2.1植物细胞工程
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2.1 植物细胞工程
纤维素酶、果胶酶等 纤维素酶、
杂种细胞的筛选和培养（形成愈伤组织） 杂种细胞的筛选和培养（形成愈伤组织）
杂种植株的再生与鉴定
物理法：离心、振动、 物理法：离心、振动、电刺激等 化学法： 化学法：聚乙二醇等试剂
问题
为什么“番茄 马铃薯 马铃薯” 为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如 科学家所想像的那样，地上长番茄、 科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马 铃薯？ 铃薯？ 主要原因是：生物基因的表达不是孤立的， 主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它 们之间是相互调控、相互影响的， 们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃 薯—番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种 番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种 的遗传物质， 的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互 干扰， 干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物 质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、 质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、 地下结马铃薯就是很自然的了。 地下结马铃薯就是很自然的了。
2、突变体的利用 利用组织培养时， 利用组织培养时，分裂状态的细胞易受 培养条件和外界压力（如射线， 培养条件和外界压力（如射线，化学物 质等）的影响而产生突变的原理，诱导 质等）的影响而产生突变的原理， 并筛选出对人类有用的突变体。 并筛选出对人类有用的突变体。
三、细胞产物的工厂化生产
人参皂甘的生产
关键词：脱分化、 关键词：脱分化、再分化
脱分化：已经分化的细胞或组织，经过诱导失去 脱分化：已经分化的细胞或组织， 脱分化 特有的结构和功能，转变成未分化 细胞的过程。 未分化的 特有的结构和功能，转变成未分化的细胞的过程。 再分化：已经脱分化的细胞在一定条件下，又可 再分化：已经脱分化的细胞在一定条件下， 再分化 经过激素的诱导 再分化出胚状体或丛芽， 激素的诱导, 经过激素的诱导,再分化出胚状体或丛芽，再分化 出根和芽，形成完整植株的过程。 出根和芽，形成完整植株的过程。
2.1植物细胞工程
3、植物组织培养过程与激素关系:
离 体 组 织 或 细 胞
愈 脱分化 伤 再分化 芽 组 生长素>细 根 生长素 织 胞分裂素 ≈细胞 分裂素 不需要光 需要光
生长素<细 胞分裂素
植 物 体
课堂小结
植物 细胞 的基 本技 术 植物 细胞 工程 的实 际应 用
细胞的全能性 植物组织培养技术 植物体细胞的杂交技术
微型繁殖 植物繁殖的新途径 作物脱毒 人工种子 单倍体育种 作物新品种的培养 突变体的利用 细胞产物的工厂化生产
植 物 细 胞 工 程
课后练习
1、不能人工诱导原生质体融合的方法是（ D ）
7、有关全能性的表述中，不正确的是（ C ） 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．生物体内细胞由于分化全能性不能表达 Ｃ．卵细胞和受精卵一样，细胞未分化，全能 性很高 Ｄ．植物细胞离体培养在一定条件下能表现出 全能性
（3）植物激素的影响 生长素和细胞分裂素作用 植物中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性激素。在生长素存在 的情况下，细胞分裂素的作用呈现加强的趋势 使用顺序 先使用生长素，后使用 细胞分裂素 先使用细胞分裂素后使 用生长素 同时使用 实验结果 有利于细胞分裂，但不 利分化 细胞既分裂也分化 分化频率提高
A )
5、在离体，下列哪一项条件是不需要的？（ D） A、适宜的植物器官、组织或细胞脱分化形成 愈伤组织的过程中的营养物质 B、适宜的温度 C、消毒灭菌 D、适宜浓度的生长激素
6、某株名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离。为 了防止性状分离并快速繁殖，可以利用该植物的 一部分器官或组织进行离体培养，发育出完整的 植株。进行离体培养时不应采用该植株的（ D ） A、茎尖 B、子房壁 C、叶片 D、花粉粒
2.1植物细胞工程 PPT课件
12.(多选)有关原生质体的下列叙述中，正确的是 A.组成原生质体的主要生命物质是蛋白质和核酸 B.原生质体包括细胞膜、液泡膜及两者之间的原 生质
C.被脱掉细胞壁的植物裸露细胞是原生质体
D.原生质体只能用于植物细胞工程
13.2006年普通高等学校招生全国统一考试理科
综合能力测试（北京卷）以下不能说明细胞全 能性的实验是 A.胡萝卜韧皮部细胞培育出植株 B.紫色糯性王米种子培育出植株 C.转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株 D.番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株
1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些？ 离体 （外植体） （无机物、有机物） （生长素、细胞分裂素等）
营养物质 激素
其他外界条件 （温度、无菌、光照等）
植物组织培养 ——培养基
• 定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生 长的基质 • 矿质元素：大量元素及微量元素 • 有机营养成分 ① 含N物质：包括维生素和某些有机添加物 ② 碳源：蔗糖 ③ 琼脂：起支持作用 ④ 植物激素：生长素、细胞分裂素等
8.将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条
件中不需要的是
A、具有完整细胞核的细胞
B、一定的营养物质和植物激素
C、离体状态
D、导入指定基因
9.（多选）植物体细胞的组织培养常被用于保
留杂种优势。因为植物组织培养的过程
A.不可能发生基因突变 B.生殖方式属于无性生殖 C.子代不发生性状分离 D.体细胞内不存在等位基因
植物体细胞杂交过程
植物细胞的融合 植物细胞A
①去 壁 方法？
植物组织培养
原生质体A 原生质体B
①去 壁 ② 人 工 诱 导
融合的 原生质 体AB
植物细胞B
诱导融合 的方法？
2.1植物细胞工程
2、优点:
①保持优良品种的遗传特性; ②高效快速地实现种苗的大量繁殖.
