2.1植物細(xì)胞工程 課件高二下學(xué)期生物蘇教版選擇性必修3

第一節(jié)植物細(xì)胞工程第二章

細(xì)胞工程第1課時

細(xì)胞工程（cellengineering)是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)等學(xué)科的原理和方法，通過細(xì)胞、細(xì)胞器或組織水平上的操作，有目的地獲得特定的細(xì)胞或組織、器官、個體或其產(chǎn)品的一門綜合性的生物工程。操作水平原理和方法目的動物細(xì)胞工程植物細(xì)胞工程植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交細(xì)胞工程情境導(dǎo)入當(dāng)我們食用香蕉、草莓等水果的時候，可能沒有想到除了傳統(tǒng)的栽培方式外，它們還可以通過植物組織或細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)出來。植物組織或細(xì)胞培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)是細(xì)胞全能性。科學(xué)家為證實(shí)植物細(xì)胞具有全能性，付出了50多年的艱辛努力。我們從科學(xué)家證實(shí)植物細(xì)胞全能性的史實(shí)中能學(xué)到什么？積極思維事實(shí)：1.1902年，奧地利植物學(xué)家哈伯蘭特（1854-1945）預(yù)言，離體的植物細(xì)胞具有全能性，在合適的條件下能夠發(fā)育成為完整的植物體。隨后，許多科學(xué)家為此開展了相關(guān)的研究。2.1937年，有科學(xué)家用胡蘿卜根的小塊組織，在人工培養(yǎng)條件下成功地誘導(dǎo)出分化程度低、具有分裂能力的愈傷組織。但他們?nèi)匀晃茨軓挠鷤M織中誘導(dǎo)出芽和根。3.1958年，美國植物學(xué)家斯蒂瓦特（1904-1993）等人用胡蘿卜韌皮部的組織塊培養(yǎng)出完整植株，這一植株能夠開花結(jié)果。至此，科學(xué)家終于證實(shí)了哈伯蘭特50多年前的預(yù)言。4.科學(xué)研究是人類探索未知、揭示真理的過程。實(shí)證是愈科學(xué)研究的重要方法，是一個提問、假設(shè)、對假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證的過程。如果驗(yàn)證與假設(shè)相符了，這種假設(shè)就可能得到認(rèn)可；反之，就需要重新驗(yàn)證或者提出新的假設(shè)，并進(jìn)一步驗(yàn)證。從科學(xué)家證實(shí)植物細(xì)胞全能性的史實(shí)中能學(xué)到什么？1960年，科金，用真菌的纖維素酶分解番茄根的細(xì)胞壁，成功獲得了原生質(zhì)體。1902年，哈伯蘭特，提出細(xì)胞全能性的理論。1958年，斯圖爾德，發(fā)現(xiàn)胡蘿卜的體細(xì)胞可分化為胚，為細(xì)胞全能性理論提供了強(qiáng)有力的支持。1964年，古哈，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。1971年，卡爾森，誘導(dǎo)煙草種間原生質(zhì)體融合，獲得了第一株體細(xì)胞種間雜種植株。1974年，土壤農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒發(fā)現(xiàn)。之后，該質(zhì)粒應(yīng)用于植物分子生物學(xué)領(lǐng)域，促進(jìn)了植物細(xì)胞工程與分子生物學(xué)技術(shù)的緊密結(jié)合。積極思維植物細(xì)胞工程的發(fā)展歷程積極思維從科學(xué)家證實(shí)植物細(xì)胞全能性的史實(shí)中能學(xué)到什么？思考：1.分析

