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1、第第1节节 植物细胞工程植物细胞工程情境材料一：从社会中来情境材料一：从社会中来 兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低；传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长，繁殖率低等问传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长，繁殖率低等问题，如果靠自然繁殖，兰花的价格可想而知了。题，如果靠自然繁殖，兰花的价格可想而知了。国画作品兰国画作品兰问题问题问题问题1:1:1:1:如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从如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？而走入寻常百姓家呢？利用利用植物组织培养技术植物组织培养技术可以大量、快速可以大量、快速地培育兰花。
2、地培育兰花。植物植物组织培养组织培养技术技术目录目录一、一、细胞的全能性细胞的全能性二、二、植物组织培养植物组织培养菊花的组织培养菊花的组织培养探究探究.实践实践 细胞的全能性细胞的全能性1.1.什么是什么是细胞的全能性？细胞的全能性？细胞具有全能性的根本原因是什么？细胞具有全能性的根本原因是什么？2.2.在生物的生长发育过程中，为什么不是所有的细胞都表现出全能性？在生物的生长发育过程中，为什么不是所有的细胞都表现出全能性？3.3.生物体所有细胞全能性大小都一致吗？全能性与细胞分化的关系？生物体所有细胞全能性大小都一致吗？全能性与细胞分化的关系？4.4.细胞表现全能性的条件有哪些？细胞表现全能
3、性的条件有哪些？01011.1.细胞全能性概念细胞全能性概念：一、一、细胞的全能性细胞的全能性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。选择性必修3-P34 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其他各种细胞的潜能，即细胞具有全能性。2.2.具有全能性的具有全能性的原因原因：3.3.大小比较大小比较：一般情况下，随着细胞分化程度的不断提高，细胞一般情况下，随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低，也越难表现出全能性。的全能性逐渐降低，也越难表现出全能性。一、一、细胞的全能性细胞的全能性受精卵受精卵 体细胞体细胞植物细胞植物细胞 动物动物细胞细胞分化程
4、度低的分化程度低的 分化程度高的分化程度高的分裂能力强的分裂能力强的 分裂能力弱的分裂能力弱的幼嫩的细胞幼嫩的细胞 衰老的细胞衰老的细胞4.4.生物体内细胞并不都表现全能性原因生物体内细胞并不都表现全能性原因：生物体内生物体内的细胞在特定的的细胞在特定的时间和空间条件下，时间和空间条件下，细胞中细胞中的基因的基因会发生会发生选择性的表达选择性的表达，所以所以不表现全能性不表现全能性。如芽原。如芽原基的细胞只能发育为芽。基的细胞只能发育为芽。一、一、细胞的全能性细胞的全能性一、一、细胞的全能性细胞的全能性4.4.表现出全能性的条件表现出全能性的条件：离体离体一定的营养物质、植物激素（营养要求）一
5、定的营养物质、植物激素（营养要求）适宜的温度、适宜的温度、pHpH等外界条件（环境要求）等外界条件（环境要求）无菌环境无菌环境离体，细胞才能表现出全能性。避免杂菌消耗营养，危害培养物生长。避免杂菌消耗营养，危害培养物生长。0202 植物组织培养植物组织培养1.1.植物组织培养的概念及基本过程？植物组织培养的概念及基本过程？2.2.脱分化脱分化?再分化再分化?愈伤组织？愈伤组织？3 3在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作员的无菌操作？二、二、植物组织培养植物组织培养1.1.概念概念：是是指指将离体的植物器官、组织或细
6、胞将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在等，培养在人工配制的培养基人工配制的培养基上，上，给予给予适宜的培养条件适宜的培养条件，诱导其，诱导其形成完整植株形成完整植株的技术。的技术。外植体外植体植物细胞的全能性植物细胞的全能性原原理理生殖方式生殖方式无性生殖无性生殖分裂方式分裂方式有丝分裂有丝分裂二、二、植物组织培养植物组织培养2.2.植物组织培养的流程植物组织培养的流程：愈伤组织愈伤组织接种外植体接种外植体脱分化（去分化）脱分化（去分化）再分化再分化生芽和生根生芽和生根移栽成活移栽成活脱分化脱分化:：已分化已分化的细胞，转变成的细胞，转变成未分化状态未分化状态细胞的过程。细胞的过程。愈伤组织
