2.1.1植物細胞工程的基本技術課件-高二下學期生物人教版選擇性必修3

第2章細胞工程2.1植物細胞工程2.2動物細胞工程2.3胚胎工程

指應用細胞生物學、分子生物學和發(fā)育生物學等多學科的原理和方法,通過細胞器、細胞或組織水平上的操作,有目的地獲得特定的細胞、組織、器官、個體或其產品的一門綜合性的生物工程。原理和方法操作水平目的分類細胞生物學、分子生物學和發(fā)育生物學獲得特定的細胞、組織、器官、個體或其產品概念細胞工程細胞器、細胞或組織植物細胞工程和動物細胞工程第2章細胞工程第1節(jié)植物細胞工程一、植物細胞工程的基本技術科技探索之路哈伯蘭特提出了細胞全能性的理論，但相關的實驗嘗試沒有成功。斯圖爾德等發(fā)現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?？平鹩谜婢睦w維素酶分解番茄根的細胞壁，成功獲得了原生質體古哈等在培養(yǎng)毛曼陀羅的花藥時，首次得到了由花藥中的花粉粒發(fā)育而來的胚?？柹T導煙草種間原生質體融合，獲得了第一株體細胞種間雜種植株。土壤農桿菌的Ti質粒被發(fā)現。之后，該質粒應用于植物分子生物學領域，促進了植物細胞工程與分子生物學技術的緊密結合。植物細胞工程的發(fā)展歷程1902年1958年1960年1964年1971年1974年植物通常是通過播種或扦插實現繁殖的。落地生根玉米種子萌發(fā)黃豆種子發(fā)芽

“其茅葺，其葉青青，猶綠衣郎，挺節(jié)獨立，可敬可慕。迨（dài）夫花開，凝晴滾露，萬態(tài)千妍，薰（xūn）風自來，四坐芬郁，豈非入蘭室乎！豈非有國香乎！”這是我國歷史上第一部蘭譜——《金漳（zhānɡ）蘭譜》（宋·趙時庚）中對蘭花的一段描述。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)分株繁殖的方法又存在繁殖周期長、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？【從社會中來】植物組織培養(yǎng)技術葉子花瓣花粉細胞植物體01植物細胞工程的基本技術植物細胞工程的基本技術植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交植物細胞工程的理論基礎是什么?細胞的全能性1.全能性定義：細胞經過分裂和分化后，仍然具有產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部遺傳信息。3.全能性大小的比較：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.不體現全能性的原因：基因在特定時間、空間條件下選擇性表達

細胞的全能性分化程度越高，全能性越低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。《金》P351植物組織培養(yǎng)是指將離體的植物器官、組織或細胞等，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導其形成完整植株的技術。接種外植體誘導愈傷組織誘導生芽誘導生根移栽成活植物組織培養(yǎng)技術脫分化再分化再分化原理：分裂方式：生殖方式：無性繁殖有絲分裂植物細胞的全能性02遺傳特性與親本相比有什么特點？與親本相同。2.材料用具幼嫩的菊花莖段、體積分數為70%的酒精、質量分數為5%左右的次氯酸鈉溶液、無菌水培養(yǎng)基：菊花的組織培養(yǎng)探究?實踐MS培養(yǎng)基

(P116)作為碳源提供能量，維持細胞的滲透壓微生物培養(yǎng)基以有機營養(yǎng)為主。與微生物的培養(yǎng)不同，MS培養(yǎng)基則需提供大量無機營養(yǎng)。一般容易進行無性繁殖的植物也容易進行組織培養(yǎng)：蘆薈、秋海棠、月季在一定的激素和營養(yǎng)等條件的誘導下，已經分化的細胞失去其特有的結構和功能，轉變?yōu)開____________，進而形成_________的過程。未分化的細胞愈傷組織排列疏松且無規(guī)則,不定形的薄壁組織團塊。愈傷組織重新分化成芽、根等器官的過程。

相關概念脫分化：愈傷組織：再分化：有細胞壁和大液泡無葉綠體，不進行光合作用，故新陳代謝類型是異養(yǎng)需氧型?！秷蟆?8期P23外植體：離體的植物器官、組織或細胞如：菊花幼嫩的莖段、胡蘿卜的形成層、月季的花藥…只有細胞增殖（有絲分裂），沒有細胞分化避光/黑暗培養(yǎng)：有光時，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。既有細胞增殖（有絲分裂），又有細胞分化需光培養(yǎng)：誘導葉綠素的合成，使試管苗能夠進行光合作用外植體的消毒外植體的切段接種外植體誘導愈傷組織誘導生芽生根移栽菊花的組織培養(yǎng)探究?實踐植物組織培養(yǎng)瓶50mL錐形瓶菊花的組織培養(yǎng)流水沖洗