（二）作物脱毒
1、选材:分生区的细胞（根尖、茎尖 等）
2、优点:
避免病毒对 作物的影响， 提高作物的 产量和品质
脱毒草莓
（三）、人工种子
诱导植物愈伤组织 ↓
胚状体的诱导 ↓
胚状体的成熟 ↓
胚状体的机械化包裹 ↓
贮藏或种植
①去除细胞壁 ②融合形成杂种细胞 ③组织培养
保持优良性状
意义 繁殖速度快、大规模生产 提高经济效益
克服不同种生物远源杂交 的障碍
联系 植物体细胞杂交技术应用了组织培养
§ 2.1.2 植物细胞工程的实际应用
一、植物繁殖的新途径
（一）、微型繁殖技术
1、微型繁殖技术： 是快速高效实现种 苗繁植,培育优良植物品种的植物组织培 养技术。
1.种类:蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等. 2.技术:植物的组织培养.
培育到什么阶段提 取？
植物细胞工程的实际应用
繁殖植物的新途径
◦ 微型育种 ◦ 作物脱毒 ◦ 人工种子
育种新方法
◦ 单倍体育种 ◦ 诱导突变体
细胞产物的工厂化生产
植物细胞具有全能性 2、过程：
接种 外植体
诱导培
脱分化 愈伤组织
养基 避光
接种
分化培 再分化 养基 光照
试管苗
（1）、选材：
一般选取幼嫩部位（如茎尖、根尖、形成层）
（2）、培养基： 无机物：水、无机盐离子 有机物：
① 含N物质：包括维生素和氨基酸 ② 碳源 琼脂：起固定、支持作用 植物激素：生长素，细胞分裂素
1、人工种子结构：
人工薄膜+胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）
选修3 专题2.1 植物细胞工程
二、植物细胞工程的实际应用 植物繁殖的新途径 微型繁殖 实 作物脱毒(常利用茎尖等分生组织) 际 人工种子(胚状体外包裹人工薄膜得到) 作物新品种的培育 应 单倍体育种 用 突变体的利用 细胞产物的工厂化生产: 如人参皂甙干粉、紫杉醇的生产
【点拨】
有性生殖 ①自然种子属于____________方式， 无性生殖 而人工种子属于__________方式。
3.植物体细胞杂交技术 不同种 (1)概念：将_______的植物体细胞,在一 杂种细胞 定条件下融合成_________,并把杂种细胞
新的植物体 培育成___________的技术。 细胞膜的流动性和细胞的全能性 （2）原理：________________________
(3)过程： ①图示：
【互动探究】(1)③过程除了使用秋水仙素 溶液，还有其他方法吗？ 提示：还可进行低温处理。 分析：目的都是抑制纺锤体的形成，秋水仙 素处理与低温处理都可以达到这一目的。 (2)C过程中如何进行物理诱变或化学诱变？ 提示：利用紫外线、X射线、碱基类似物等 处理连续进行细胞分裂的愈伤组织。 分析：具有细胞周期的细胞在外界物理或化 学因素的诱导下基因突变的频率才会比较高。
(3)若想在C过程中获得突变体，进而培育成 新品种植株，应用物理诱变或化学诱变的方 愈伤组织 法处理_____________。 (4)若要获得水稻的人工种子，则应选用图 胚状体 中___________的结构，该结构与正常受精 胚 卵形成的___________有类似的结构和发育 过程。 (5)若D为胡萝卜—羊角芹，②过程常用的物 离心、振动、电激 理方法有_______________________等；经 3 融合处理后，含有的细胞类型有______种 (若融合的细胞只考虑两两融合)。
2.1植物细胞工程zy
意义：
克服不同生物远缘杂 交的障碍，打破物种之间 的生殖隔离。
科学家所构思的番茄-马铃薯
实例
白 菜
甘 蓝
优点：生长周期短，耐热性 白菜－甘蓝 强，易贮藏。
思考
你能帮助老牛 解决这个难题吗？ 试试看，设计一个 你认为可行的方案。
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
一、植物繁殖的新途径
1.微型繁殖 概念： 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术， 也叫快速繁殖技术。
愈伤组织：分化的细胞，在激 素诱导后，脱分化为具有分生
能力的薄壁细胞。
一、植物组织培养技术
实例：胡萝卜的组织培养
1.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。 2.过程：
植物激素：细胞分裂素、生长素
胚 离 体 脱分化 愈 再分化 状 发育 体 植 伤 胡萝卜植株 物 遮光 组 光照 、 丛 组 芽发育成叶，叶肉细胞中叶 织 芽 织 绿素的合成需要光照。
在生物的生长发育过程中，细胞为什么不会表 现出全能性？ 细胞内的基因选择性表达，构成生物体的不同 组织和器官。
如何利用菊花的花瓣培养出菊花？
脱分化产生的愈伤组织 在培养过程中重新分化 成根或芽等器官的过程。
脱分化 再分化
花瓣
愈伤组织
菊花植株
