原理和方法：操作的水平：目的：分類(lèi)：細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)等多學(xué)科。細(xì)胞器、細(xì)胞或組織水平獲得特定的細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體或其產(chǎn)品。植物細(xì)胞工程、動(dòng)物細(xì)胞工程細(xì)胞工程石家莊市第十五中學(xué)

張姍姍2.1.1植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)新課導(dǎo)入其芽葺葺，其葉青青猶綠衣郎，挺節(jié)獨(dú)立可敬可慕，迨夫花開(kāi)凝晴滾露，萬(wàn)態(tài)千妍薰風(fēng)自來(lái)，四坐芬郁豈非入蘭室乎！豈非有國(guó)香乎！——《金漳蘭譜》

蘭花種子通常發(fā)育不全，在自然條件下萌發(fā)率極低；傳統(tǒng)分株繁殖的方法又存在繁殖周期長(zhǎng)、繁殖率低等問(wèn)題，如果靠自然繁殖，蘭花的價(jià)格可想而知了。如何能讓名貴的蘭花大量、快速地繁殖，從而走入尋常百姓家呢？一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)植物組織培養(yǎng)：

將離體的植物器官、組織或細(xì)胞等，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其形成完整植株的技術(shù)。問(wèn)題1：為什么植物組織或細(xì)胞能培養(yǎng)成完整植物體？細(xì)胞的全能性（植物組織培養(yǎng)的基本原理）外植體一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)（3）體現(xiàn)全能性的標(biāo)志：（1）定義：細(xì)胞→完整個(gè)體或其他各種細(xì)胞細(xì)胞經(jīng)過(guò)分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細(xì)胞的潛能，即細(xì)胞具有全能性。例：①胡蘿卜韌皮部細(xì)胞發(fā)育成完整植株②蜜蜂卵細(xì)胞發(fā)育成雄峰③用一片葉子、一粒花粉繁殖出新的植株（2）原因：生物體的每一個(gè)細(xì)胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)。1.細(xì)胞的全能性——植物組織培養(yǎng)的基本原理問(wèn)題2：生物體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，并不是所有的細(xì)胞都能體現(xiàn)全能性，為什么？一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)1.細(xì)胞的全能性——植物組織培養(yǎng)的基本原理（4）生物體內(nèi)細(xì)胞并不都表現(xiàn)全能性原因：在特定的時(shí)間和空間條件下，細(xì)胞中的基因會(huì)選擇性地表達(dá)。生長(zhǎng)點(diǎn)葉原基芽軸芽原基枝芽結(jié)構(gòu)示意圖葉原基的細(xì)胞只能發(fā)育為葉芽原基的細(xì)胞只能發(fā)育為芽（5）表現(xiàn)出全能性的條件：（溫度，濕度，光照等）（一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素）①離體②適宜的外界環(huán)境條件④無(wú)菌環(huán)境③培養(yǎng)基一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)2.植物組織培養(yǎng)的流程：接種外植體離體培養(yǎng)的植物器官、組織或細(xì)胞脫分化誘導(dǎo)愈傷組織無(wú)組織結(jié)構(gòu)、松散的薄壁細(xì)胞團(tuán)離體條件下已分化的細(xì)胞經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)，失去特有的結(jié)構(gòu)和功能，重新獲得分裂能力誘導(dǎo)生芽再分化愈傷組織能重新分化成芽、根等器官誘導(dǎo)生根移栽成活一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)決定植物脫分化、再分化的關(guān)鍵因素：外植體愈傷組織試管苗完整植株脫分化芽、根等再分化生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的濃度和比例生長(zhǎng)素用量/細(xì)胞分裂素用量結(jié)果比值≈1促進(jìn)愈傷組織的形成比值＞1促進(jìn)根的分化比值＜1促進(jìn)芽的分化探究·實(shí)踐菊花的組織培養(yǎng)1.目的要求：（1）了解植物組織培養(yǎng)的基本原理。（2）了解生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的濃度、用量比例對(duì)菊花愈傷組織形成和分化的影響。（3）嘗試進(jìn)行植物組織培養(yǎng)。2.材料用具：幼嫩的菊花莖段、體積分?jǐn)?shù)70%的酒精，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%左右的次氯酸鈉溶液和無(wú)菌水，50mL錐形瓶（或植物組織培養(yǎng)瓶）。植物組織培養(yǎng)常用的培養(yǎng)基：MS培養(yǎng)基(P116)。分裂旺盛，更容易誘導(dǎo)形成愈傷組織。探究·實(shí)踐菊花的組織培養(yǎng)（1）培養(yǎng)基名稱(chēng)：

