【公开课】植物细胞工程（第1课时）课件+2020-2021学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3.pptx

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1、 第第1节 植物植物细胞工程胞工程01植物植物细胞工程的基本技胞工程的基本技术ZHIWUXIBAOGONGCHENGDEJIBENJISHU1.1.细胞工程的概念细胞工程的概念 细胞工程细胞工程（cell engineering)是指应用是指应用细胞生物学、分子生物学细胞生物学、分子生物学和发育生物学等学科和发育生物学等学科的原理和方法，通过的原理和方法，通过细胞、细胞器或组织细胞、细胞器或组织水平水平上的操作，上的操作，有目的有目的地获得特定的地获得特定的细胞或组织、器官、个体或其产品细胞或组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。的一门综合性的生物工程。（1 1）原理和方法：）原理和

2、方法：细胞生物学、分子生物学和细胞生物学、分子生物学和发育生物学等发育生物学等（2 2）操作水平：）操作水平：细胞、细胞器或组织细胞、细胞器或组织（3 3）目的：）目的：按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。一、细胞工程一、细胞工程植物组织培养植物细胞的全能性条件步骤应用常用方法、应用-制备单克隆抗体体外受精胚胎移植胚胎分割细胞工程植物细胞工程动物细胞工程胚胎工程植物体细胞杂交技术动物细胞培养动物细胞融合动物体细胞核移植理论基础：受精和早期胚胎发育常用技术常用方法、应用-培育杂种植株本章导图1958196019641971197

3、419021974年，土壤农杆菌的Ti质粒被发现。之后，该质粒应用于植物分子生物学领域，促进了植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合。1971年，卡尔森（P.S.Carlson，19442017）诱导烟草种间原生质体融合，获得了第一株体细胞种间杂种植株。1964年，古哈（S.Guha，19382007）等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉粒发育而来的胚。1960年，科金（E.C.Cocking，1931）用真菌的纤维素酶分解番茄根的细胞壁，成功获得了原生质体。1958年，斯图尔德（F.C.Steward，19041993）等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细胞全能性理论提供了强

4、有力的支持。1902年，哈伯兰特（G.Haberlandt，18541945）提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。科技探索之路植物细胞工程的发展历程1959年，试管家兔诞生。之后，多种试管动物相继出生。1975年，米尔斯坦（C.Milstein，19272002）和科勒（G.Khler，19461995）等创立了单克隆抗体技术。1958年，格登（J.Gurdon，1933）用非洲爪蟾进行体细胞核移植实验，成功培育出性成熟个体。同一时期，我国科学家童第周（19021979）等开展了鱼类细胞核移植工作。1951年，张明觉（1908-1991）等发现了哺乳动物精子的获能现象。1907年

5、，哈里森（R.G.Harrison，18701959）用一滴淋巴液成功培养了蝌蚪的神经元，首创了动物组织体外培养法。1890年，希普（W.Heape，18551929）将安哥拉兔的胚胎移入比利时兔的输卵管内，得到了两只安哥拉兔，这是世界上胚胎移植成功的首例。科技探索之路动物细胞工程的发展历程1951195918901907197519782014年世界上第一个用单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿在我国诞生。2017年，我国科学家首次培育了体细胞克隆猴。2006年，山中伸弥（S.Yamanaka，1962）等获得了诱导多能干细胞。我国科学家用这种细胞培育出了小鼠。1996年，世界上第一只体

6、细胞克隆羊多莉在英国诞生。随后多种克隆动物相继问世。1981年，埃文斯（M.J.Evans，1941）等成功分离和培养了小鼠的胚胎干细胞。1978年，小鼠的桑葚胚被成功分割。次年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵羔羊。科技探索之路动物细胞工程的发展历程1996200619781981201420172.2.细胞工程分类细胞工程分类 （1 1）依据操作对象分：）依据操作对象分：植物细胞工程和动物细胞工程植物细胞工程和动物细胞工程 （2 2）依据操作技术分：）依据操作技术分：植物组织培养技术、细胞融合技术、动物细胞核移植植物组织培养技术、细胞融合技术、动物细胞核移植技术等。技术等。一、细胞工程一、细胞

7、工程一、植物细胞工程的基本技术植物细胞工程植物组织培养植物体细胞杂交植物细胞工程的理论基础是什么?细胞的全能性一、植物细胞工程的基本技术一、植物细胞工程的基本技术1、细胞的全能性：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。2、具有全能性的原因：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质。3、体现细胞全能性的标志：细胞 完整个体或其他各种细胞实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株；受精卵发育成个体（动植物）；蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰；用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株。4、不体现全能性的实例：芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶5、不

