2022-2023學年浙科版（2019）選擇必修三 2.1通過植物組織培養(yǎng)可獲得完整植株 課件（38張）

第一節(jié)體液調(diào)節(jié)是通過化學信號實現(xiàn)的調(diào)節(jié)第二章植物細胞工程第一節(jié)通過植物組織培養(yǎng)可獲得完整植株細胞工程：是按照一定的設計方案，借助工程學的方法或技術(shù)，以生物組織、細胞和細胞器為對象進行操作，在細胞水平上改造生物遺傳特性，以獲得（目的）特定的細胞產(chǎn)物、細胞、組織、器官或新生物體的技術(shù)。類型：按技術(shù)類型可分為細胞和組織培養(yǎng)、細胞融合、核移植技術(shù)等；

按生物類型可分為植物細胞工程和動物細胞工程等。動物細胞工程的基礎技術(shù)：動物細胞培養(yǎng)植物細胞工程的基礎技術(shù)：植物組織培養(yǎng)科技探究之路細胞工程的發(fā)展歷程1907年哈里森用一滴淋巴液成功培養(yǎng)了蝌蚪的神經(jīng)元，首創(chuàng)了動物組織體外培養(yǎng)法1958年斯圖爾德等發(fā)現(xiàn)胡蘿卜的體細胞可以分化為胚，為細胞全能性理論提供了強有力的支持。1998年湯姆森和吉爾哈特獲得可體外培養(yǎng)的人胚胎干細胞2006年山中伸彌獲得誘導多能干細胞1975年米爾斯坦和科勒獲得能穩(wěn)定遺傳的單克隆抗體的雜交瘤細胞株。1971年卡森誘導煙草原生質(zhì)體融合，培育出第一株體細胞雜交植物1960年科金用真菌的纖維素酶分解番茄根的細胞壁，成功獲得了原生質(zhì)體。1996年世界上第一只體細胞克隆羊多莉誕生，隨后多種克隆動物相繼問世。2017年我國科學家首次培育了體細胞克隆猴。植物組織培養(yǎng)技術(shù)從古至今，我國人民都把蘭花看作高潔、典雅的象征，很多人喜歡養(yǎng)蘭花。

但是蘭花種子通常發(fā)育不全，在自然條件下萌發(fā)率極低；傳統(tǒng)分株繁殖的方式，又存在繁殖周期長、繁殖率低等問題，如果靠自然繁殖，蘭花的價格可想而知了。

如何能讓名貴的蘭花大量、快速地繁殖，從而走入尋常百姓家呢？“其芽茸茸，其葉青青，猶綠衣郎，挺節(jié)獨立，可敬可慕。迨夫花開，凝晴露，萬態(tài)千妍，薰風自來，四坐芬郁，豈非入蘭室乎！”1.分子水平基因克隆

指通過重組DNA技術(shù)插入某載體的特定DNA片段，在宿主細胞中進行多次復制而形成的分子群體。2.細胞水平的克隆指由一個細胞分裂形成的一個細胞群體。產(chǎn)生特異性抗體的所有漿細胞是由一個B細胞分裂形成的的一個細胞群體。3.個體水平指通過無性繁殖而得到的基因型相同的個體組成的群體?？寺。河糜酌缁蚰壑σ誀I養(yǎng)繁殖方式培育植物。小資料一、植物的全能性使離體組織發(fā)育成完整植株成為可能1.全能性定義：細胞經(jīng)過分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細胞的潛能。2.具有全能性的原因：生物體的每一個細胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)。3.體現(xiàn)全能性的標志：細胞→完整個體或其他各種細胞實例：胡蘿卜韌皮部細胞發(fā)育成完整植株