；（2）物理性質(zhì)：

；（3）碳源：

。拓展：植物組織培養(yǎng)常用的培養(yǎng)基配方MS培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基有機(jī)碳源（蔗糖）作為碳源，提供能量①無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分(水和無(wú)機(jī)鹽)②有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分(蔗糖、氨基酸、維生素等)③特定濃度和比例的激素(主要是生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素)探究·實(shí)踐菊花的組織培養(yǎng)3.方法步驟：外植體消毒①雙手和超凈工作臺(tái)臺(tái)面:用酒精擦拭②外植體:酒精30S無(wú)菌水洗2-3次次氯酸鈉溶液30min2-3次無(wú)菌水洗外植體切段外植體置于無(wú)菌的培養(yǎng)皿中→用無(wú)菌濾紙吸去表面水分→用解剖刀將外植體切成0.5～1cm長(zhǎng)的小段防止雜菌生長(zhǎng)：①雜菌與培養(yǎng)物競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)；②產(chǎn)生有害物質(zhì)危害培養(yǎng)物。探究·實(shí)踐菊花的組織培養(yǎng)3.方法步驟：外植體消毒外植體切段接種外植體在超凈工作臺(tái)酒精燈火焰旁，將外植體的1/3～1/2插入誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基中。用封口膜或瓶蓋封蓋瓶口，并在培養(yǎng)瓶上作好標(biāo)記。注意：接種時(shí)注意外植體的方向，不要倒插。

（將“形態(tài)學(xué)上端”朝上，下端朝下）探究·實(shí)踐菊花的組織培養(yǎng)3.方法步驟：外植體消毒外植體切段接種外植體誘導(dǎo)愈傷組織將接種了外植體的錐形瓶或植物組織培養(yǎng)瓶置于18～22℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。在培養(yǎng)過(guò)程中，定期觀(guān)察和記錄愈傷組織的生長(zhǎng)情況。（脫分化）脫分化的條件a.離體、適宜的營(yíng)養(yǎng)b.生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的比例適中c.一般不需要光有光易形成維管組織，不易形成愈傷組織。探究·實(shí)踐菊花的組織培養(yǎng)3.方法步驟：外植體消毒外植體切段接種外植體誘導(dǎo)愈傷組織誘導(dǎo)生芽生根培養(yǎng)15～20d后，將生長(zhǎng)良好的愈傷組織轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生芽的培養(yǎng)基上。長(zhǎng)出芽后，再將其轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生根的培養(yǎng)基上，進(jìn)一步誘導(dǎo)形成試管苗。

