【课件】植物细胞工程课件高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3.pptx

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1、细胞工程 细胞工程细胞工程是指应用是指应用细胞生物学细胞生物学、分子生物学分子生物学和和发育生物学发育生物学等多学科的原理和方法，通过等多学科的原理和方法，通过细胞器细胞器、细胞细胞或或组织水平组织水平上的操上的操作，有目的地作，有目的地获得特定的细胞获得特定的细胞、组织组织、器官器官、个体个体或或其产品其产品的的一门综合性的生物工程。一门综合性的生物工程。原理和方法操作水平目的分类细胞生物学、分子生物学和发育生物学细胞生物学、分子生物学和发育生物学细胞器、细胞或组织细胞器、细胞或组织获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品动物细胞工程和植物细胞工程动物

2、细胞工程和植物细胞工程第第2章章 细胞工程细胞工程第第1节节 植物细胞工程植物细胞工程一 植物细胞工程的基本技术1植物组织培养技术2植物体细胞杂交技术一、植物组织培养技术2.原理：1.概念：指指离体离体的植物器官、组织或细胞的植物器官、组织或细胞等，培养在人工控制的培等，培养在人工控制的培养基上，给予养基上，给予适宜的培养条件适宜的培养条件，诱导其分化为，诱导其分化为完整植株完整植株的技术。的技术。植物细胞的全能性植物细胞的全能性外植体 细胞经过细胞经过分裂和分化分裂和分化后，仍然具有产生后，仍然具有产生完整生物体完整生物体或或分化分化成其他各种细胞成其他各种细胞的的潜能潜能。(1)体现全能性

3、的标志：体现全能性的标志：细胞细胞 完整个体或其他各种细胞完整个体或其他各种细胞判断：判断：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株；胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株；受精卵发育成个体受精卵发育成个体(动植物动植物)；蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰；蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰；一颗种子萌发成植株；一颗种子萌发成植株；用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株。用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株。植物细胞的全能性植物细胞的全能性植物细胞的全能性植物细胞的全能性(2)具有全能性的原因：具有全能性的原因：一般生物体的每一个细胞都包含有一般生物体的每一个细胞都包含有该物种该物种的的

4、全套遗传信息。全套遗传信息。全部基因全部基因(3)生物体内细胞不体现全能性的生物体内细胞不体现全能性的原因：原因：基因在特定的基因在特定的时间和空间时间和空间条件下条件下选择性表达选择性表达的结果。的结果。植物细胞植物细胞 动物细胞；动物细胞；(4)全能性大小比较全能性大小比较：分化程度低的分化程度低的 分化程度高的；分化程度高的；细胞分裂能力强的细胞分裂能力强的 细胞分裂能力弱的；细胞分裂能力弱的；受精卵受精卵 胚胎干细胞胚胎干细胞 生殖细胞生殖细胞 体细胞。体细胞。植物细胞的全能性植物细胞的全能性接种接种外植体外植体诱导诱导愈伤组织愈伤组织诱导诱导生芽生芽诱导诱导生根生根移栽成活移栽成活脱

5、分化脱分化再分化再分化再分化再分化一、植物组织培养技术3.一般过程外植体外植体愈伤组织愈伤组织试管苗试管苗完整植株完整植株脱分化脱分化芽、根等芽、根等再分化再分化生长生长 发育发育一、植物组织培养技术3.一般过程(1)脱分化：脱分化：在一定的在一定的激素激素和和营养营养等条件的等条件的诱导诱导下，下，已经分化已经分化的细胞的细胞失去失去其特有的结构和功能其特有的结构和功能，转变成，转变成未分化细胞未分化细胞的过程的过程。结果：形成结果：形成愈伤组织；愈伤组织；不定形态不定形态的薄壁组织团块，具有较强的的薄壁组织团块，具有较强的分分裂和分化裂和分化能力能力光照条件：光照条件：一般一般不需要不需要

