人教版高中生物选择性必修第三册·第2章- 第1节 植物细胞工程（课件PPT）

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第节 1植物细胞工程高中生物 选择性必修3第2章概述植物组织培养和植物体细胞杂交技术的原理和过程。举例说明植物细胞工程的应用有效提高了生产效率。尝试进行植物组织培养。学习目标细胞工程的概念 细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。。根据操作对象不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程。 技术的理论基础 植物细胞工程主要技术植物组织培养 植物体细胞杂交植物细胞的全能性第1课时 植物细胞工程的基本技术一、 植物细胞工程的理论基础--- 细胞全能性 绚丽多姿的花草、碧绿参天的大树，大多是通过种子或枝条扦插实现繁殖的。但在一定条件下，利用它们的一片叶子、一瓣花瓣，甚至一粒花粉也可以得到大量的幼小植株，如菊花。想一想：为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢？ 1.什么是细胞的全能性？已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能。2.细胞具有全能性原因？3.用菊花的花瓣、胡萝卜的根细胞培养产生完整植株，说明什么？生物体的每一个细胞都含本物种的全套遗传物质，都有发育成完整个体的全套基因。高度分化的植物细胞具有全能性4.体内细胞未表现全能性的原因： 在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因选择性表达各种蛋白质，从而构成生物体不同的组织和器官。阅读课文，思考 植物组织培养就是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，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。1.概念二、植物组织培养技术外植体愈伤组织根、芽移栽成活让已经分化的植物细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变为未分化的细胞并产生愈伤组织的过程愈伤组织重新分化成根、芽等器官的过程排列疏松无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞2.植物组织培养的过程用于离体培养的植物器官或组织片段三、菊花的组织培养1. 了解植物组织培养的基本原理。2. 了解生长素和细胞分裂素的浓度、用量的比例对菊花愈伤组织形成和分化的影响。3. 尝试进行植物组织培养。　目的要求1. 材料：幼嫩的菊花茎段、培养基、体积分数为70% 的酒精、质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液和无菌水等。各种培养基的配制参见教材附录1。2. 用具：50 mL 锥形瓶（或植物组织培养瓶）、烧杯、酒精灯、超净工作台（或接种箱）、高压蒸汽灭菌锅、培养箱、封口膜、滤纸、标签、消毒用酒精棉球、培养皿、解剖刀和镊子等。材料用具1.消毒（1）用酒精擦拭双手和超净工作台台面（2）将流水充分冲洗后的外植体（幼嫩的茎段）用酒精消毒30s，然后立即用无菌水清洗2～3次；再用次氯酸钠溶液处理30min后，立即用无菌水清洗2～3 次。方法步骤2.外植体的处理将消过毒的外植体置于无菌的培养皿中，用无菌滤纸吸去表面的水分。用解剖刀将外植体切成0.5～1 cm长的小段。方法步骤3.接种在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3～1/2 插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记。方法步骤接种注意事项①每接种一块外植体前，镊子需放入体积分数为70％的酒精溶液中消毒一次，然后在酒精灯火焰上烧一遍，冷却后再接种②外植体在培养基中要分布均匀，放置外植体数量根据锥形瓶的大小确定，一般胡萝卜3－4块，菊的茎或叶6－8块，也不要太少，以充分利用培养基中的营养成分和光照条件③插入时应注意方向，形态学上端朝上，形态学下端朝下，不要倒插。茎段、茎尖基部插入培养基利于吸收水分和养分4.培养将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18～22 ℃ 的培养箱中培养。在培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况。方法步骤5.转接培养基培养15～20 d 后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上。长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。方法步骤6.