（再分化）誘導(dǎo)生根誘導(dǎo)生芽注意：先誘導(dǎo)生芽，再誘導(dǎo)生根。再分化的條件a.離體、適宜的營(yíng)養(yǎng)b.誘導(dǎo)生芽：生長(zhǎng)素＜細(xì)胞分裂素誘導(dǎo)生根：生長(zhǎng)素＞細(xì)胞分裂素c.每日給予適當(dāng)時(shí)間和強(qiáng)度的光照有利于葉綠素的形成探究·實(shí)踐菊花的組織培養(yǎng)外植體消毒外植體切段接種外植體誘導(dǎo)愈傷組織誘導(dǎo)生芽生根3.方法步驟：移栽試管苗煉苗移栽觀(guān)察移栽前先打開(kāi)封口膜或瓶蓋，讓試管苗在培養(yǎng)箱內(nèi)生長(zhǎng)幾日。用流水清洗掉根部的培養(yǎng)基后，將幼苗移植到消過(guò)毒的蛭石或珍珠巖等環(huán)境中，待其長(zhǎng)壯后再移栽入土。每天觀(guān)察并記錄幼苗的生長(zhǎng)情況，適時(shí)澆水、施肥，直至開(kāi)花。固體基質(zhì)型，含水量高、蓄水性強(qiáng)、透性好，適合栽培探究·實(shí)踐菊花的組織培養(yǎng)3.方法步驟：探究·實(shí)踐菊花的組織培養(yǎng)胚狀體：離體培養(yǎng)條件下，沒(méi)有經(jīng)過(guò)受精過(guò)程，但經(jīng)過(guò)胚胎發(fā)育過(guò)程形成的胚狀類(lèi)似物，因而統(tǒng)稱(chēng)為體細(xì)胞胚或胚狀體。胚狀體途徑器官發(fā)生途徑外植體脫分化愈傷組織再分化生芽生根或胚狀體生長(zhǎng)發(fā)育試管苗（移栽到大田）拓展：植物組織培養(yǎng)的兩種途徑隨堂檢測(cè)1.番茄根尖經(jīng)過(guò)植物組織培養(yǎng)可以形成完整的番茄植株。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A.此過(guò)程中發(fā)生了細(xì)胞的脫分化、再分化B.植物激素在此過(guò)程中起調(diào)節(jié)作用C.此過(guò)程中若發(fā)生雜菌污染則難以獲得目的植株D.根尖細(xì)胞最終發(fā)育為無(wú)葉綠體的植株D2.在離體的植物器官、組織或細(xì)胞脫分化形成愈傷組織的過(guò)程中，需要的條件是()①消毒和滅菌②一定濃度的植物激素③適宜的溫度④充足的光照⑤充足的養(yǎng)料A.①③④⑤B.②③④⑤C.①②③④ D.①②③⑤D二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)“番茄-馬鈴薯”的假想圖思考：某科學(xué)家欲培育地上長(zhǎng)番茄和地下結(jié)馬鈴薯的“超級(jí)作物”。1.通過(guò)有性雜交能實(shí)現(xiàn)嗎？為什么？不能，不同種物種間存在生殖隔離。2.有沒(méi)有方法可以打破生殖隔離，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種，獲得“番茄-馬鈴薯雜種植株”呢？植物體細(xì)胞雜交技術(shù)。二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)1.概念：將不同來(lái)源的植物細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新植物體的技術(shù)。問(wèn)題3：兩個(gè)來(lái)自不同植物的體細(xì)胞完成融合，遇到的第一個(gè)障礙是什么？應(yīng)該怎么處理？植物細(xì)胞有細(xì)胞壁，用酶解法（纖維素酶和果膠酶）去除二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)2.過(guò)程：方法：原理：目的：酶解法（用纖維素酶和果膠酶）利用酶的專(zhuān)一性去除細(xì)胞壁，獲得原生質(zhì)體。（1）去除細(xì)胞壁注意：原生質(zhì)體≠原生質(zhì)層原生質(zhì)體：脫去細(xì)胞壁的細(xì)胞。原生質(zhì)層：細(xì)胞膜、液泡膜和兩膜之間的細(xì)胞質(zhì)。A細(xì)胞A原生質(zhì)體B細(xì)胞B原生質(zhì)體再生出細(xì)胞壁二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)2.過(guò)程：（2）誘導(dǎo)融合正在融合的原生質(zhì)體a.理論基礎(chǔ)：細(xì)胞膜具有流動(dòng)性b.方法物理法：化學(xué)法：電融合法、離心法聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法c.植物細(xì)胞融合完成的標(biāo)志：融合的原生質(zhì)體再生出細(xì)胞壁A(yíng)細(xì)胞A原生質(zhì)體B細(xì)胞B原生質(zhì)體思考：新細(xì)胞壁的形成與哪種細(xì)胞器有關(guān)？高爾基體、線(xiàn)粒體二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)【拓展】B原生質(zhì)體A原生質(zhì)體融合雜種細(xì)胞AB融合細(xì)胞類(lèi)型的分析1.A種原生質(zhì)體與B種原生質(zhì)體融合后（只考慮兩兩融合）有幾種融合類(lèi)型？2.想從中獲取我們想要的類(lèi)型，需要進(jìn)行怎樣的操作？有3種融合類(lèi)型，分別是AA、BB、AB。對(duì)融合后的原生質(zhì)體進(jìn)行篩選。二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)2.過(guò)程：（3）植物組織培養(yǎng)再生出細(xì)胞壁正在融合的原生質(zhì)體A細(xì)胞A原生質(zhì)體B細(xì)胞B原生質(zhì)體雜種植株移栽后的植株愈傷組織a.技術(shù)：b.原理：植物組織培養(yǎng)技術(shù)植物細(xì)胞的全能性c.植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志：培育出雜種植株二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)A細(xì)胞A原生質(zhì)體B細(xì)胞B原生質(zhì)體正在融合的原生質(zhì)體再生出細(xì)胞壁愈傷組織雜種植株移栽后的植株2.過(guò)程：原生質(zhì)體融合植物組織培養(yǎng)（細(xì)胞膜的流動(dòng)性）（植物細(xì)胞的全能性）融合完成標(biāo)志植物體細(xì)胞雜交完成標(biāo)志二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)【拓展】融合細(xì)胞類(lèi)型的分析3.白菜（2N=18）與甘藍(lán)（2N=18）體細(xì)胞雜交所得植株白菜-甘藍(lán)的細(xì)胞染色體數(shù)為