让已经分化的细胞，经 过诱导后，失去其特有 的结构和功能，转变为 未分化细胞的过程。
3.实验总结：
植物组织培养就是在 无菌和人工控制的条件下， 将植物体的器官、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，诱导其产生愈伤 组织、从芽，最终形成完 整的植物体。
二、植物体细胞杂交技术
过 程
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。
高中生物人教版选修三同步导学：2.1.1 植物细胞工程的基本技术(理解+掌握+应用)
2．1植物细胞工程2．1.1植物细胞工程的基本技术1．细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人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。
2．理论上每个活细胞都具有全能性。
3．细胞全能性的大小依次是：受精卵>生殖细胞>体细胞。
4．植物组织培养的理论基础是细胞的全能性。
5．植物体细胞杂交的理论基础是细胞膜的流动性和细胞的全能性。
6．人工诱导原生质体融合的方法有物理法(离心、振动、电激)和化学法(聚乙二醇处理)。
植物细胞的全能性[自读教材·夯基础]1．细胞工程的概念2．细胞的全能性(1)含义：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)影响全能性表达的原因：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。
1．请比较基因工程和细胞工程的概念，总结二者的不同。
提示：(1)操作水平：基因工程是分子水平的操作，细胞工程是细胞水平或细胞器水平的操作。
(2)目的：基因工程的目的是创造出符合人们需要的新的生物类型和生物产品，细胞工程的目的是按照人的意愿改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。
2．理论上每种活细胞都具有全能性，请分析细胞具有全能性的原因。
提示：活细胞都具有发育成该物种个体所需的全套遗传物质。
[跟随名师·解疑难]1．细胞全能性的实质已经分化的体细胞(或细胞核)仍具有本物种个体发育所需要的全套遗传物质，即每个细胞都有发育成个体所需要的全部基因。
2．细胞全能性大小的比较(1)植物细胞>动物细胞(动物细胞只有细胞核具有全能性)。
(2)受精卵>生殖细胞(精子、卵细胞)>体细胞。
(3)体细胞：分化程度低的>分化程度高的；细胞分裂能力强的>细胞分裂能力弱的；幼嫩的细胞>衰老的细胞。
(4)随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。
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探究点二
1、分化、脱分化等需要一定条件的诱导，其中植 、分化、脱分化等需要一定条件的诱导， 物激素必不可少
2、脱分化：离体和营养条件 、脱分化： 物激素的诱导
再分化： 再分化：植
3、克服了远缘杂交不亲和 、
2.1
植物细胞工程
植物细胞的全能性 植物组织培养 植物体细胞杂交
植 理论基础 物 细 胞 技术手段 工 程 实际应用
专题2
细胞工程
第一节 植物细胞工程的基 本技术
学习目标
1、掌握植物细胞工程的原理 、 2、掌握植物组织培养、植物体细胞 、掌握植物组织培养、 杂交技术 3、分析影响植物细胞工程的因素 、
【自主学习】 自主学习】
一、1、细胞生物学和分子生物学 细胞水平或细胞器水平 遗传物 、
质 细胞产品 植物细胞工程和动物细胞工程 2、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。 、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。 二、1、由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程， 、由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程， 称为植物细胞的脱分化。 称为植物细胞的脱分化。 2、脱分化产生的愈伤组织继续进行培养又可以重新分化成根或芽 、 等器官，这一过程称为植物细胞的再分化。 等器官，这一过程称为植物细胞的再分化。 3、处于离体状态的植物活细胞，在一定的营养物质、 3、处于离体状态的植物活细胞，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，发育成完整的植株。 外界条件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。 人工条件下实现的这一过程，就是植物组织培养。 人工条件下实现的这一过程，就是植物组织培养。 4、细胞全能性 、 三、1、植物细胞的全能性和细胞膜的流动性 、 2、纤维素酶和果胶酶 离心、震荡和电激 、 离心、 细胞壁 杂种细胞 脱分化 再分化 聚乙二醇（ 聚乙二醇（PEG） ）