7、：愈伤组织：失去其特有的结构和功能失去其特有的结构和功能（进行进行有丝分裂且速度较快有丝分裂且速度较快，从而获得大量细胞），从而获得大量细胞）再分化再分化:愈伤组织在一定培养条件下，愈伤组织在一定培养条件下，重新分重新分化化出胚状体或丛芽的过程。出胚状体或丛芽的过程。思考：1、脱分化前后，细胞的形态是否改变，细胞内遗传物质组成是否改变？2、脱分化过程，所需要的条件有哪些？3、脱分化培养基和再分化培养基中对生长素和细胞分裂素的比例要求是怎样的？形态改变，遗传物质不变。离体、无菌、适宜的培养基和植物激素、避光脱分化形成愈伤织主要区别是两种激素的配比。与植物激素的种类、浓度及使用的先后顺序均有关系。
8、生长素/细胞分裂素=1时,形成愈伤组织；生长素/细胞分裂素1时,有利于生根；生长素/细胞分裂素1时，有利于生芽。再分化形成幼芽5.植物组织培养的培养基成分无机营养成分：无机盐有机营养成分：蔗糖、维生素等植物激素：生长素、细胞分裂素等琼脂：凝固剂,起支持作用4.再分化过程中，所需要的条件有哪些？离体、适宜的培养基和植物激素、适宜的光照（诱导生芽需要光照合成叶绿素）、无菌条件思考：二、二、植物组织培养植物组织培养脱分化与再分化的比较脱分化与再分化的比较：脱分化脱分化再分化再分化过程过程外植体外植体愈伤组织愈伤组织愈伤组织愈伤组织幼苗幼苗分裂、分化分裂、分化有分裂，无分化有分裂，无分化有分裂，有分化
9、有分裂，有分化结果结果形成愈伤组织形成愈伤组织形成根、芽形成根、芽需要条件需要条件a.a.离体、适宜的营养离体、适宜的营养c.c.生生长长素素与与细细胞胞分分裂裂素素的的比比例适中例适中d.d.一般一般不需光不需光a.a.离体、适宜的营养离体、适宜的营养c.c.生生长长素素与与细细胞胞分分裂裂素素的的比比例例高高或低诱导生根或生芽或低诱导生根或生芽d.d.光光照照（诱诱诱诱导导导导叶叶叶叶绿绿绿绿素素素素的的的的合合合合成成成成，使使使使试试试试管苗能够进行光合作用管苗能够进行光合作用管苗能够进行光合作用管苗能够进行光合作用。）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激素。它们生
10、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激素。它们的浓度、比例都会影响植物细胞的发育方向。的浓度、比例都会影响植物细胞的发育方向。探究探究.实践实践：菊花的组织培菊花的组织培养养菊花的组织培养菊花的组织培养探究探究.实践实践1.1.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浓度、用量比例对菊花愈伤组织形成和分化的影响了解生长素和细胞分裂素的浓度、用量比例对菊花愈伤组织形成和分化的影响（3 3）尝试进行植物组织培养尝试进行植物组织培养2.2.材料：材料：(1)(1)外植体：外植体：幼嫩的菊花茎段幼嫩的菊花茎段(容易诱导
11、形成愈伤组织容易诱导形成愈伤组织)(2)(2)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、外植体进行消毒对手、超净工作台、外植体进行消毒(3)(3)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:(4)(4)无菌水无菌水:清洗外植体清洗外植体3.MS3.MS培养基：培养基：水（去离子水）、无机营养（大量元素、微量元素）、有机营养（蔗糖、维水（去离子水）、无机营养（大量元素、微量元素）、有机营养（蔗糖、维生素、氨基酸）、天然附加物、植物激素（生长素、细胞分裂素等）生素、氨基酸）、天然附加物、植物激素（生长素、细胞分裂素等）菊花的组织培养菊花的组织培养探究探
12、究.实践实践菊花的组织培养菊花的组织培养探究探究.实践实践制备外植体消毒：切割：（无菌操作）酒精30s无菌水2-3次次氯酸钠溶液30min材料：幼嫩的菊花茎段2-3次无菌水洗菊花的组织培养菊花的组织培养探究探究.实践实践接种到诱导愈伤组织培养基脱分化（避光）脱分化（避光）产生愈伤组织接种到诱导生芽培养基菊花的组织培养菊花的组织培养探究探究.实践实践接种到诱导生根培养基移栽菊花的组织培养菊花的组织培养探究探究.实践实践结果分析与评价分析它们被污染的可能原因。培养基、接种工具灭菌不彻底；外植体消毒不彻底；操作过程不符合无菌操作要求等。被污染的培养基讨论：为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌
13、操作？原因是原因是避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会会危害培养物生长。危害培养物生长。讨论：杂菌和植物细胞之间有哪些关系？竞争竞争或或寄生。寄生。情境材料一情境材料一番茄番茄-马铃薯（想象图）马铃薯（想象图）番茄番茄马铃薯马铃薯问题问题1 1:要培育出如图所示的番茄要培育出如图所示的番茄马铃薯利用传统有性杂交方法能马铃薯利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？实现吗？为什么？不能。因为两种生物之间存在着天然的生殖隔离不能。因为两种生物之间存在着天然的生殖隔离植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术一、植物体细胞杂交技术一、植物体细胞杂交技术（一）概
14、念：（一）概念：将不同来源的植物细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把将不同来源的植物细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。杂种细胞培育成新植物体的技术。融合实例融合实例+=白菜白菜甘蓝甘蓝白菜白菜-甘蓝甘蓝一、植物体细胞杂交技术一、植物体细胞杂交技术（二）过程：（二）过程：植物细胞融合植物细胞融合植物组织培养植物组织培养细胞膜的流动性细胞膜的流动性细胞的全能性细胞的全能性一、植物体细胞杂交技术一、植物体细胞杂交技术（二）过程：（二）过程：1.1.去除细胞壁去除细胞壁：B B细胞细胞A A原生质体原生质体B B原生质体原生质体去壁去壁去壁去壁A A细胞细胞原理：原
15、理：利用酶的专一性利用酶的专一性方法方法：用纤维素酶和果胶酶水解：用纤维素酶和果胶酶水解2.2.诱导融合诱导融合：A A原生质体原生质体B B原生质体原生质体正在融合的正在融合的原生质体原生质体融合融合是杂交过程中的一个关键环节是杂交过程中的一个关键环节（1 1）物理物理方法：方法：电融合法电融合法 离心法等离心法等（2 2）化学化学方法：方法：聚乙二醇聚乙二醇(PEG)(PEG)融合法融合法 高高CaCa2+2+高高pHpH融合法融合法原理原理:细胞膜具有流动性细胞膜具有流动性一、植物体细胞杂交技术一、植物体细胞杂交技术（二）过程：（二）过程：3.3.再生细胞壁再生细胞壁：正在融合的正在融合
16、的原生质体原生质体再生出再生出细胞壁细胞壁杂种细胞杂种细胞植物细胞融合完成的标志植物细胞融合完成的标志:融合的原生质体重新产生细胞融合的原生质体重新产生细胞壁，形成杂种细胞。壁，形成杂种细胞。一、植物体细胞杂交技术一、植物体细胞杂交技术（二）过程：（二）过程：3.3.再生细胞壁再生细胞壁：一、植物体细胞杂交技术一、植物体细胞杂交技术（二）过程：（二）过程：问题问题问题问题4:4:4:4:细胞融合后，共有几种细胞类型？符合要求的是哪种？细胞融合后，共有几种细胞类型？符合要求的是哪种？若只考虑若只考虑两两融合两两融合有三类：有三类：未融合的细胞未融合的细胞两两融合的细胞两两融合的细胞多细胞融合体多
17、细胞融合体AAAAABABBBBB筛选筛选ABAB4.4.植物组织培养植物组织培养：杂种细胞杂种细胞愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株脱分化脱分化再分化再分化植物体细胞杂交完成的标志植物体细胞杂交完成的标志:培育成新植物体培育成新植物体一、植物体细胞杂交技术一、植物体细胞杂交技术（二）过程：（二）过程：实战训练实战训练1.1.识图：数字代表过程，字母代表细胞、组织或植株识图：数字代表过程，字母代表细胞、组织或植株_ a/b_ a/b_ c_ c_ d_ d_ e_ e_ f_ f_ _ _去除细胞壁去除细胞壁原生质体原生质体原生质体间的融合原生质体间的融合正在融合的原生质体正在融合的原生质体再生
18、出新的细胞壁再生出新的细胞壁杂种细胞杂种细胞脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织再分化再分化杂种植株杂种植株植物细胞融合植物细胞融合植物组织培养植物组织培养一、一、植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术 合作探究二：合作探究二：根据植物体细胞杂交技术的相关原理，小组合作思考讨论根据植物体细胞杂交技术的相关原理，小组合作思考讨论完成问题。完成问题。3.3.植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术意义意义？2.2.杂种细胞的染色体数是多少？杂种细胞染色体组数是多少杂种细胞的染色体数是多少？杂种细胞染色体组数是多少？1.1.植物体细胞杂交属于哪种变异类型？植物体细胞杂交属于哪种变异类型？4.4.植物体细胞
19、杂交有何优缺点？植物体细胞杂交有何优缺点？A A植物的染色体数目为植物的染色体数目为2n2n，基因型为，基因型为AaBbAaBb；B B植物的染色体数目为植物的染色体数目为2m2m，基，基因型为因型为CcDdCcDd。现通过植物体细胞杂交技术获得这两种植物的杂种植株，请回。现通过植物体细胞杂交技术获得这两种植物的杂种植株，请回答下列问题：答下列问题：一、植物体细胞杂交技术一、植物体细胞杂交技术（三）变异类型：（三）变异类型：生殖类型生殖类型变异类型变异类型染色体数染色体数染色体组数染色体组数基因组成基因组成无性繁殖，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
