2.1.1植物細胞工程的基本技術課件【知識精講精研】高二下學期生物人教版選擇性必修3

植物細胞工程一植物細胞工程的基本技術單擊此添加副標題細胞工程

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：細胞生物學、分子生物學和發(fā)育生物學2.操作水平：細胞器、細胞或組織水平3.目的：獲得特定的細胞、組織、器官、個體或其產(chǎn)品4.分類：植物細胞工程、動物細胞工程細胞工程發(fā)展歷程1907年哈里森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1958年斯圖爾德等發(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。1998年湯姆森和吉爾哈特獲得可體外培養(yǎng)的人胚胎干細胞2006年山中伸彌獲得誘導多能干細胞1975年米爾斯坦和科勒獲得能穩(wěn)定遺傳的單克隆抗體的雜交瘤細胞株。1971年卡森誘導煙草原生質(zhì)體融合，培育出第一株體細胞雜交植物1960年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(zhì)體。1996年世界上第一只體細胞克隆羊多莉誕生，隨后多種克隆動物相繼問世。2017年我國科學家首次培育了體細胞克隆猴。從社會中來“其芽葺葺，其葉青青，猶綠衣郎，挺節(jié)獨立，可敬可慕。迨夫花開,凝晴瀼露,萬態(tài)千妍,薰風自來,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？蘭花是觀賞植物中最常見的一類依靠植物組織培養(yǎng)繁育種苗的植物，其組培苗的數(shù)量約占觀賞植物組培苗總量的40%利用植物組織培養(yǎng)技術可以大量、快速地培育蘭花。一、細胞的全能性1.概念：

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.原因：

一般來說，生物體的每個細胞中都含有發(fā)育成為完整個體所需的全部遺傳信息。3.生物體生長發(fā)育過程中并不是所有細胞都表現(xiàn)出全能性（1）不體現(xiàn)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（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二、植物組織培養(yǎng)技術1.概念：

指將離體的植物器官、組織或細胞（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，誘導其形成完整植株的技術。2.原理：植物細胞的全能性。3.過程：外植體脫分化愈傷組織再分化根、芽幼苗完整植株移栽成活

離體、無菌條件、種類和比例適宜的營養(yǎng)物質(zhì)、植物激素（主要是生長素和細胞分裂素）的誘導和調(diào)節(jié)、適宜的外界條件（溫度、pH、光照等）。脫分化：在___________________條件的誘導下，已經(jīng)分化的細胞_______________________，轉(zhuǎn)變?yōu)開____________，進而形成_________的過程。一定的激素和營養(yǎng)等失去其特有的結構和功能未分化的細胞愈傷組織愈傷組織：不定形的薄壁組織團塊。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：脫分化過程一般不需要光照、再分化過程需要光照。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2.材料用具①外植體：幼嫩的菊花莖段(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(zhì)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(diào)節(jié)滲透壓滅菌方法為：濕熱滅菌法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。（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，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(zhuǎn)接到誘導生芽的培養(yǎng)基上→長出芽后→將其轉(zhuǎn)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！（6）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(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.結果分析與評價（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。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）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。（3）觀察外植體的分化情況，填好結果記錄表，并及時分析結果。

做好統(tǒng)計和對照，填好結果記錄表，培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。從實驗的第一步開始就要做好實驗記錄，可以分組配制不同的培養(yǎng)基，如誘導愈傷組織的培養(yǎng)基、誘導生芽的培養(yǎng)基等，還可以進行不同配方的比較。（4）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?？梢栽谡n后統(tǒng)計移栽的成活率，看看移栽是否合格。5.進一步探究

若細胞不離體，細胞中的基因會選擇性地表達，從而形成生物體的不同組織和器官，不能表現(xiàn)出全能性；

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。6.植物組織培養(yǎng)中細胞表現(xiàn)出全能性的條件（1）離體（最關鍵）:（2）嚴格的無菌條件:

①對操作環(huán)境、雙手、外植體進行消毒；②對培養(yǎng)基和器械進行滅菌；③接種操作必須在酒精燈火焰旁進行；（3）適宜的培養(yǎng)條件:（4）適宜濃度和比例的激素:（5）一定的營養(yǎng)條件:溫度,光照包括有機營養(yǎng)成分、無機營養(yǎng)成分主要是生長素和細胞分裂素

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？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(zhì)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(zhì)體B原生質(zhì)體移栽后的植株2.植物體細胞雜交的概念：