愈伤组织
完
胚状体 愈伤组织 根 芽 芽 根
人工种子： 人工种子：
（三）神奇的人工种子 人工种子组成
胚状体（或不定芽、顶芽和腋芽） +人工种皮(透气透水易降解 人工种皮( +胚乳（营养物质、固氮菌、抗生素等）
获取 外植体
无菌接种
脱分化
诱导愈伤组织 的形成
移栽
试管苗的形成 再分化
探究点一
1、细胞包含有全套的遗传信息 、 脱离母体和适宜的营养条件 2、受精卵 配子 体细胞 配子>体细胞 、受精卵>配子 体细胞中，分裂旺盛的大于分裂弱的 体细胞中，
总的说来，植物细胞的全能性高于物细胞的全能性； 总的说来，植物细胞的全能性高于物细胞的全能性；受精 卵的全能性最高； 卵的全能性最高；生殖细胞的全能性高于体细胞的全能 在个体发育历程上，同一生物体内， 性；在个体发育历程上，同一生物体内，细胞的分化程 度越高，其全能性越低。 度越高，其全能性越低。 如果可以排序的话，大致可以这样看：受精卵——胚胎 如果可以排序的话，大致可以这样看：受精卵 胚胎 干细胞——骨髓干细胞 骨髓干细胞——生殖细胞 生殖细胞——体细胞 干细胞 骨髓干细胞 生殖细胞 体细胞
自学检测
1、D 、
2、AD 3、 （1）离体的植物组织或器官 全能性 、 、 ）
（2）愈伤组织 低 高 （3）单倍体 秋水仙素 染色体 单倍体育种 ） ）
细胞工程
原理和方法 原理和方 细胞生物学和分子生物学 法 操作水平 操作水平 细胞水平或细胞器水平 操作结果 改变细胞内的遗传物质或获 操作结果 得细胞产品 具体内容 植物细胞工程和动物细胞工 具体内容 程
⑴步骤①是去掉 细胞壁 使植物细胞成为 原生质体 最 步骤① ， ， 常用的方法是 酶解法 。 步骤② ⑵步骤②一般常用的化学试剂是 聚乙二醇 ， 目的是 诱导原生质体融合 。 ⑶在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的 在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中， 植物组织培养 其中步骤④相当于 脱分化 ， 技术手段是 ，其中步骤④ 步骤⑤ 步骤⑤相当于 再分化 。
扩大培养
请同学们讨论如何实现？
植物体细胞
植物细胞A 植物细胞A 植物细胞B 植物细胞B
去细胞壁! 去细胞壁!
原生质体A 原生质体A 原生质体B 原生质体B 正在融合的原生质体
植 物 细 胞 融 合
原 胞的 细胞
植物细 的
再生细胞壁
细胞
植物
植
1
1.下图为植物体细胞杂交过程示意图，据图回答： 1.下图为植物体细胞杂交过程示意图，据图回答： 下图为植物体细胞杂交过程示意图
一、植物组织培养
外植体本身、培养基和培养环境
脱分化
再分化
离体植 物组织或器官
愈伤组织 植物体
（外植体） 外植体） 外源激素诱导
植物组织培养的培养基
• 无机营养物质：植物所必需的大量元素及微量元素 无机营养物质 营养物质： • 有机营养物质 有机营养物质 物质： ① 含N物质：包括维生素和氨基酸 碳源：2%—5% 5%的 ② 碳源：2% 5%的蔗糖 琼脂： ③ 琼脂：起凝固支持作用 植物激素：（生长素，细胞分裂素） ：（生长素 植物激素：（生长素，细胞分裂素）
⑷植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株，使两株 植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株， 植物的性状能够在新的植物体上有所表现， 植物的性状能够在新的植物体上有所表现，其根本原因 是 杂种细胞具有两个亲本的遗传物质 。 从理论上讲， ⑸从理论上讲，杂种植株的育性为 可育 。若运用传 统有性杂交方法能否实现？ 因此， 统有性杂交方法能否实现？ 因此，这 不能 项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于 克服远缘杂交不亲和的障碍 。 利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种的过程中， ⑹利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种的过程中， 遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？为什么？ 遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？为什么？ 不遵循，植物体细胞杂交属于无性生殖。 不遵循，植物体细胞杂交属于无性生殖。