科學(xué)家耗時50多年的研究能證實(shí)植物細(xì)胞具有全能性嗎？2.概括

實(shí)證是科學(xué)研究的本質(zhì)之一?；谶@一視角，我們應(yīng)該如何對待生物學(xué)課程的實(shí)驗(yàn)或探究活動？科學(xué)家在證實(shí)植物細(xì)胞具有全能性后，通過培養(yǎng)植物的組織獲得了一批又一批所需植株。此后，植物組織培養(yǎng)技術(shù)也漸趨成熟。讓我們先從植物組織培養(yǎng)內(nèi)容開始，學(xué)習(xí)植物細(xì)胞工程的知識吧！實(shí)例：胡蘿卜韌皮部細(xì)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(xì)胞發(fā)育成雄峰用一片葉子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株全能性：細(xì)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(xì)胞的潛能。韌皮部細(xì)胞細(xì)胞團(tuán)塊根或芽幼苗胡蘿卜植株葉子花粉花瓣細(xì)胞積極思維從科學(xué)家證實(shí)植物細(xì)胞全能性的史實(shí)中能學(xué)到什么？芽原基的細(xì)胞只能發(fā)育為芽葉原基的細(xì)胞只能發(fā)育為葉體現(xiàn)細(xì)胞全能性的原因：生物體的每個細(xì)胞中都含有發(fā)育成為完整個體所需的全部遺傳物質(zhì)。①不體現(xiàn)全能性的實(shí)例：②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(dá)植物細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的條件：①離體；②一定的營養(yǎng)物質(zhì)、植物激素；③適宜的溫度、pH、光照、無菌等外界條件積極思維從科學(xué)家證實(shí)植物細(xì)胞全能性的史實(shí)中能學(xué)到什么？生長點(diǎn)葉原基芽軸芽原基枝芽結(jié)構(gòu)示意圖葉原基的細(xì)胞只能發(fā)育為葉芽原基的細(xì)胞只能發(fā)育為芽在特定的時間和空間條件下，細(xì)胞中的基因會選擇性表達(dá)積極思維從科學(xué)家證實(shí)植物細(xì)胞全能性的史實(shí)中能學(xué)到什么？植物組織培養(yǎng)技術(shù)植物組織培養(yǎng)：利用細(xì)胞植物組織培養(yǎng)（planttissueculture）技術(shù)是利用細(xì)胞全能性，在無菌條件下，將離體的植物器官、組織、細(xì)胞或原生質(zhì)體等，在培養(yǎng)基上培養(yǎng)，使其發(fā)育成部分或完整植株的技術(shù)。接種外植體誘導(dǎo)愈傷組織誘導(dǎo)生芽誘導(dǎo)生根移栽成活接種外植體誘導(dǎo)愈傷組織誘導(dǎo)生芽誘導(dǎo)生根移栽成活脫分化再分化再分化外植體脫分化愈傷組織再分化芽、根試管苗移栽完整植株植物組織培養(yǎng)技術(shù)對分化形成的幼小植株需要進(jìn)行煉苗，使之逐漸適應(yīng)自然環(huán)境，以保證幼苗移植到大田能順利成活。煉苗成功后，可以將植株移栽到大田，用于生產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)原理外植體愈傷組織芽、根脫分化再分化生長發(fā)育植物細(xì)胞一般具有全能性脫分化再分化讓已經(jīng)分化的細(xì)胞，經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化的細(xì)胞的過程。排列疏松無而無規(guī)則，是一種高度液泡化的，呈無定形狀的薄壁細(xì)胞。愈傷組織愈傷組織在培養(yǎng)過程中重新分化根或芽等器官的過程。個體植物組織培養(yǎng)技術(shù)直接途徑間接途徑外植體胚狀體幼苗外植體胚狀體幼苗愈傷組織胡蘿卜根韌皮部的細(xì)胞愈傷組織胚狀體幼苗胡蘿卜胚狀體：離體培養(yǎng)條件下，沒有經(jīng)過受精過程，但是經(jīng)過了胚胎發(fā)育過程所形成的胚狀類似物，因而統(tǒng)稱為體細(xì)胞胚或胚狀體。胚狀體途徑植物組織培養(yǎng)技術(shù)走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室：天竺葵的組織培養(yǎng)1.學(xué)會配制植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基（如MS培養(yǎng)基），學(xué)會外植體的制備、接種、消實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩尽缇榷囗?xiàng)技術(shù)。2.掌握植物激素在愈傷組織再分化等過程中的作用，學(xué)會合理使用植物激素。3.嘗試進(jìn)行植物組織培養(yǎng)，關(guān)注植物組織培養(yǎng)技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理1.植物體的每個體細(xì)胞都攜帶了來自受精卵的完整的基因組。當(dāng)植物細(xì)胞脫離了原來植物體的組織、器官而處于離體狀態(tài)時，經(jīng)過適當(dāng)處理后，它們在適宜的培養(yǎng)基上，經(jīng)過脫分化、再分化，可發(fā)育成完整的植株。2.組織培養(yǎng)得到的試管苗是非常幼嫩的植株。它們生長在試管或培養(yǎng)瓶內(nèi)，在恒溫、高濕、弱光、無菌和有完全營養(yǎng)供給的條件下，植物表面蠟質(zhì)和角質(zhì)層等保護(hù)組織不發(fā)達(dá)，氣孔數(shù)目少，有葉綠體但光合作用能力差。這樣的試管苗一般要經(jīng)過煉苗，以逐漸適應(yīng)自然環(huán)境下的生長條件。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)器材和試劑1.天竺葵（如香葉天竺葵、馬蹄紋天竺葵）幼嫩葉片。2.高壓蒸汽滅菌鍋、超凈工作臺、光照培養(yǎng)箱、冰箱、烘箱、搖床、顯微鏡、鑷子、剪刀、解剖刀、酒精燈、定時器、溫度控制器、培養(yǎng)架、錐形瓶、天平、酸度計、電爐等。走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室：天竺葵的組織培養(yǎng)走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室：天竺葵的組織培養(yǎng)3.MS母液、酒精、氯化汞、氫氧化鈉、吲哚丁酸、萘乙酸和6-芐氨基原吟等。實(shí)驗(yàn)器材和試劑實(shí)驗(yàn)步驟1.培養(yǎng)基的配制與滅菌→2.外植體的選擇與制備（1）外植體的選擇：選用天竺葵的幼嫩葉片作為外植體。（2）外植體的制備：取天竺葵幼嫩的葉，流水沖凈后，用體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精浸泡10s（時間過長會傷害植物細(xì)胞），再用無菌水沖洗2~3次后，用無菌濾紙吸干表面水分，浸沒在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的氯化汞溶液中約5min。消毒流水沖洗外植體的切段防止雜菌污染接種外植體作好標(biāo)記走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室：天竺葵的組織培養(yǎng)脫分化：將接種了外植體的錐形瓶或植物組織培養(yǎng)瓶置于15～25℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。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。走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室：天竺葵的組織培養(yǎng)產(chǎn)生愈傷組織高細(xì)胞分裂素/低生長素細(xì)胞分裂素與生長素比例適宜高生長素/低細(xì)胞分裂素產(chǎn)生不定根產(chǎn)生不定芽走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室：天竺葵的組織培養(yǎng)培養(yǎng)15～20d后，將生長良好的愈傷組織轉(zhuǎn)入到生芽培養(yǎng)基上。長出芽后，再將其轉(zhuǎn)接到生根培養(yǎng)基上，進(jìn)一步誘導(dǎo)形成試管苗。

