2024-2025學(xué)年高二生物人教版選擇性必修3教學(xué)課件 第2章 第1節(jié) 第1課時 植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)

植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)第1節(jié)第1課時第2章細(xì)胞工程人教版高中生物

選擇性必修31通過對菊花組織培養(yǎng)不同時期的材料進(jìn)行觀察和排序，建構(gòu)植物組織培養(yǎng)的基本流程，進(jìn)而概括出植物組織培養(yǎng)的概念；通過菊花組織培養(yǎng)的實驗操作，進(jìn)一步掌握植物組織培養(yǎng)技術(shù)。2通過分析植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的要點，闡明植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的流程和概念，認(rèn)同植物體細(xì)胞雜交技術(shù)具有重要的應(yīng)用價值。情境導(dǎo)入

馬鈴薯富含淀粉、維生素及鈣、鉀等礦質(zhì)元素，為人們喜食，有人稱譽(yù)它為“第二面包”。馬鈴薯在我國廣泛栽培，人們通常使用其塊莖進(jìn)行無性繁殖，取材范圍較為局限。隨著組培技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)能夠使用馬鈴薯的莖段和葉片，實現(xiàn)馬鈴薯再生。><目標(biāo)一細(xì)胞工程概念及植物組織培養(yǎng)技術(shù)1.1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。動物細(xì)胞工程植物細(xì)胞工程植物組織培養(yǎng)技術(shù)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)1.概念2.分類原理操作水平目的是指將離體的植物器官、組織或細(xì)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)。1.2植物組織培養(yǎng)外植體細(xì)胞的全能性（1）什么是細(xì)胞全能性？原理是什么？（2）全能性的標(biāo)志是什么？（3）為什么生物體內(nèi)細(xì)胞并沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化成為不同的組織器官？1.概念2.理論基礎(chǔ)1.3細(xì)胞的全能性1.全能性定義：細(xì)胞經(jīng)過分裂和分化后，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。2.具有全能性的原因：生物體的每一個細(xì)胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)。3.體現(xiàn)全能性的標(biāo)志：細(xì)胞→完整個體或其他各種細(xì)胞實例：胡蘿卜韌皮部細(xì)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(xì)胞發(fā)育成雄蜂

用一片葉子、一片花瓣、一?；ǚ鄯敝吵鲂碌闹仓?.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5.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(dá)1.請結(jié)合圖中植物組織的變化，思考回答下列問題：任務(wù)1描述植物組織培養(yǎng)過程和條件(1)概括出植物組織培養(yǎng)的技術(shù)流程圖。任務(wù)1描述植物組織培養(yǎng)過程和條件根、芽脫分化再分化愈傷組織離體的植物器官、組織或細(xì)胞（外植體）如：胡蘿卜的形成層、菊花幼莖段、月季的花藥…細(xì)胞排列疏松且無規(guī)則、高度液泡化、不定形的薄壁組織團(tuán)塊已經(jīng)分化的細(xì)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(xì)胞的過程愈傷組織重新分化為芽、根等器官的過程與葉肉細(xì)胞相比，愈傷組織細(xì)胞不含有葉綠體，因為外植體經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞。試管苗完整植株馴化移栽1.4菊花的組織培養(yǎng)1.植物激素的作用: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、比例都會影響植物細(xì)胞的發(fā)育方向。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(jìn)愈傷組織的形成簡記：高根低芽中愈傷1.4菊花的組織培養(yǎng)2.方法步驟接種培養(yǎng)移栽

