高中生物 2.1.1 植物细胞工程的基本技术课件 新人教版选修3

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1、目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,一,二,三,一、细胞工程 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。根据操作对象的不同,可分为植物细胞工程和动物细胞工程。 你知道的细胞工程技术有哪些? 提示植物组织培养、植物体细胞杂交、动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合、单克隆抗体等。,目标导航,预习导引,一,二,三,二、植物组织培养技术 1.概念:植物组织培养技术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上,给予适宜的培养条件,诱导其产生愈伤组

2、织、丛芽,最终形成完整的植株。 2.理论基础:植物细胞的全能性。 3.过程:离体的植物器官、组织或细胞经脱分化形成愈伤组织,愈伤组织经再分化生成胚状体或丛芽,进而发育成完整的植株。 4.植物细胞的全能性: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。,目标导航,预习导引,一,二,三,植物组织培养是植物细胞工程中最基本的技术,利用这项技术,可以把植物的一片叶子、一片花瓣,甚至一粒花粉培养成幼小的植株。 (1)植物组织培养的培养对象是什么? 提示离体的植物器官、组织和细胞。 (2)植物组织培养的条件是什么? 提示无菌和人工控制的条件下,人工配制的培养基、适宜的培养条件。 (3

3、)植物组织培养的结果是什么? 提示诱导离体的植物器官、组织和细胞产生愈伤组织、丛芽,最终形成完整的植株。,目标导航,预习导引,一,二,三,三、植物体细胞杂交技术 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.过程: (1)用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁得到原生质体。 (2)人工诱导原生质体融合。 (3)诱导再生出新的细胞壁形成杂种细胞。 (4)培养杂种细胞,经脱分化形成愈伤组织、再分化生成胚状体或丛芽,进而发育成完整的小植株。,目标导航,预习导引,一,二,三,3.诱导融合的方法:物理法包括离心、振动、电激等。化学法一般是用聚乙二醇(PEG)

4、作为诱导剂。融合完成的标志:再生出细胞壁。 4.实例:番茄与马铃薯体细胞杂交,培育出“番茄马铃薯”杂种植株。 5.重要意义:克服不同生物远缘杂交的障碍。,目标导航,预习导引,一,二,三,自然界中有一种含有叶绿体的原生动物眼虫,这说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活。请分析动物细胞与植物细胞之间是否可以实现杂交。 提示根据眼虫的特点,动物细胞与植物细胞之间理论上可以实现杂交。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一、植物细胞的全能性与组织培养 1.细胞的全能性 (1)具有全能性的原因:体细胞一般都是由受精卵通过有丝分裂增殖而来的,一般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

5、,都有发育成为完整个体所必需的全部基因。 (2)不同细胞全能性的大小 体细胞全能性: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。 不同细胞全能性:受精卵生殖细胞干细胞体细胞。 不同生物的细胞全能性:植物细胞动物细胞。 (3)全能性与细胞分化的关系:随着细胞分化程度的不断提高,细胞的全能性逐渐降低。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,2.植物组织培养 (1)原理:植物细胞具有全能性。 (2)流程:,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,3.植物细胞全能性表达所需的条件 (1)体细胞未表现全能性的原因:基因的选择性表达。 (2)体现细胞全能性的条件:,一,二,知识精要,典题例解

6、,迁移应用,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,4.脱分化和再分化的比较,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,【例1】 下图所示为胡萝卜的离体组织通过无菌操作,接入试管后,在一定条件下,形成试管苗的培育过程,请据图回答下列问题。 (1)愈伤组织是离体组织不断分裂后形成的不规则的细胞团,在愈伤组织形成过程中,必须从培养基中获得、和小分子有机物等营养物质。 (2)要促进离体组织分裂和生长,培养基中应用和两类激素。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,(3)此过程依据的原理是。A和B阶段主要进行的分裂方式是,B阶段除了细胞分裂外,还进行细胞等。 (4)A阶段是形成愈伤组织的过程,此过程不需要光

7、照,而B阶段需要光照,原因是。 解析愈伤组织的形成需要水、无机盐、小分子有机物、生长素和细胞分裂素等物质。植物组织培养的原理是细胞的全能性,既有细胞的分裂,也有细胞的分化,主要包括脱分化和再分化两个过程。试管苗中叶绿素的合成需要光照。 答案(1)水无机盐 (2)细胞分裂素生长素 (3)细胞的全能性有丝分裂分化 (4)脱分化芽发育成叶,叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,下图是某植物的培育过程,请据图判断下列叙述错误的是() A.AF不能体现细胞的全能性 B.C中是高度液泡化的薄壁细胞 C.植株A和F中的染色体组数不同 D.

