高中生物浙科版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第一节 通过植物组织培养可获得完整植株评优课ppt课件

这是一份高中生物浙科版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第一节 通过植物组织培养可获得完整植株评优课ppt课件，共38页。PPT课件主要包含了植物组织培养技术，分子水平基因克隆，细胞水平的克隆，个体水平，小资料，全能性定义，细胞全能性实例，多肉进行叶插繁殖，理论基础，细胞的全能性等内容，欢迎下载使用。
细胞工程：是按照一定的设计方案，借助工程学的方法或技 术，以生物组织、细胞和细胞器为对象进行操作，在细胞水平上改造生物遗传特性，以获得（目的）特定的细胞产物、细胞、组织、器官或新生物体的技术。
类型：按技术类型可分为细胞和组织培养、细胞融合、核移植技术等；按生物类型可分为植物细胞工程和动物细胞工程等。动物细胞工程的基础技术：动物细胞培养植物细胞工程的基础技术：植物组织培养
科技探究之路细胞工程的发展历程
1975年米尔斯坦和科勒获得能稳定遗传的单克隆抗体的杂交瘤细胞株。
1971年卡森诱导烟草原生质体融合，培育出第一株体细胞杂交植物
1960年科金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。
1996年世界上第一只体细胞克隆羊多莉诞生，随后多种克隆动物相继问世。
2017年我国科学家首次培育了体细胞克隆猴。
从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征，很多人喜欢养兰花。 但是兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低；传统分株繁殖的方式，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。 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？
“其芽茸茸，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫花开，凝晴露，万态千妍，薰风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！”
指通过重组DNA技术插入某载体的特定DNA片段，在宿主细胞中进行多次复制而形成的分子群体。
指由一个细胞分裂形成的一个细胞群体。产生特异性抗体的所有浆细胞是由一个B细胞分裂形成的的一个细胞群体。
指通过无性繁殖而得到的基因型相同的个体组成的群体。
克隆：用幼苗或嫩枝以营养繁殖方式培育植物。
一、植物的全能性使离体组织发育成完整植株成为可能
细胞经过分裂和分化后，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.不体现全能性的原因：
基因在特定时间、空间条件下选择性表达
（1）植物细胞的全能性
6.全能性大小的比较：
①受精卵>胚胎干细胞>生殖细胞>体细胞；②植物细胞>动物细胞。
随着细胞分化程度的不断提高,细胞的全能性逐渐降低。
（二）植物组织培养技术
在无菌和人工控制条件下，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，使其生成完整植株或使其细胞增殖并产生细胞代谢产物的技术。（由于脱离母体又称为离体培养）
依据外植体的不同，可分为器官培养、组织培养、细胞培养、原生质体培养等。
培养条件：①无菌②营养物质③适宜环境条件（温度、PH、光等）④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--过程
芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照
排列不规则，高度液泡化，呈不定形状态的薄壁细胞
离体的植物器官、组织或细胞（外植体）
愈伤组织重新分化为芽、根等器官
失去特有结构和功能转变成未分化的细胞
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，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，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。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。
5.形成完整植株途径：途径1：茎尖或带芽的茎段→幼苗 因腋芽或顶芽已分化出分生组织可不经愈伤组织阶段，直接生成一株幼苗；当培养基中细胞分裂素浓度较高时，则有利于腋芽或顶芽形成丛状苗。由愈伤组织再分化形成完整植株途径2：（器官发生途径）： 外植体→分生细胞→愈伤组织→再分化组织器官（先在一种培养基上诱导生芽，再在另一种培养基上形成根）→ 完整植株途径3：（体细胞胚发生途径）： 外植体→分生细胞→愈伤组织→胚状体（类似种子胚的结构）→完整植株