再分化：誘導(dǎo)生芽生根在溫度約為25℃，光照強(qiáng)度為2000~3000lx的光照培養(yǎng)箱內(nèi)繼續(xù)培養(yǎng)，每天光照14~16h。走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室：天竺葵的組織培養(yǎng)分階段解開錐形瓶的瓶蓋，再培養(yǎng)幾天后，用流水清洗試管苗，除去根部的培養(yǎng)基，將幼苗移植到消過毒的蛭石或珍珠巖等環(huán)境中生活一段時間后，再移栽到大田土壤中。煉苗與移植走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室：天竺葵的組織培養(yǎng)根、芽植物體遮光光照芽發(fā)育成葉，葉肉細(xì)胞中葉綠素的合成需要光照脫分化愈傷組織離體的植物器官、組織或細(xì)胞（外植體）排列不規(guī)則，高度液泡化，呈不定型狀態(tài)的薄壁細(xì)胞如：胡蘿卜的形成層、菊花幼莖段、月季的花藥…培養(yǎng)條件：①無菌②營養(yǎng)物質(zhì)③適宜條件（溫度、PH、光等）④植物激素生長素和細(xì)胞分裂素是啟動細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵。生長素和細(xì)胞分裂素的比例和濃度會影響植物細(xì)胞的發(fā)育方向。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(xì)胞走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室：天竺葵的組織培養(yǎng)再分化欲培育地上長番茄和地下結(jié)馬鈴薯的“超級作物”。你有什么妙招？植物體細(xì)胞雜交技術(shù)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)概念：將不同種的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的技術(shù)。融合實(shí)例+=白菜甘藍(lán)白菜-甘藍(lán)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)A細(xì)胞B細(xì)胞雜種細(xì)胞AB脫分化再分化雜種植株愈傷組織A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體再生細(xì)胞壁2.技術(shù)流程AB原生質(zhì)體原生質(zhì)體融合去除細(xì)胞壁原生質(zhì)體：脫去細(xì)胞壁的細(xì)胞植物細(xì)胞=細(xì)胞壁+原生質(zhì)體植物體細(xì)胞雜交技術(shù)方法電刺激法、離心法聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH值融合法細(xì)胞膜的流動性原理化學(xué)方法物理方法A細(xì)胞B細(xì)胞B原生質(zhì)體A原生質(zhì)體融合原生質(zhì)體融合去壁去壁5種：A、B、AA、BB、AB。（只考慮兩兩融合是3種）需要進(jìn)一步篩選融合后，培養(yǎng)基中有幾種類型的細(xì)胞？優(yōu)點(diǎn)：使用方便，誘導(dǎo)細(xì)胞融合的頻率高缺點(diǎn)：有一定的毒性對某些細(xì)胞不適用（如卵細(xì)胞）優(yōu)點(diǎn)：誘導(dǎo)細(xì)胞融合的頻率高、對細(xì)胞無毒害作用、操作簡便、可重復(fù)性好，誘導(dǎo)過程可控性強(qiáng)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)原生質(zhì)體融合項(xiàng)目