6、光照；光照；该过程中该过程中只有细胞增殖（有丝分裂）只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化。，没有细胞分化。一、植物组织培养技术3.一般过程(2)再再分化：分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化重新分化出出芽芽或根或根等器官的过程。等器官的过程。实质：实质：基因的选择性表达；基因的选择性表达；光照条件：光照条件：需要需要给予适当强度的光照；给予适当强度的光照；原因：诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用原因：诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用该过程中该过程中有有细胞增殖细胞增殖和和细胞分化细胞分化。注意：植物激素中植物激素中生

7、长素生长素和和细胞分裂素细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分是启动细胞分裂、脱分化和再分化的化的关键激素关键激素，其，其浓度、比例浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。等都会影响植物细胞的发育方向。生长素/细胞分裂素 结果比值高比值高(1)比值低比值低(1)比值适中比值适中(=1)有利于有利于根根的分化的分化有利于有利于芽芽的分化的分化促进促进愈伤组织愈伤组织的形成的形成123456菊花的组织培养菊花的组织培养探究实践1.实验原理实验原理植物细胞一般具有全能性植物细胞一般具有全能性2.方法步骤方法步骤外植体外植体消毒消毒外植体外植体切割切割接种接种外植体外植体培养培养外植体外植体转移培养转

8、移培养移栽试管苗移栽试管苗方法步骤方法步骤消毒：消毒：30s2-3次次30min材料：材料：幼嫩幼嫩的菊花茎段的菊花茎段2-3次次酒精酒精无菌水无菌水次氯酸钠溶液次氯酸钠溶液无菌水洗无菌水洗(1)外植体消毒外植体消毒细胞分裂旺盛，容易诱导其脱分化和再分化细胞分裂旺盛，容易诱导其脱分化和再分化防止培养物被杂菌污染防止培养物被杂菌污染方法步骤方法步骤(3)接种外植体接种外植体 在在酒精灯火焰旁酒精灯火焰旁，将外植体的，将外植体的1/31/2插入插入诱导愈伤组织诱导愈伤组织的培养基的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记。标记。注意：不要倒

9、插注意：不要倒插(形态学上端形态学上端下端下端)方法步骤方法步骤(4)培养外植体培养外植体 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1822的的培养箱中培养。在培养过程中，培养箱中培养。在培养过程中，定期观察和记录定期观察和记录愈伤组织的生愈伤组织的生长情况。长情况。注意：避光培养注意：避光培养方法步骤方法步骤(5)转移培养转移培养 培养培养1520d后，将生长良好的愈伤组织转接到后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽诱导生芽的培养基上。长出芽后，再将其转接到的培养基上。长出芽后，再将其转接到诱导生根诱导生根的培养基上，的培养基上，进一步诱导形成试管

10、苗。进一步诱导形成试管苗。注意：注意：给予适当时间和强度的光照；给予适当时间和强度的光照；需要转移培养基进行培养。需要转移培养基进行培养。1.A、B过程分别为过程分别为 。C是是 。A过程细胞分裂方式是过程细胞分裂方式是 ，B过程细胞分裂方式是过程细胞分裂方式是 ，同时也进行，同时也进行 。A过程一般过程一般 光照；光照；B过程需要光照，原因是过程需要光照，原因是 。2.影响影响A、B过程的关键因素是过程的关键因素是 ，主要是，主要是_和和 ，二者添加的，二者添加的 会影响脱分化和再分化过程。会影响脱分化和再分化过程。3.植物组织培养是一个植物组织培养是一个 过程。过程。(填填“无性繁殖无性繁

11、殖”、“有性繁殖有性繁殖”)有丝分裂有丝分裂细胞分化细胞分化植物激素植物激素细胞分裂素细胞分裂素生长素生长素无性繁殖无性繁殖有丝分裂有丝分裂浓度及比例浓度及比例下列是植物组织培养流程图，请回答：下列是植物组织培养流程图，请回答：植物体植物体根、芽或胚状体根、芽或胚状体外植体外植体 A BC脱分化、脱分化、再分化再分化愈伤组织愈伤组织不需要不需要诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用一 植物细胞工程的基本技术1植物组织培养技术2植物体细胞杂交技术二、植物体细胞的杂交技术参考人鼠细胞融合实验，若植物细胞之间融合，则应先做什么？参考人鼠细胞融合实验，若植