移栽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，适时浇水、施肥，直至开花。方法步骤固体基质型，含水量高、蓄水性强、透性好，适合栽培珍珠岩 ,珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩，经急剧冷却而成的玻璃质岩石，有弧形或圆形裂隙，如珍珠的结构，所以被命名为珍珠岩 。蛭石是一种天然、无毒的矿物质，在高温作用下会膨胀的矿物。它是一种比较少见的矿物，属于硅酸盐。 【资料】1. 实验中使用的培养基和所有的器械都要灭菌。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的器械都要灭菌。2. 接种时注意外植体的方向，不要倒插。3. 诱导愈伤组织期间一般不需要光照，在后续的培养过程中，每日需要给予适当时间和强度的光照。【注意】正常苗污染苗1、外植体带菌2、培养基及接种器具灭菌不彻底3、接种操作时带入4、环境不清洁污染途径1.培养基的灭菌（高压蒸汽灭菌）2.外植体的消毒（酒精、氯化汞）3.接种的无菌操作（酒精、酒精灯——灼烧）4.无菌箱中的培养；5.移栽到消过毒的环境中生存一段时间。在整个操作过程中，是如何来实现无菌环境的？思考：你打算做几组重复？你打算设置对照实验吗？答：每种材料或配方至少要做一组以上的重复。设置对照实验可以取用一个经过灭菌的装有培养基的锥形瓶，与接种操作后的锥形瓶一同培养，用以说明培养基制作合格，没有被杂菌污染。1.接种3 ～ 4 d 后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，有多少能正常生长，并分析它们被污染的原因。提示：用于植物组织培养的培养基同样适合某些微生物的生长，如一些细菌、真菌等的生长。培养物一旦受到微生物的污染，就会导致实验前功尽弃，因此要进行严格的无菌操作。导致外植体被污染的原因可能有：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。结果分析与评价2.你培养出愈伤组织了吗？如果培养出来了，从刚接种的外植体到长出愈伤组织经历了多少天？这些愈伤组织进一步分化出芽和根了吗？提示：观察实验结果， 看看是否培养出了愈伤组织，记录多长时间长出了愈伤组织。从刚接种的外植体到长出愈伤组织一般需要2周左右的时间。统计更换培养基后愈伤组织进一步分化成芽和根的比例和时间。结果分析与评价3. 观察外植体的分化情况，填好结果记录表，并及时分析结果。提示：做好统计和对照，填好结果记录表，培养严谨的科学态度。从实验的第一步开始就要做好实验记录，可以分组配制不同的培养基，如诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基等，还可以进行不同配方的比较。结果分析与评价4.你培育的幼苗移栽到露地后，能够正常生长吗？提示：生根苗移裁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。一般使用无土栽培的办法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷洒质量分数为5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12h。掀开塑料薄膜24后才能移栽。新移栽的组培苗要在温室过渡几天，待其长壮后得移植到大田或盆中。可以在课后统计移栽的成话率，看看移栽是否合格。结果分析与评价【拓展】激素的使用顺序、使用量及比例影响植物细胞的发育方向：×四. 植物体细胞杂交1. 概念：将不同种的植物体细胞，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技术。2. 原理：阅读课文36-38页，图2-4，讨论：（1）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？（2）怎样通过比较温和的方法去掉细胞壁？（3）怎样诱导两个原生质体的融合？与细胞膜的什么特性有关？（4）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步如何将杂种细胞培育成杂种植株？（5）这项技术的出现有什么意义？①②③④⑤融合的原生质体原生质体B原生质体A去壁去壁植物A细胞植物B细胞诱导融合再生出细胞壁杂种细胞脱分化 （细胞分裂）愈伤组织再分化杂种植株植物组织培养植物细胞融合植物体细胞杂交3. 过程：4. 意义：⑴克服了？ 的障碍⑵打破？ 隔离5. 未解决的问题：还不能让杂种植物按照人们的要求表现出亲代性状。一.植物组织培养1. 概念2. 原理二.植物体细胞杂交技术1. 概念脱分化、再分化2. 原理 ①去除细胞壁 方法？②人工诱导原生质体融合 方法？3. 表现出全能性的必要条件4. 过程3. 过程③生出新细胞壁（融合完成标志）④脱分化、再分化植物组织培养4. 意义本节小结植物细胞工程的基本技术1.下列属于植物组织培养的是（ ）A.