，屬于

倍體。思考：通過(guò)體細(xì)胞雜交獲得的植株是否可育？說(shuō)出理由。36（異源）四可育。通過(guò)體細(xì)胞雜交獲得的植株為異源四倍體，含有同源染色體，能正常聯(lián)會(huì)。變異類(lèi)型：染色體組數(shù)：染色體數(shù)目變異兩親本染色體組數(shù)之和。2+2二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)利用這項(xiàng)技術(shù)，科學(xué)家培育出了白菜—甘藍(lán)、普通小麥—長(zhǎng)穗偃麥草等雜種植株。打破生殖隔離，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種，培育植物新品種。3.意義：?jiǎn)栴}4：為什么“番茄—馬鈴薯”超級(jí)雜種植株沒(méi)有如科學(xué)家所想像的那樣，地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬鈴薯？生物體內(nèi)基因的表達(dá)不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)項(xiàng)目植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)生殖方式無(wú)性繁殖原理細(xì)胞全能性細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性、植物細(xì)胞的全能性步驟①脫分化②再分化①去除細(xì)胞壁②融合形成雜種細(xì)胞③組織培養(yǎng)（脫分化、再分化）意義保持優(yōu)良性狀，繁殖速度快打破生殖隔離，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種聯(lián)系植物組織培養(yǎng)是植物體細(xì)胞雜交的一個(gè)環(huán)節(jié)，融合的體細(xì)胞只有通過(guò)植物組織培養(yǎng)才能發(fā)育成完整的個(gè)體。課堂小結(jié)植物細(xì)胞工程去除細(xì)胞壁再生細(xì)胞壁纖維素酶果膠酶植物細(xì)A、B原生質(zhì)體A、B融合的原生質(zhì)體雜種細(xì)胞原理：植物細(xì)胞的全能性外植體脫分化愈傷組織再分化(根、芽)完整植株物理法：化學(xué)法：電融合法、離心法等聚乙二醇（PEG）融合法等菊花的組織培養(yǎng)技術(shù)組織培