上课用2.1.1-1植物细胞工程的基本操作技术
学校讲课课件《植物细胞工程的基本技术》
6愈伤组织的特点？
排列疏松、无规则、高度液泡化的薄壁细胞
再分化形成根芽
1再分化
脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化形成根、 芽等器官的过程
2再分化过程是否需要光照？是否需要植物激 素？细胞的新陈代谢类型？ 3分化的实质？分化过程中遗传物质是否改变
基因的选择性表达 不变
转基因抗虫棉
水平
番茄-马铃薯杂 交植株
专题2
细胞工程
细胞工程
指应用细胞生物学和分子生物学的原理 和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水 平或细胞器水平上，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的一门综合科 学技术。
原理
目的 水平 分类
2.1.1 植物细胞工程的基本技术
植物组织培 养技术 植物体细胞 杂交技术
再分化 需光；生/细 高有利于根的分化 自养需氧型
生/细 低有利于芽的分化；
根、芽
植物体
植物组织培养的概念
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、细胞，培养在人工配制
的培养基（营养物质和激素）上，给予适宜的培养
条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整
的植株。
1植物组织培养的原理
1脱分化
让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结 构和功能而转变成未分化的细胞的过程，使其具有 分裂、分化能力
2脱分化的实质
细胞恢复全能性的过程
3脱分化的结果
形成愈伤组织
4固体培养基的成分有哪些？
无机营养成分、有机营养成分、激素、琼脂
5诱导愈伤组织形成是否需要光照？是否需 要植物激素？细胞的新陈代谢类型？
需光；生/细 高有利于根的分化 自养需氧型 生/细 低有利于芽的分化；
教学设计11：2.1.1 植物细胞工程的基本技术
植物细胞工程的基本技术植物体细胞杂交教学目标知识目标1.说明植物体细胞杂交的过程和原理；2.说出植物体细胞杂交的意义。
能力目标1.举例说明植物体细胞杂交的应用；2.学习应用图解法分析生物技术的操作过程。
情感、态度及价值观1.体会生物科学技术对现代社会的重大意义；2.培养对科学技术尤其是生物科学技术的热爱。
教学重难点重点1.植物体细胞杂交的过程和原理；2.植物体细胞杂交的意义和应用。
难点植物体细胞杂交的过程教学过程【支架引导】锚式问题中国是人口大国，而且增长迅速，对于粮食生产的压力越来越大，而且环境的日益恶化更加剧了粮食问题。
1995年，美国世界观察研究所所长莱斯科特布朗提出“谁来养活中国”。
如何提高土地利用率、提高粮食产量？问题：能否用传统的杂交育种发放培育出番茄-马铃薯杂种植株？使其地上结番茄、地下结马铃薯。
（不能，存在生殖隔离）——植物体细胞杂交【整体探究】教师给出植物体细胞杂交的概念，带领学生一起进行分析。
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。
明确：不同种——所含的遗传物质不同；一定条件——人为提供一定条件，才能诱导使其融合；新植物——不同于两个亲本植株，包含了两个亲本的遗传物质，称为杂种植株。
过渡：图片展示植物细胞的结构模式图，进行简要回顾。
【梯次探究】自主探究1.过程先行组织者学生阅读课本P36，思考以下问题，并绘制植物体细胞杂交过程示意图：链式问题1）不同植物体细胞进行融合时，遇到的第一个屏障是什么？如何消除这个“屏障”？没有这层“屏障”的植物细胞称为什么？2）什么是原生质体？诱导原生质体融合的方法有哪些?3）形成杂种细胞后怎么才能培养成杂种植株?总结答案1）细胞壁；酶解法——纤维素酶和果胶酶。
2）诱导融合的方法：物理法——离心、震动、电刺激；化学法——聚乙二醇（PEG）。
3）植物组织培养：脱分化、再分化。
结合人教版课本P36页图2-5，理解每个箭头的含义，完善学生绘制示意图。
2.1.1 植物细胞工程的基本技术
2.1.1植物细胞工程的基本技术无论是绚丽多姿的花草，还是碧绿参天的大树，大多都是通过种子播种或枝条扦插实现繁殖的。
其实在一定的条件下，利用它们的一片叶子、一瓣花瓣，甚至一粒花粉，同样可以得到大量的幼小植株。
图2—1就是科学家利用菊花的花瓣培养出的菊花。
那么，植物的花瓣是怎样长成一株完整植株的呢？图2－1 微型繁殖的菊花植物的花瓣属于高度分化的组织，利用它来培育出新的植株，首先要通过细胞的脱分化过程，培养出愈伤组织，然后再从愈伤组织分化形成小植株。
这里所说的细胞脱分化（dedifferentiation)就是让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。
在植物中，一些分化的细胞，经过激素的诱导，可以脱分化为具有分生能力的薄壁细胞，进而形成植物的愈伤组织（图2 - 2)。
愈伤组织在一定的培养条件下，又可以再分化出幼根和芽，形成完整的小植株（图2-3)。