12、物细胞之间融合，则应先做什么？得到杂种细胞后，如何培育成植株？得到杂种细胞后，如何培育成植株？去除细胞壁去除细胞壁进行植物组织培养进行植物组织培养去除去除细胞壁细胞壁去除去除细胞壁细胞壁诱导诱导融合融合再生再生新壁新壁脱分化脱分化再分化再分化移栽移栽A细胞 A原生质体B细胞B原生质体正在融合的原生质体再生出细胞壁愈伤组织杂种植株植物细胞融合技术植物组织培养技术1.基本过程1.基本过程(1)去除细胞壁去除细胞壁酶解法酶解法纤维素酶和果胶酶溶液纤维素酶和果胶酶溶液上述酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，原因？使溶液有一定的渗透压，使溶液有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破防止原生质

13、体吸水过多而涨破原因：原因：细胞壁细胞壁阻碍阻碍着细胞间的杂交着细胞间的杂交(阻碍了原生质体间的融合阻碍了原生质体间的融合)方法：方法：相关酶溶液：相关酶溶液：1.基本过程(2)诱导原生质体融合诱导原生质体融合原生质体：原生质体：植物细胞去除细胞壁后剩余部分植物细胞去除细胞壁后剩余部分注意：原生质体注意：原生质体原生质层原生质层1.基本过程(2)诱导原生质体融合诱导原生质体融合原理：原理：生物膜的流动性生物膜的流动性方法方法物理方法：物理方法：化学方法：化学方法：电融合法、离心法等电融合法、离心法等聚乙二醇（聚乙二醇（PEG）融合法、高）融合法、高Ca2+-高高pH融合法等融合法等结果：结果：

14、有多种细胞有多种细胞egA、B、AA、BB、AB细胞融合细胞融合完成完成的标志：的标志：再生出新的细胞壁再生出新的细胞壁1.基本过程(3)植物组织培养植物组织培养原理：原理：植物细胞的全能性植物细胞的全能性植物体细胞杂交植物体细胞杂交技术技术成功成功的标志：的标志：形成新的植株形成新的植株去除去除细胞壁细胞壁去除去除细胞壁细胞壁诱导诱导融合融合再生再生新壁新壁脱分化脱分化再分化再分化移栽移栽A细胞 A原生质体B细胞B原生质体正在融合的原生质体再生出细胞壁愈伤组织杂种植株植物组织培养技术2.概念 将将不同来源不同来源的植物细胞，在的植物细胞，在一定条件下一定条件下融合成融合成杂种细胞杂种细胞，并

15、把杂种细胞并把杂种细胞培育成培育成新植物体新植物体的技术。的技术。不同种异源多倍体二、植物体细胞的杂交技术3.实例+=白菜白菜甘蓝甘蓝白菜白菜-甘蓝甘蓝2n2n4n异源四倍体4.变异类型 染色体数目变异染色体数目变异 二、植物体细胞的杂交技术5.优点 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种。打破生殖隔离，实现远缘杂交育种。生殖类型变异类型染色体数染色体组数基因组成无性繁殖，育种过程中不遵循孟德尔定律无性繁殖，育种过程中不遵循孟德尔定律染色体数目变异染色体数目变异两亲本染色体数之和。两亲本染色体数之和。2n+2m两亲本染色体组数之和。两亲本染色体组数之和。2+2两亲本基因型之和。两亲本基因型之和。AaB

16、bCcDd归纳拓展AaBbCcDd2n2m融合1.植物体细胞杂交形成的杂种植株中基因植物体细胞杂交形成的杂种植株中基因和染色体情况分析和染色体情况分析导导P84归纳拓展植物体细胞杂交育种植物体细胞杂交育种杂交育种诱导多倍体杂交育种诱导多倍体同源四倍体二倍体二倍体若亲本植株若亲本植株可育可育，则杂种植株则杂种植株可育可育。杂种植株是不同杂种植株是不同 于亲本的于亲本的新物种新物种。3.获得四倍体的获得四倍体的2种方法种方法注意：注意：亲本亲本配子配子异源四倍体亲本亲本图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：1.步骤步骤是是 ，最，最常用的方法是常用的方法是

