【課件】2.1.1植物細胞工程的基本技術（課件）（人教版2019選擇性必修3）

1、 2.1 2.1 植物細胞工程植物細胞工程 2.2 2.2 動物細胞工程動物細胞工程 2.3 2.3 胚胎工程胚胎工程 指應用細胞生物學、分子生物學和發(fā)育生指應用細胞生物學、分子生物學和發(fā)育生物學等多學科的原理和方法物學等多學科的原理和方法, ,通過細胞器、細通過細胞器、細胞或組織水平上的操作胞或組織水平上的操作, ,有目的地獲得特定的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細胞、組織、器官、個體或其產品的一門綜合性的生物工程。性的生物工程。原理和方法原理和方法操作水平操作水平目的目的分類分類細胞生物學、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器

2、、細胞或組織植物細胞工程和動物細胞工程第1節(jié) 植物細胞工程科技探索之路哈伯蘭特哈伯蘭特提出了細胞全能性的理論細胞全能性的理論，但相關的實驗嘗試沒有成功。斯圖爾德斯圖爾德等發(fā)現(xiàn)胡蘿卜的體細胞可以分化為胚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。科金科金用真菌的纖維素酶分解番茄根的細胞壁，成功獲得了原生質體原生質體古哈等古哈等在培養(yǎng)毛曼陀羅的花藥時，首次得到了由花藥中的花粉粒發(fā)育而來的胚花粉粒發(fā)育而來的胚?？柹柹T導煙草種間原生質體融合種間原生質體融合，獲得了第一株體細胞種間雜種植株種間雜種植株。土壤農桿菌的Ti質粒質粒被發(fā)現(xiàn)。之后，該質粒應用于植物分子生物學領域，促進

3、了植物細胞工程與分子生物學技術的緊密結合。1902年1958年1960年1964年1971年1974年植物細胞工程的植物細胞工程的理論基礎是什么？是什么？什么是什么是植物組織培養(yǎng)技術和和植物體細胞雜交技術？123怎樣進行菊花的組織培養(yǎng)？怎樣進行菊花的組織培養(yǎng)？ “其茅葺，其葉青青，猶綠衣郎，挺節(jié)獨立，可敬可其茅葺，其葉青青，猶綠衣郎，挺節(jié)獨立，可敬可慕。迨（慕。迨（di）夫花開，凝晴滾露，萬態(tài)千妍，薰（）夫花開，凝晴滾露，萬態(tài)千妍，薰（xn）風自來，四坐芬郁，豈非入蘭室乎！豈非有國香乎！風自來，四坐芬郁，豈非入蘭室乎！豈非有國香乎！”這這是我國歷史上第一部蘭譜是我國歷史上第一部蘭譜金漳（金漳（

4、zhn）蘭譜）蘭譜（宋（宋趙時庚）中對蘭花的一段描述。從古至今，我國人民趙時庚）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；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，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。如果靠自然繁殖，蘭花的價格可想而知了。如何能讓名貴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？的蘭花大量、快速地繁殖，從而走入

5、尋常百姓家呢？【從社會中來從社會中來】1 1 選取多肉上健選取多肉上健康、飽滿的葉片?？怠枬M的葉片。2 2 用剪刀切下整片葉片，用剪刀切下整片葉片，切口要平滑、整齊。也可切口要平滑、整齊。也可以直接用手輕輕掰下葉片。以直接用手輕輕掰下葉片。3 3 平躺放在沙床平躺放在沙床上，葉片間隔相上，葉片間隔相聚聚2 2 3 3厘米。厘米。4 4 葉片切口不要有碰葉片切口不要有碰臟，擺放通風處臟，擺放通風處2 2 3 3天，晾干天，晾干。5 5 待葉片晾干后移至半待葉片晾干后移至半陰處養(yǎng)護。陰處養(yǎng)護。6 6 約約2 23 3周后生根，或周后生根，或從葉基處長出不定芽。從葉基處長出不定芽。7 7 葉插成功

6、葉插成功多肉進行葉插繁殖多肉進行葉插繁殖為什么多肉葉片能發(fā)育成植株？需要具備哪些條件？為什么多肉葉片能發(fā)育成植株？需要具備哪些條件？【從社會中來從社會中來】植物組織培養(yǎng)技術植物體細胞雜交技術 01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：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其他各種細胞的潛能。潛能。2.具有全能性的原因：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生物體的每一個細胞都包

7、含有該物種所特有的全套遺傳物質。物質。3.體現(xiàn)體現(xiàn)全能性全能性的標志：的標志：細胞細胞 完整個體完整個體或或其他各種細胞其他各種細胞 實例：實例：胡蘿卜胡蘿卜韌皮部細胞韌皮部細胞發(fā)育成完整植株發(fā)育成完整植株 受精卵受精卵發(fā)育成個體（發(fā)育成個體（動植物動植物） 蜜蜂蜜蜂受精卵受精卵發(fā)育成工蜂，發(fā)育成工蜂，卵細胞卵細胞發(fā)育成雄峰發(fā)育成雄峰 用用一片葉子一片葉子、一片花瓣一片花瓣、一?；ǚ垡涣；ǚ鄯敝吵鲂碌闹仓攴敝吵鲂碌闹仓?.不體現(xiàn)不體現(xiàn)全能性的全能性的實例實例：芽原基只能發(fā)育為芽，葉原基只能發(fā)育為葉芽原基只能發(fā)育為芽，葉原基只能發(fā)育為葉5.不體現(xiàn)不體現(xiàn)全能性的全能性的原因原因：基因在特定時間、空