1958年,美国植物学家斯图尔德和德国植物学家赖纳特利用胡萝卜根的韧皮部单细胞进行培养,得到了完整的胡萝卜植株。分析回答下列问题。1.为什么胡萝卜根的韧皮部单细胞在体外培养条件下能发育成完整植株?提示 已分化的细胞中遗传物质一般不发生改变,植物体的每个生活细胞都具有该植物包含的全部遗传信息,因而具有发育成完整植株的潜能。2.在胡萝卜的生长发育过程中,细胞并不会表现出全能性,而是分化成各种组织和器官的原因是什么?提示 在特定的时间和空间条件下,细胞中的基因会有选择地表达。
3.不同部位植物细胞的全能性是否相同?提示 不相同。分化程度不同的细胞全能性不同。4.植物细胞表现出全能性的条件有哪些?提示 ①离体;②人工配制的培养基;③适宜的温度;④无菌条件等。5.请用流程图的形式写出愈伤组织再分化为完整植株的途径。提示
1．植物组织培养是在严格的________条件下进行的。(1)外植体表面消毒：一定浓度的____________、氯化汞和酒精是较常用的消毒剂。多种药剂配合使用消毒外植体，往往具有良好的效果。外植体经消毒后，需要用___________多次冲洗，以避免消毒剂长时间作用产生毒害作用。(2)接种器具和培养基的灭菌：一般用_________________。培养基中若需要添加在高温灭菌条件下容易被破坏分解的活性物质，则需要将该物质_____________后再在无菌条件下加入已灭菌的培养基中。 (3)接种室和操作台的灭菌：常利用_______________灭菌。在超净工作台中进行外植体的消毒、切割和接种。
三、离体植物器官、组织和细胞在适宜条件下方可发育完整的植株
植物组织培养所需要提供的条件
2.培养基能为离体植物材料提供适宜的营养条件
水,无机盐，有机营养成分，琼脂，植物激素
3.植物激素调控细胞脱分化和再分化过程（生长素和细胞分裂素）
以矮牵牛叶片为外植体, 培养基配方为MS + NAA0.3mg/L （NAA：萘乙酸，为生长素类似物）时，促进矮牵牛外植体生根； 培养基配方为MS + 6-BA1.0mg/L+NAA0.2mg/L （6-BA： 6-苄氨基腺嘌呤，为细胞分裂素类似物）时，促进矮牵牛外植体愈伤组织的生长和芽的分化。
4.不同植物对营养成分的需求有较大的差异，同一植物不同部位的营养要求也不相同。所以根据不同的培养类型、植物不同的营养需求，设计不同的培养基配方(1)_______________是最早研究的培养基配方，现仍然在许多生根培养中使用。(2)MS培养基由穆拉西格和斯柯格于1962年设计，是目前使用最广泛的_________________。(3)一种适合某种培养目的的培养基，一般是在已被广泛使用的基本培养基如MS培养基的基础上调整____________，再经过一系列实验而确定的。（最常改动的就是激素类物质的种类和比例）
四、植物组织培养通过多种途径有效地提高生产效率
1.组织培养可快速繁殖植物。根据培养过程，植物组织培养可以分为初代培养和继代培养。初代培养：是指从植物体上分离下来的外植体的第一次培养。初代培养获得的芽、胚状体等数量都不多，需要进一步增殖培养。继代培养：将初代培养获得的培养物转移到新的培养基上继续扩大培养。继代培养物可以不断继代培养，所以离体繁殖速度比常规方法通常要快数万倍。离体繁殖主要以营养器官为外植体，快速繁殖的过程就是植物克隆的过程，因此其本质是无性繁殖。优点：保持品种的优良性状
2.组织培养技术可用于植物脱毒 原理：植物生长点附近的病毒浓度很低甚至无病毒。利用组织培养方法，取一定大小的植物茎尖 进行培养，再生的植株有可能不带病毒，从而获得脱病毒苗，再用脱病毒苗进行繁殖，则种植的作物就不会或极少发生病毒。（不带病毒而不是抗病毒）
方法：将植物离体培养产生的体细胞胚、芽、愈伤组织等包埋在含有营养成分和保护功能的物质中制成的。结构：包括体细胞胚、人工胚乳和人工种皮三部分。人工胚乳含体细胞胚萌发所需的营养成分和植物激素，除草剂优点：（1）生产过程不受季节限制。 （2）可以大量、快速繁殖优良品种。 （3）对于生育周期长、育性不良且难于有性繁殖的植物，具有重要意义。
3.植物培养技术可用于生产人工种子
【微思考】 为什么马铃薯、草莓和香蕉的产量会越来越低,品质会越来越差?提示 ①这些作物通常使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;②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。
原理：通过植物细胞、组织的培养来提取有价值的天然产物。实例：生产药物、食品、调料、香料、颜料等。（紫草，人参）
4.植物培养技术可用于细胞代谢产物的工业化生产
细胞代谢产物的工业化生产需要将细胞培养成完整个体吗?提示 不需要。细胞产物的工业化生产往往需要将组织培养进行到愈伤组织阶段,然后对愈伤组织细胞进行悬浮培养。
5.植物培养技术可用于作物新品种的培育
细胞突变体的筛选：在组织培养过程中，培养物的细胞处于不断分裂状态，易受培养条件和外界压力的影响（如射线，化学物质）而发生变异，筛选出有利个体。 单倍体育种：花药（花粉）离体培养后获得单倍体，用秋水仙素处理单倍体体植株，使染色数目加倍，可获得纯合的可育育植株，大大缩短育种周期。 转基因植物的克隆：将植物组织培养与基因工程技术相结合，将外源基因导入离体植物细胞，可以培育出抗逆、高产及优质的转基因植株。