體細(xì)胞雜交P1:2n(AaBb)與P2:2m(CcDd)生殖類型變異類型染色體數(shù)染色體組數(shù)基因組成無性繁殖，育種過程中不遵循孟德爾定律染色體(數(shù)目)變異兩親本染色體數(shù)之和（2n+2m）兩親本染色體組數(shù)之和（2+2）兩親本基因型之和（AaBbCcDd）雜種植株是不同于親本的新物種(與親本之間均存在生殖隔離)（異源四倍體）打破生殖隔離，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種，培育植物新品種。意義：注意：植物體細(xì)胞雜交技術(shù)脫分化再分化原理過程花藥離體培養(yǎng)細(xì)胞全能性操作步驟外植體根、芽、胚狀體愈傷組織外植體消毒接種切塊形成愈傷組織誘導(dǎo)生芽生根植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞工程植物體細(xì)胞雜交變異類型原理育種類型概念植物細(xì)胞融合原生質(zhì)體制備過程植物組織培養(yǎng)原生質(zhì)體融合優(yōu)缺點(diǎn)課堂小結(jié)1.植物組織培養(yǎng)技術(shù)常用于商業(yè)化生產(chǎn)，其過程一般為：無菌培養(yǎng)物的建立→培養(yǎng)物增殖→生根培養(yǎng)→試管苗移栽及鑒定。下列相關(guān)敘述錯誤的是()A.為獲得無菌培養(yǎng)物，外植體要消毒處理后才可接種培養(yǎng)B.組織培養(yǎng)過程中也可無明顯愈傷組織形成，直接形成胚狀體等結(jié)構(gòu)C.提高培養(yǎng)基中生長素和細(xì)胞分裂素的比值，有利于誘導(dǎo)生根D.用同一植株體細(xì)胞離體培養(yǎng)獲得的再生苗不會出現(xiàn)變異答案：D解析：植物組織培養(yǎng)過程中應(yīng)注意無菌操作，為獲得無菌培養(yǎng)物，外植體要經(jīng)過表面消毒處理后，才能進(jìn)行培養(yǎng)，所用的培養(yǎng)基必須徹底滅菌；組織培養(yǎng)過程中也可無明顯愈傷組織形成，直接形成胚狀體等結(jié)構(gòu)，胚狀體若包裹上人工種皮，可制作成人工種子；生長素和細(xì)胞分裂素的比值高時，有利于根的分化、抑制芽的形成，因此提高培養(yǎng)基中生長素和細(xì)胞分裂素的比值，有利于誘導(dǎo)生根；用同一植株體細(xì)胞離體培養(yǎng)獲得的再生苗會出現(xiàn)變異，如在愈傷組織的培養(yǎng)過程中可能發(fā)生基因突變等變異；故選D。課堂訓(xùn)練2.植物細(xì)胞工程包括植物組織培養(yǎng)、植物體細(xì)胞雜交等技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景和實(shí)用價值。下列對這些操作或應(yīng)用描述錯誤的是()A.通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖,可保持優(yōu)良品種的遺傳特性B.以莖尖為材料利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)，可獲得具有抗病毒特性的新品種C.利用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)獲得白菜—甘藍(lán)雜種植株，打破了生殖隔離D.利用植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)可大量獲得紫草寧，且已投入規(guī)?；a(chǎn)答案：B解析：通過