没有体现出细胞具有发育成完整植株的潜能；
不一定；
例如动物的体细胞
高度分化的植物组织细胞，如叶片和花瓣的细胞还能不能在适宜的条件下表现出全能性呢？
早在1902年，哈伯兰特（Haberlandt）提出高等植物的器官和组织可以不断地分割，直至单个细胞的观点，预言植物体细胞在适宜的条件下有发育成完整植株的潜力，提出了植物细胞全能性的设想，并且用植物细胞组织进行了培养实验。他虽然未能获得再生植株，却是植物组织培养的开创者。1902年他发表了著名论文《植物细胞离体培养实验》，论文中提出的“植物细胞全能性” 理论成为植物组织培养的理论基础。从哈伯兰特提出植物细胞全能性理论，到1958年斯图尔德（F.C.Steward）等人用胡萝卜根的韧皮部细胞证实了植物细胞的全能性，科学家们用了整整56年。
植物组织培养
植物组织培养是指将离体的植物器官、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。
有丝分裂
植物细胞工程的基本技术
无性生殖
地位
生殖方式
分裂方式
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
试管苗
完整植株
移栽成活
植物组织培养的过程
植物组织培养流程图
（1）脱分化
①概念
在一定的____和____等条件的____下，________的细胞___________________，转变成___________的过程；
②实质
____________________________________________
③结果：___________
*愈伤组织的特点：_________________
④光照条件：_______________
⑤过程中涉及的生命活动
__________________________________________
激素
营养
诱导
已经分化
失去其特有的结构和功能
未分化的细胞
已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变为未分化的细胞
形成愈伤组织
不定形的薄壁组织团块
一般不需要光照
只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化
（2）再分化
①概念
________能重新_____成____________的过程；
②实质
______________
③结果
__________________________________________
④光照条件：_________________________
为什么？_____________________________________
⑤过程中涉及的生命活动
__________________________________________
愈伤组织
分化
芽、根等器官
基因的选择性表达
再分化成胚状体，长出芽和根，进而发育成完整的植株
需要给予适当时间和强度的光照
诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用
既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化
取决于植物激素的种类及配比。主要是生长素和细胞分裂素。
愈伤组织
愈伤组织
胚状体
生芽
生根
对照
细胞分裂素多
生长素少
细胞分裂素少生长素多
细胞分裂素和生长素比例适中
细胞分裂素中等量，生长素少
1.菊花的组织培养—植物激素的作用
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}生长素用量与细胞分裂素用来的比值
结果
比值高
比值低
比值适中
有利于根的分化，抑制芽的形成
有利于芽的分化，抑制根的形成
促进愈伤组织的形成
2.材料用具
①外植体：_______________
*经常选择根尖（分生区）、茎的韧皮部（形成层）等分裂能力强、分化程度低的区域作为材料，容易诱导形成愈伤组织；
②体积分数为70%的酒精
*对手、超净工作台、外植体进行消毒
③质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液
*对外植体进行消毒
④无菌水
*清洗外植体
⑤培养基（参见本书附录1）
*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）；
*蔗糖的作用：提供能量，调节渗透压
*培养基灭菌方法为：___________
幼嫩的菊花茎段
湿热灭菌法
思考：
组培过程中较易染菌，因此应在实验前应确定培养基灭菌彻底，如何确定？
将1-3瓶培养基放置于恒温培养箱，预培养3d左右，若无污染，则培养基灭菌彻底，可使用。
*制备好的培养基应尽量在2周内使用，含植物激素的培养基建议在4℃保存；
3.方法步骤
用酒精擦拭双手和超净工作台台面
流水冲洗
酒精消毒
立即无菌水清洗
次氯酸钠溶液处理
立即无菌水清洗
30s
2-3次
30min
2-3次
思考：
若想缩短消毒时间，可以怎么做？
适当提高次氯酸钠溶液的浓度
①消毒
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
②外植体切段
一定不能倒置
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，并在培养瓶上作好标记；
*接种操作应在酒精灯火焰旁进行，但注意塑料的瓶口不可灼烧；
*接种时，注意外植体的方向，不要倒插（应使形态学下端接触培养基）
③接种
思考：
1.为什么整个过程要保证无菌操作？
2.为什么外植体不能倒插？（了解）
避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，同时防止有些杂菌危害培养物的生长
与生长素的极性运输有关；
生长素含量多的部分容易生出不定根，含量少的部分生出不定芽，一般而言，容易长不定芽的是形态学上端，容易长不定根的是形态学下端，因此应该将形态学上端朝上，下端朝下，若倒插，外植体不易存活。
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；
*该过程一般不需要光照；
*有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织；
④脱分化
*注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根；
*该过程每日需要给予适当时间和强度的光照；
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
将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗
⑤再分化
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。
⑥移栽培养
? 菊花的组织培养 （视频已嵌入）
菊花的组织培养—基本过程
愈伤组织
高度液泡化
薄壁、不定形
类似胚的结构
胚状体
异养需氧型
代谢类型
离体的植物器官、组织或细胞
脱分化
未分化细胞组成的组织
生芽
生根
外植体
再分化
探究·实践
4.结果分析与评价
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：

②从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？
③培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？
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周左右
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。
一般使用无土栽培方法。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。
4.结果分析与评价
④若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？
空白对照：不加任何激素
实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1；
实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1；
实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1；
特殊的植物组织培养——花药离体培养
花药离体培养
配子
DDTT
DDtt
ddTT
ddtt
正常植株（纯合）
秋水仙素诱导
高杆抗病
DdTt
DT
Dt
dT
dt
单倍体植株
DT
Dt
dT
dt
需要的纯合矮抗品种
（1）植物组织培养过程中涉及的分裂方式为_________；
（2）该过程涉及的生殖方式是_________*；
（3）经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为_______，一定是吗？_______
有丝分裂
有性生殖
纯合子
不一定
原理
基础概括
过程
植物组织培养
植物细胞的全能性
概念
细胞具有全能性的原因
不离体的细胞不表现全能性的原因
概念
生殖方式
分裂方式
脱分化
再分化
实例
菊花的组织培养
步骤
消毒
外植体切段
接种
脱分化
再分化
移栽培养
课堂小结