8、体现全能性的原因原因：基因基因在特定在特定时间、空、空间条件下条件下选择性表达性表达细胞全能性实例：细胞全能性实例：多肉进行叶插繁殖1.1.选取多肉上健康、选取多肉上健康、饱满的叶片。饱满的叶片。2.2.用剪刀切下整片叶用剪刀切下整片叶片，切口要平滑、整片，切口要平滑、整齐。也可以直接用手齐。也可以直接用手轻轻掰下叶片。轻轻掰下叶片。3.3.平躺放在沙床上，平躺放在沙床上，叶片间隔相聚叶片间隔相聚2 23 3厘厘米。米。4.4.叶片切口不要有叶片切口不要有碰脏，摆放通风处碰脏，摆放通风处2 23 3天，晾干。天，晾干。5.5.待叶片晾干后移至半待叶片晾干后移至半阴处养护。阴处养护。6.6.约约

9、2 23 3周后生根，或周后生根，或从叶基处长出不定芽。从叶基处长出不定芽。7.7.叶插成功叶插成功植物组织培养技术兰为王者香，芬馥清风里。其芽萍萍，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可迨夫花开，凝晴浪露，万态千妍，黄风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！岂非有国香乎！”金漳兰谱（宋赵时庚）如何能让名贵的兰花大量、快何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？植物组织培养技术植物组织培养（planttissueculture）是指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。植物细胞工程的基本技术生殖方式：分裂方式：原理：有丝分裂

10、无性生殖植物细胞的全能性2.2.一般过程：一般过程：一、植物组织培养技术一、植物组织培养技术外植体外植体脱分化脱分化愈愈伤组织再分化再分化根、芽等根、芽等试管苗管苗驯化移栽化移栽完整植株完整植株移栽成活移栽成活植物组织培养技术(1)外植体：用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。(2)脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。(3)愈伤组织：排列疏松、高度液泡化、不定形的薄壁组织团块。(4)再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出根或芽等器官的过程。(5)(5)胚胚状状体体：离离体体培培养养条条件件下下，没没有有经经过过受受精精过

11、过程程，但但是是经经过过了了胚胚胎胎发发育育过过程所形成的胚状类似物，因而统称为体细胞胚或胚状体。程所形成的胚状类似物，因而统称为体细胞胚或胚状体。愈伤组织的细胞排列疏松而无规则是一种高度液泡化的无定形状态的细胞。愈伤组织形成以后，如果在原来的培养基上续培养，就会由于培养基中养分不足或有毒代谢产物的积累，导致愈伤组织生长停止，甚至老化变黑乃至死亡。如果要愈伤组织续生长增殖，必须定期地将它们分成小块，接种到新鲜的培养基上，这样愈伤组织就可以长期保持旺盛的生长。愈伤组织的再分化主要有两种方式。一种是不定芽方式，就是在某些条件下，愈伤组织的细胞发生分化，形成不同的器官原基，再逐渐形成芽和根（图1-2

12、-8）。另一种是胚状体方式，就是由愈伤组织诱导分化出的具有胚芽、胚根、胚轴的类似于胚的结构。能够产生胚状体的愈伤组织常见于胡萝卜、芦笋、玉米和小麦等植物。小贴士探究-实践菊花的菊花的组织培养培养外植体外植体脱分化脱分化愈愈伤组织再分化再分化根、芽等根、芽等试管苗管苗完整植株完整植株移栽移栽1、原理：、原理：2、目的：、目的：（1 1）了解植物组织培养的基本原理）了解植物组织培养的基本原理（2 2）了解生长素和细胞分裂素的）了解生长素和细胞分裂素的浓度浓度、用量比例用量比例对菊花愈伤组织对菊花愈伤组织 形成和分化的影响。形成和分化的影响。（3 3）尝试进行植物组织培养）尝试进行植物组织培养3、步