栽培外植體消毒用酒精擦拭雙手和超凈工作臺面。①流水沖洗外植體(幼嫩的莖段)↓②酒精消毒30s↓③無菌水清洗2-3次↓④次氯酸鈉溶液處理30min→↓⑤無菌水清洗2-3次無菌操作目的避免雜菌與培養(yǎng)物競爭營養(yǎng)，且有些雜菌會危害培養(yǎng)物的生長。1.4菊花的組織培養(yǎng)2.方法步驟①將消毒過的外植體置于無菌培養(yǎng)皿，用無菌濾紙吸去表面水分，用解剖刀將外植體切成0.5-1cm長的小段②接種③培養(yǎng)④移栽⑤栽培①外植體消毒1.4菊花的組織培養(yǎng)2.方法步驟接種培養(yǎng)移栽

栽培外植體消毒②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。③用封口膜或瓶蓋封蓋瓶口，并在培養(yǎng)瓶上做好標(biāo)記。1.4菊花的組織培養(yǎng)2.方法步驟接種培養(yǎng)移栽

栽培外植體消毒黑暗將接種了外植體的錐形瓶置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。有光時，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。①誘導(dǎo)愈傷組織菊花組織培養(yǎng)過程中，誘導(dǎo)外植體脫分化形成愈傷組織的培養(yǎng)基，其成分中是否應(yīng)含有蔗糖等有機(jī)物？為什么？應(yīng)含有蔗糖等有機(jī)物；因為此時外植體不能進(jìn)行光合作用制造有機(jī)物，需要依賴于環(huán)境中的有機(jī)物才能生存。1.4菊花的組織培養(yǎng)2.方法步驟接種培養(yǎng)移栽

栽培外植體消毒培養(yǎng)15-20d后，將生長良好的愈傷組織轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生芽培養(yǎng)基上出芽后，再將其轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生根的培養(yǎng)基上，進(jìn)一步誘導(dǎo)形成試管苗。每日需要給予適當(dāng)時間和強(qiáng)度的光照，因為芽發(fā)育成葉，葉肉細(xì)胞中葉綠素的合成需要光照。②誘導(dǎo)芽和根1.4菊花的組織培養(yǎng)2.方法步驟

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。珍珠巖蛭石接種培養(yǎng)移栽

栽培外植體消毒1.4菊花的組織培養(yǎng)1.植物組織培養(yǎng)的條件：(1)離體；(2)無菌；(3)培養(yǎng)基(種類齊全、比例合適的營養(yǎng)物質(zhì)及一定比例的植物激素)；(4)適宜的培養(yǎng)條件(溫度、pH、光照等)。(1)植物體的任何細(xì)胞都具有全能性，也都能表現(xiàn)出全能性(

)植物細(xì)胞一般都具有全能性，但并不是所有細(xì)胞都能表現(xiàn)出全能性，細(xì)胞全能性的表達(dá)需要一系列條件?！?2)在植物組織培養(yǎng)時，對外植體要進(jìn)行滅菌處理(

)×在植物組織培養(yǎng)時，對外植體要進(jìn)行消毒處理。(3)若用菊花莖切段作為外植體，應(yīng)將其形態(tài)學(xué)上端插入誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基中(

)若用菊花莖切段作為外植體，應(yīng)將其形態(tài)學(xué)下端插入誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基中?！?4)誘導(dǎo)生芽的培養(yǎng)基和誘導(dǎo)生根的培養(yǎng)基完全一樣(

