植物細胞工程+新教材課件 【知識精研+拓展延伸】高二下學期生物人教版（2019）選擇性必修3

第2章

細胞工程細胞工程

細胞工程是指應用細胞生物學、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(chǎn)品的一門綜合性生物工程。1.原理方法：________________________________；2.操作水平：________________________________；3.目的：____________________________________；4.分類：____________________________________；細胞生物學、分子生物學和發(fā)育生物學細胞器、細胞或組織水平獲得特定的細胞、組織、器官、個體或其產(chǎn)品植物細胞工程、動物細胞工程植物細胞工程的發(fā)展歷程1.

1902年，哈伯蘭特（G.Haberlandt,1854-1945)提出了細胞全能性的理論，但相關的實驗嘗試沒有成功。2.

1958年，斯圖爾德（E.C.Steward,1904-1993)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。3.

1960年，科金（E.C.Cocking,1931-)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。4.1971年，卡爾森（P.S.Carlson,1944-2017)誘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。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。5.

1974年，土壤農(nóng)桿菌的Ti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了植物細胞工程與分子生物學技術的緊密結合。動物細胞工程（含胚胎工程）1.1890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，得到了兩只安哥拉兔，這是世界上胚胎移植成功的首例。2.1907年，哈里森（R.G.Harrison,1870-1959)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。3.1951年，張明覺（1908-1991)等發(fā)現(xiàn)了哺乳動物精子的獲能現(xiàn)象。4.1958年，格登（J.Gurdon,1933-)用非洲爪蟾進行體細胞核移植實驗，成功培育出性成熟個體。同一時期，我國科學家童第周（1902-1979)等開展了魚類細胞核移植工作。5.1959年，試管家兔誕生。之后，多種試管動物相繼出生。1975年，米爾斯坦（C.Milstein,1927-2002)和科勒（G.Kohler,1946-1995)等創(chuàng)立了單克隆抗體技術。動物細胞工程的發(fā)展歷程6.1975年，米爾斯坦（C.Milstein,1927-2002)和科勒（G.Kohler,1946-1995)等創(chuàng)立了單克隆抗體技術。7.1978年，小鼠的桑甚胚被成功分割。次年，科學家分割綿羊胚胎獲得了同卵美羊。8.1996年，世界上第一只體細胞克隆羊多莉在英國誕生。隨后多種克隆動物相繼問世。9.1981年，埃文斯（M.J.Evans,1941-)等成功分離和培養(yǎng)了小鼠的胚胎干細胞。10.2006年，山中伸彌（S.Yamanaka,1962-)等獲得了誘導多能干細胞。我國科學家用這種細胞培育出了小鼠。11.2014年，世界上第一個用單細胞基因組測序進行遺傳病篩查的試管嬰兒在我國誕生。12.2017年，我國科學家首次培育了體細胞克隆猴。動物細胞工程的發(fā)展歷程細胞工程植物細胞工程動物細胞工程植物組織培養(yǎng)動物細胞融合植物體細胞雜交動物細胞培養(yǎng)單克隆抗體技術核移植

第1節(jié)

植物細胞工程蘭花（學名：Cymbidiumssp.）單子葉植物綱、蘭科、蘭屬植物通稱高貴典雅蘭花種子通常發(fā)育不全，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？

一植物細胞工程的基本技術ZHIWUXIBAOGONGCHENGDEJIBENJISHU一、細胞工程的理論基礎1.細胞的全能性：

細胞經(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。3.體現(xiàn)細胞全能性的標志：細胞→完整個體或其他各種細胞4.在生物的生長發(fā)育過程中，并不是所有的細胞都表現(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5.實例

（1）表現(xiàn)出全能性的例子：（2）未表現(xiàn)出全能性的例子：①利用菊花莖段培養(yǎng)獲得試管苗；②利用胡蘿卜的韌皮部細胞培養(yǎng)獲得胡蘿卜幼苗；③芽原基的細胞只能發(fā)育為芽，葉原基的細胞只能發(fā)育為葉；④受精卵發(fā)育成個體；⑤一粒玉米種子長成一棵植株；⑥神經(jīng)干細胞分化形成各類神經(jīng)細胞；⑦蜜蜂的孤雌生殖中，卵細胞直接發(fā)育成雄蜂；⑧通過花藥離體培養(yǎng)，獲得單倍體幼苗；⑨胚胎干細胞可分化發(fā)育成為各種組織器官的細胞；⑩造血干細胞可分化形成多種血細胞；*多莉羊的誕生有沒有表現(xiàn)出動物細胞的全能性？①②④⑦⑧⑨③⑤⑥⑩只表現(xiàn)了動物細胞核的全能性6.全能性大小比較（1）受精卵、體細胞、生殖細胞________________________________________（2）分化程度高的細胞、分化程度低的細胞________________________________________（3）分裂能力強的細胞、分裂能力弱的細胞

