【生物】植物細胞工程第1課時 2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期同步課件（人教版2019選擇性必修3）

第2章細胞工程第1節(jié)植物細胞工程（第1課時）學(xué)習(xí)目標(biāo)01細胞工程的定義與內(nèi)容①定義②內(nèi)容③發(fā)展歷程0203植物組織培養(yǎng):概念,條件,基本流程,實驗:菊花的組織培養(yǎng)細胞的全能性:概念,原因,比較,實例04植物體細胞雜交技術(shù):概念,優(yōu)缺點,過程,成功案例原理和方法

生物學(xué)和

生物學(xué)操作水平

水平或

水平目的按照人的意愿來改變細胞內(nèi)的

或獲得________分類

細胞工程和

細胞工程細胞分子細胞細胞器遺傳物質(zhì)細胞產(chǎn)品植物動物細胞工程是指應(yīng)用細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過細胞水平或細胞器水平上的操作，按照人們的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。根據(jù)操作對象的不同，可分為植物細胞工程和動物細胞工程兩大領(lǐng)域。細胞工程的定義植物細胞工程植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交動物細胞工程動物細胞培養(yǎng)動物細胞核移植細胞融合與單克隆抗體細胞工程的內(nèi)容1902年，哈伯蘭特（G.

Haberlandt，1854-1945）提出了細胞全能性的理論，但相關(guān)實驗嘗試沒有成功。1958年，斯圖爾特（F.

G.

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。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(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發(fā)育而成的胚。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.Harrion，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。1951年，張明覺（1908-1991）等發(fā)現(xiàn)哺乳動物精子的獲能現(xiàn)象。1958年，格登（J.Gurdon，1933-）用非洲爪蟾進行體細胞核移植，成功培育出性成熟個體。同一時期，童弟周（1902-1979）等開展了魚類細胞核移植工作。1959年試管兔誕生，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.

K?hler，1946-1995）等創(chuàng)立了單克隆抗體技術(shù)。1978年，小鼠桑葚胚被成功分割。次年，科學(xué)家分割綿羊胚胎獲得了同卵羔羊。1996年，世界上第一只細胞克隆羊多莉在英國誕生。隨后多種克隆動物相繼問世。1981年，埃文斯（M.J.Evans，1941-）等成功分離和培養(yǎng)小鼠的胚胎干細胞。2006年，山中伸彌（S.Yamanaka，1962-）等獲得了誘導(dǎo)多能干細胞。我國科學(xué)家利用這種細胞培育出了小鼠。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。2017年，我國科學(xué)家首次培育出體細胞克隆猴。植物細胞工程動物細胞工程（含胚胎工程）1971年，卡爾森（P.S.

Carlson，1944-2017）誘導(dǎo)煙草種間原生質(zhì)體融合，獲得種間雜種。1974年，土壤農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒被發(fā)現(xiàn)。

蘭為王者香，芬馥清風(fēng)里。植物組織培養(yǎng)技術(shù)

討論：

高潔、典雅的蘭花頗受人愛，但自然繁育率低，價格不菲。如何讓它大量、快速繁殖呢？從社會中來植物細胞的全能性植物組織培養(yǎng)

植物組織培養(yǎng)是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(dǎo)其形成完整植株的技術(shù)。有絲分裂植物細胞工程的基本技術(shù)無性生殖地位生殖方式分裂方式原理植物組織培養(yǎng)的概念細胞全能性

細胞經(jīng)分裂和分化后，仍具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細胞的潛能。每一個細胞含有控制該生物發(fā)育的全部基因原因（1）生殖細胞＞體細胞（2）植物細胞＞動物細胞（3）分化程度越高，全能性越低比較細胞的全能性①概念②原因③比較細胞全能性

