2018-2019学年高中生物 专题2 细胞工程 2.1.1 植物细胞工程的基本技术课件 新人教版选

专题2细胞工程2.1植物细胞工程2.1.1植物细胞工程的基本技术情境导入课程目标种植马铃薯有时需要育苗,上图为通过某种现代生物技术培育出的马铃薯试管苗,你能说出该技术的名称和基本原理吗?1.说明细胞的全能性。2.简述植物组织培养技术。3.简述植物体细胞杂交技术。4.概述植物组织培养和植物体细胞杂交的联系。5.用流程图表示植物组织培养和体细胞杂交的操作过程。6.尝试进行胡萝卜的组织培养。一二三一、细胞的全能性1.概念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,即每个生物细胞都具有全能性的特点。2.原理细胞内含有该种生物生长发育所需的全部遗传信息。3.抑制全能性表现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。自主思考植物的种子发育成完整植株,是否体现了细胞的全能性?为什么?提示:不能体现细胞的全能性。因为种子中的胚已完成了早期发育,相当于新植物体的幼体,这一过程并没有体现出单个细胞的全能性。一二二、植物组织培养技术1.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。2.原理细胞的全能性。3.过程高度分化的植物器官、组织、细胞,在一定的营养和激素等条件下,经过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,进而发育成完整植株。三一二三轻松判断从理论上分析,叶肉细胞、根毛细胞、筛管细胞中通过组织培养技术不能获得完整植株的是哪一种?为什么?提示:筛管细胞。因为筛管细胞失去了细胞核,不再具有全能性。一二三三、植物体细胞杂交技术1.概念植物体细胞杂交就是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)去除细胞壁:利用果胶酶和纤维素酶去除细胞壁,获得原生质体。(2)人工诱导原生质体融合:人工诱导的方法分为物理法和化学法。物理法包括离心、振动、电激等,化学法一般是用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂来诱导细胞融合。(3)杂种细胞再生出细胞壁后,再通过植物组织培养技术获得杂种植株。3.意义克服不同生物远缘杂交的障碍。探究一探究二易错点排查实验设计细胞的全能性和植物组织培养技术●问题导引●兰花是深受国人喜爱的一种花卉,自然情况下,兰花的受精卵能够发育成胚,在种子萌发过程中,胚可以继续发育形成幼苗;而在人工条件下,兰花的叶肉细胞经组织培养也可以形成幼苗。思考:(1)解释受精卵和叶肉细胞都能形成幼苗的根本原因。(2)受精卵和叶肉细胞发育成幼苗的条件是不同的,前者为自然条件,后者为人工条件,两种条件的不同说明了什么?(3)讨论将兰花叶肉细胞培养成兰花幼苗所提供的“人工条件”。提示:(1)受精卵和叶肉细胞具有满足本物种发育所需的全套基因(遗传信息)。(2)受精卵的全能性比叶肉细胞高。(3)“人工条件”包括离体、激素诱导、无菌操作、提供营养等。探究一探究二易错点排查实验设计●名师精讲●1.细胞全能性的标志:由细胞发育成完整的个体。2.细胞全能性的根本原因:具有本物种个体发育所需要的全部基因。3.不同细胞的全能性比较(1)受精卵(全能性最高)卵细胞(具有较高的潜在全能性)体细胞(全能性较低)。(2)未分化或分化程度低的细胞分化程度高的体细胞。(3)植物细胞动物细胞;增殖细胞不增殖的细胞。(4)随着细胞分化的程度不断提高,细胞的全能性逐渐减小。4.植物细胞表达全能性的条件(1)具有完整细胞结构,处于离体状态。(2)在一定的营养物质、激素(主要是生长素、细胞分裂素等)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。探究一探究二易错点排查实验设计特别提醒细胞全能性的针对对象是多细胞生物的细胞,而非单细胞生物的细胞。探究一探究二易错点排查实验设计5.