________________________________________（4）植物細胞、動物細胞________________________________________（5）幼嫩的細胞、衰老的細胞________________________________________分化程度低的細胞＞分化程度高的細胞分裂能力強的細胞＞分裂能力弱的細胞受精卵＞生殖細胞＞體細胞植物細胞＞動物細胞幼嫩的細胞＞衰老的細胞（1）離體狀態(tài)（2）種類齊全、比例適合的營養(yǎng)物質、激素等（3）適宜的外界條件7.細胞表現(xiàn)全能性的條件

植物組織培養(yǎng)是指在無菌條件下，將離體的植物的器官、組織、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。（1）概念外植體如：莖尖、根尖無性生殖有絲分裂植物細胞的全能性生殖方式：分裂方式：原理：1.植物組織培養(yǎng)二.植物細胞工程的基本技術（2）植物組織培養(yǎng)的條件：1.植物組織培養(yǎng)二.植物細胞工程的基本技術離體無菌培養(yǎng)基適宜的外界條件培養(yǎng)基：①種類齊全、比例適合的營養(yǎng)物質

②植物激素（主要是生長素和細胞分裂素）誘導和調節(jié)生長素/細胞分裂素

結果比值高(＞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蔗糖：提供能量、調節(jié)滲透壓。1.植物組織培養(yǎng)二.植物細胞工程的基本技術(3)一般過程：外植體

愈傷組織

根、芽等

試管苗

完整植株脫分化再分化馴化移栽1.植物組織培養(yǎng)二.植物細胞工程的基本技術(2)一般過程外植體

愈傷組織

根、芽等

試管苗

完整植株脫分化再分化馴化移栽A.外植體：離體的植物器官、組織、細胞或原生質體。

植物的莖尖、幼嫩的葉片、花藥是常用的外植體。B.脫分化：已經(jīng)分化的細胞，經(jīng)過誘導，失去其特有的結構和功

能而轉變成未分化細胞的過程。

思考：若培養(yǎng)物取自植物的幼莖、葉片等含有葉綠體的部位，愈傷組織中是否會含有葉綠體？為什么？

愈傷組織中不含有葉綠體；

培養(yǎng)物經(jīng)過誘導后，失去其特有的結構和功能而轉變成未分化細胞，因此，愈傷組織中不含有葉綠體愈傷組織代謝類型？異養(yǎng)需氧型1.植物組織培養(yǎng)二.植物細胞工程的基本技術(2)一般過程外植體

愈傷組織

根、芽等

試管苗

完整植株脫分化再分化馴化移栽C.愈傷組織：細胞排列疏松且無規(guī)則、高度液泡化、呈無定形狀

態(tài)的薄壁細胞團。注意：無葉綠體，可進行有絲分裂1.植物組織培養(yǎng)二.植物細胞工程的基本技術(2)一般過程外植體

愈傷組織

根、芽等

試管苗

完整植株脫分化再分化馴化移栽D.再分化：脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進行培養(yǎng),又可以重新分化

成胚狀體、根、芽等,這個過程叫做再分化。脫分化過程中涉及的生命活動：_________________________________只有細胞增殖（有絲分裂），沒有細胞分化再分化過程中涉及的生命活動：_________________________________既有細胞增殖（有絲分裂），又有細胞分化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塊，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構。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（類似于自然種子胚(合子胚)的結構,），因而統(tǒng)稱為胚狀體。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2.

