2024-2025学年高二生物人教版选择性必修3 第2章 第1节 第1课时 植物细胞工程的基本技术.docx

第1节植物细胞工程

第1课时植物细胞工程的基本技术

[学习目标]1.概述植物组织培养的原理和过程。2.概述植物体细胞杂交的原理和过程。

一、细胞工程概念及植物组织培养技术

1．细胞工程

(1)概念：应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。

(2)分类：依据操作对象分为植物细胞工程和动物细胞工程。

2．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。

(2)在生物的生长发育过程中，并不是所有细胞都表现出全能性的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达。

3．植物组织培养：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。这些离体培养的植物器官、组织或细胞被称为外植体。

4．菊花的组织培养

(1)原理

①理论基础：植物细胞的全能性。

②相关概念

愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、不定形的薄壁组织团块。

脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。

再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。

③激素的作用：植物激素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激素，它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。

(2)步骤

判断正误

(1)植物体的任何细胞都具有全能性，也都能表现出全能性()

(2)在植物组织培养时，对外植体要进行灭菌处理()

(3)若用菊花茎切段作为外植体，应将其形态学上端插入诱导愈伤组织的培养基中()

(4)诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基完全一样()

答案(1)×(2)×(3)×(4)×

提示(1)植物细胞一般具有全能性，但并不是具有全能性的细胞都能表达全能性，细胞全能性的表达需要一系列条件。(2)在植物组织培养时，对外植体要进行消毒处理。(3)若用菊花茎切段作为外植体，应将其形态学下端插入诱导愈伤组织的培养基中。(4)生长素与细胞分裂素的比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化、抑制根的形成，因此诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基不完全相同。

任务一：植物组织培养的过程和条件

1．请结合图中植物组织的变化，思考回答下列问题：

(1)概括出植物组织培养的技术流程图。

提示外植体eq\o(―――→,\s\up7(脱分化))愈伤组织eq\o(―――→,\s\up7(再分化))芽、根等―→试管苗eq\o(――――→,\s\up7(驯化移栽))完整植株。

(2)图中的愈伤组织细胞与叶肉细胞相比，不含有的细胞器是叶绿体，原因是外植体经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化的细胞。

2．请结合菊花组织培养的实验步骤，思考回答下列问题：

(1)为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？

提示避免杂菌与培养物竞争营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。

(2)菊花组织培养过程中，诱导外植体脱分化形成愈伤组织的培养基，其成分中包含(填“包含”或“不包含”)蔗糖等有机物，因为此时外植体不能进行光合作用制造有机物，需要依赖环境中的有机物才能生存。

(3)在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过脱分化转变成愈伤组织。植物激素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激素。

(4)在植物组织培养的过程中，光照条件的控制：脱分化过程中一般不需要光照，再分化过程中需要给予适当时间和强度的光照。

1．植物组织培养的条件：(1)离体；(2)无菌；(3)培养基(种类齐全、比例合适的营养物质及一定比例的植物激素)；(4)适宜的培养条件(温度、光照等)。

2．生长素和细胞分裂素用量的比例对植物细胞发育方向的影响

生长素用量与细胞分裂素用量的比值

结果

比值高

有利于根的分化，抑制芽的形成

比值低

有利于芽的分化，抑制根的形成

比值适中

促进愈伤组织的形成

[拓展阅读]愈伤组织的细胞排列疏松且无规则，是一种高度液泡化的无定形状态的细胞。愈伤组织形成以后，如果在原来的培养基上继续培养，就会由于培养基中养分不足或产生有毒代谢物，导致愈伤组织生长停止，甚至老化变黑乃至死亡。如果要愈伤组织继续生长增殖，必须定期地将它们分成小块，接种到新鲜的培养基上，这样愈伤组织就可以长期保持旺盛的生长。愈伤组织的再分化主要有两种方式：一种是不定芽方式，就是在某些条件下，愈伤组织的细胞发生分化，形成不同的器官原基，再逐渐形成芽和根；另一种是胚状体方式，就是由愈伤组织诱导分化出的具有胚芽、胚根、胚轴的类似胚的结构。能够产生胚状体的愈伤组织常见于胡萝卜、芦笋、玉米和小