8、植株F一般不能直接应用于生产 解析花药离体培养用到的生殖细胞同样具有全能性。C中愈伤组织细胞是高度液泡化的薄壁细胞。植株F是植株A的单倍体,植株A和F中的染色体组数不同。单倍体植株高度不育,植株F一般不能直接应用于生产。 答案A,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,植物组织培养时需注意的问题 (1)取材:外植体的脱分化难易程度因植物种类、器官来源及生理状况的不同而有很大差异。花和幼嫩的组织脱分化较为容易,而植物的茎、叶和成熟的组织则较难。另外制备外植体时应选取有形成层的部分,因为形成层细胞易脱分化。 (2)消毒和灭菌:植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染,所有实验用具要严格灭菌,接种过程

9、进行严格的无菌操作。外植体、操作者的手等要进行消毒。 (3)光照:离体的植物器官、组织和细胞脱分化形成愈伤组织时,需避光处理;愈伤组织再分化形成植物幼苗时,需光照处理。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,(4)激素:生长素和细胞分裂素的用量及比例不同,对植物组织培养的影响不同。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,二、植物体细胞杂交技术 1.原理 (1)植物体细胞杂交实现的基础:细胞膜的流动性。 (2)植物组织培养的基础:植物细胞的全能性。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,2.操作过程,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,3.植物体细胞杂交的优点和局限性 (1)优点:克服远缘杂交

10、不亲和的障碍。 (2)局限性:目前仍有许多理论和技术问题未解决,还不能让杂种植物按照人们的需求表现出亲代的优良性状。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,【例2】 据下面植物体细胞杂交技术流程图回答相关问题。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,(1)过程是,需要用和处理。 (2)过程的发生需要进行,通常利用离心、振动、电激等法,而化学法一般用作诱导剂。 (3)原生质体融合的关键是的融合,利用的原理是。 (4)融合后的原生质体会生出细胞壁,新细胞壁的产生与细胞内的(细胞器)有关。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,解析植物体细胞融合前,首先要利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,形成原生质体

11、,即过程。过程为原生质体融合,需要进行人工诱导,人工诱导有两种方法:物理法和化学法。在化学法中常用聚乙二醇作为诱导剂。细胞原生质体融合的关键是细胞膜的融合,利用的原理是细胞膜的流动性。植物细胞壁的形成与高尔基体有关。 答案(1)去除细胞壁纤维素酶果胶酶 (2)人工诱导物理聚乙二醇 (3)细胞膜细胞膜具有一定的流动性 (4)高尔基体,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,下图为植物体细胞杂交过程示意图。下列说法不正确的是(),A.植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍 B.杂种细胞经过和过程可以培育成杂种植株说明杂种细胞具有全能性 C.尽管愈

12、伤组织可以进行光合作用,但其培养基中仍需要糖类、氨基酸等有机营养 D.若植物细胞A的基因型为Rr,植物细胞B的基因型为Yy,则最终形成的杂种植株的基因型为RrYy,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,解析植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍。杂种细胞经过脱分化和再分化过 程可以培育成杂种植株,说明杂种细胞具有全能性。愈伤组织不能进行光合作用,所以其培养基中需要糖类、氨基酸等有机营养。若植物细胞A的基因型为Rr,植物细胞B的基因型为Yy,则最终形成的杂种植株的基因型为RrYy。 答案C,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,(1)植物体细胞杂交过程中,细胞融合成功后培养基中主

13、要有5种细胞类型(A、B、AA、BB、AB),其中两两融合细胞类型有3种(AA、BB、AB),而真正符合要求的是AB,因此要对融合细胞进行筛选。 (2)由于杂种植株含有两个亲本的遗传物质,因此具有两个亲本的遗传性状。 (3)植物体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞,不管染色体、基因组还是染色体组都采用直接相加的方法,所以变异类型应是染色体数目的变异。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,举例: 二倍体白菜和二倍体甘蓝体细胞杂交得到的白菜甘蓝有四个染色体组,为四倍体。 二倍体白菜配子和二倍体甘蓝配子杂交得到的新个体有两个染色体组,称为二倍体。 (4)“番茄马铃薯”杂种植株没有如科学家所想象的那样

14、,地上长番茄、地下结马铃薯的原因。 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,所以番茄马铃薯杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质,但这些遗传物质的表达会相互干扰,不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达。,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,1.细胞全能性的理解误区 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“全套基因”而不是“全部基因”,配子中有“全套基因”,因此仍然具有全能性。 【例1】 下列有关植物细胞全能性的叙述,正确的是 () A.只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全套基因 B.已分化的细胞在结构和功能上的特化不能逆转 C.植物细胞的全能性