細胞經(jīng)分裂和分化后，仍具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細胞的潛能。體現(xiàn)全能性的實例細胞→完整個體或其他各種細胞實例：胡蘿卜韌皮部細胞發(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，卵細胞發(fā)育成雄峰用一片葉子、一片花瓣、一?；ǚ鄯敝吵鲂碌闹仓暄吭荒馨l(fā)育為芽，葉原基只能發(fā)育為葉不體現(xiàn)全能性的實例受精卵早期胚胎分生組織原因：在特定的時間和空間條件下，基因選擇性表達生物體內(nèi)細胞并不都表現(xiàn)全能性沒有分化的細胞也具有全能性如細胞的全能性④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(fēng)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.葉插成功細胞的全能性④實例鐵皮石斛是一種名貴中藥，野生資源十分稀少，其繁殖主要通過植物組織培養(yǎng)實現(xiàn)。下列有關(guān)敘述錯誤的是（）A．用植物組織培養(yǎng)的方法繁殖藥材表明在一定條件下，細胞分化是可以逆轉(zhuǎn)的B．植物細胞的全能性得以表達需要離開母體C．新植株的形成是細胞分裂和分化的結(jié)果D．高度分化的植物細胞不具有全能性D課堂檢測:細胞的全能性外植體愈傷組織試管苗植物體脫分化再分化移栽離體無菌適宜培養(yǎng)基適宜的外界條件(溫度、光照、氣體等)黑暗光照水瓊脂有機物無機物植物激素蔗糖：提供能量、調(diào)節(jié)滲透壓。植物激素：主要是生長素和細胞分裂素。生長素/細胞分裂素適中→促進愈傷組織的形成。生長素<細胞分裂素→利于芽的分化生長素>細胞分裂素→利于根的分化植物組織培養(yǎng)的條件（1）離體狀態(tài)（2）無菌操作（3）種類齊全、比例適合的營養(yǎng)物質(zhì)（4）植物激素（主要是生長素和細胞分裂素）誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)（5）適宜的外界條件（溫度、pH、光照等）---細胞表現(xiàn)全能性的條件歸納

（1）材料的選取

同一種植物材料，材料的年齡、保存時間的長短等也會影響實驗結(jié)果。菊花的組織培養(yǎng)一般選擇未開花植株莖上部新萌生的側(cè)枝。

（2）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植物組織培養(yǎng)的條件

思考1、MS培養(yǎng)基中為什么用蔗糖而不用葡萄糖？

分析：蔗糖同樣可以作為植物細胞的碳源和能源物質(zhì)。配制相同質(zhì)量分數(shù)的培養(yǎng)基，蔗糖形成的滲透壓要明顯______（低于/高于）葡萄糖，若采用葡萄糖作為碳源，易使植物細胞脫水而生長不良。同時，植物細胞吸收蔗糖的速率要明顯______（慢于/快于）吸收葡萄糖的速率，所以蔗糖形成的滲透壓可較長時間地保持相對穩(wěn)定。此外，微生物生長所需的最適合的碳源是__________，因此，采用蔗糖作為培養(yǎng)基的碳源，可在一定程度上減少____________________。

④植物激素：_________和______________是啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵性激素，二者的______、及____________等都會影響實驗結(jié)果。常用的生長素及類似物有NAA(萘乙酸)、2，4-D等

。常用的細胞分裂素有6-BA（6-芐基腺嘌呤）、KT（激動素）和玉米素。低于慢于葡萄糖生長素細胞分裂素濃度用量的比例微生物的污染植物組織培養(yǎng)的條件

（3）外界條件：如pH、溫度、光照等環(huán)境條件。

思考2、組培時，光照條件該如何控制？

分析：形成愈傷組織以及愈傷組織的擴大培養(yǎng)需______，誘導(dǎo)愈傷組織再分化出芽需______。

思考3、胡蘿卜組織培養(yǎng)時，若選取胡蘿卜韌皮部細胞，______（能/不能）培養(yǎng)出完整植物體。與韌皮部細胞相比，選取胡蘿卜形成層細胞進行組培更______。避光照光能容易

使用情況

實驗結(jié)果生長素用量/細胞分裂素用量的比值高生長素用量/細胞分裂素用量的比值低生長素用量/細胞分裂素用量的比值適中促進根分化，抑制芽形成促進芽分化，抑制根形成促進愈傷組織的形成植物組織培養(yǎng)的條件植物組織培養(yǎng)的基本流程外植體愈傷組織芽、根植株脫分化再分化外植體：用于植物組織培養(yǎng)的離體的植物器官、組織或細胞。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。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)稱為體細胞胚或胚狀體。脫分化：已經(jīng)分化的細胞，經(jīng)過誘導(dǎo)，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細胞的過程。再分化：脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進行培養(yǎng)，又可以重新分化出根或芽等器官的過程。探究實驗:菊花的組織培養(yǎng)外植體脫分化愈傷組織再分化根、芽等試管苗完整植株移栽1、原理：2、目的：1）了解植物組織培養(yǎng)的基本原理2）了解生長素和細胞分裂素的濃度、用量比例對菊花愈傷組織形成