17、 。2.步骤步骤一般常用的化学试剂是一般常用的化学试剂是 ，目的是目的是 。3.在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，此技术运用的原理是此技术运用的原理是 ，其中步，其中步骤骤相当于相当于 ，步骤，步骤相当于相当于 。去除细胞壁，分离原生质体去除细胞壁，分离原生质体酶解法酶解法聚乙二醇聚乙二醇诱导植物原生质体融合诱导植物原生质体融合脱分化脱分化再分化再分化细胞的全能性细胞的全能性4.若远缘杂交亲本若远缘杂交亲本A的基因型为的基因型为AaBb，B的基的基因型为因型为YYEe，则融合后形成的植株基因型是，则融合后形成的植株基因型是 。5.从理论上讲，杂种植

18、株的育性从理论上讲，杂种植株的育性 。若运。若运用传统有性杂交方法能否实现？用传统有性杂交方法能否实现？；原因；原因是是 。因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于大意义在于 。AaBbYYEe可育可育不能不能不同种生物之间存在生殖隔离不同种生物之间存在生殖隔离克服了远缘杂交不亲和的障碍克服了远缘杂交不亲和的障碍图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：二 植物细胞工程的应用010302内容植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径作物新品种的培育作物新品种的培育细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产作物脱毒作物脱

19、毒(1)培育脱毒苗的原因：培育脱毒苗的原因：无性繁殖方式无性繁殖方式感染的病毒容感染的病毒容易传染给后代易传染给后代产量降低，产量降低，品质下降品质下降(2)部位：部位：顶端分生区附近顶端分生区附近原因：分生区附近病毒极少，甚至无病毒原因：分生区附近病毒极少，甚至无病毒(3)优点：优点：脱毒作物的脱毒作物的产量和品质产量和品质明显优于明显优于没有脱毒的作物没有脱毒的作物突变体的利用突变体的利用外植体外植体愈伤愈伤组织组织试管苗试管苗完整植株完整植株脱脱分化分化芽、根等芽、根等再再分化分化生长生长发育发育多种突变体植株多种突变体植株诱变处理有用的突变体有用的突变体筛选新品种新品种培育原理：原理：

20、基因突变和植物细胞的全能性基因突变和植物细胞的全能性细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产1.次生代谢物：次生代谢物：不是生物生长所必须的，一般在不是生物生长所必须的，一般在特定的特定的组织或器官中，组织或器官中，并在并在一定的环境和时间条件下一定的环境和时间条件下才产生的一类才产生的一类小分子有机物小分子有机物。2.植物植物细胞细胞培养：培养：是指在是指在离体离体条件下对条件下对单个植物细胞单个植物细胞或或细胞团细胞团进行培养使进行培养使其其增殖增殖的技术。的技术。(eg酚类、萜类和含氮化合物等酚类、萜类和含氮化合物等)细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产3.细胞产物的工厂化生产：细胞

21、产物的工厂化生产：利用利用植物细胞培养植物细胞培养来来获得目标产物获得目标产物的过程的过程4.原理：原理：细胞增殖细胞增殖5.优点：优点：它不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此它不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。对于社会、经济、环境保护具有重要意义。6.实例实例：红豆杉红豆杉紫杉醇紫杉醇;紫草紫草紫草宁紫草宁;人参人参人参皂苷。人参皂苷。工厂化生产人参皂苷干粉的基本流程工厂化生产人参皂苷干粉的基本流程脱分化脱分化培养培养选择选择破碎细胞破碎细胞放入放入发酵罐发酵罐 人参根人参根愈伤愈伤组织组织增长速度快增长速度快人参皂苷干人参皂苷干粉含量高的粉含量高的细胞细胞愈伤组织愈伤组织人参皂苷粉人参皂苷粉谢 谢!