受精卵發(fā)育成個體（動植物）蜜蜂受精卵發(fā)育成工蜂，卵細胞發(fā)育成雄峰用一片葉子、一片花瓣、一?；ǚ鄯敝吵鲂碌闹仓?.不體現(xiàn)全能性的實例：芽原基只能發(fā)育為芽，葉原基只能發(fā)育為葉5.不體現(xiàn)全能性的原因：基因在特定時間、空間條件下選擇性表達（1）植物細胞的全能性6.全能性大小的比較：①受精卵>胚胎干細胞>生殖細胞>體細胞；②植物細胞>動物細胞。隨著細胞分化程度的不斷提高,細胞的全能性逐漸降低。細胞全能性實例：——多肉進行葉插繁殖1.選取多肉上健康、飽滿的葉片。2.用剪刀切下整片葉片，切口要平滑、整齊。也可以直接用手輕輕掰下葉片。3.平躺放在沙床上，葉片間隔相聚2~3厘米。4.葉片切口不要有碰臟，擺放通風處2~3天，晾干。5.待葉片晾干后移至半陰處養(yǎng)護。6.約2~3周后生根，或從葉基處長出不定芽。7.葉插成功（二）植物組織培養(yǎng)技術(shù)1.概念：3.分類：在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織或細胞等培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，使其生成完整植株或使其細胞增殖并產(chǎn)生細胞代謝產(chǎn)物的技術(shù)。（由于脫離母體又稱為離體培養(yǎng)）2.理論基礎：細胞的全能性依據(jù)外植體的不同，可分為器官培養(yǎng)、組織培養(yǎng)、細胞培養(yǎng)、原生質(zhì)體培養(yǎng)等。外植體脫分化愈傷組織再分化根、芽等試管苗馴化移栽完整植株4.一般過程：根、芽植物體脫分化再分化培養(yǎng)條件：①無菌②營養(yǎng)物質(zhì)③適宜環(huán)境條件（溫度、PH、光等）④植物激素：

細胞分裂素生長素如：胡蘿卜的形成層、菊花幼莖段、月季的花藥…植物組織培養(yǎng)技術(shù)--過程遮光一定的光照芽發(fā)育成葉，葉肉細胞中葉綠素的合成需要光照排列不規(guī)則，高度液泡化，呈不定形狀態(tài)的薄壁細胞愈傷組織離體的植物器官、組織或細胞（外植體）愈傷組織重新分化為芽、根等器官失去特有結(jié)構(gòu)和功能轉(zhuǎn)變成未分化的細胞愈傷組織的細胞排列疏松而無規(guī)則是一種高度液泡化的無定形狀態(tài)的細胞。愈傷組織形成以后，如果在原來的培養(yǎng)基上續(xù)培養(yǎng)，就會由于培養(yǎng)基中養(yǎng)分不足或有毒代謝產(chǎn)物的，導致愈傷組織生長停止，甚至老化變黑乃至死亡。如果要愈傷組織續(xù)生長增殖，必須定期地將它們分成小，接種到新鮮的培養(yǎng)基上，這樣愈傷組織就可以長期保持旺盛的生長。愈傷組織的再分化主要有兩種方式。一種是不定芽方式，就是在某些條件下，愈傷組織的細胞發(fā)生分化，形成不同的器官原基，再逐漸形成芽和根。另一種是胚狀體方式，就是由愈傷組織誘導分化出的具有胚芽、胚根、胚軸的類似于胚的結(jié)構(gòu)。能夠產(chǎn)生胚狀體的愈傷組織常見于胡蘿卜、蘆筍、玉米和小麥等植物。小貼士5.形成完整植株途徑：途徑1：莖尖或帶芽的莖段→幼苗因腋芽或頂芽已分化出分生組織可不經(jīng)愈傷組織階段，直接生成一株幼苗；當培養(yǎng)基中細胞分裂素濃度較高時，則有利于腋芽或頂芽形成叢狀苗。由愈傷組織再分化形成完整植株途徑2：（器官發(fā)生途徑）：

外植體→分生細胞→愈傷組織→再分化組織器官（先在一種培養(yǎng)基上誘導生芽，再在另一種培養(yǎng)基上形成根）→完整植株途徑3：（體細胞胚發(fā)生途徑）：

外植體→分生細胞→愈傷組織→胚狀體（類似種子胚的結(jié)構(gòu)）→完整植株探究一植物組織培養(yǎng)的原理和基本過程1958年,美國植物學家斯圖爾德和德國植物學家賴納特利用胡蘿卜根的韌皮部單細胞進行培養(yǎng),得到了完整的胡蘿卜植株。分析回答下列問題。1.為什么胡蘿卜根的韌皮部單細胞在體外培養(yǎng)條件下能發(fā)育成完整植株?提示