13、、步骤：（1 1）制备外植体）制备外植体（2 2）接种到诱导）接种到诱导愈伤组织愈伤组织培养基培养基（3 3）接种到诱导）接种到诱导生芽生芽培养基培养基（4 4）接种到诱导）接种到诱导生根生根培养基培养基生长素用量与细胞生长素用量与细胞分裂素用量的比值分裂素用量的比值结果结果比值高比值高比值低比值低比值适中比值适中有利于根的分化，抑制芽的形成有利于根的分化，抑制芽的形成有利于芽的分化，抑制根的形成有利于芽的分化，抑制根的形成促进愈伤组织的形成促进愈伤组织的形成比值适中比值适中比值低比值低比值高比值高植物组织培养技术案例：菊花的组织培养（1）材料的选取同一种植物材料，材料的年龄、保存时间的长短等

14、也会影响实验结果。菊花的组织培养一般选择幼嫩的菊花茎段。（2）营养成分：常用的培养基是_，主要成分包括：_：N、P、S、K、Ca、Mg等。_：B、Mn、Cl、Zn、Fe、Mo、I、Co等。有机物：甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素、以及_等。（3）一定的外界条件PH，温度，光照等MS培养基大量元素微量元素蔗糖思考思考1、MS培养基中培养基中为什么用蔗糖而不用葡萄糖什么用蔗糖而不用葡萄糖?分析:蔗糖同样可以作为植物细胞的碳源和能源物质。配制相同质量分数的培养基，蔗糖形成的渗透压要明显 (低于/高于)葡萄糖，若采用葡萄糖作为碳源，易使植物细胞脱水而生长不良。同时，植物细胞吸收蔗糖的速率要明显 (慢于/快于

15、)吸收葡萄糖的速率，所以蔗糖形成的渗透压可较长时间地保持相对稳定。此外，微生物生长所需的最适合的碳源是葡萄糖，因此，采用蔗糖作为培养基的碳源，可在一定程度上减少微生物的污染。低于低于慢于慢于(4)植物激素:生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素，二者的浓度、使用的顺序及用量的比例等都会影响实验结果。常用的生长素及类似物有IAA(吲哚乙酸)、IBA(吲哚丁酸)、NAA(萘乙酸)、2,4-D。常用的细胞分裂素有6-BA(6-苄基腺嘌呤)、KT(激动素)和玉米素。简记：简记：先先“生生”分裂不分化，分裂不分化，后后“生生”分裂又分化，分裂又分化，同同“使使”分化频率高分化频率高

16、菊花的组织培养菊花的组织培养一、植物组织培养技术一、植物组织培养技术1.1.用酒精擦拭双手和超净工作台台用酒精擦拭双手和超净工作台台面。将流水充分冲洗后的外植体面。将流水充分冲洗后的外植体（幼嫩的茎段）用酒精消毒（幼嫩的茎段）用酒精消毒30s,30s,然然后立即用无菌水清洗后立即用无菌水清洗2 23 3次；再用次；再用次氯酸钠次氯酸钠溶液处理溶液处理30 min30 min后，立即后，立即用无菌水清洗用无菌水清洗2 23 3次。次。2.2.将将消过毒消过毒的外植体置的外植体置于无菌的培养皿中，用于无菌的培养皿中，用无菌滤纸吸去表面的水无菌滤纸吸去表面的水分。用解剖刀将外植体分。用解剖刀将外植体

17、切成切成0.50.51cm1cm长的小段。长的小段。3.3.在在酒精灯酒精灯火焰旁，火焰旁，将外植体的将外植体的1/31/31/21/2插入诱导愈伤组织的插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记。在培养瓶上作好标记。菊花的组织培养菊花的组织培养一、植物组织培养技术一、植物组织培养技术4.4.将接种了外植体的锥形瓶将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于或植物组织培养瓶置于18182222的培养箱中培养。的培养箱中培养。在培养过程中，定期观察和在培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况。记录愈伤组织的生长情况。5.5.培养

18、培养151520d20d后，将生长良好后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上。长出芽后，再将其培养基上。长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上，转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。进一步诱导形成试管苗。6.6.移栽前先打开封口膜或瓶盖，让移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。用流试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。每境中，待其长壮后再移栽入土。每天观察并记录幼苗的生长情况，适天观察并记录幼

19、苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。时浇水、施肥，直至开花。（4 4）材料用具）材料用具外植体：外植体：_*经常选择根尖（经常选择根尖（分生区分生区）、茎的韧皮部（）、茎的韧皮部（形成层形成层）等分裂能）等分裂能力强、分化程度低的区域作为材料，力强、分化程度低的区域作为材料，容易诱导形成愈伤组织容易诱导形成愈伤组织；体积分数为体积分数为70%70%的酒精的酒精*对手、超净工作台、外植体进行对手、超净工作台、外植体进行消毒消毒质量分数为质量分数为5%5%左右的次氯酸钠溶液左右的次氯酸钠溶液*对外植体进行对外植体进行消毒消毒无菌水无菌水*清洗外植体清洗外植体培养基（参见本书附录培养基（参见本书