为什么植物的一瓣花瓣就可以培育出完整的植株呢？我们知道，具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能，也就是说，每个生物细胞都具有全能性的特点。
因此，在理论上，生物的任何一个细胞都具有发育成完整植株的潜力。
但是，在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官。
这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质，从而构成生物体的不同组织和器官。
植物组织培养技术要把某种植物的一块组织通过培养得到一株完整植株，应该如何操作呢？这就涉及植物细胞工程中最基本的技术之一—植物组织培养。
下面我们就通过“胡萝卜的组织培养”实验来了解这一技术。
实验胡萝卜的组织培养实验原理植物体的根、茎、叶细胞一般都具有全能性，在一定的营养和激素等条件下，可以脱分化形成愈伤组织。
将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上，就可以诱导其再分化生成胚状体或丛芽，进而发育成完整的小植株。
2.1.1植物细胞工程的基本技术教学设计2023-2024学年高二下学期人教版2019选择性必修3
教学设计课程基本信息学科生物年级高二学期秋季课题植物细胞工程的基本技术教学目标1.说出植物细胞工程的基本原理是植物细胞具有全能性。
2.通过分析植物体细胞杂交技术的要点，阐明植物体细胞杂交技术的流程和概念。
3.通过植物体细胞科学史的研究，认同科学是不断发展的过程，关注细胞工程技术发展历程。
教学内容教学重点：1.植物组织培养的原理和过程。
2.植物体细胞杂交的过程。
教学难点：1.植物组织培养的原理和过程。
2.植物体细胞杂交的过程。
教学过程新课引入【创设情境】以2022年宁波植物研究专家在宁波四明山首次发现独花兰为情境，介绍独花兰的价值以繁殖困境引入课题。
【提出问题】如何让独兰花快速地繁殖，提高它的数量呢？【回顾植物细胞工程相关科学史】过渡：进入植物组织工程的基本技术任务一：【回顾旧知】1、植物组织培养的基本原理是什么？2、什么是细胞的全能性？3、细胞全能性大小的比较。
一、植物细胞的全能性1．概念：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。
二、植物组织培养技术1．植物组织培养概念：植物组织培养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。
2．全能性表达过程的相关概念(1)脱分化：让已经分化的细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能，转变成未分化细胞的过程。
(2)再分化：脱分化产生的愈伤组织，在一定的培养条件下，再分化出芽、根等器官，进而形成完整的小植株。
(3)愈伤组织:一团没有特定结构和功能,排列疏松而无规则,高度液泡化的呈无定形状态的薄壁组织团块。
3．植物组织培养过程【建构独兰花组织培养过程】【过渡】设想：只有有全套遗传物质就能表现出相应的性状吗？教师提问：欲培育地上长番茄，地下长马铃薯的超级作物，可以利用杂交方式实现吗？为什么？学生解决问题：不能，因为不同物种间存在生殖隔离。
教师过渡：能不能利用植物细胞工程技术打破生殖隔离呢？教师介绍：植物体细胞杂交技术。
2.1.1《植物细胞工程的基本技术》(教学设计)
2.1．1植物细胞工程的基本技术一、教学目标1. 简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术。
2. 列举植物细胞工程的实际应用。
3. 尝试进行植物组织培养。
情感态度和价值观体验植物组织培养技术能力方面尝试植物组织培养技术二、教学重点和难点1.教学重点（1）植物组织培养的原理和过程。
（2）植物体细胞杂交的原理。
（3）植物细胞工程应用的实例。
2.教学难点植物组织培养的实验三、教学策略本节教材内容对学生来说，虽说在必修模块中学了一些细胞的知识，但仍然是一个新的领域，学习起来有一定的困难。
教师可采用讲授为主结合讨论的方法。
四、教学手段录像、软件。
五、教学过程（3）植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术概念教学过程过程1去除细胞壁过程2诱导原生质体融合a是关键环节b人工诱导方法:物理：离心.振动.电激。
化学:聚乙二醇(PFG)作诱导养基含有丰富的营养成分，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以在上面迅速生长，所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。
培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质，导教学内容致培养物迅速死亡。
师：回答很好生：胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。