→酒精消毒30s

→無菌水清洗2～3次

→次氯酸鈉溶液處理30min

→無菌水清洗2～3次。外植體的消毒外植體的切段將消過毒的外植體置于無菌培養(yǎng)皿中→用無菌濾紙吸去表面的水分→用解剖刀將外植體切成0.5～1cm長的小段。探究?實踐菊花的組織培養(yǎng)在酒精燈火焰旁，將外植體的1/3～1/2插入誘導愈傷組織的培養(yǎng)基中。用封口膜或瓶蓋封蓋瓶口，并在培養(yǎng)瓶上作好標記。注意：接種時注意外植體的方向，不要倒插?。▽ⅰ靶螒B(tài)學上端”朝上，下端朝下）接種外植體探究?實踐誘導愈傷組織探究?實踐將接種了外植體的錐形瓶置18-22℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。在培養(yǎng)過程中，定期觀察和記錄愈傷組織的生長情況。注意：該過程一般不需要光照，有光易形成維管組織，不易形成愈傷組織。誘導生芽生根培養(yǎng)15～20d后，將生長良好的愈傷組織轉接到誘導生芽的培養(yǎng)基上→長出芽后→將其轉接到誘導生根的培養(yǎng)基上，進一步誘導形成試管苗。注意：注意順序，先誘導生芽，再誘導生根；該過程每日需要給予適當時間和強度的光照！菊花的組織培養(yǎng)菊花的組織培養(yǎng)移栽移栽前先打開封口膜或瓶蓋，讓試管苗在培養(yǎng)箱內生長幾日。用流水清洗掉根部的培養(yǎng)基后，將幼苗移植到消過毒的蛭石或珍珠巖等環(huán)境中，待其長壯后再移栽入土。探究?實踐避免雜菌在培養(yǎng)基上迅速生長消耗營養(yǎng)，同時防止有些雜菌危害培養(yǎng)物的生長。整個過程要保證無菌操作：（2）注意事項a.實驗中使用的培養(yǎng)基和所有的器械都要?______。接種操作必須在?______________進行，并且每次使用后的器械都要?______。b.接種時注意外植體的方向，不要?______。c.誘導愈傷組織期間一般?________光照，在后續(xù)的培養(yǎng)過程中，每日需要給予適當時間和強度的?______。滅菌酒精燈火焰旁滅菌倒插不需要光照181.接種3~4d后，檢查外植體的生長情況，統(tǒng)計有多少外植體被污染，試分析它們被污染的可能原因。

2.從剛接種的外植體到長出愈傷組織需經歷多少天？培養(yǎng)基、接種工具滅菌不徹底；外植體消毒不徹底；操作過程不符合無菌操作要求等。2周左右菊花的組織培養(yǎng)

結果分析與評價探究?實踐4.進一步探究

植物激素中______和__________是啟動_________、______和______的關鍵激素，它們的_____、_____等都會影響植物細胞的發(fā)育方向；若想探究生長素與細胞分裂素的使用比例對植物組織培養(yǎng)的影響，則應如何設計對照實驗？①

空白對照：不加任何激素；②

實驗組1：生長素用量與細胞分裂素用量的比值為1；③

實驗組2：生長素用量與細胞分裂素用量的比值大于1；④

實驗組3：生長素用量與細胞分裂素用量的比值小于1。探究?實踐菊花的組織培養(yǎng)使用比例實驗結果生長素細胞分裂素>生長素細胞分裂素<生長素細胞分裂素＝有利于根的分化有利于芽的分化，抑制根的分化促進愈傷組織生長生長素細胞分裂素細胞分裂脫分化再分化濃度比例《金》P394、5、7即：生長素促進生根；細胞分裂素促進生芽植物激素使用先后順序產生的影響使用順序實驗結果先生長素，后細胞分裂素有利于細胞分裂但不分化先細胞分裂素，后生長素細胞既分裂也分化

同時使用分化頻率提高不同植物激素使用量（生根裂芽）生長素/細胞分裂素比值結果比值高時促根分化，抑芽形成比值低時促芽分化，抑根形成比值適中促進愈傷組織生長離體無菌一定的營養(yǎng)、激素適宜的外界條件(溫度、pH、光照等)外植體愈傷組織根、芽或胚狀體試管苗脫分化再分化黑暗光照小結細胞分裂素≈生長素細胞分裂素>生長素細胞分裂素<生長素《金》P34比較脫分化和再分化《金》P34例1、例2；P354《報》38期P21、2、4；P31否則，基因選擇性表達植物組織培養(yǎng)技術特殊的植物組織培養(yǎng)——花藥離體培養(yǎng)生殖方式為特殊的有性生殖，培養(yǎng)過程中只涉及有絲分裂花藥試管苗脫分化再分化愈傷組織單倍體：植株矮小、高度不育秋水仙素誘導純合品種