20、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+2m2n+2m两亲本染色体组数之和。两亲本染色体组数之和。2+22+2两亲本基因型之和。两亲本基因型之和。AaBbCcDdAaBbCcDdAaBbAaBbCcDdCcDd一、植物体细胞杂交技术一、植物体细胞杂交技术（五）优缺点：（五）优缺点：优点优点打破打破生殖隔离生殖隔离，扩展杂交亲本组，扩展杂交亲本组合范围。合范围。缺点缺点有有可能杂交不成功，即使杂交成可能杂交不成功，即使杂交成功也可能不产生人们想要的性状功也可能不产生人们想要的性状。（四）意义：（四）意义：打破生殖隔离，打破生殖隔离，克服远缘杂交不亲和的障碍克服远缘杂交不亲和的障
21、碍，培育植物新品种。，培育植物新品种。植物组织培养与植物体植物组织培养与植物体细胞杂交技术的比较细胞杂交技术的比较植物组织培养植物组织培养植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术原理原理过程过程意义意义联系联系细胞膜的流动性和植物细胞的全能性细胞膜的流动性和植物细胞的全能性植物细胞的全能性植物细胞的全能性离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织愈伤组织脱分化脱分化再分化再分化根、芽或胚状体根、芽或胚状体移栽成活移栽成活生长发育生长发育植物组织培养与植物体细胞杂交技术的比较植物组织培养与植物体细胞杂交技术的比较植物细胞植物细胞A A植物细胞植物细胞B B原生质体原生质体A A去壁
22、去壁原生质体原生质体B B去壁去壁人工诱导人工诱导融合的原生融合的原生质体质体ABAB杂种细胞杂种细胞ABAB愈伤组织愈伤组织脱分化脱分化再生细胞壁再生细胞壁杂种植株杂种植株再分化再分化保持优良性状保持优良性状,繁殖速度快、繁殖速度快、大规模生产提高经济效益大规模生产提高经济效益植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术克服不同种生物远缘杂交的障碍克服不同种生物远缘杂交的障碍植物植物体细体细胞的胞的杂交杂交技术技术植物植物细胞细胞工程工程的基的基本技本技术术去除细胞壁去除细胞壁再生细胞壁再生细胞壁纤维素酶果胶酶纤维素酶果胶酶植物细A、B原生质体A、B融合的
23、原生质体杂种细胞原理：植物细胞的全能性原理：植物细胞的全能性外植体外植体脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织再分化再分化(根、芽根、芽)完整植株完整植株物理法：物理法：化学法：化学法：电融合法、离心法等电融合法、离心法等聚乙二醇（聚乙二醇（PEGPEG）融合法等）融合法等菊花的组织培养技术菊花的组织培养技术愈伤组织愈伤组织脱分化脱分化杂种植株杂种植株再分化再分化植物植物组织组织培养培养技术技术流程流程课堂小结课堂小结 实战训练实战训练2.2.判断下列是否正确判断下列是否正确（1 1）高度分化的细胞，只有发育成一个完整的生物个体，才能体现出细胞的全能）高度分化的细胞，只有发育成一个完整的生物个体，才能体
24、现出细胞的全能性。（性。（）（2 2）植物组织培养技术的理论基础是植物细胞的全能性。（）植物组织培养技术的理论基础是植物细胞的全能性。（）（3 3）植物激素中的生长素和赤霉素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。）植物激素中的生长素和赤霉素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。（）（4 4）试管苗在诱导形成后，就可以直接移栽到土壤中，不过还需要适时浇水、施）试管苗在诱导形成后，就可以直接移栽到土壤中，不过还需要适时浇水、施肥。（肥。（）（5 5）植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种细胞。（）植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种细胞。（）（6 6）植物体细胞杂交利用了植物组织培养技术。（）植物体细胞杂交利用了植物组织培养技术。（）（7 7）植物体细胞杂交就是利用一定的方法将去除细胞壁的不同来源的植物细胞融）植物体细胞杂交就是利用一定的方法将去除细胞壁的不同来源的植物细胞融合为杂种细胞的过程。（合为杂种细胞的过程。（）（8 8）若原生质体均为两两融合，则融合后的细胞有）若原生质体均为两两融合，则融合后的细胞有3 3种类型。（种类型。（）