已分化的細胞中遺傳物質(zhì)一般不發(fā)生改變,植物體的每個生活細胞都具有該植物包含的全部遺傳信息,因而具有發(fā)育成完整植株的潛能。2.在胡蘿卜的生長發(fā)育過程中,細胞并不會表現(xiàn)出全能性,而是分化成各種組織和器官的原因是什么?提示

在特定的時間和空間條件下,細胞中的基因會有選擇地表達。3.不同部位植物細胞的全能性是否相同?提示

不相同。分化程度不同的細胞全能性不同。4.植物細胞表現(xiàn)出全能性的條件有哪些?提示

①離體;②人工配制的培養(yǎng)基;③適宜的溫度;④無菌條件等。5.請用流程圖的形式寫出愈傷組織再分化為完整植株的途徑。提示

1．植物組織培養(yǎng)是在嚴格的________條件下進行的。(1)外植體表面消毒：一定濃度的____________、氯化汞和酒精是較常用的消毒劑。多種藥劑配合使用消毒外植體，往往具有良好的效果。外植體經(jīng)消毒后，需要用___________多次沖洗，以避免消毒劑長時間作用產(chǎn)生毒害作用。(2)接種器具和培養(yǎng)基的滅菌：一般用_________________。培養(yǎng)基中若需要添加在高溫滅菌條件下容易被破壞分解的活性物質(zhì)，則需要將該物質(zhì)_____________后再在無菌條件下加入已滅菌的培養(yǎng)基中。(3)接種室和操作臺的滅菌：常利用_______________滅菌。在超凈工作臺中進行外植體的消毒、切割和接種。無菌次氯酸鈉（鈣）無菌水高壓蒸汽滅菌過濾除菌三、離體植物器官、組織和細胞在適宜條件下方可發(fā)育完整的植株紫外燈照射植物組織培養(yǎng)所需要提供的條件2.培養(yǎng)基能為離體植物材料提供適宜的營養(yǎng)條件水,無機鹽，有機營養(yǎng)成分，瓊脂，植物激素3.植物激素調(diào)控細胞脫分化和再分化過程（生長素和細胞分裂素）

以矮牽牛葉片為外植體,培養(yǎng)基配方為MS+NAA0.3mg/L（NAA：萘乙酸，為生長素類似物）時，促進矮牽牛外植體生根；

培養(yǎng)基配方為MS+6-BA1.0mg/L+NAA0.2mg/L（6-BA：6-芐氨基腺嘌呤，為細胞分裂素類似物）時，促進矮牽牛外植體愈傷組織的生長和芽的分化。4.不同植物對營養(yǎng)成分的需求有較大的差異，同一植物不同部位的營養(yǎng)要求也不相同。所以根據(jù)不同的培養(yǎng)類型、植物不同的營養(yǎng)需求，設計不同的培養(yǎng)基配方(1)_______________是最早研究的培養(yǎng)基配方，現(xiàn)仍然在許多生根培養(yǎng)中使用。(2)MS培養(yǎng)基由穆拉西格和斯柯格于1962年設計，是目前使用最廣泛的_________________。(3)一種適合某種培養(yǎng)目的的培養(yǎng)基，一般是在已被廣泛使用的基本培養(yǎng)基如MS培養(yǎng)基的基礎上調(diào)整____________，再經(jīng)過一系列實驗而確定的。（最常改動的就是激素類物質(zhì)的種類和比例）White培養(yǎng)基植物培養(yǎng)基某些成分四、植物組織培養(yǎng)通過多種途徑有效地提高生產(chǎn)效率1.組織培養(yǎng)可快速繁殖植物。