植物组织培养的过程分析(1)愈伤组织:细胞排列疏松而无规则,是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。(2)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。(3)再分化:从愈伤组织分化出具有分生能力的根和芽的过程。探究一探究二易错点排查实验设计特别提醒名称过程形成体特点培养基中的主要激素光照条件脱分化由外植体成为愈伤组织排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团生长素或2,4D(生长素类似物)避光再分化由愈伤组织成为幼苗或胚状体有根、芽或有生根发芽的能力生长素与细胞分裂素需光营养生长、生殖生长发育成完整的植物体由根、茎、叶、花、果实、种子组成自身产生的各种植物激素需光探究一探究二易错点排查实验设计【例题1】以下不能说明细胞全能性的实验是()A.菊花花瓣细胞培育出菊花新植株B.紫色糯性玉米种子培育出植株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解析:细胞全能性是细胞发育成完整生物体的潜能。种子本身就是一个幼体,种子培育成植株,是幼体生长、发育的过程。答案:B典型方法细胞全能性高低的决定因素包括:细胞的分化程度、细胞的分裂能力、细胞的组织类型、细胞的物种类属等。探究一探究二易错点排查实验设计变式训练蜜蜂的卵细胞能自然发育成雄蜂,而胡萝卜的韧皮部细胞经组织培养也能发育成植株。下列说法错误的是()A.蜜蜂的卵细胞和胡萝卜的韧皮部细胞都含有本物种个体发育所需的全套基因B.蜜蜂的卵细胞发育成雄蜂不需要提供特殊的人工条件C.胡萝卜的韧皮部细胞全能性比胡萝卜的受精卵低D.无法确定蜜蜂的卵细胞和胡萝卜的韧皮部细胞全能性的高低解析:比较蜜蜂的卵细胞发育成雄蜂和胡萝卜的韧皮部细胞发育成植株的条件可知,蜜蜂的卵细胞全能性高。答案:D探究一探究二易错点排查实验设计植物体细胞杂交技术●问题导引●白菜—甘蓝科学家利用植物体细胞杂交技术,培育出了白菜—甘蓝杂种植株。思考:(1)能以白菜和甘蓝为亲本通过杂交育种培育出白菜—甘蓝杂种植株吗?为什么?(2)植物体细胞杂交技术在遗传育种方面有何意义?(3)植物体细胞杂交技术和植物组织培养技术存在何种联系?(4)尝试写出植物体细胞杂交技术的操作流程。探究一探究二易错点排查实验设计提示:(1)不能,因为白菜和甘蓝属于两个不同的物种,物种间存在生殖隔离。(2)植物体细胞杂交技术在遗传育种方面的意义是能克服常规育种存在的生殖隔离问题,实现物种间的基因交流。(3)植物体细胞杂交技术离不开植物组织培养技术,因为获得杂种细胞后,杂种细胞还需植物组织培养才能形成杂种植株。(4)制备原生质体→不同来源的原生质体融合→筛选杂种细胞→组织培养→获得杂种植株。探究一探究二易错点排查实验设计●名师精讲●1.原理:细胞膜的流动性(植物原生质体细胞融合)、植物细胞的全能性(植物组织培养)。2.操作过程步骤方法原生质体的获得酶解法(纤维素酶、果胶酶)去除细胞壁,得到原生质体杂种细胞的形成通过一定的技术手段(电激、聚乙二醇诱导等)进行人工诱导实现原生质体的融合杂种植株的产生对杂种细胞用植物组织培养的方法进行培育探究一探究二易错点排查实验设计3.优点:克服了植物远缘杂交不亲和的障碍,在培育作物新品种方面具有广阔的应用前景,如科学家已经培育出了白菜—甘蓝、烟草—海岛烟草等种间杂种。特别提醒①杂种细胞产生的标志是新细胞壁的形成。②植物体细胞杂交技术包括植物细胞融合和植物组织培养两个过程,结果是产生新的植株。③从生殖类型上看,植物体细胞杂交技术没有有性生殖细胞的形成和结合,应属于无性生殖,变异类型应是染色体数目的变异。④假设用于体细胞杂交的双方细胞都有2个染色体组,则杂种细胞及由杂种细胞发育而来的杂种植株有4个染色体组,被称为四倍体。探究一探究二易错点排查实验设计4.植物组织培养和植物体细胞杂交项目植物组织培养植物体细胞杂交原理植物细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性和植物细胞的全能性过程特别提醒植物体细胞杂交的终点是培育成杂种植株,而不是形成杂种细胞。