和分化的影響3）嘗試進行植物組織培養(yǎng)3、步驟：1）制備外植體2）接種到誘導(dǎo)愈傷組織培養(yǎng)基3）接種到誘導(dǎo)生芽培養(yǎng)基4）接種到誘導(dǎo)生根培養(yǎng)基探究實驗:菊花的組織培養(yǎng)（1）制備外植體消毒：切割：（無菌操作）酒精30S無菌水2-3次次氯酸鈉溶液30min材料：幼嫩的菊花莖段2-3次無菌水洗超凈工作臺或接種箱消毒與無菌水沖洗切割與接種（2）接種到誘導(dǎo)愈傷組織培養(yǎng)基脫分化避光形成愈傷組織有光時，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。愈傷組織培養(yǎng)培養(yǎng)溫度：18-220C無菌培養(yǎng)皿滅菌的解剖刀

探究實驗:菊花的組織培養(yǎng)一定不能倒置誘導(dǎo)愈傷組織形成

避光培養(yǎng)誘導(dǎo)生芽、生根1.照光培養(yǎng)2.生芽、生根培養(yǎng)基不同試管苗移栽外植體接種：將外植體的1/3~1/2插入誘導(dǎo)愈傷組織培養(yǎng)基(3）接種到誘導(dǎo)生芽培養(yǎng)基（4）接種到誘導(dǎo)生根培養(yǎng)基若先生根后面就不易生芽愈傷組織見光后愈傷組織變?yōu)榫G色愈傷組織植物組織培養(yǎng)的基本流程生長素/細胞分裂素比例適當(dāng)細胞分裂素含量較高生長素含量較高接種外植體誘導(dǎo)愈傷組織誘導(dǎo)生芽誘導(dǎo)生根小結(jié):植物組織培養(yǎng)小結(jié):植物組織培養(yǎng)外植體愈傷組織幼苗（芽、根）植株離體控制光照溫度pH脫分化再分化移栽比例適中照光無菌激素生長素細胞分裂素營養(yǎng)有機物無機鹽凝固劑（瓊脂）避光配比低→發(fā)芽配比高→生根MS培養(yǎng)基大量元素：N、P、S、K、Ca、Mg大量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo單倍體植株矮小、高度不育花藥離體培養(yǎng)易錯警示培養(yǎng)過程中只涉及有絲分裂生殖方式為特殊的有性生殖花藥試管苗脫分化再分化愈傷組織特殊的植物組織培養(yǎng)下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)的敘述中，錯誤的是（）A．培養(yǎng)基中添加蔗糖的目的是提供營養(yǎng)和調(diào)節(jié)滲透壓B．培養(yǎng)基中的生長素和細胞分裂素影響愈傷組織的生長和分化C．離體器官或組織的細胞都必須通過脫分化才能形成愈傷組織D．同一株綠色開花植物不同部位的細胞經(jīng)培養(yǎng)獲得的愈傷組織基因相同D課堂檢測下圖是植物組織培養(yǎng)技術(shù)培育新品種的部分過程圖。（1）該技術(shù)的核心操作是__________和__________。（2）愈傷組織是一類高度液泡化、呈無定形狀態(tài)的具有_____能力的薄壁細胞。（3）培育F植株的過程中，除需無菌環(huán)境外，還需向培養(yǎng)基中添加的激素有__________________________。（4）該操作能夠得到F植株，體現(xiàn)了_________________；F植株________（填“可育”或“不可育”）。脫分化再分化分生生長素和細胞分裂素花粉細胞的全能性不可育課堂檢測“番茄-馬鈴薯”的假想圖植物體細胞雜交技術(shù)

討論：

1.地上結(jié)番茄，地下長土豆的植株通過有性生殖可以產(chǎn)生嗎？

2.“番茄-馬鈴薯”，通過什么技術(shù)能夠獲得呢？過渡植物體細胞雜交

將不同種植物的體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新的植物體的方法。“白菜-甘藍”細胞膜的流動性、植物細胞的全能性原理染色體數(shù)目變異可遺傳變異類型細胞工程育種育種類型植物體細胞雜交技術(shù)①概念植物體細胞雜交

為什么“番茄-馬鈴薯”不像所預(yù)想的那樣：地上結(jié)番茄，地下結(jié)馬鈴薯呢？

生物基因的表達不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的。打破生殖隔離實現(xiàn)遠緣雜交優(yōu)點雜種植株所表現(xiàn)性狀未必符合需求缺點植物體細胞雜技術(shù)②優(yōu)缺點