20、附录1 1）*包括包括无机营养成分无机营养成分（水和无机盐）、（水和无机盐）、有机营养成分有机营养成分（蔗糖、（蔗糖、氨基酸、维生素等）、特定浓度和比例的氨基酸、维生素等）、特定浓度和比例的激素激素（主要是生长素（主要是生长素和细胞分裂素）；和细胞分裂素）；*蔗糖的作用：蔗糖的作用：提供能量，调节渗透压提供能量，调节渗透压*培养基灭菌方法为：培养基灭菌方法为：_幼嫩的菊花茎段幼嫩的菊花茎段湿热灭菌法湿热灭菌法脱分化脱分化 将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18-2218-22的的培养培养箱箱中培养。在培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况

21、。中培养。在培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况。*该过程该过程一般不需要光照一般不需要光照；*有光易形成维管组织，有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织。不易形成愈伤组织。再分化再分化*注意顺序，注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根先诱导生芽，再诱导生根；*该过程每日该过程每日需要需要给予适当时间和强度的给予适当时间和强度的光照。光照。培养培养151520d20d后，将后，将生长良好的生长良好的愈伤组愈伤组转接到诱导生芽的转接到诱导生芽的培养基培养基上上长出芽后长出芽后将其转接到将其转接到诱导生根诱导生根的培养基的培养基上，进一步上，进一步诱导形成试管苗诱导形成试管苗思考：思考：1.1.为

22、什么整个过程要保证无菌操作？为什么整个过程要保证无菌操作？2.2.为什么外植体不能倒插？为什么外植体不能倒插？避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，同时防避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，同时防止有些杂菌危害培养物的生长。止有些杂菌危害培养物的生长。与生长素的极性运输有关；与生长素的极性运输有关；生长素含量多的部分容易生出不定根，含量少的部生长素含量多的部分容易生出不定根，含量少的部分生出不定芽，一般而言，分生出不定芽，一般而言，容易长不定芽的是形态学上容易长不定芽的是形态学上端，容易长不定根的是形态学下端端，容易长不定根的是形态学下端，因此应该将形态学，因此应该将形态学上端朝上，下端朝下，若

23、倒插，外植体不易存活。上端朝上，下端朝下，若倒插，外植体不易存活。3.3.植物组织培养的理论基础植物组织培养的理论基础：植物细胞全能性4.4.植物组织培养的条件植物组织培养的条件：离体离体 无菌无菌 培养基培养基 适宜的外界条件适宜的外界条件一、植物组织培养技术一、植物组织培养技术资料1在快速繁殖颤杨时，如果我们将一个枝条平均分成三段，结果发现，靠近顶端的那一段枝条的侧芽离体培养时繁殖系数最高，中间的次之，基部的最低。资料2在MS培养基中加入质量分数为0.5mg/L的6-BA和质量分数为0.5mg/L的NAA,可诱导胡萝卜形成愈伤组织;在MS培养基中加入质量分数为2mg/L的KT(激动素)和质

24、量分数为0.2mg/L的NAA，可诱导胡萝卜生出丛芽;结论:外植体在植株上的着生位置对其脱分化及再分化有一定的影响。结论:生长素及细胞分裂素的比例可影响细胞的脱分化及再分化。5.5.影响植物组织脱分化和再分化的因素有影响植物组织脱分化和再分化的因素有：资料3将外植体培养在黑暗条件下，10天左右即可形成高度液泡化的愈伤组织，但是若将外植体培养在光照条件下，发现细胞分化产生维管束等组织，而不形成愈伤组织。资料4研究烟草组织培养时发现，烟草芽的形成以28度为好，在12度以下，33度以上形成率均很低。结论:愈伤组织的形成需要避光。结论:脱分化及再分化都需要在适宜的温度条件下进行。5.5.影响植物组织脱

25、分化和再分化的因素有影响植物组织脱分化和再分化的因素有：5.5.影响植物组织脱分化和再分化的因素有影响植物组织脱分化和再分化的因素有：生长素和细胞分裂素的比值生长素和细胞分裂素的比值 温度温度 光照光照 外植体在植株上的着生位置外植体在植株上的着生位置结果分析与评价结果分析与评价 接种接种3 34d4d后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，试分后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，试分析它们被污染的可能原因。析它们被污染的可能原因。从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？培育的试