师生一起：完成完成植物细胞工程的基本技术的流程图师：1、离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理，能否培养成完整的植物体？2、决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？学生回答第二个问题教师点拔师生一起归纳植物细胞培养的概念设置情境引出新的知识师生一起学习重点概念教学手段和方法学生阅读书本回答问题教师补充键知识归纳重点概念自然过度到植物体细胞杂交技术的内容利于后面知识的理解预期目标培养学生的阅读能力及解决问题的能力解决技术的第一个关键步骤体发生融合形成了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种处理？生：植物组织培养，培育成新的植物体师：以上就是植物体细胞杂交技术的第一个关键步骤，过程二关键步骤如何？师：细胞壁去除之后，另一个关键关键环节就是原生质体融合，而把原生质体的放在一起会自然融合吗？生：必须要一定的技术进行人工诱导。
学案9：2.1.1 植物细胞工程的基本技术
2.1.1植物细胞工程的基本技术【自主学习尝试总结】一、细胞工程1．概念：应用和的原理和方法，通过或上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的或获得的一门综合科学技术。
2．分类：根据操作对象不同，可分为、。
二、植物组织培养技术1．原理：植物细胞具有，具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成的潜能。
2．过程离体植物的−−→−脱分化_ 组织−−→−再分化幼根和芽或胚状体−−→−发育完整植株。
3．植物组织培养：在和的条件下，将的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生、丛芽，最终形成完整植株。
三、植物体细胞杂交技术1．概念：不同种植物的，在一定条件下融合成，并把杂种细胞培育成新的的技术。
2.植物体细胞杂交步骤：【课内探究小组合作】植物组织培养技术：1．植物组织培养技术的概念是什么？2．植物组织培养技术的原理是什么？3．植物组织培养技术通常选用的材料有哪些？4．植物组织培养的培养基含有哪些成分？5．分析图，概述植物组织培养技术的基本过程。
6．什么是脱分化？什么是再分化？什么是愈伤组织？问题：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？表现全能性的条件？2、为什么运用植物组织培养技术能把植物离体器官、组织或细胞培养成完整植物体？3、克隆羊“多莉”的诞生说明了什么？4、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分化成不同的组织器官？植物体细胞杂交技术：1．什么是植物体细胞杂交技术？它具有什么优点？2．在进行植物体细胞杂交之前，为什么要去除细胞壁？通常用什么方法去除细胞壁？去除细胞壁以后的植物细胞叫什么？3．怎样诱导两个不同原生质体的融合？原生质体融合完成的标志是什么？这与细胞中哪种细胞器有关？4．分析图，概述植物体细胞杂交的基本过程。
（1）说出①～⑤步骤表示的含义。
（2）将植物细胞A和植物细胞B的得到的原生质体诱导融合，在培养基上至少存在几种类型的细胞（只考虑两个细胞的融合）？【典例分析掌握规律】例题1：在细胞工程——原生质体融合育种技术中，其技术的重要一环是将营养细胞的细胞壁除去，通常是采用纤维素酶和果胶酶的酶解破壁法处理。
教学设计1：2.1.1植物细胞工程基本技术
植物细胞工程的基本技术的流程图脱分化处理合在一起，遇到的第一个障碍是什么？（2）有没有一种温和的去细胞壁的方法？（3）如果两个来源不同的原生质体发生融合，可形成几种融合细胞？下一步该如何种处理？（4）如何将杂种细胞培育成杂种植株？与学生一起讨论后，再按教材上的植物体细胞杂交技术流程图进行总结，重点讲解以下内容。
小结：完成完成植物细胞工程的基本技术的流程图说明：植物细胞培养的概念：无菌和在人工控制的条件下将体的植物器官组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予一定的培养，诱导产生愈伤组织，芽丛，最终形成完整的植株．它植物是细胞工程的主要技术。
20世纪60年代，有的科学家提出这样一个设想：让番概括其过程：离体的植物器官，组织或细胞脱分化形成愈伤组织，再分化根、芽，最终形成植物细胞壁酶解法3种、筛选融合细胞的必要（3）植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术概念过程1去除细胞壁过程2诱导原生质体融合a是关键环节茄和马铃薯杂交，培育出一种地上结番茄果实，地下结马铃薯块茎的植物。
这就要用到植物体细胞杂交技术。
思考：细胞壁去除之后，另一个关键关键环节就是原生质体融合，而把原生质体的放在一起会自然融合吗？回答：人工诱导方法有哪些？小结：说明：①流程图中为了简化，仅画了一个马铃薯的原生质体与一个番茄的原生质体之间的融合，可真正在实际操作过程中，是把许多马铃薯的原生质体和许多番茄的原生质体放在一起，让它们自由融合，再从中筛选出所需的杂种细胞。