探究一探究二易错点排查实验设计【例题2】下图为植物体细胞杂交过程。据图回答问题。(1)①过程是,目前最常用的方法是,需要的酶有和等。(2)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。探究一探究二易错点排查实验设计解析:植物体细胞融合前,首先要利用纤维素酶和果胶酶去掉细胞壁,形成原生质体,即过程①。②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)去除细胞壁酶解法纤维素酶果胶酶(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)高尔基体探究一探究二易错点排查实验设计判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。1.用花瓣培育出完整的植株体现出了植物细胞的全能性。()提示:√2.一粒种子萌发长成植株体现出了植物细胞的全能性。()提示:×种子中含有胚,胚是新一代植株的幼体,种子萌发长成植株,不能体现植物细胞的全能性。3.叶肉细胞经脱分化形成愈伤组织体现出了植物细胞的全能性。()提示:×要体现出全能性,细胞必须发育成完整的个体。4.离体是植物体细胞表现出全能性的重要条件。()提示:√探究一探究二易错点排查实验设计5.经过脱分化离体的植物叶肉细胞就能发育成完整的植株。()提示:×脱分化是离体的植物叶肉细胞发育成完整的植株的必要条件,但并不是说经过脱分化离体的植物叶肉细胞就能发育成完整的植株。6.灭活的病毒可用于诱导植物原生质体融合。()提示:×灭活的病毒不能用于诱导植物原生质体融合。7.获得了杂种细胞就标志着植物体细胞杂交技术的成功。()提示:×获得了杂种植株标志着植物体细胞杂交技术的成功。8.细胞膜具有流动性是植物体细胞杂交技术的主要原理。()提示:√9.植物体细胞杂交技术是独立于植物组织培养技术之外的另一项新技术。()提示:×植物体细胞杂交技术的实施离不开植物组织培养技术。探究一探究二易错点排查实验设计胡萝卜的组织培养●实验指导●1.实验操作流程制备外植体:将胡萝卜根充分洗净、削皮、切段、消毒后,在无菌条件下选取有形成层的部分,切取1cm3左右的小块接种:在无菌条件下,将胡萝卜组织块接种到培养基上脱分化培养条件:23~26℃恒温、避光过程:4d后,检查培养材料的污染情况;14d后,观察愈伤组织的生长状况探究一探究二易错点排查实验设计再分化培养:一段时间后,将生长良好的愈伤组织转接到分化培养基上培养试管苗正常植株探究一探究二易错点排查实验设计特别提醒探究一探究二易错点排查实验设计2.植物组织培养过程中应注意的问题(1)应做到无菌操作。①无菌操作的必要性。培养材料一旦被微生物(如细菌)污染,其分裂快、生长迅速,会争夺培养基中的营养,还会产生代谢废物毒害培养材料,导致实验操作失败。探究一探究二易错点排查实验设计②无菌操作的内容。Ⅰ.培养材料的消毒a.消毒剂一般用酒精(体积分数为70%)和次氯酸钠溶液(体积分数为20%)。b.既要考虑消毒效果也要考虑材料的耐受力。Ⅱ.培养基、所用操作器材均应进行灭菌处理。培养基常采用高压蒸汽灭菌,操作器材可采取干热灭菌。Ⅲ.操作室、工作台要进行消毒,一般使用紫外线或消毒药品消毒。Ⅳ.接种操作应在酒精灯火焰旁进行,接种后的锥形瓶最好放在无菌箱中培养。Ⅴ.操作人员要对手消毒、戴口罩、穿工作服等,操作时禁止说话。探究一探究二易错点排查实验设计(2)严格控制光照。在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养,而在分化再生的阶段一定要有光照。因为暗培养有利于细胞的脱分化,产生愈伤组织,若有光照则容易分化产生维管组织,不利于产生大量的愈伤组织。(3)控制植物激素的比值。诱导分化的重要激素是细胞分裂素和生长素。当生长素用量与细胞分裂素用量的比值高时,有利于根的分化、抑制芽的形成;比值低时,有利于芽的分化、抑制