植物組織培養(yǎng)技術的一般過程細胞排列疏松不規(guī)則，高度液泡化，呈不定形狀態(tài)的薄壁組織團塊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構和功能轉變成未分化的細胞特點：子代與親代性狀高度遺傳菊花的組織培養(yǎng)1.實驗原理①植物細胞一般具有______；全能性②在一定的激素和營養(yǎng)等條件的誘導下，已經(jīng)分化的細胞可以經(jīng)過______和______，形成________，長出_________，進而發(fā)育成__________；脫分化再分化胚狀體芽和根完整的植株③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；生長素細胞分裂素細胞分裂脫分化再分化濃度比例2.材料用具①外植體：幼嫩的菊花莖段(分化程度低，容易誘導形成愈傷組織)②體積分數(shù)為70%的酒精：對手、超凈工作臺、外植體進行消毒③質量分數(shù)為5%左右的次氯酸鈉溶液:對外植體進行消毒④無菌水:清洗外植體⑤培養(yǎng)基（參見本書附錄1）包括無機營養(yǎng)成分（水和無機鹽）、有機營養(yǎng)成分（蔗糖、氨基酸、維生素等）、特定濃度和比例的激素（主要是生長素和細胞分裂素）；蔗糖的作用：提供能量，調節(jié)滲透壓滅菌方法為：濕熱滅菌法植物組織培養(yǎng)技術案例：菊花的組織培養(yǎng)

常用的培養(yǎng)基是____________，主要成分包括：

①____________：N、P、S、K、Ca、Mg等。

②____________：B、Mn、Cl、Zn、Fe、Mo、I、Co等。

③有機物：甘氨酸、煙酸、肌醇、維生素、以及________（葡萄糖/蔗糖）等。MS培養(yǎng)基大量元素微量元素蔗糖配制過程：1.配制各種母液。大量元素濃縮

倍，微量元素濃縮

倍2.培養(yǎng)基ph：

。10100偏中性（5.8左右）3.方法步驟（1）消毒①雙手和超凈工作臺臺面:用酒精擦拭②外植體:

流水沖洗→酒精消毒30s→立即用無菌水清洗2～3次→次氯酸鈉溶液處理30min→立即用無菌水清洗2～3次。（2）外植體切段

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。既要考慮消毒效果，又要考慮植物耐受力（3）接種外植體

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?。?）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。注意：該過程一般不需要光照形態(tài)學下端插入有光易形成維管組織，不易形成愈傷組織。（5）再分化

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?。?）移栽培養(yǎng)

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。每天觀察并記錄幼苗的生長情況，適時澆水、施肥，直至開花。芽發(fā)育成葉，葉肉細胞中葉綠素的合成需要光照思考：整個過程中使用的培養(yǎng)基中，生長素/細胞分裂素的比值大小是如何變化的？比值適中→比值低→比值高(1)植物體的任何細胞都具有全能性，也都能表現(xiàn)出全能性(

)(2)脫分化和再分化是植物組織培養(yǎng)的重要過程(

)(3)在植物組織培養(yǎng)時，對外植體要進行滅菌處理(

)(4)誘導生芽的培養(yǎng)基和誘導生根的培養(yǎng)基完全一樣(

)判斷正誤×√××(1)為什么要強調所用器械的滅菌和實驗人員的無菌操作？提示避免雜菌與培養(yǎng)物競爭營養(yǎng)，且有些雜菌會危害培養(yǎng)物的生長。(2)高度分化的細胞是如何啟動細胞分裂、脫分化和再分化的？提示需要在一定的激素和營養(yǎng)等條件的誘導下。(3)在植物組織培養(yǎng)的過程中，如何控制光照條件？提示脫分化過程中一般不需要光照，但是再分化過程中需要給予適當時間和強度的光照。1.(2021·遼寧高二期中)下列有關菊花組織培養(yǎng)的敘述，錯誤的是A.對外植體需要消毒處理，對培養(yǎng)基需要高壓蒸汽滅菌處理B.產(chǎn)生愈傷組織是細胞脫分化的結果，受基因選擇性表達的調控C.要先誘導生根后再轉接到誘導生芽培養(yǎng)基上進一步形成試管苗D.幼苗要先移植到消過毒的蛭石或者珍珠巖等環(huán)境下生活一段時間典題應用及時反饋知識落實√解析將生長良好的愈傷組織轉接到誘導生芽的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，長出芽后再誘導生根，C錯誤。2.(2021·合肥檢測)植物組織培養(yǎng)依據(jù)的原理、培養(yǎng)基本過程的順序及誘導的植物激素分別包括①植物細胞的全能性②離體的植物器官、組織或細胞③根、芽④生長素和細胞分裂素⑤生長素和乙烯⑥愈傷組織⑦再分化⑧脫分化⑨完整植株A.①、②⑦⑥⑧③⑨、④B.①、②⑧⑥⑦③⑨、④C.①、⑥②⑨⑧③⑦、⑤D.①、②⑨⑧⑥⑦③、⑤√問題探討