)生長素與細(xì)胞分裂素的比值高時，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低時，有利于芽的分化、抑制根的形成，因此誘導(dǎo)生芽的培養(yǎng)基和誘導(dǎo)生根的培養(yǎng)基不完全相同?！?.(2021·江蘇，5)植物組織培養(yǎng)技術(shù)常用于商業(yè)化生產(chǎn)，其過程一般為：無菌培養(yǎng)物的建立→培養(yǎng)物增殖→生根培養(yǎng)→試管苗移栽及鑒定。下列相關(guān)敘述錯誤的是A.為獲得無菌培養(yǎng)物，外植體要消毒處理后才可接種培養(yǎng)B.組織培養(yǎng)過程中也可無明顯愈傷組織形成，直接形成胚狀體等結(jié)構(gòu)C.提高培養(yǎng)基中生長素和細(xì)胞分裂素的比值，有利于誘導(dǎo)生根D.用同一植株體細(xì)胞離體培養(yǎng)獲得的再生苗不會出現(xiàn)變異√植物組織培養(yǎng)過程中應(yīng)注意無菌操作，為獲得無菌培養(yǎng)物，外植體要經(jīng)過表面消毒處理后，才能進(jìn)行培養(yǎng)，所用的培養(yǎng)基必須徹底滅菌，A正確；生長素和細(xì)胞分裂素的比值高時，有利于根的分化、抑制芽的形成，因此提高培養(yǎng)基中生長素和細(xì)胞分裂素的比值，有利于誘導(dǎo)生根，C正確；用同一植株體細(xì)胞離體培養(yǎng)獲得的再生苗也可能會出現(xiàn)變異，如在愈傷組織的培養(yǎng)過程中可能發(fā)生基因突變等變異，D錯誤。2.(2023·江蘇南通高二期中)下列關(guān)于菊花組織培養(yǎng)的敘述，正確的是A.用自然生長的莖進(jìn)行組織培養(yǎng)需要用適宜濃度的乙醇和次氯酸鈉的混

合液消毒B.培養(yǎng)瓶用專用封口膜封口可防止外界雜菌侵入并阻止瓶內(nèi)外的氣體交換C.再生植株需要去除根部殘留的培養(yǎng)基進(jìn)行鍛煉后才能移種大田D.試管苗鍛煉時采用蛭石作為栽培基質(zhì)的原因是蛭石帶菌量低且營養(yǎng)豐富√自然生長莖段的消毒屬于外植體消毒，先用體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精消毒30s，然后立即用無菌水清洗2～3次，再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%左右的次氯酸鈉溶液處理30min，立即用無菌水清洗2～3次，A錯誤；培養(yǎng)瓶用專用封口膜封口的目的是防止雜菌污染，并不影響氣體交換，B錯誤；試管苗的生存能力較弱，需要進(jìn)行鍛煉，采用蛭石作為栽培基質(zhì)的原因是蛭石保水透氣，但蛭石不含營養(yǎng)，D錯誤。