26、管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？培养基、接种工具灭菌不彻底；培养基、接种工具灭菌不彻底；外植体消毒不彻底；外植体消毒不彻底；操作过程不符合无菌操作要求等。操作过程不符合无菌操作要求等。2 2周左右周左右 生根苗移栽技术的关键是既要充分清洗根系表面的培养基，又不能生根苗移栽技术的关键是既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。伤及根系。一般使用无土栽培方法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷一般使用无土栽培方法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷洒质量分数为洒质量分数为5%5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12h12h，掀开塑料薄膜，掀开塑料薄膜24h24h

27、后才能移栽。新移栽的组培苗要在温室过渡几天，待其长壮后再移植到后才能移栽。新移栽的组培苗要在温室过渡几天，待其长壮后再移植到大田或盆中。大田或盆中。结果分析与评价结果分析与评价 若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？培养的影响，则应如何设计对照实验？空白对照：不加任何激素空白对照：不加任何激素实验组实验组1 1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1 1；实验组实验组2 2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1 1；实验组实验组3 3

28、：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1 1。能否从以上内容中概括植物组织培养中细胞能否从以上内容中概括植物组织培养中细胞表现出全能性所需要的条件？表现出全能性所需要的条件？植物组织培养中植物组织培养中细胞表胞表现出全能性的条件出全能性的条件（1 1）离体（）离体（最关键最关键）（2 2）严格的无菌条件）严格的无菌条件（3 3）适宜的培养条件）适宜的培养条件（4 4）适宜浓度和比例的激素）适宜浓度和比例的激素（5 5）一定的营养条件）一定的营养条件对操作环境、双手、外植体进行对操作环境、双手、外植体进行消毒消毒；对培养基和器械进行对培养基和器械进行灭菌灭菌

29、；接种操作必须在接种操作必须在酒精灯火焰旁酒精灯火焰旁进行。进行。温度（例如菊花植物组织培养应为温度（例如菊花植物组织培养应为18-2218-22）；）；光照（例如光照（例如脱分化需避光，再分化需照光脱分化需避光，再分化需照光）。）。*植物激素的种类和含量不同，对愈伤组织的形成和分化的影植物激素的种类和含量不同，对愈伤组织的形成和分化的影响不同。响不同。*配制合适的培养基，包括配制合适的培养基，包括有机有机营养成分、营养成分、无机无机营养成分、适营养成分、适宜浓度和比例的宜浓度和比例的激素。激素。*若细胞不离体，若细胞不离体，细胞中的基因会选择性地表达，从而形成生细胞中的基因会选择性地表达，从

30、而形成生物体的不同组织和器官，不能表现出全能性。物体的不同组织和器官，不能表现出全能性。特殊的植物组织培养特殊的植物组织培养花药离体培养花药离体培养花药离体培养花药离体培养配子配子DDTTDDTTDDttDDttddTTddTTddttddtt正常植株正常植株（纯合）（纯合）秋水仙素秋水仙素诱导诱导高杆抗病高杆抗病 DdTtDdTtDTDTDtDtdTdTdtdt单倍体植株单倍体植株DTDTDtDtdTdTdtdt需要的纯合需要的纯合矮抗矮抗品种品种（1 1）植物组织培养过程植物组织培养过程中涉及的分裂方式为中涉及的分裂方式为_；（2 2）该过程涉及的生殖）该过程涉及的生殖方式是方式是_*；（

31、3 3）经秋水仙素加倍之）经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为后，获得的植株一般为_，一定是吗？，一定是吗？_。有丝分裂有丝分裂有性生殖有性生殖纯合子纯合子不一定不一定根、芽植物体脱分化再分化培养条件：无菌 营养物质 适宜环境条件（温度、PH、光等）植物激素：细胞分裂素 生长素如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药植物组织培养技术的过程遮光遮光一定的光照一定的光照芽发育成叶，叶肉芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合细胞中叶绿素的合成需要光照成需要光照排列不排列不规则，高度，高度液泡化，呈不定型液泡化，呈不定型状状态的薄壁的薄壁细胞胞愈伤组织离体的植物器官、组织或细胞（外植体）愈伤组织重新分化愈

