植物细胞工程的基本技术 【新教材 备课精讲精研】高二生物高效课件（人教版2019选择性必修3）

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、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。1.1.原理方法：原理方法：_；2.2.操作水平：操作水平：_；3.3.目的：目的：_；4.4.分类：分类：_；细胞生物学、分子生物学和发育生物学细胞生物学、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、动物细胞工程植物细胞工程、动物细胞工程 细胞工程的概念细胞工程的概念 （P P3131）第2章 细胞工程细胞工程发展历程：细胞工程发展历程：细胞工程发展历程：细胞工程发展历程：1907年年哈里森用一哈里森用一滴淋巴液成功培养了滴淋巴液成功培养了蝌蚪的神经元，首创蝌蚪的神经元，首创了动物组织体外培养了动物组织体外培养法法1958年年斯图尔德等发斯图尔德等发现胡萝卜的体细胞可现胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细胞以分化为胚，为细胞全能性理论提供了强全能性理论提供了强有力的支持。有力的支持。1998年年汤姆森和汤姆森和吉尔哈特获得可吉尔哈特获得可体外培养的人胚体外培养的人胚胎干细胞胎干细胞2006年年山山中伸弥获中伸弥获得诱导多得诱导多能干细胞能干细胞1975年年米尔斯坦和米尔斯坦和科勒获得能稳定遗科勒获得能稳定遗传的单克隆抗体的传的单克隆抗体的杂交瘤细胞株。杂交瘤细胞株。1971年年卡森诱卡森诱导烟草原生质导烟草原生质体融合，培育体融合，培育出第一株体细出第一株体细胞杂交植物胞杂交植物1960年年科金用真菌科金用真菌的纤维素酶分解番的纤维素酶分解番茄根的细胞壁，成茄根的细胞壁，成功获得了原生质体。功获得了原生质体。1996年年世界上第世界上第一只体细胞克隆一只体细胞克隆羊多莉诞生，随羊多莉诞生，随后多种克隆动物后多种克隆动物相继问世。相继问世。2017年年我国我国科学家首次科学家首次培育了体细培育了体细胞克隆猴。胞克隆猴。新课程标准新课程标准核心素养核心素养1.1.简简述述植植物物组组织织培培养养技技术术和和植植物物体体细细胞胞杂杂交交技技术术的的原原理和过程。理和过程。2.2.尝试进行植物组织培养。尝试进行植物组织培养。1.1.科科学学探探究究结结合合具具体体实实验验，尝尝试试设计植物组织培养技术的流程简图。设计植物组织培养技术的流程简图。2.2.社社会会责责任任了了解解组组织织培培养养技技术术已已取取得得的的进进展展和和尚尚未未解解决决的的问问题题，认认同同科学是一个不断发展的过程。科学是一个不断发展的过程。第1节 植物细胞工程一一 植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术从社会中来 “其其芽葺葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可芽葺葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫花开慕。迨夫花开,凝晴瀼露凝晴瀼露,万态千妍万态千妍,薰风自来薰风自来,四坐芬郁四坐芬郁,岂岂非入兰室乎非入兰室乎!岂非有国香乎岂非有国香乎!”!”这是我国历史上第一部兰谱这是我国历史上第一部兰谱金漳兰谱（宋金漳兰谱（宋赵时庚）中对兰花的一段描述。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，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？常百姓家呢？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，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其组培苗的数量约占观赏植物组培苗总量的40%.40%.利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。1概念：细胞经分裂和分化后，仍然具有细胞经分裂和分化后，仍然具有 或或的潜能。的潜能。细胞全能性的原因：细胞全能性的原因：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，细胞中的基因会在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会 。一、植物细胞的全能性分化成其他各种细胞分化成其他各种细胞选择性地表达选择性地表达产生完整生物体产生完整生物体一般来说，生物体的每个细胞中都含有发育成为完一般来说，生物体的每个细胞中都含有发育成为完整个体所需的全部遗传信息。整个体所需的全部遗传信息。3、体现全能性的标志：细胞细胞完整个体或其他各种细胞完整个体或其他各种细胞 实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株 受精卵发育成个体（动植物）受精卵发育成个体（动植物）蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰不体现全能性的实例：芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶。二、植物组织培养技术的过程 1.概念：指将指将离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞（称为（称为外植体外植体）等，培养在等，培养在人工配制的培养基人工配制的培养基上，给予上，给予适宜的培养条件适宜的培养条件，诱导其，诱导其形成完形成完整植株整植株的技术。的技术。2.原理：植物细胞的全能性植物细胞的全能性。3.