植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)-高二生物課件（人教版2019選擇性必修3）3

細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)等多學(xué)科的原理和方法，通過細(xì)胞器、細(xì)胞或組織水平上的操作，有目的地獲得特定的細(xì)胞、組織、器官、個體或其產(chǎn)品的一門綜合性的生物工程。第2章細(xì)胞工程|

科技探索之路

|細(xì)胞工程的發(fā)展歷程1902年，哈伯蘭特(G.Haberlandt，1854一1945)提出了細(xì)胞全能性的理論，但相關(guān)的實驗嘗試沒有成功。1958年，斯圖爾德(EC.Steward，1904一1993)等發(fā)現(xiàn)胡蘿卜的體細(xì)胞可以分化為胚，為細(xì)胞全能性理論提供了強有力的支持。1960年，科金(E.C.Cocking，1931一）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。1964年，古哈(S.Guha，1938-2007)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。1971年，卡爾森（PS.Carlson，1944一2017)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)粒被發(fā)現(xiàn)。之后，該質(zhì)粒應(yīng)用于植物分子生物學(xué)領(lǐng)域，促進了植物細(xì)胞工程與分子生物學(xué)技術(shù)緊密結(jié)合。植物細(xì)胞工程動物細(xì)胞工程（含胚胎工程）1890年，希普(W.Heape，1855-1929）將安哥拉兔的胚胎移入比利時兔的輸卵管內(nèi)，得到了兩只安哥拉兔，這是世界上胚胎移植成功的首例。1907年，哈里森（R.G.Harrison，1870一1959)用一滴淋巴液成功地培養(yǎng)了蝌蚪的神經(jīng)元，首創(chuàng)了動物組織體外培養(yǎng)法。1951年，張明覺(1908-1991)）等發(fā)現(xiàn)了哺乳動物精子的獲能現(xiàn)象。1958年，格登(J.Gurdon，1933一)用非州爪蟾進行體細(xì)胞核移植實驗，成功培育出性成熟個體。同一時期，我國科學(xué)家童第周(1902一1979)等開展了魚類細(xì)胞核移植工作1959年，試管家免誕生。之后，多種試管動物相繼出生。1975年，米爾斯坦(C.Milstein，1927一2002)和科勒(G.K6hler，1946一1995)等創(chuàng)立了單克隆抗體技術(shù)。1978年，小鼠的桑葚胚被成功分割。次年，科學(xué)家分割綿羊胚胎獲得了同卵羔羊。1981年，埃文斯(M.Evans，1941一)等城功分離和培養(yǎng)了小鼠的胚胎干細(xì)胞。1996年，世界上第一只體細(xì)胞克隆羊多利在英國誕生。隨后多種克隆動物相繼問世。2006年，山中伸彌(S.Yamanaka，1962一)等獲得了誘導(dǎo)多能干細(xì)胞。我國科學(xué)家用這種細(xì)胞培育出了小鼠。2014年，世界上第一例經(jīng)單細(xì)胞基因組測序進行遺傳病篩查的試管嬰兒在我國誕生。2017年，我國科學(xué)家首次培育了體細(xì)跑克隆猴。第一節(jié)植物細(xì)胞工程（一）