根據(jù)培養(yǎng)過程，植物組織培養(yǎng)可以分為初代培養(yǎng)和繼代培養(yǎng)。初代培養(yǎng)：是指從植物體上分離下來的外植體的第一次培養(yǎng)。初代培養(yǎng)獲得的芽、胚狀體等數(shù)量都不多，需要進一步增殖培養(yǎng)。繼代培養(yǎng)：將初代培養(yǎng)獲得的培養(yǎng)物轉(zhuǎn)移到新的培養(yǎng)基上繼續(xù)擴大培養(yǎng)。繼代培養(yǎng)物可以不斷繼代培養(yǎng)，所以離體繁殖速度比常規(guī)方法通常要快數(shù)萬倍。離體繁殖主要以營養(yǎng)器官為外植體，快速繁殖的過程就是植物克隆的過程，因此其本質(zhì)是無性繁殖。優(yōu)點：保持品種的優(yōu)良性狀2.組織培養(yǎng)技術(shù)可用于植物脫毒原理：植物生長點附近的病毒濃度很低甚至無病毒。利用組織培養(yǎng)方法，取一定大小的植物莖尖進行培養(yǎng)，再生的植株有可能不帶病毒，從而獲得脫病毒苗，再用脫病毒苗進行繁殖，則種植的作物就不會或極少發(fā)生病毒。（不帶病毒而不是抗病毒）方法：將植物離體培養(yǎng)產(chǎn)生的體細胞胚、芽、愈傷組織等包埋在含有營養(yǎng)成分和保護功能的物質(zhì)中制成的。結(jié)構(gòu)：包括體細胞胚、人工胚乳和人工種皮三部分。人工胚乳含體細胞胚萌發(fā)所需的營養(yǎng)成分和植物激素，除草劑優(yōu)點：（1）生產(chǎn)過程不受季節(jié)限制。

（2）可以大量、快速繁殖優(yōu)良品種。

（3）對于生育周期長、育性不良且難于有性繁殖的植物，具有重要意義。3.植物培養(yǎng)技術(shù)可用于生產(chǎn)人工種子【微思考】

為什么馬鈴薯、草莓和香蕉的產(chǎn)量會越來越低,品質(zhì)會越來越差?提示

①這些作物通常使用無性繁殖的方式進行繁殖,它們感染的病毒很容易傳給后代;②病毒在作物體內(nèi)逐年積累,就會導致作物產(chǎn)量降低,品質(zhì)變差。原理：通過植物細胞、組織的培養(yǎng)來提取有價值的天然產(chǎn)物。實例：生產(chǎn)藥物、食品、調(diào)料、香料、顏料等。（紫草，人參）4.植物培養(yǎng)技術(shù)可用于細胞代謝產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)細胞代謝產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)需要將細胞培養(yǎng)成完整個體嗎?提示

不需要。細胞產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)往往需要將組織培養(yǎng)進行到愈傷組織階段,然后對愈傷組織細胞進行懸浮培養(yǎng)。5.植物培養(yǎng)技術(shù)可用于作物新品種的培育細胞突變體的篩選：在組織培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)物的細胞處于不斷分裂狀態(tài)，易受培養(yǎng)條件和外界壓力的影響（如射線，化學物質(zhì)）而發(fā)生變異，篩選出有利個體。

單倍體育種：花藥（花粉）離體培養(yǎng)后獲得單倍體，用秋水仙素處理單倍體體植株，使染色數(shù)目加倍，可獲得純合的可育育植株，大大縮短育種周期。轉(zhuǎn)基因植物的克?。簩⒅参锝M織培養(yǎng)與基因工程技術(shù)相結(jié)合，將外源基因?qū)腚x體植物細胞，可以培育出抗逆、高產(chǎn)及優(yōu)質(zhì)的轉(zhuǎn)基因植株。探究二植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應用植物組織培養(yǎng)通過與常規(guī)育種、轉(zhuǎn)基因技術(shù)等相結(jié)合,應用于植物生產(chǎn)的多個領域,取得了可觀的經(jīng)濟效益。回答下列問題。1.為什么快速繁殖可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性?提示

植物組織培養(yǎng)過程中細胞只進行有絲分裂,因此是一種無性繁殖的技術(shù),無性繁殖的后代其遺傳物質(zhì)組成與親代一致。2.經(jīng)植物組織培養(yǎng)技術(shù)培育出的脫病毒苗抗病毒嗎?提示

不抗病毒。“脫毒”與“抗毒”不同,前者指的是本身病毒少,甚至無病毒,受病毒感染的機會少,而后者指的是能抵抗病毒的感染。3.人工種子和普通種子相比,具有什么優(yōu)勢?提示

生產(chǎn)過程不受季節(jié)限制,可以大量、快速繁殖優(yōu)良品種,對于生育周期長、育性不良且難于有性繁殖的植物,具有更重要的意義。4.細胞代謝產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)需要將細胞培養(yǎng)成完整個體嗎?提示

不需要。細胞產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)往往需要將組織培養(yǎng)進行到愈傷組織階段,然后對愈傷組織細胞進行懸浮培養(yǎng)。5.為什么單倍體育種能大大縮短育種的年限?提示