20世紀(jì)60年代，科學(xué)家嘗試將番茄和馬鈴薯雜交，希望培育出一種地上結(jié)番茄、地下長馬鈴薯的超級作物。不能，因為不同種生物之間存在著生殖隔離。要培育出如圖所示的番茄—馬鈴薯利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實現(xiàn)嗎？為什么？><目標(biāo)一植物體細(xì)胞雜交技術(shù)資料1978年，梅爾徹斯（G.Melchers）等人首次獲得了馬鈴薯與番茄的體細(xì)胞雜種植株。雖然成功地培育出植株，但這種植株并不像科學(xué)家預(yù)料的那樣，地上結(jié)番茄，地下結(jié)馬鈴薯，可仍具有劃時代的意義，為植物體細(xì)胞雜交在生活生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用拉開了帷幕。根據(jù)以上資料，分析植物體細(xì)胞雜交技術(shù)。任務(wù)2植物體細(xì)胞雜交技術(shù)馬鈴薯細(xì)胞番茄細(xì)胞正在融合的原生質(zhì)體任務(wù)2番茄原生質(zhì)體馬鈴薯原生質(zhì)體酶解法去壁細(xì)胞壁纖維素酶、果膠酶原生質(zhì)體物理法：化學(xué)法：電融合法、離心法聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+_高pH融合法等人工誘融1.番茄原生質(zhì)體與馬鈴薯原生質(zhì)體融合后，有哪幾種類型(只考慮兩兩融合)？而我們需要的是哪種類型？所以原生質(zhì)體融合后，我們要進(jìn)行怎樣的處理？番茄-番茄融合細(xì)胞、馬鈴薯-馬鈴薯融合細(xì)胞、番茄-馬鈴薯雜種細(xì)胞。我們需要的是番茄-馬鈴薯雜種細(xì)胞。因此要對融合后的原生質(zhì)體進(jìn)行篩選。思考植物體細(xì)胞雜交技術(shù)2.若番茄細(xì)胞具有2x條染色體，2個染色體組，基因型為Aabb。馬鈴薯細(xì)胞含有4y條染色體，4個染色體組，基因型為ccccDDdd。馬鈴薯細(xì)胞番茄細(xì)胞正在融合的原生質(zhì)體任務(wù)2番茄原生質(zhì)體馬鈴薯原生質(zhì)體篩選雜種細(xì)胞成功融合的標(biāo)志再生出細(xì)胞壁酶解法去壁人工誘融植物細(xì)胞融合原理：細(xì)胞膜的流動性思考6（異源六倍體）從雜種植株的染色體組成上看屬于何種變異？染色體數(shù)目變異2x＋4y雜種細(xì)胞染色體數(shù)為？雜種細(xì)胞染色體組數(shù)為？AabbccccDDdd雜種細(xì)胞基因型為？植物體細(xì)胞雜交技術(shù)馬鈴薯細(xì)胞番茄細(xì)胞正在融合的原生質(zhì)體馬鈴薯原生質(zhì)體番茄原生質(zhì)體雜交完成的標(biāo)志原理：植物細(xì)胞的全能性任務(wù)2植物體細(xì)胞雜交技術(shù)再分化雜種植株移栽移栽后的植株脫分化愈傷組織植物組織培養(yǎng)雜種細(xì)胞成功融合的標(biāo)志再生出細(xì)胞壁植物細(xì)胞融合原理：細(xì)胞膜的流動性篩選人工誘融酶解法去壁主要原因：生物體內(nèi)基因的表達(dá)不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，所以“番茄—馬鈴薯”雜種植株的細(xì)胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)相互干擾，它們不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達(dá)。

任務(wù)23.“番茄—馬鈴薯”雜種植株沒有如科學(xué)家所想象的那樣，地上結(jié)番茄，地下結(jié)馬鈴薯，這是為什么？思考植物體細(xì)胞雜交技術(shù)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)將不同來源的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新植物體的技術(shù)。+白菜甘藍(lán)=白菜-甘藍(lán)打破生殖隔離，克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，培育植物新品種。仍有許多理論與技術(shù)問題沒有解決，還不能讓雜種植株表現(xiàn)出人們所需要的所有性狀1.概念：2.實例：3.意義：4.研究現(xiàn)狀：白菜—甘藍(lán)、普通小麥—長穗偃麥草等。1.植物體細(xì)胞雜交與植物組織培養(yǎng)的比較(1)原理①植物體細(xì)胞雜交的原理：a.細(xì)胞膜的流動性；b.植物細(xì)胞的全能性。②植物組織培養(yǎng)的原理：植物細(xì)胞的全能性。(2)過程：植物體細(xì)胞雜交包括原生質(zhì)體融合和植物組織培養(yǎng)等過程。(3)繁殖方式：植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交都屬于無性繁殖；并且后者還能打破生殖隔離，實現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種。核心歸納2.特別提醒(1)原生質(zhì)體融合成功的標(biāo)志是再生出細(xì)胞壁。(2)植物體細(xì)胞雜交的結(jié)果是獲得雜種植株。(3)植物體細(xì)胞雜交的培養(yǎng)基中要添加蔗糖溶液且濃度略大于原生質(zhì)體內(nèi)的濃度，這樣不僅能為原生質(zhì)體提供營養(yǎng)，而且還能維持一定的滲透壓，使原生質(zhì)體保持正常的形態(tài)。核心歸納(1)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的目的是獲得雜種細(xì)胞(

)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的目的是獲得雜種植株?！?2)植物體細(xì)胞雜交利用了植物組織培養(yǎng)技術(shù)(