花粉培养成单倍体植株B.芽发育成枝条C.根尖分生区发育成成熟区D.未受精的卵发育成植株A2．植物组织培养中的“脱分化”过程是指(　　)A．已休眠的种子经过处理使种子尽快萌发的过程B．植物根尖、茎尖等处分生组织细胞有丝分裂产生新细胞后分化为各种组织C．愈伤组织细胞分化为根与茎的过程D．离体的植物组织、细胞培养产生愈伤组织的过程D3．要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，下列哪项是不需要的(　　)A．具有完整细胞核的细胞B．离体状态C．导入外源基因D．一定的营养物质和激素C4．植物体细胞杂交要先除去细胞壁的原因是(　　)A．植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁B．细胞壁使原生质体失去活力C．细胞壁阻碍了原生质体的融合D．细胞壁阻碍了原生质体的发育C5.植物体细胞融合完成的标志是(　　)A．产生细胞壁B．细胞质发生融合C．细胞核发生融合D．细胞膜发生融合A6.下图所示为植物体细胞杂交技术的过程，错误的是(　　)A．A细胞和B细胞诱导融合前要先去除细胞壁，可用纤维素酶和果胶酶处理B．从A细胞和B细胞到C细胞的过程中，常用离心、振动、电激或聚乙二醇(PEG)诱导融合C．A细胞和B细胞融合完成的标志是再生出新的细胞壁D．植物体细胞杂交技术的目的只是获得杂种细胞D第2课时 植物细胞工程的应用资料1 兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的常规繁殖中，遇到的难题是：用分根法繁殖速度缓慢，不利于新品种的推广;用种子繁殖又很困难，因为兰花的种子十分微小，胚很纤弱，种子几乎没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。资料2 科学家应用多倍体育种的方法，培育出的三倍体无子西瓜，具有无子、含糖高、口感好等特点。但因其不结种子，每年必须用四倍体和二倍体西瓜杂交培育种子，不仅增加了生产成本，也给无籽西瓜的普及带来困难。资料3 病毒引起的植物病害有500多种。受害的植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉，如水稻、小麦、棉花、马铃薯、油菜、大蒜、苹果、枣、唐菖蒲、兰花等。而且没有有效的防治办法，只能拔除病株，造成很大的经济损失。病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几乎不含病毒。一、植物繁殖的新途径1.快速繁殖技术（也叫微型繁殖技术）概念：应用组织培养技术，快速繁殖优良品种植物。(2)特点:①高效快速地实现种苗的大量繁殖②保持优良品种的遗传特性③周期短，不受季节、气候、自然灾害等因素的影响(3)微型繁殖的应用 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都实现了利用快速繁殖技术来提供苗木。甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。铁皮石斛 （1）材料: 植物的分生区(茎尖)--无病毒或极少 （2）脱毒苗: 切取茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗 （3）优点： 使农作物不会或极少感染病毒为什么需进行作物脱毒？2.作物脱毒（培养无病毒植株）作物脱毒的原因: 长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差，而植物的分生区一般不会感染病毒，用分生区的细胞进行组织培养，就能得到大量的脱毒苗。 脱毒产品二、作物新品种的培育明显缩短育种年限(相对常规选育)后代稳定遗传,都是纯合体正常植物花药愈伤组织 单倍体幼苗　脱分化再分化染色体加倍秋水仙素处理1.单倍体育种 (1)方法: (2)优点:花药（或花粉）的离体培养获得单倍体植株，染色体加倍,选择稳定遗传优良品种种子纯合体选优 自交P：高杆抗病 DDTT×矮杆感病 ddttF1高杆抗病 DdTt↓第1年↓选育出需要的矮抗纯种F2D_T_D_ttddT_ddtt矮抗杂交育种第2年第3年生长ddTTF3配子：DTDtdTdt单倍体幼苗：DTDtdTdt花药离体培养秋水 仙素第2年第4年DDttddTTddtt纯合体:DDTT矮抗 P高杆抗病 DDTT×矮杆感病 ddttF1高杆抗病 DdTt单倍体育种选择矮秆抗病即为新品种举例：利用高杆抗病DDTT和矮杆感病ddtt品种培育矮杆抗病ddTT品种（3）应用：烟草水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品玉米油菜甘蓝2.突变体的利用 在植物的组织培养过程中，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因素（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。 