8、間條件下選擇性表達基因在特定時間、空間條件下選擇性表達 細胞的全能性6.6.全能性大小的比較全能性大小的比較：受精卵受精卵 胚胎干細胞胚胎干細胞 生殖細胞生殖細胞 體細胞；體細胞；植物細胞植物細胞 動物細胞。動物細胞。 隨著細胞分化程度的不斷提高隨著細胞分化程度的不斷提高, ,細胞的全能性逐漸降低。細胞的全能性逐漸降低。外植體外植體脫分化愈傷組織愈傷組織再分化根、芽等根、芽等試管苗試管苗馴化移栽完整植株完整植株1.1.概念概念：3.3.一般過程：一般過程：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。移栽成活2.2.理論基礎：理論基礎

9、：植物細胞的全能性外植體生殖方式：無性生殖生殖方式：無性生殖分裂方式：有絲分裂分裂方式：有絲分裂 02在在_條件的誘導條件的誘導下，下，已經分化的細胞已經分化的細胞失去其特有的結構失去其特有的結構和功能和功能，轉變?yōu)檗D變?yōu)開，進而形成，進而形成_的過程。的過程。一定的激素和營養(yǎng)等一定的激素和營養(yǎng)等未分化的細胞未分化的細胞愈傷組織愈傷組織不定形不定形的的薄壁組織薄壁組織團塊團塊。愈傷組織重新分化成芽、根等器官的過程。愈傷組織重新分化成芽、根等器官的過程。（1 1）離體離體狀態(tài)狀態(tài)（2 2）無菌無菌操作操作（3 3）種類齊全、比例適合的）種類齊全、比例適合的營養(yǎng)物質營養(yǎng)物質（4 4）植物）植物激素

10、激素（主要是（主要是生長素生長素和和細胞分裂素細胞分裂素）誘導和調節(jié)誘導和調節(jié)（5 5）適宜的外界條件適宜的外界條件（溫度、溫度、pHpH、光照等、光照等） 相關概念脫分化：脫分化：愈傷組織：愈傷組織：再分化：再分化：適宜的培養(yǎng)條件：適宜的培養(yǎng)條件：菊花的組織培養(yǎng)流水流水沖洗沖洗 酒精酒精消毒消毒30s30s 無菌水無菌水清洗清洗2 23 3次次 次氯酸鈉溶液次氯酸鈉溶液處理處理30min30min 無菌水無菌水清洗清洗2 23 3次。次。外植體的消毒外植體的消毒外植體的切段外植體的切段接種外植體接種外植體誘導愈傷組織誘導愈傷組織誘導生芽生根誘導生芽生根移栽移栽將消過毒的外植體置于無菌培養(yǎng)皿中

11、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無菌濾紙吸去表面的水分 用解剖刀將外植體切成用解剖刀將外植體切成0.50.51cm1cm長的小段。長的小段。探究實踐菊花的組織培養(yǎng)外植體的消毒外植體的消毒外植體的切段外植體的切段接種外植體接種外植體誘導愈傷組織誘導愈傷組織誘導生芽生根誘導生芽生根移栽移栽在酒精燈火焰旁在酒精燈火焰旁，將外植體的，將外植體的1/31/31/21/2插入插入誘導愈傷組織的培養(yǎng)誘導愈傷組織的培養(yǎng)基基中。用封口膜或瓶蓋中。用封口膜或瓶蓋封蓋瓶口封蓋瓶口，并在培養(yǎng)瓶上作好標記并在培養(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

12、端朝下）探究實踐菊花的組織培養(yǎng)外植體的消毒外植體的消毒外植體的切段外植體的切段接種外植體接種外植體誘導愈傷組織誘導愈傷組織誘導生芽生根誘導生芽生根移栽移栽培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件：培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件： 激素比例激素比例1 1：1 1、置于黑暗置于黑暗、 提供提供有機有機碳源（蔗糖）碳源（蔗糖） 探究實踐菊花的組織培養(yǎng)外植體的消毒外植體的消毒外植體的切段外植體的切段接種外植體接種外植體誘導愈傷組織誘導愈傷組織誘導生芽生根誘導生芽生根移栽移栽注意：先誘導生芽，再誘導生根！生芽過程：生芽過程：生根過程：生根過程： 生長素比例少、有機營養(yǎng)、不需光照；生長素比例少、有機營養(yǎng)、不需光照；生長素比例多、無機營養(yǎng)、需光