32、伤组织重新分化为芽、根等器官为芽、根等器官失去特有结构和功能失去特有结构和功能转变成未分化的细胞转变成未分化的细胞 2003年年1月月5日，日，“神舟神舟”四号准确陆。这次时四号准确陆。这次时6天天18小时小时的空行，开展了多的空行，开展了多 项在轨研究，其中有一项被媒体描述成项在轨研究，其中有一项被媒体描述成“太空婚礼太空婚礼”的生物实验。不过，的生物实验。不过，“婚礼婚礼”中的中的“新郎新郎”和和“新娘新娘”是一对对体细胞，作为是一对对体细胞，作为“新房新房”的是一个黑色的小合的是一个黑色的小合子子电融合仪电融合仪。原来，这是科技工作者在空间微重力条件。原来，这是科技工作者在空间微重力条件

33、下进行的下进行的细胞融合细胞融合(cell fusion)实验实验。二、植物二、植物体细胞杂交技术体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术地上长番茄，地下长马铃薯（番茄-马铃薯想象图）如何生产该植物？“白菜-甘蓝”原理：细胞膜的流动性、植物细胞的全能性可遗传变异类型：染色体数目变异育种类型：细胞工程育种植物体细胞杂交技术【植物体细胞杂交】将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的方法。植物体细胞杂交技术1.过程植物细胞融合+植物组织培养去壁去壁融合 再生新壁脱分化再分化移栽植物细胞融合植物组织培养植物体细胞杂交植物细胞去掉细胞壁，形成原生质体。方法：酶解法。用纤维

34、素酶和果胶酶水解。利用酶的专一性。诱导两个细胞（原生质体）融合原理：细胞膜具有流动性方法：物理方法（电融合法、离心法）化学方法（聚乙二醇融合法、高Ca2+-高pH融合法）植物体细胞杂交技术原生质体指的是脱去细胞壁的细胞。动物细胞也可看做是原生质体。原生质层成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质。原生质层不包括细胞液和细胞核。融合的原生质体重新产生细胞壁，形成杂种细胞。是杂交成功的标志。思考：1、参与此过程中的主要细胞器是？2、杂种细胞的染色体数是多少？3、杂种细胞染色体组数是多少？4、融合后，培养基中有几种类型的细胞？植物体细胞杂交技术高尔基体两亲本染色体数之和两亲本染色体组数

35、之和A、B、AA、BB、AB。（只考虑两两融合）需要进一步筛选利用植物组织培养技术将杂种细胞培育成杂种植株。植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交育种杂交育种诱导多倍体四倍体四倍体二倍体意义：打破远缘亲本杂交不亲和的障碍。大大扩展杂交的亲本组合范围。番茄马铃薯植株是异源四倍体。植物体细胞杂交技术项目 体细胞杂交 P1：2n(AaBb)与 P2：2m(CcDd)生殖生殖类型型变异异类型型染色体数染色体数染色体染色体组数数基因基因组成成无性繁殖，育种无性繁殖，育种过程中不遵循孟德程中不遵循孟德尔定律定律染色体数目染色体数目变异异两两亲本染色体数之和。本染色体数之和。2n+2m两两亲本染色体本染色体组数之

36、和。数之和。2+2两两亲本基因型之和。本基因型之和。AaBbCcDd植物体细胞杂交后代的遗传变化若亲本植株可育，则杂种植株可育。杂种植株是不同于亲本的新物种。概念植物细胞融合原生质体制备过程变异类型植物组织培养原生质体融合原理育种类型本堂小结原理过程花药离体培养细胞全能性操作步骤脱分化再分化外植体根、芽、胚状体愈伤组织外植体消毒接种切块形成愈伤组织诱导生芽生根植物体细胞杂交植物组织培养植物细胞工程优缺点本堂小结一、概念检测1.下图是利用甲、乙两种植物的各自优势，通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。下列相关叙述错误的是A.进行a处理时能用胰蛋白酶B.b是诱导融合后得到的杂种

37、细胞C.c是培养后得到的具有耐盐性状的幼芽D.进行d选择时要将植株种在高盐环境中A A2.科学家在制备原生质体时，有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞的细胞壁。据此分析，蜗牛消化道提取液中可能含有什么成分?二、拓展应用番茄马铃薯杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上结番茄，地下长马铃薯，这是为什么?本堂小结纤维素酶和果胶酶番茄马铃薯没有像人们预想的那样地上结番茄、地下长马铃薯，主要原因是生物体内基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以番茄马铃薯杂种植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，它们不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂种