“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(fēng)自來，四坐芬郁，豈非入蘭室乎！”這是我國歷史上第一部蘭譜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？一、植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)細(xì)胞的全能性細(xì)胞經(jīng)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。生長發(fā)育過程中細(xì)胞沒有表現(xiàn)全能性的原因在特定的時間和空間條件下，細(xì)胞中的基因會選擇性地表達(dá)。例如，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。（一）植物組織培養(yǎng)技術(shù)1、植物組織培養(yǎng)的概念2、菊花的組織培養(yǎng)（１）原理（２）培養(yǎng)基（３）步驟（４）注意（５）結(jié)果分析與評價（６）進一步探究1、植物組織培養(yǎng)的概念指將離體的植物器官、組織或細(xì)胞（稱為外植體）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(dǎo)其形成完整植株的技術(shù)。2、菊花的組織培養(yǎng)（1）原理①原理（理論基礎(chǔ)）植物細(xì)胞的全能性②技術(shù)路線③激素的作用植物激素中生長素和細(xì)胞分裂素是啟動細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵激素，它們的濃度、比例等都會影響植物細(xì)胞的發(fā)育方向。外植體脫分化愈傷組織再分化長出根、芽等完整植株胚狀體④相關(guān)概念愈傷組織：在一定的激素和營養(yǎng)條件的誘導(dǎo)下，已經(jīng)分化的細(xì)胞可以經(jīng)過脫分化，即失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能，轉(zhuǎn)變成未分化的細(xì)胞，進而形成不定形的薄壁組織團塊，這稱為愈傷組織。脫分化：在一定的激素和營養(yǎng)等條件的誘導(dǎo)下，已經(jīng)分化的細(xì)胞失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能，轉(zhuǎn)變?yōu)槲捶只募?xì)胞，進而形成愈傷組織的過程。再分化：愈傷組織重新分化成芽、根等器官的過程。適宜的培養(yǎng)條件：離體、無菌條件、種類和比例適宜的營養(yǎng)物質(zhì)、植物激素（主要是生長素和細(xì)胞分裂素）的誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)、適宜的外界條件（溫度、pH、光照等）。見課本116頁附錄一。（２）培養(yǎng)基①消毒用酒精擦拭雙手和超凈工作臺臺面。將流水充分沖洗后的外植體（幼嫩的莖段）用酒精消毒30s，然后立即用無菌水清洗2~3次；再用次氯酸鈉溶液處理30min后，立即用無菌水清洗2~3次。（3）步驟②切割外植體將消過毒的外植體置于無菌的培養(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。③接種在酒精燈火焰旁，將外植體的1/3～1/2插入誘導(dǎo)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(biāo)記。④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。⑤再分化培養(yǎng)15～20d后，將生長良好的愈傷組織轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生芽的培養(yǎng)基上。長出芽后，再將其轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生根的培養(yǎng)基上，進一步誘導(dǎo)形成試管苗。⑥移栽移栽前先打開封口膜或瓶蓋，讓試管苗在培養(yǎng)箱內(nèi)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。每天觀察并記錄幼苗的生長情況，適時澆水、施肥，直至開花。（４）注意①無菌操作。實驗中使用的培養(yǎng)基和所有器械都要滅菌。操作必須在酒精燈火焰旁進行，并且每次使用后的器械都要滅菌。②極性。接種時注意外植體的方向，不要倒插。③光照。誘導(dǎo)愈傷組織期間一般不需要光照，在后續(xù)的培養(yǎng)過程（即再分化過程）中，每日需要給予適當(dāng)時間和強度的光照。（５）結(jié)果分析與評價①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，有多少能正常生長，試分析它們被污染的原因。用于植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基同樣適合某些微生物的生長，如一些細(xì)菌、真菌等的生長。培養(yǎng)物一旦受到微生物的污染，就會導(dǎo)致實驗前功盡棄，因此要進行嚴(yán)格的無菌操作。導(dǎo)致外植體被污染的原因可能有：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。（５）結(jié)果分析與評價②你培養(yǎng)出愈傷組織了嗎？如果培養(yǎng)出來了，從剛接種的外植體到長出愈傷組織經(jīng)歷了多少天？這些愈傷組織進一步分化出芽和根了嗎？觀察實驗結(jié)果，看看是否培養(yǎng)出了愈傷組織，記錄多長時間長出了愈傷組織。從剛接種的外植體到長出愈傷組織一般需要2周左右的時間。統(tǒng)計更換培養(yǎng)基后愈傷組織進一步分化成芽和根的比例和時間。（５）結(jié)果分析與評價③你培育的幼苗移栽到露地后，能夠正常生長嗎？生根苗移栽技術(shù)的關(guān)鍵是既要充分清洗根系表面的培養(yǎng)基，又不能傷及根系。一般使用無土栽培的辦法。培養(yǎng)基質(zhì)要提前消毒，可以向培養(yǎng)基質(zhì)噴酒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的高錳酸鉀，并用塑料薄膜覆蓋12h。掀開塑料薄膜24h后才能移栽。新移栽的組培苗要在溫室過渡幾天，待其長壯后再移植到大田或盆中?？梢栽谡n后統(tǒng)計移栽的成活率，看看移栽是否合格。（６）進一步探究探究生長素與細(xì)胞分裂素的使用比例對植物組織培養(yǎng)的影響。生長素/細(xì)胞分裂素

結(jié)果比值高(＞1)比值低(＜1)比值適中(=1)有利于根的分化，抑制芽的形成有利于芽的分化，抑制根的形成促進愈傷組織的形成（二）植物體細(xì)胞雜交技術(shù)1、原理（理論基礎(chǔ)）2、流程3、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的概念4、成果5、優(yōu)勢6、意義欲培育地上長番茄和地下結(jié)馬鈴薯的“超級作物”。你有什么好妙招？？？利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實現(xiàn)嗎？為什么？不能。因為不同種生物之間存在著生殖隔離1、原理（理論基礎(chǔ)）細(xì)胞膜的流動性（原生質(zhì)體融合）植物細(xì)胞具有全能性（雜種細(xì)胞培養(yǎng)成雜種植株）2、流程A細(xì)胞B細(xì)胞正在融合的原生質(zhì)體再生出細(xì)胞壁脫分化再分化移栽植物細(xì)胞融合植物組織培養(yǎng)雜種植株愈傷組織A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體移栽后的植株去壁去壁融合再生1）酶解法去壁：細(xì)胞壁纖維素酶、果膠酶原生質(zhì)體2）理化法融合：物理法：電融合法、離心法化學(xué)法：聚乙二醇融合法、高Ca2+—高PH融合法等3）融合的原生質(zhì)體再生出細(xì)胞壁為雜種細(xì)胞，可誘導(dǎo)形成