欲培育地上長番茄和地下結馬鈴薯的“超級作物”。你有什么好妙招？利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實現嗎？為什么？不能。因為兩種生物之間存在著天然的生殖隔離03植物體細胞雜交技術四、植物體細胞雜交技術1.概念：將?__________的植物體細胞，在一定條件下融合成?__________，并把雜種細胞培育成?__________的技術。2.過程：.&1&

.不同來源雜種細胞新植物體*融合后，培養(yǎng)基中有幾種類型的細胞？①未融合的細胞：A、B②兩兩融合的細胞：AA、BB、AB③多細胞融合體閱讀課文36-38頁，圖2-4，討論：（1）要想讓兩個來自不同植物的體細胞融合在一起，遇到的第一個障礙是什么？（2）怎樣通過比較溫和的方法去掉細胞壁？原生質體和原生質層有何區(qū)別？（3）怎樣誘導兩個原生質體的融合？與細胞膜的什么特性有關？（4）如果兩個來源不同的原生質體發(fā)生融合形成了雜種細胞，下一步如何將雜種細胞培育成雜種植株？（5）這項技術的出現有什么意義？將不同來源的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新植物體的技術。

植物體細胞雜交技術03原生質體細胞壁細胞膜細胞質液泡細胞核原生質層①去壁原因：

。②方法：

。*為什么用上述酶？___________________________________*酶解法利用了原理？___________*纖維素酶和果膠酶的酶溶液中一般加入一定濃度的無機鹽離子和甘露醇，試分析原因？細胞壁阻礙著細胞間的雜交（阻礙了原生質體間的融合）酶解法（纖維素酶和果膠酶）植物細胞的細胞壁主要由纖維素和果膠構成酶的專一性（1）去除細胞壁

相關提醒使溶液具有一定的滲透壓，防止原生質體吸水過多而漲破，保持原生質體正常②方法：①理論基礎：

（2）原生質體間的融合

相關提醒（3）細胞融合完成的標志：植物體細胞雜交技術成功的標志是:重新產生細胞壁，形成雜種細胞得到雜種植株細胞膜具有流動性

物理方法：電融合法、離心法化學方法：聚乙二醇（PEG）融合法、

高Ca2+-高pH融合法*融合后，培養(yǎng)基中有幾種類型的細胞？①未融合的細胞：A、B②兩兩融合的細胞：AA、BB、AB③多細胞融合體*此時

細胞器活動增強？高爾基體、線粒體二①①

②③④⑤⑥植物體細胞雜交雜種細胞去壁去壁誘導融合脫分化再分化移栽植物組織培養(yǎng)原生質體融合（植物細胞的全能性）（細胞膜的流動性）03植物體細胞雜交技術植物細胞融合完成的標志植物體細胞雜交完成的標志高爾基體、線粒體驗證再生出新壁的實驗：質壁分離和質壁分離復原實驗1.概念：將不同來源的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新植物體的技術。5.意義:打破生殖隔離，實現遠緣雜交育種，培育植物新品種。03植物體細胞雜交技術原生質體融合植物組織培養(yǎng)《金》P35例3、例4；P3616《報》38期P34、5思考：若植株A和植株B細胞結構如圖所思，A有X條染色體，B有Y條染色體，通過植物細胞融合技術獲得雜種細胞AB，則：①雜種細胞的染色體數為______②雜種細胞的基因型為__________③雜種細胞中染色體組數為________④得到的雜種植株為____倍體⑤理論上該植株可育嗎？

__________________________________________⑥得到的雜種植株與植株A和植株B還是同一物種嗎？

__________________________________________X+YDdYyRr4四可育，有同源染色體，同源染色體能聯會，可形成配子*異源四倍體不是，因為存在生殖隔離（無法產生可育后代）2.科學家在制備原生質體時，有時使用蝸牛消化道提取液來降解植物細胞的細胞壁。據此分析，蝸牛消化道提取液中可能含有什么成分?纖維素酶和果膠酶

"番茄—馬鈴薯"沒有像人們預想的那樣地上結番茄、地下長馬鈴薯，主要原因是∶生物體內基因的表達不是孤立的，它們之間是相互調控、相互影響的，所以"番茄—馬鈴薯"雜種植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質，但這些遺傳物質的表達相互干擾，它們不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質一樣有序表達，雜種植株自然就不能地上結番茄、地下長馬鈴薯了。練習與應用一、概念檢測"番