过程：外植体脱分化愈伤组织再分化根、芽等试管苗驯化移栽完整植株移栽成活（1 1）脱分化）脱分化概念概念 在一定的在一定的_和和_等条件的等条件的_下，下，_的细胞的细胞_，转变成，转变成_的过程；的过程；实质实质 _ _结果：结果：_ *愈伤组织的特点：愈伤组织的特点：_光照条件：光照条件：_过程中涉及的生命活动过程中涉及的生命活动 _ _激素激素营养营养诱导诱导已经分化已经分化失去其特有的结构和功能失去其特有的结构和功能未分化的细胞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形成愈伤组织不定形的薄壁组织团块不定形的薄壁组织团块一般不需要光照一般不需要光照只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化（2)2)再分化：再分化：概念概念 _能重新能重新_成成_的过程；的过程；实质实质 _ _结果结果 _光照条件：光照条件：_ 为什么？为什么？_过程中涉及的生命活动过程中涉及的生命活动 _ _愈伤组织愈伤组织分化分化芽、根等器官芽、根等器官基因的选择性表达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），又有细胞分化既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化4.适宜的培养条件：(细胞表现全能性的条件)（1 1）离体离体状态状态（2 2）无菌无菌操作操作（3 3）种类齐全、比例适合的）种类齐全、比例适合的营养物质营养物质（4 4）植物）植物激素激素（主要是（主要是生长素生长素和和细胞分裂素细胞分裂素）诱导和调节诱导和调节（5 5）适宜的外界条件适宜的外界条件（温度、温度、pHpH、光照等、光照等）菊花的组织培养1.实验原理 植物细胞一般具有植物细胞一般具有_；全能性全能性在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过_和和_，形成，形成_，长出，长出_，进而发育成，进而发育成_；脱分化脱分化再分化再分化胚状体胚状体芽和根芽和根完整的植株完整的植株植物激素中植物激素中_和和_是启动是启动_、_和和_的的关键激素，它们的关键激素，它们的_、_等都会影响植物细胞的发育方向；等都会影响植物细胞的发育方向；生长素生长素细胞分裂素细胞分裂素细胞分裂细胞分裂脱分化脱分化再分化再分化浓度浓度比例比例生长素生长素/细胞分裂素细胞分裂素 结果结果比值高比值高(1 1)比值低比值低(1 1)比值适中比值适中(=1 1)有利于根的分化，抑制芽的形成有利于根的分化，抑制芽的形成有利于芽的分化，抑制根的形成有利于芽的分化，抑制根的形成促进愈伤组织的形成促进愈伤组织的形成2.实验步骤（1 1）制备外植体）制备外植体消毒：消毒：切割：（无菌操作）切割：（无菌操作）酒精酒精30S30S无菌水无菌水2-32-3次次次氯酸钠溶液次氯酸钠溶液30min30min材料：材料：幼嫩的菊花茎段幼嫩的菊花茎段2-32-3次次无菌水洗无菌水洗超净工作台或接种箱超净工作台或接种箱消毒与无菌水冲洗消毒与无菌水冲洗切割与接种切割与接种脱分化脱分化 避光避光形成愈伤组织形成愈伤组织有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。愈伤组织培养愈伤组织培养培养温度：18-220C(3(3）接种到诱导）接种到诱导生芽生芽培养基培养基（4 4）接种到诱导）接种到诱导生根生根培养基培养基接种室接种室试管苗试管苗若先生根后面就不易生芽移栽移栽培养室接种接种3-4d3-4d后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，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：试分析它们被污染的可能原因：从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？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；培养基、接种工具灭菌不彻底；外植体消毒不彻底；外植体消毒不彻底；操作过程不符合无菌操作要求等；操作过程不符合无菌操作要求等；2 2周左右周左右 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。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洒质量分数为5%5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12h12h，掀开塑料薄膜，掀开塑料薄膜24h24h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。移植到大田或盆中。3.结果分析与评价：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，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？则应如何设计对照实验？空白对照：不加任何激素空白对照：不加任何激素实验组实验组1 1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1 1；实验组实验组2 2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1 1；实验组实验组3 3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1 1；生长素用量与细胞分裂素生长素用量与细胞分裂素用量的比值用量的比值结果结果比值高比值高有利于根的分化，抑制芽的形成有利于根的分化，抑制芽的形成比值低比值低有利于芽的分化，抑制根的形成有利于芽的分化，抑制根的形成比值适中比值适中促进愈伤组织的形成促进愈伤组织的形成【典典例例】玉米是一种主要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家在玉米育种和栽培中作了大量的研究。如图是关于玉米培养的过程，据图判断下列说法中错误的是()CA.从繁