13、照。生長素比例多、無機營養(yǎng)、需光照。移栽前先打開封口膜或瓶蓋，讓試管苗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。用流水清洗掉根在培養(yǎng)箱內生長幾日。用流水清洗掉根部的培養(yǎng)基后，部的培養(yǎng)基后，將幼苗移植到消過毒的將幼苗移植到消過毒的蛭石或珍珠巖等環(huán)境中，待其長壯后再蛭石或珍珠巖等環(huán)境中，待其長壯后再移栽入土。移栽入土。探究實踐18回顧實驗外植體消毒外植體切段接種外植體誘導愈傷組織誘導生芽生根移栽1. 1. 接種接種3 3 4d4d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。被污染的可能原因。

14、2. 2. 從剛接種的外植體到長出愈傷組織需經歷多少天？從剛接種的外植體到長出愈傷組織需經歷多少天？3. 3. 培育的試管苗能直接移栽到露地嗎？應如何操作？培育的試管苗能直接移栽到露地嗎？應如何操作？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 生根苗移栽技術的關鍵是既要充分清洗根系表面的培養(yǎng)基，又不能傷及根系。 一般使用無土栽培方法。培養(yǎng)基質要提前消毒，可以向培養(yǎng)基質噴灑質量分數(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。菊花的組織培養(yǎng) 結果分析與評價探究實踐4.

15、 進一步探究進一步探究 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？如何設計對照實驗？ 空白對照：不加任何激素；空白對照：不加任何激素； 實驗組實驗組1：生長素用量與細胞分裂素用量的比值為：生長素用量與細胞分裂素用量的比值為1； 實驗組實驗組2：生長素用量與細胞分裂素用量的比值大于：生長素用量與細胞分裂素用量的比值大于1； 實驗組實驗組3：生長素用量與細胞分裂素用量的比值小于：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)根、芽植物體脫分化再分化培養(yǎng)條件：無菌營養(yǎng)物質適宜環(huán)境條件（

16、溫度、PH、光等）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-過程遮光一定的光照芽發(fā)育成葉，葉肉芽發(fā)育成葉，葉肉細胞中葉綠素的合細胞中葉綠素的合成需要光照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）愈傷組織重新分化愈傷組織重新分化為芽、根等器官為芽、根等器官失去特有結構和功能失去特有結構和功能轉變成未分化的細胞轉變成未分化的細胞 欲培育地上長番茄和地下結馬鈴薯的欲培育地上長番茄和地下結馬鈴薯的“超級作物超級作物”。你有什么好妙招？。你有什么好妙招？ 031.1.過程過程植物細胞融合 + 植物組

17、織培養(yǎng)去壁去壁去壁去壁融融合合 再生再生新壁新壁脫分化脫分化再分化再分化移栽移栽植物細胞融合植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交 03原生質體原生質體原生質層原生質層原生質體細胞壁細胞壁細胞膜細胞膜細胞質細胞質液泡液泡細胞核細胞核原生質層成熟植物細胞的細胞膜、液泡膜和介于這兩層膜之間的細胞質去壁原因：去壁原因： 。方法：方法： 。相關酶：相關酶： 。* *為什么用上述酶？為什么用上述酶？_* *酶解法利用了原理？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？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

18、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（1 1）去除細胞壁）去除細胞壁 相關提醒原生質體原生質體原生質層原生質層方法：方法：物理方法物理方法：電融合法、離心法：電融合法、離心法化學方法：化學方法：聚乙二醇（聚乙二醇（PEGPEG）融合法、）融合法、 高高CaCa2+2+- -高高pHpH融合法融合法理論基礎：理論基礎：細胞膜具有流動性細胞膜具有流動性 原生質體細胞壁細胞壁細胞膜細胞膜細胞質細胞質液泡液泡細胞核細胞核原生質層成熟植物細胞的細胞膜、液泡膜成熟植物細胞

19、的細胞膜、液泡膜和介于這兩層膜之間的細胞質和介于這兩層膜之間的細胞質（2 2）原生質體間的融合）原生質體間的融合 相關提醒融合的原生質體重新產生細胞壁，形成雜種細胞思考：思考：1、參與此過程中的主要細胞器是？、參與此過程中的主要細胞器是？ 2、雜種細胞的染色體數(shù)是多少？、雜種細胞的染色體數(shù)是多少？ 3、雜種細胞染色體組數(shù)是多少？、雜種細胞染色體組數(shù)是多少？ 4、融合后，培養(yǎng)基中有幾種類型的細胞？、融合后，培養(yǎng)基中有幾種類型的細胞？驗證再生出新壁的實驗：驗證再生出新壁的實驗：質壁分離和質壁分離復原實驗（3 3）細胞融合完成的標志細胞融合完成的標志* *：高爾基體兩親本染色體數(shù)之和兩親本染色體組數(shù)之和未融合的細胞：A、B 兩兩融合的細胞：AA、BB、AB 多細胞融合體需要進一步篩選 相關提醒2 2. .融合實例融合實例: :1.1.概念：概念： 將將不同來源不同來源的植物體細胞，在一定條件下融合成的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞雜種細胞，并把雜，并把雜種細胞培育成新植物體的技術。種細胞培育成新植物體的技術。 4 4. .步驟說明步驟說明: :1 1）酶解法