38、植株自然就不能地上结番茄、地下长马铃薯了。02植物植物细胞工程的胞工程的应用用ZHIWUXIBAOGONGCHENGDEYINGYONG1.微型繁殖u用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，被称为植物的快速繁殖技术，也叫作微型繁殖技术。u特点：无性繁殖，保持优良品种的遗传特性高效快速地实现种苗的大量繁殖可实现产业化生产外植体脱分化愈伤组织再分化胚状体再生植株试管苗植株微型繁殖u实例：一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等。扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖技术；一一、植物繁殖的新途径、植物繁殖的新途径实例：甘蔗、桉树、铁皮石斛等试管苗的生产已形成一定规模。实例：甘蔗、桉树、铁皮石

39、斛等试管苗的生产已形成一定规模。铁皮石斛的产业化育苗1.微型繁殖2.作物脱毒u取一定大小的茎尖进行组织培养，培育脱毒苗。u原因：马铃薯、草莓和香蕉用无性繁殖的方式进行繁殖，它们感染的病毒很容易传给后代，病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低、品质变差。茎尖：病毒极少的分生区组织。原因：植物顶端分生区附近病毒极少，甚至无病毒适用生物：无性繁殖的生物。优点：脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物。举例：马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等一一、植物繁殖的新途径、植物繁殖的新途径2.作物脱毒马铃薯是世界上仅次于水稻、小麦、玉米的第四大粮食作物，由于生理原因，马铃薯时常出现产量逐年降低、产

40、品质量变劣；由于病毒侵染，造成的马铃薯的退化现象普遍存在。马铃薯幼嫩茎尖繁殖茎尖、花蕾繁殖草莓是多年生草本植物，容易受病毒的侵染，因而每都需要更换母株，草莓病毒病具有潜伏期长，多个病毒病原复合感染的现象。马铃薯在种植过程中经常会受到病毒、细菌和真菌等病原体感马铃薯在种植过程中经常会受到病毒、细菌和真菌等病原体感染，导致品质和产量下降，采用喷洒农药的方式一染，导致品质和产量下降，采用喷洒农药的方式一般只能清除入侵的真菌和细菌，但不能有效地清除般只能清除入侵的真菌和细菌，但不能有效地清除入侵的病毒。研究发现，植物分生区一般不会受到入侵的病毒。研究发现，植物分生区一般不会受到病毒侵染，把茎尖等分生组

41、织从感染病毒的植株上病毒侵染，把茎尖等分生组织从感染病毒的植株上剥离，在离体条件下进行组织培养，可获得不含病剥离，在离体条件下进行组织培养，可获得不含病毒的脱毒苗毒的脱毒苗(virus-free cutting),(virus-free cutting),这一过程称为这一过程称为种苗脱毒。实验证明，通过种苗脱毒可有效地防止种苗脱毒。实验证明，通过种苗脱毒可有效地防止种薯退化，大幅度提高马铃薯产量（图种薯退化，大幅度提高马铃薯产量（图2-12)2-12)。利用。利用植物组织培养技术，已培育出了大量的无病毒种苗，成功实现了甘植物组织培养技术，已培育出了大量的无病毒种苗，成功实现了甘薯、生姜、大蒜、

42、草莓等多种农作物的脱毒，提高了农作物的产量。薯、生姜、大蒜、草莓等多种农作物的脱毒，提高了农作物的产量。植物种苗脱毒植物种苗脱毒1.1.单倍体育种单倍体育种二二、作物新品种的培育、作物新品种的培育优点：育种时间短，后代性状稳定，节约大量人力和物力优点：育种时间短，后代性状稳定，节约大量人力和物力实例：（单倍体育种和常规育种相结合）育成的实例：（单倍体育种和常规育种相结合）育成的水稻、玉米、油菜的甜椒等作物的新品种。水稻、玉米、油菜的甜椒等作物的新品种。2.2.突变体的应用突变体的应用二二、作物新品种的培育、作物新品种的培育（1 1）突变体）突变体:在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直在植物组

43、织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变，从而形成突变体。因素的影响而产生突变，从而形成突变体。（2 2）实例：已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高）实例：已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体，如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草。的突变体，如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草。初生代谢：生物生长生存所必需的代谢活动。外植体愈伤组织脱分化脱分化培养、提取代培养、提取代谢产物物细胞产物的工厂化生产u过程：产物：如糖类、脂质、蛋白质、核酸等。次生代谢：非生物生长所必需，在特定条件下