②由于不同种的细胞其细胞膜的特点不一样，如不作任何处理，把它们放在一起，让它们自然融合是不可能的，所以原生质体间的融合必须要人工诱导。
思考：植物体细胞杂交技术的意义如何。
20-21版：2.1.1 植物细胞工程的基本技术（步步高）
2．1植物细胞工程2．1.1植物细胞工程的基本技术一、细胞工程和细胞的全能性1．细胞工程的含义原理和方法细胞生物学和分子生物学操作水平细胞水平或细胞器水平目的按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品分类植物细胞工程和动物细胞工程2.细胞的全能性(1)定义：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。
(2)植物细胞表现全能性的条件①离体状态。
②营养物质：种类齐全、比例合适。
③植物激素：主要是生长素、细胞分裂素。
④外界条件：适宜的温度、pH和光照等。
⑤无菌操作。
(1)细胞工程是按照人的意愿来改变细胞的结构或获得细胞产品的一门综合科学技术()(2)植物种子发育成完整植株，体现了植物细胞的全能性()(3)细胞具有全能性是因为细胞中具有发育成完整个体所必需的全部基因()答案 (1)× (2)× (3)×1．为什么利用植物的体细胞(如花瓣细胞、根细胞)就能培养出完整植株？提示 正常的植物体细胞具有该生物生长发育和繁殖所需的全套遗传物质，具有全能性。
2．受精卵和体细胞相比，哪一个的全能性更容易体现？为什么？提示 受精卵。
受精卵可以在自然条件下直接发育成新个体。
3．全能性大小与细胞分化程度有什么关系？提示 一般情况下，细胞分化程度越高，细胞的全能性越低。
归纳总结 细胞全能性大小的分析(1)体细胞全能性与细胞分化程度的关系：分化程度低的＞分化程度高的。
(2)体细胞全能性与细胞分裂能力的关系：分裂能力强的＞分裂能力弱的。
(3)不同类型细胞的全能性：受精卵＞生殖细胞＞体细胞。
(4)不同生物细胞的全能性：植物细胞＞动物细胞。
二、植物组织培养技术1．原理：植物细胞的全能性。
2. 概念理解⎩⎪⎨⎪⎧ 培养对象：离体的植物器官、组织和细胞培养条件：无菌、人工配制的培养基、相关激素等培育结果：脱分化形成愈伤组织、再分化生成胚 状体或丛芽、最终形成完整植株 3．操作流程外植体―――→脱分化愈伤组织―――→再分化胚状体或丛芽―→试管苗(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。
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细胞生物学和 分子生物学
细胞整体水平或细 胞器水平 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
研究的目的
植物细胞工程
分类
动物细胞工程
细胞工程与基因工程相比：
前者是细胞水平或细胞器水平上生物技术, 后者是分子水平上的生物技术。
思考:
克隆多莉羊技术是 细胞 水平上的技术，
培育抗虫棉是
分子
水平上的技术。
2.1植物细胞工程
?为什么一个植物细胞就可以发育为一棵完
整的植株？
• 原理： • 细胞的全能性
一、细胞的全能性
1、概 ：生物体的细胞具有使后代细胞形成
完整个体的潜能的特性，叫做细胞的 全能性。
2、原因 ：从理论上讲，每个细胞都包含该物种
的全部遗传物质（全部基因），所以每 个活细胞都应具有全能性 。
离体的植物器官、组织或细胞
愈伤组织
根、芽
植物体
强调几个概念：
愈伤组织：离体的植物器官、组
织或细胞，在培养一段时间以后，
通过细胞分裂，形成一种高度液泡
化、无定形状态薄壁细胞组成的排 列疏松无规则的组织。
植物细胞的脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细
胞产生愈伤组织的过程，又称去分化。
植物细胞的再分化：脱分化产生的愈伤组织在一定的诱
人们曾经有这样 一个幻想：让一株植株 地上部分结番茄，地下 部分长土豆。这个幻想 可能实现吗？
细胞工程
指应用细胞生物学和分子生物 学的原理和方法，通过某种工程学 手段，在细胞整体水平或细胞器水 平上，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的一 门综合科学技术。
应用的原理和方法 概念 研究的水平
基因在特定空间和时间条件下选择 性表达的结果。
研究表明，当植物细胞脱离了原来所在植物体的 器官或组织而处于离体状态时，在一定的营养物 质、激素和其他外界条件的作用下，就可能表现 出全能性，发育成完整植株
已高度分化的细胞或组织表现全能性的 条件有哪些？ 离体、营养物质、激素及其它适宜条件。
植物的花瓣是怎样长成一株完整的植株 的呢？阅读P33相关内容画出过程流程图 外植体
3、全能性的比较
a) 受精卵的全能性最高
b) 受精卵 ＞生殖细胞＞体细胞
c)植物细胞＞动物细胞 d)分化程度低的细胞＞分化程度 高的细胞
细胞分化：在个体发育中，细胞形态、 结构和生理功能上都会出现稳定性的 差异，形成这些差异的过程叫做细胞 分化
思考讨论：为什么体内细胞没有表现 出全能性，而是分化成为不同的组织、器 官？
导条件下重建芽的分生组织，分化出芽后再生根，成为完整 的植株的过程。