从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。新品种外植体愈伤组织 多种突变体　筛选培育脱分化诱导分化诱变处理抗病、抗盐、含高蛋白、高产。抗盐碱的烟草三、细胞产物的工厂化生产1.此生代谢产物（1）含义：植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物——次生代谢物。（2）种类：次生代谢物是一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）。（3）作用：在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源2.细胞产物工厂化生产的原因 由于植物细胞的次生代谢物含量很低，从植物组织提取会大量破坏植物资源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到，因此人们期望利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。 3.细胞产物工厂化生产的优点和意义不占用耕地，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。4.细胞产物工厂化生产的实例 生产紫杉醇、人参皂苷。注意: 一般培养到愈伤组织阶段，从愈伤组织的细胞中获得细胞产物!人参皂苷的工厂化生产使产量大大增加注意: （1）工厂化生产不一定要培养出植物体，一般培养到愈伤组织阶段，从愈伤组织的细胞中就可提取细胞产物。（2）通过培养能够产生对人们有利的产物的细胞，从而获得大量的细胞产物。转基因细胞杂种细胞茎尖、根尖等分生区花药（花粉）外植体脱分化愈伤组织再分化丛芽或胚状体 工厂化生产药物人工种子转基因植物杂种植物作物脱毒单倍体育种微型繁殖植物体诱变处理突变细胞总结: 植物细胞工程的实际应用突变体的利用+人工薄膜培养1.下列属于植物细胞工程实际应用的是( )①制造人工种子 ②培育抗盐植物 ③培育抗病毒烟草④培育单倍体 ⑤生产脱毒植株A.①②③④ B.①③④⑤ C.①②④⑤ D.②③④⑤C2.植物的微型繁殖技术是指( ) A.基因工程育种 B.植物体细胞杂交技术 C.嫁接 D.通过植物组织培养快速繁殖技术D3.若用一株郁金香在短时间内培育出成千上万株郁金香苗，最好采用下列哪种技术( ) A.扦插 B.嫁接 C.植物微型繁殖技术 D.杂交C4.要获得脱毒苗，一般选取植物体的哪一部分组织( ) A.叶 B.花粉 C.根 D.茎尖D5.人参皂甙干粉工厂化生产，下列哪种技术是必需的( )A.杂交育种 B.植物组织培养C.多倍体育种 D.单倍体育种B6.植物组织培养技术不会用于( )A.培育“番茄—马铃薯” B.培育无病毒植株C.扦插繁殖 D.培育转基因延熟番茄植株C7.改良缺乏某种抗病性的水稻品种，不宜采用的方法是( ) A.诱变育种 B.单倍体育种 C.基因工程育种 D.杂交育种B8.下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是( ) A．培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压B．培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生 长和分化C．离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织D．同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同D(1)取玉米幼苗的茎尖进行_______________，如图A→C，发育成植株D，取D的花药进行离体培养成幼苗，如图E→F，经秋水仙素处理后发育成植株G，属于____________；从生殖方式上分析，A→D属于________生殖；从细胞分裂方式上分析，E→F过程中进行了_______分裂。(2)取茎尖进行培养的原因是_____________________________。(3)A→C的过程要严格控制______________。分生区附近病毒极少，甚至无病毒无菌条件组织培养单倍体育种无性有丝9.玉米是一种主要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家做了大量的研究工作。如图是关于玉米培养的过程，请据图回答：(4)用A→D过程获得的植株D，称为________。若用D进行繁殖，种植的植株就_______或_______感染病毒。(5)用E→G途径育种的优点是_____。(6)若想培育出一种新的玉米品种，可以采用_____育种方式；若想培育出一种能抗虫的玉米新品种，可以采用_________育种；若想培育出一种地上结玉米，地下结马铃薯的植株，可以利用_________________技术。 不会 极少直接得到稳定遗传的优良品种，极大地缩短了育种年限植物体细胞杂交脱毒苗诱变基因工程谢 谢！