提示：馬鈴薯基因組的____________可能影響了番茄基因組的表達，番茄基因組的表達產(chǎn)物也可能影響了馬鈴薯基因組的表達，導(dǎo)致融合植株細胞中的基因不能______表達。表達產(chǎn)物有序植物體細胞雜交植物細胞融合植物組織培養(yǎng)植物細胞融合+植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜技術(shù)③過程原理細胞膜的流動性

植物細胞全能性①方法：酶解法。a.植物細胞去掉細胞壁，形成原生質(zhì)體。利用酶的專一性。用纖維素酶和果膠酶水解。植物體細胞雜技術(shù)③過程:酶解法去壁光鏡下煙草葉肉細胞原生質(zhì)體為什么纖維素酶和果膠酶需溶于一定濃度溶液中？

保持原生質(zhì)體正常的形態(tài)，防止其吸水過多而脹破。原生質(zhì)體與原生質(zhì)層指的是脫去細胞壁的細胞。動物細胞也可看做是原生質(zhì)體。原生質(zhì)體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(zhì)。原生質(zhì)層VS原生質(zhì)層不包括細胞液和細胞核植物體細胞雜技術(shù)③過程植物體細胞雜技術(shù)③過程:誘導(dǎo)原生質(zhì)體的融合b.誘導(dǎo)兩個細胞（原生質(zhì)體）融合細胞膜的流動性原理方法電融合法、離心法聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH值融合法化學(xué)方法物理方法

融合完成的標(biāo)志是重新產(chǎn)生細胞壁，形成雜種細胞。植物體細胞雜技術(shù)③過程:篩選雜種細胞野生馬鈴薯(A)和栽培馬鈴薯(B)原生質(zhì)體融合（電融合法）融合后，培養(yǎng)基中有幾種類型的細胞？

A、B、AA、BB、AB。（只考慮兩兩融合）需要進一步篩選通電之前通電2min后通電3min后通電10min后

思考:誘導(dǎo)融合之后為什么要對原生質(zhì)體進行篩選？

分析：融合體系中有多個原生質(zhì)體A和多個原生質(zhì)體B，由于融合是______的，所以除了會出現(xiàn)融合原生質(zhì)體AB，也會出現(xiàn)____________________和____________________；又由于融合的的成功率不是百分之百，所以除了會出現(xiàn)融合細胞，也會有_______________。因此誘導(dǎo)融合之后要對原生質(zhì)體進行篩選。隨機融合原生質(zhì)體AA融合原生質(zhì)體BB未融合細胞隨機選出AB型(雜種)細胞的方法方法1：互補選擇法第一次培養(yǎng)在適合A不適合B的條件下第二次培養(yǎng)在適合B不適合A的條件下淘汰B和BB型的細胞淘汰A和AA型的細胞選出AB型細胞方法2：融合前兩個親本有可分辨的明顯標(biāo)記親本1：來自愈傷組織親本2：來自葉肉細胞(含葉綠體)細胞壁薄且含有葉綠體的細胞選擇植物體細胞雜技術(shù)③過程:篩選雜種細胞植物體細胞雜技術(shù)③過程:篩選雜種細胞方法3：利用抗性互補親本1：對放線菌素D有抗性，但在MS培養(yǎng)基不能超過50個世代親本2：對放線菌素D敏感，但能在MS培養(yǎng)基生生長。將雜種細胞培養(yǎng)在含有放線菌素D的MS培養(yǎng)基上即可。選出AB型(雜種)細胞的方法高爾基體A為2a=20

B為2b=30504

雜種細胞染色體數(shù)為？

此過程中起主要作用的細胞器是？

雜種細胞染色體組數(shù)為？植物體細胞雜技術(shù)③過程:篩選雜種細胞兩親本染色體數(shù)之和兩親本染色體組數(shù)之和利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)將雜種細胞培育成雜種植株。植物體細胞雜技術(shù)③過程:雜種細胞的全能性的體現(xiàn)標(biāo)志著雜種細胞具有全能性。項目

體細胞雜交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)基因組成植物體細胞雜交后代的遺傳變化無性繁殖，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小結(jié):植物體細胞雜技術(shù)煙草-海島煙草胡蘿卜-羊角芹白菜-甘藍普通小麥-長穗偃麥草人參-胡蘿卜（