44、进行。产物：一类小分子有机化合物。红豆杉紫杉醇紫草紫草宁u细胞产物的种类：三三、细胞产物的工厂化生产、细胞产物的工厂化生产4.4.细胞产物的工厂化生产的优点细胞产物的工厂化生产的优点三三、细胞产物的工厂化生产、细胞产物的工厂化生产 快速高效，不受季节、外部环境等条件的限制，还能保护快速高效，不受季节、外部环境等条件的限制，还能保护生态环境。生态环境。5.5.实例实例 紫草宁紫草宁具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性 紫杉醇紫杉醇具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的 治疗治疗 人参皂苷人参皂苷利用人参细胞生产人参皂苷四.转基因植物的培育

45、（了解）植物组织培养外植体脱分化愈伤组织再分化胚状体再生植株1.细胞产物的工厂化生产2.突变体的利用4.微型繁殖5.作物脱毒3.人工种子（补充）6.单倍体育种7.植物体细胞杂交8.转基因植物的培育植物繁殖的植物繁殖的新途径新途径作物新品种作物新品种的培育的培育本堂小结练习与应用一、概念检测1.运用植物细胞工程技术可以培育单倍体植株和进行细胞产物的工厂化生产。判断下列相关表述是否正确。（1）用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养技术。()（2）细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞生长的培养条件，提高了单个细胞中次生代谢物的含量。（)2.生产中培育香蕉脱毒苗常用的方法是（）A.人工诱导基因

46、突变B.选择优良品种进行杂交C.进行远缘植物体细胞杂交D.取茎尖分生组织进行组织培养D1.紫色非甜玉米（基因型为AASuSu）和白色甜玉米（基因型为aasusu）杂交（Su和su代表一对等位基因），得到的F1（AaSusu）再进行自交，F2会有紫色甜玉米的表型产生。如果运用常规育种方法，应该如何筛选出纯合的紫色甜玉米?如果利用花药培养的技术，又应该怎样做呢?请你设计相关实验的思路。练习与应用提示：F2中的紫色甜玉米的基因型可能为Aasusu或AAsusu。如果运用常规育种方法，将F2中的紫色甜玉米与白色甜玉米（aasusu）进行测交，可以选择出基因型为AAsusu的纯种紫色甜玉米。但这种方法比

47、较烦琐，耗时也较长，需要至少三年的选种和育种时间。其实在F1产生的花粉中就可能有Asu的组合，如果利用花药培养的技术获得单倍体植株。再经过诱导染色体加倍，就可以直接得到紫色甜玉米的纯合体。这种方法可以大大缩短育种周期。2.甜叶菊是一种菊科植物，植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右，而它的热量却很低，所以它逐渐成为一些用糖行业欢迎的新糖源。甜叶菊的种子小，发芽率低，种子繁殖遗传性状不稳定；而扦插植株的根系弱，且需要原始材料多，这些都会限制甜叶菊的生产。假如你是某甜叶菊生产公司的项目负责人，该公司当前运行状况良好，但一直未能解决种子发芽率低的问题。为了提高公司的甜叶菊繁育效率，你应该如何作出

48、决策，并请说出理由。练习与应用提示：积极探索其他的繁育途径。例如，研究如何利用植物组织培养技术繁育甜叶菊，研究内容涉及植物组织培养材料的选择，培养基配方的优化，提高试管苗移栽成活率的方法等，最终目的是建立一套利用植物组织培养技术繁育甜叶菊的标准技术体系，实现甜叶菊种苗的产业化生产。人工种子（补充）农业、林业生产离不开种子，但不少树木需要生长数年后才能结出种子；一些作物优良杂种的后代也会因发生_而丧失其优良特性。另外，常规种子的生产还会受到季节、气候和地域的限制，并且需要占用大量的土地来实现制种。人工种子：就是以植物组织培养得到的_等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。人工种子在适宜条件下同样能

49、够萌发长成幼苗。性状分离胚状体、不定芽、顶芽和腋芽3.人工种子（补充）胚状体人工胚乳人工种皮抗压、保水、透气具有发育成完整植株的能力保证胚状体生长发育的必需物质胚状体：是指在组织培养过程中，在植物组织块或愈伤组织上产生的一种结构，它与正常受精卵发育形成的胚有类似的结构和发育过程。为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。无性繁殖，易于保留优良性状。不受气候、季节和地域限制。方便储存和运输。解决了某些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。节约大量的粮食。人工种子的优点：