大多數(shù)單倍體植株的細胞只有一套染色體,染色體加倍后得到的植株的隱性性狀容易顯現(xiàn),進而縮短育種年限。特別提醒

植物組織培養(yǎng)與植物細胞培養(yǎng)的區(qū)別

（1）制備外植體消毒：切割：（無菌操作）酒精30S無菌水2-3次次氯酸鈉溶液10min材料：幼嫩的菊花莖段多次無菌水洗超凈工作臺或接種箱消毒與無菌水沖洗切割與接種（2）接種到誘導愈傷組織培養(yǎng)基脫分化避光形成愈傷組織有光時，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。愈傷組織培養(yǎng)培養(yǎng)溫度：18-250C活動:菊花的組織培養(yǎng)及幼苗的移栽(3）接種到誘導生芽培養(yǎng)基（4）接種到誘導生根培養(yǎng)基接種室試管苗若先生根后面就不易生芽移栽培養(yǎng)室幼苗愈傷組織脫分化CTK/IAA比例適合再分化CTK/IAA比例先增大在減小植物組織培養(yǎng)過程示意圖完整植株外植體生長素與細胞分裂素的比值作用效果高有利于根的分化,抑制芽的形成低有利于芽的分化,抑制根的形成適中促進愈傷組織形成【微思考】

在菊花組織培養(yǎng)過程中,誘導外植體脫分化形成愈傷組織的培養(yǎng)基,其成分中是否應含有蔗糖等有機物?為什么?提示

含有。因為此時外植體不能進行光合作用制造有機物,需要依賴于環(huán)境中的有機物才能生存。探究三菊花的組織培養(yǎng)

雖然植物細胞具有全能性,若要使離體植物器官、組織或細胞生長發(fā)育成完整植株,必須提供適宜的條件。回答分析下列問題。1.為什么保證培養(yǎng)過程中植物材料不被污染是實驗成功的基礎?提示

外植體表面附著的多種微生物一旦帶入培養(yǎng)基,在適宜的環(huán)境和營養(yǎng)條件下就會迅速增殖,導致實驗失敗。2.脫分化和再分化都屬于細胞的分化過程嗎?為什么?提示

再分化屬于細胞的分化過程,脫分化不屬于細胞分化的過程,而是擺脫分化恢復未分化狀態(tài)。3.如何調(diào)控離體植物細胞的脫分化和再分化?提示

植物激素調(diào)控細胞的脫分化和再分化過程,主要是通過調(diào)控培養(yǎng)基中生長素和細胞分裂素(或人工合成的激素類似物)的濃度和配比來實現(xiàn)的。4.在菊花組織培養(yǎng)過程中,是否需要光照條件?提示

在愈傷組織的誘導階段往往要避光培養(yǎng),有利于細胞脫分化產(chǎn)生愈傷組織(如果是在光照條件下,容易分化產(chǎn)生維管等組織,不利于產(chǎn)生大量的愈傷組織)。當愈傷組織分化出芽和葉時,一定要有光照,有利于葉片內(nèi)葉綠素的合成。1.某種極具觀賞價值的蘭科珍稀花卉很難獲得成熟種子。為盡快推廣種植,可應用多種技術(shù)獲得大量優(yōu)質(zhì)苗,下列技術(shù)中不能選用的是(

)A.利用莖段扦插誘導生根技術(shù)快速育苗B.采用花粉粒組織培養(yǎng)獲得單倍體苗C.采集幼芽嫁接到合適的其他種類植物體上D.采用幼葉、莖尖等部位的組織進行組織培養(yǎng)答案

B解析

花粉粒是減數(shù)分裂的產(chǎn)物,利用花粉粒離體培養(yǎng)得到的是單倍體苗,其高度不育且性狀可能發(fā)生改變,因此B項方案不能選用。2.下列有關細胞全能性的敘述,不正確的是(

)A.受精卵在自然條件下能使后代細胞形成完整個體,因此全能性最高B.生物體內(nèi)的體細胞由于細胞分化,全能性不能表達C.卵細胞與受精卵一樣,細胞未分化,全能性最高D.植物細胞在一定條件下離體培養(yǎng)能表現(xiàn)出全能性答案

C解析

受精卵是個體發(fā)育的起點,在自然條件下,通過細胞的分裂、分化形成完整的個體