15、是植物组织培养技术的理论基础 D.配子不能表现出全能性的原因是它所含的基因比体细胞减少一半,解析体细胞和生殖细胞都含有发育成完整个体所必需的全套基因,A项错误;已分化的植物细胞在特定的条件下,如离体、提供一定的营养、提供植物激素和适宜的环境条件,会发生脱分化形成愈伤组织,细胞表现出全能性的前提条件之一是离体,B项错误;植物组织培养技术的原理是植物细胞具有全能性,C项正确;配子含有该生物全套的遗传物质,具有全能性,且全能性相对较高,在一定条件下能表现出全能性,D项错误。 答案C,2.植物组织培养与光照 (1)植物组织培养并不是全过程都需要光照。诱导形成愈伤组织的过程中需要避光培养,黑暗条件下脱分

16、化形成愈伤组织。再分化过程一定要有光照。(2)影响组织培养的光照条件不仅是光照强度,光照时间和波长等都影响植物组织培养。,【例2】 玫瑰被誉为“花中皇后”,是最著名的花卉之一;玫瑰精油也是世界上最贵的植物精油之一,具有“软黄金”之称。请分析回答下列问题。 (1)如果要用植物组织培养的方法对玫瑰进行大规模种植,需要在超净工作台上对玫瑰组织块进行。 (2)在诱导愈伤组织形成过程中,需要对切取的玫瑰组织块进行(填“光照”或“避光”)培养。 (3)2,4-D常用于对愈伤组织的诱导,对形态的发生有抑制作用,为促进愈伤组织再分化,在配制分化培养基时,需(填“升高”“保持”或“降低”)2,4-D的浓度。,(

17、4)若取长势相同并经过消毒的玫瑰花芽若干,随机均分为5份,分别培养在含有不同比例的吲哚乙酸和细胞分裂素的培养基中,花芽的生长状况如下表所示:,在此过程中能实现脱分化的花芽是组。 根据实验结果,在生产中,欲快速、大量获得花芽,可选用组的培养基进行大量生产。 解析(1)用于植物组织培养的培养基也适于其他微生物的生长,因此要用植物组织培养的方法对玫瑰进行大规模种植,需要在超净工作台上对玫瑰组织块进行消毒。(2)诱导愈伤组织形成过程中,在有光时容易形成维管组织,而不易形成愈伤组织,所以,在诱导愈伤组织形成过程中,需要对切取的玫瑰组织块进行避光培养。(3)2,4-D会抑制愈伤组织的再分化,在配制分化培养

18、基时需降低2,4-D的浓度。(4)根据表格分析,脱分化形成愈伤组织的是B、C、D组,A组组织切块,E组稍生长。根据实验结果在生产中,欲快速、大量获得花芽,可选用D组的培养基进行大量生产。 答案(1)消毒(2)避光(3)降低(4)B、C、DD,3.关于植物体细胞杂交的认识误区 (1)植物体细胞杂交中新细胞壁形成意味着细胞融合完成,是形成杂种细胞的标志,而植物体细胞杂交完成的标志是培育出杂种植物,而不是形成杂种细胞。(2)植物体细胞杂交育种的过程不仅包括不同植物细胞的融合,还包括组织培养的过程。(3)诱导体细胞融合后还需要有一个筛选杂种细胞(即原生质体A和原生质体B融合形成的杂种细胞)的过程。,【

19、例3】 如图所示为细胞融合技术的一些过程,据图回答下列问题。 (1)从A和B细胞到C细胞的过程中,必须用(化学方法)处理。 (2)若A、B细胞为植物细胞,那么,这样的细胞已经用酶降解脱掉了细胞壁,由此生成的A和B细胞称为,C细胞融合完成的标志是。 形成D细胞后还要应用技术,把其培养成植株,这种育种方法的优点是。,(3)若A为人细胞,B为鼠细胞,并分别用红、绿荧光染料标记细胞上的蛋白质,在C细胞阶段,细胞一半发红色荧光,一半发绿色荧光,到D细胞阶段,两种颜色的荧光均匀分布,原因是。,解析(1)A细胞和B细胞融合形成C细胞时,可采用物理法和化学法,其中化学法常用的诱导剂是聚乙二醇(PEG)。(2)植物细胞去除细胞壁后,剩余的结构为原生质体;C细胞融合完成的标志是再生出新的细胞壁。将杂种细胞(D)培养成杂种植株,还需要采用植物组织培养技术;植物体细胞杂交的优点是克服了远缘杂交不亲和的障碍。(3)若A为人细胞,B为鼠细胞,并分别用红、绿荧光染料标记细胞上的蛋白质,在C细胞阶段,细胞一半发红色荧光,一半发绿色荧光,到D细胞阶段,两种颜色的荧光均匀分布,原因是细胞膜的磷脂和蛋白质大多可以运动,使细胞膜具有一定的流动性。 答案(1)聚乙二醇(PEG)(2)原生质体细胞壁再生植物组织培养克服了远缘杂交不亲和的障碍(3)细胞膜的磷脂和蛋白质大多可以运动,使细胞膜具有一定的流动性,