20世紀60年代，科學家嘗試將番茄和馬鈴薯雜交，希望培育出一種地上結番茄、地下長馬鈴薯的超級作物。討論：用傳統(tǒng)的有性雜交方法能得到雜種后代嗎？為什么？不能；因為兩種生物之間存在著生殖隔離；有沒有一種方法可以打破生殖隔離，實現(xiàn)遠緣雜交育種，獲得“番茄-馬鈴薯雜種植株”呢？嘗試用這兩種植物的體細胞進行雜交1．你認為兩個來自不同植物的體細胞完成融合，遇到的第一個障礙是什么？2．有沒有一種溫和的去壁方法呢？請思考：去細胞壁酶解法纖維素酶和果膠酶細胞壁阻礙著細胞間的雜交拓展：①原生質體是指植物細胞去除細胞壁后剩余的部分，包括細胞膜、細胞質和細胞核。動物細胞也可看做是原生質體。②原生質層是指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，包括細胞膜、細胞質、液泡膜。區(qū)分原生質體與原生質層：【注意】質壁分離的“質”指的是原生質層。原生質層三、植物體細胞雜交技術1.過程A細胞B細胞纖維素酶果膠酶1.去壁：酶解法正在融合的原生質體再生出細胞壁2.誘融物理法：化學法：電融合法、離心法聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+—高pH融合法等脫分化再分化移栽植物細胞融合植物組織培養(yǎng)雜種植株愈傷組織A原生質體B原生質體移栽后的植株融合完成的標志思考：1.獲得的所有細胞一定是需要的雜交細胞嗎？不一定；誘導融合后的產(chǎn)物有三類：①未融合的細胞②兩兩融合的細胞③多細胞融合體2.若只考慮兩兩融合，原生質體A和原生質體B可以形成幾種融合細胞？哪種融合細胞才是符合要求的？AAABBB篩選AB3.若A細胞具有2x條染色體，2個染色體組，基因型為Aabb。B細胞含有2y條染色體，2個染色體組，基因型為ccDd，則通過植物體細胞雜交技術獲得的新植株的染色體條數(shù)：

；染色體組數(shù)：

；基因型：

；屬于可遺傳變異類型中的

。2x＋2y4個AabbccDd染色體數(shù)目變異得到的雜種植株為____倍體理論上該植株可育嗎？四*異源四倍體可育，有同源染色體，同源染色體能聯(lián)會，可形成配子兩親本染色體數(shù)之和兩親本染色體組數(shù)之和兩親本基因型之和2.植物體細胞雜交的概念：

植物體細胞雜交是指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。3.原理：4.兩個標志（1）植物細胞融合完成的標志：再生出新的細胞壁（2）植物體細胞雜交完成的標志：培育成新植物體5.實例：白菜—甘藍、普通小麥—長穗偃麥草等。6.意義：打破生殖隔離，實現(xiàn)遠緣雜交育種，培育植物新品種。相關細胞器：高爾基體、線粒體體細胞雜交利用了細胞膜具有一定的流動性。（結構特性）雜種細胞培育成植株利用了植物細胞的全能性。7.生殖方式：________8.分裂方式：________無性生殖有絲分裂識圖：數(shù)字代表過程，字母代表細胞、組織或植株①_______________a/b_____________②_______________c_______________③_______________d_______________④_______________e_______________⑤_______________f_______________①②③___________④⑤____________

去除細胞壁原生質體原生質體間的融合正在融合的原生質體再生出新的細胞壁雜種細胞脫分化愈傷組織再分化雜種植株植物細胞融合植物組織培養(yǎng)思考：雜種植株包含兩個物種的全部遺傳物質，各種基因都包含在內，卻未按照人們的要求表現(xiàn)出親本所有的性狀，例如“番茄-馬鈴薯”并沒有地上結番茄，地下長馬鈴薯，這是為什么？

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，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，它們不能像在原植株細胞內實現(xiàn)有序表達，因此不