植物组织培养通过与常规育种、转基因技术等相结合,应用于植物生产的多个领域,取得了可观的经济效益。回答下列问题。1.为什么快速繁殖可以保持优良品种的遗传特性?提示 植物组织培养过程中细胞只进行有丝分裂,因此是一种无性繁殖的技术,无性繁殖的后代其遗传物质组成与亲代一致。2.经植物组织培养技术培育出的脱病毒苗抗病毒吗?提示 不抗病毒。“脱毒”与“抗毒”不同,前者指的是本身病毒少,甚至无病毒,受病毒感染的机会少,而后者指的是能抵抗病毒的感染。
3.人工种子和普通种子相比,具有什么优势?提示 生产过程不受季节限制,可以大量、快速繁殖优良品种,对于生育周期长、育性不良且难于有性繁殖的植物,具有更重要的意义。4.细胞代谢产物的工业化生产需要将细胞培养成完整个体吗?提示 不需要。细胞产物的工业化生产往往需要将组织培养进行到愈伤组织阶段,然后对愈伤组织细胞进行悬浮培养。5.为什么单倍体育种能大大缩短育种的年限?提示 大多数单倍体植株的细胞只有一套染色体,染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现,进而缩短育种年限。
特别提醒 植物组织培养与植物细胞培养的区别
（2）接种到诱导愈伤组织培养基
有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。
活动:菊花的组织培养及幼苗的移栽
(3）接种到诱导生芽培养基
若先生根后面就不易生芽
植物组织培养过程示意图
【微思考】 在菊花组织培养过程中,诱导外植体脱分化形成愈伤组织的培养基,其成分中是否应含有蔗糖等有机物?为什么?提示 含有。因为此时外植体不能进行光合作用制造有机物,需要依赖于环境中的有机物才能生存。
虽然植物细胞具有全能性,若要使离体植物器官、组织或细胞生长发育成完整植株,必须提供适宜的条件。回答分析下列问题。1.为什么保证培养过程中植物材料不被污染是实验成功的基础?提示 外植体表面附着的多种微生物一旦带入培养基,在适宜的环境和营养条件下就会迅速增殖,导致实验失败。2.脱分化和再分化都属于细胞的分化过程吗?为什么?提示 再分化属于细胞的分化过程,脱分化不属于细胞分化的过程,而是摆脱分化恢复未分化状态。
3.如何调控离体植物细胞的脱分化和再分化?提示 植物激素调控细胞的脱分化和再分化过程,主要是通过调控培养基中生长素和细胞分裂素(或人工合成的激素类似物)的浓度和配比来实现的。4.在菊花组织培养过程中,是否需要光照条件?提示 在愈伤组织的诱导阶段往往要避光培养,有利于细胞脱分化产生愈伤组织(如果是在光照条件下,容易分化产生维管等组织,不利于产生大量的愈伤组织)。当愈伤组织分化出芽和叶时,一定要有光照,有利于叶片内叶绿素的合成。
1.某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得成熟种子。为尽快推广种植,可应用多种技术获得大量优质苗,下列技术中不能选用的是(　　)A.利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗B.采用花粉粒组织培养获得单倍体苗C.采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上D.采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织培养答案 B解析 花粉粒是减数分裂的产物,利用花粉粒离体培养得到的是单倍体苗,其高度不育且性状可能发生改变,因此B项方案不能选用。
2.下列有关细胞全能性的叙述,不正确的是(　　)A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体,因此全能性最高B.生物体内的体细胞由于细胞分化,全能性不能表达C.卵细胞与受精卵一样,细胞未分化,全能性最高D.植物细胞在一定条件下离体培养能表现出全能性
答案 C解析 受精卵是个体发育的起点,在自然条件下,通过细胞的分裂、分化形成完整的个体,所以受精卵的全能性最高;生物体内的体细胞由于细胞分化,细胞中的基因选择性地表达,因此全能性不能表达;卵细胞属于已分化的细胞,与受精卵相比,全能性较低;分化的植物细胞尽管具有全能性,但如果要表现出全能性,植物细胞必须在一定条件下进行离体培养。
3.下列关于植物组织培养的叙述,错误的是(　　)A.植物的组织培养需要在无菌和人工控制的条件下进行B.该过程需要的培养基由有机营养、无机营养、植物激素和琼脂组成C.用酒精和次氯酸钠分别处理离体植物组织后均需要自来水清洗D.植物组织培养技术的理论基础是植物细胞具有全能性
答案 C解析 植物组织培养需要在人工控制的条件下,在无菌环境下进行,A项正确;植物组织培养中固体培养基成分有无机营养、有机营养、植物激素、琼脂等,B项正确;植物组织培养时,需对外植体进行消毒,外植体经消毒后,需要用无菌水多次冲洗,C项错误;植物组织培养技术的理论基础是植物细胞具有全能性,D项正确。