)(3)植物原生質(zhì)體融合的原理是植物細(xì)胞的全能性(

)√×植物原生質(zhì)體融合的原理是細(xì)胞膜具有一定的流動性。(4)利用物理法或化學(xué)法可以直接誘導(dǎo)兩個植物細(xì)胞融合(

)兩個植物細(xì)胞需要先用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁，獲得具有活力的原生質(zhì)體，再用物理法或化學(xué)法誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合?！?.(2023·廣東，12)人參皂苷是人參的主要活性成分?？蒲腥藛T分別誘導(dǎo)人參根與胡蘿卜根產(chǎn)生愈傷組織并進(jìn)行細(xì)胞融合，以提高人參皂苷的產(chǎn)率。下列敘述錯誤的是A.細(xì)胞融合前應(yīng)去除細(xì)胞壁B.高Ca2＋—高pH溶液可促進(jìn)細(xì)胞融合C.融合的細(xì)胞即為雜交細(xì)胞D.雜交細(xì)胞可能具有生長快速的優(yōu)勢√在細(xì)胞融合前，必須先用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁，再誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合，A正確；人工誘導(dǎo)植物原生質(zhì)體融合可用高Ca2＋—高pH融合法，用高Ca2＋—高pH溶液可促進(jìn)細(xì)胞融合，B正確；若只考慮細(xì)胞兩兩融合，融合的細(xì)胞中有人參根－人參根細(xì)胞、人參根－胡蘿卜根細(xì)胞、胡蘿卜根－胡蘿卜根細(xì)胞，只有人參根－胡蘿卜根細(xì)胞才是雜交細(xì)胞，C錯誤；雜交細(xì)胞含兩種細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，可能具有生長快速的優(yōu)勢，D正確。4.(2021·福建，11)科研人員利用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)培育矮牽牛新品種，技術(shù)流程示意圖如圖。下列敘述正確的是A.愈傷組織是幼嫩葉片通過細(xì)胞分化形成的B.獲得的雜種植株都能表現(xiàn)雙親的優(yōu)良性狀C.可用聚乙二醇誘導(dǎo)原生質(zhì)體甲和乙的融合和細(xì)胞壁再生D.用纖維素酶和果膠酶處理愈傷組織以獲得原生質(zhì)體√愈傷組織是幼嫩葉片通過細(xì)胞脫分化形成的，A錯誤；由于基因的選擇性表達(dá)和基因間的互作效應(yīng)，獲得的雜種植株不一定能夠表現(xiàn)雙親的優(yōu)良性狀，B錯誤；可用聚乙二醇誘導(dǎo)原生質(zhì)體甲和乙的融合，但不能誘導(dǎo)細(xì)胞壁的再生，C錯誤；由于植物細(xì)胞壁的成分主要是纖維素和果膠，故可以用纖維素酶和果膠酶處理愈傷組織以獲得原生質(zhì)體，D正確。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建五分鐘查落實【要語必背】1.植物組織培養(yǎng)的原理是植物細(xì)胞的全能性，要經(jīng)過脫分化和再分化兩個階段。2.植物組織培養(yǎng)是指將離體的植物器官、組織或細(xì)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)。3.植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的理論基礎(chǔ)是細(xì)胞膜的流動性和植物細(xì)胞的全能性。4.用纖維素酶和果膠酶去除植物的細(xì)胞壁，獲得原生質(zhì)體。人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的物理法包括電融合法、離心法等；化學(xué)法包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法等。融合的原生質(zhì)體再生出細(xì)胞壁，是原生質(zhì)體融合成功的標(biāo)志。【長句表達(dá)】1.細(xì)胞全能性：_________________________________________________

。2.體內(nèi)細(xì)胞未表現(xiàn)全能性的原因：

。3.選用菊花的外植體時，一般選用形成層細(xì)胞或組織塊，其原因是什么？____________________________________________________________________________________________