資源簡介

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第二章 植物細胞工程
第一節 通過植物組織培養可獲得完整植株（第1課時）
素養目標
闡明植物細胞全能性的含義。
生命觀念
認識植物組織培養技術是離體獲得植物體的重要方法；
概述植物組織培養的過程
科學思維
教學重難點
闡明植物組織培養是在一定的條件下，將離體植物器官、組織和細胞在適宜的培養條件下誘導形成愈傷組織，并重新分化，最終形成完整植株的過程。
課程導入
以上運用了哪種技術？
植物細胞的全能性使離體組織發育成完整植株成為可能
克隆
用幼苗或嫩枝以營養繁殖方式培育植物。
指通過重組DNA技術插入某載體的特定DNA片段，在宿主細胞中進行多次復制而形成的分子群體
分子水平基因克隆
指由一個細胞分裂形成的一個細胞群體。產生特異性抗體的所有漿細胞是由一個B細胞分裂形成的的一個細胞群體
細胞水平的克隆
指通過無性繁殖而得到的基因型相同的個體組成的群體
個體水平的克隆
植物細胞的全能性使離體組織發育成完整植株成為可能
植物組織培養
提出了細胞全能性的設想：植物的器官和組織可以不斷分割，直至分成單個細胞。離體的單個細胞經過人工培養，能通過細胞分裂而恢復成完整植株。哈伯蘭特大膽的設想為植物組織培養的研究與發展奠定了基礎。此后，人們在器官、組織、細胞等不同水平上，利用多種植物材料進行了廣泛的研究和嘗試。
1902年，德國植物學家哈伯蘭特
不僅植物組織培養技術日趨完善和成熟，而且形成了以細胞全能性為基礎、以細胞脫分化和再分化為調控中心的理論體系。植物組織培養通過與常規育種、轉基因技術相結合，顯示出了巨大的應用和經濟價值
20 世紀 60 年代后
用胡蘿卜根的韌皮部單細胞進行培養，得到完整的小植株，第一次通過實驗科學驗證了哈伯蘭特關于植物細胞全能性的設想，由器官到組織再到細胞，單細胞的成功培養成為植物組織培養研究歷史上的一個里程碑。
1958 年，美國植物學家斯圖爾德和德國植物學家賴納特
植物細胞的全能性使離體組織發育成完整植株成為可能
植物組織培養
植物組織培養是指在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織或細胞等（外植體），培養在人工配制的培養基上，使其生成完整植株或使其細胞增殖并產生細胞代謝產物的技術
生殖方式
無性生殖
分裂方式
有絲分裂
分類
器官培養、組織培養、細胞培養、原生質體
植物細胞的全能性使離體組織發育成完整植株成為可能
細胞的全能性
細胞經分裂和分化后，仍具有產生完整生物體或分化成其他各種細胞的潛能
原因
每一個細胞含有控制該生物發育的全部基因
比較
生殖細胞＞體細胞；植物細胞＞動物細胞
分化程度越高，全能性越低
生物體內細胞并不都表現全能性：在特定的時間和空間條件下，基因選擇性表達
植物細胞的全能性使離體組織發育成完整植株成為可能
植物組織培養的過程
外植體
脫分化
愈傷組織
再分化
根、芽
試管苗
完整植株
移栽成活
植物細胞的全能性使離體組織發育成完整植株成為可能
脫分化
離體條件下已分化的細胞經過誘導，失去特有的結構和功能，重新獲得分裂能力。
過程中涉及的生命活動：只有細胞增殖（有絲分裂），沒有細胞分化
光照條件：一般不需要光照
結果：形成愈傷組織
實質：已經分化的細胞失去其特有的結構和功能，轉變為未分化的細胞
02
04
01
脫分化
03
植物細胞的全能性使離體組織發育成完整植株成為可能
再分化
愈傷組織能重新分化成芽、根等器官的過程。
過程中涉及的生命活動：既有細胞增殖（有絲分裂），又有細胞分化
光照條件：需要給予適當時間和強度的光照
結果：再分化成胚狀體，長出芽和根，進而發育成完整的植株
實質：基因的選擇性表達
02
04
01
脫分化
03
植物細胞的全能性使離體組織發育成完整植株成為可能
根、芽
植物體
脫分化
再分化
①無菌
②營養物質
③適宜環境條件（溫度、PH、光等）
④植物激素：細胞分裂素 生長素
如：胡蘿卜的形成層、菊花幼莖段、月季的花藥…
遮光
一定的光照
芽發育成葉，葉肉細胞中葉綠素的合成需要光照
排列不規則，高度液泡化，呈不定形狀態的薄壁細胞
愈傷組織
離體的植物器官、組織或細胞（外植體）
愈傷組織重新分化為芽、根等器官
失去特有結構和功能轉變成未分化的細胞
植物細胞的全能性使離體組織發育成完整植株成為可能
1.選取多肉上健康、飽滿的葉片。
2.用剪刀切下整片葉片，切口要平滑、整齊。也可以直接用手輕輕掰下葉片。
3.平躺放在沙床上，葉片間隔相聚2~3厘米。
4.葉片切口不要有碰臟，擺放通風處2~3天，晾干。
5.待葉片晾干后移至半陰處養護。
6.約2~3周后生根，或從葉基處長出不定芽。
7.葉插成功
離體植物器官、組織和細胞在適宜條件下方可發育成完整的植物
離體培養的條件
提供適宜的條件
（溫度、無菌條件、培養基中適宜濃度和配比的植物激素、充分而全面的營養物質等）
要使離體植物器官、組織或細胞生長發育成完整的植株，必須使成熟的細胞恢復到分生或胚胎狀態。
離體植物器官、組織和細胞在適宜條件下方可發育成完整的植物
離體培養的條件
溫度
低于15℃時，外植體會生長停滯
高于35℃時，則發生高溫傷害，加快衰老甚至死亡。
大多數植物最適培養溫度在20-30℃之間
離體植物器官、組織和細胞在適宜條件下方可發育成完整的植物
離體培養的條件
無菌條件
無菌技術的內容包括：材料、培養基、器皿和接種工具的滅菌，以及操作環境和工作臺面的滅菌。
取材→自來水沖洗-70%酒精消毒-無菌水沖洗→消毒劑處理→無菌水沖洗→接種
預處理
表面滅菌
滅菌劑處理
外植體滅菌的程序
離體植物器官、組織和細胞在適宜條件下方可發育成完整的植物
離體培養的條件
外植體滅菌
75%酒精
表面殺菌，具有濕潤和殺菌作用，浸30秒
氯化汞（升汞）
常用濃度0.1-0.2%，處理5-10分鐘，有殘毒
次氯酸鈉
濃度2-10%，對植物無害
離體植物器官、組織和細胞在適宜條件下方可發育成完整的植物
離體培養的條件
培養基、器皿和接種工具的滅菌
一般用高壓蒸汽滅菌
離體植物器官、組織和細胞在適宜條件下方可發育成完整的植物
離體培養的條件
接種室和接種臺的滅菌
常利用用紫外燈滅菌
離體植物器官、組織和細胞在適宜條件下方可發育成完整的植物
離體培養的條件
適宜的營養物質
植物組織培養的培養基中通常含有水、無機鹽、有機營養成分、瓊脂、植物激素等物質
主要成分是瓊脂和植物激素
加入瓊脂的優點：操作簡便、對培養物的支持、通氣較易解決、便于經常觀察研究。
離體植物器官、組織和細胞在適宜條件下方可發育成完整的植物
離體培養的條件
適宜的營養物質
無機鹽為植物提供必需的礦質元素
N，P，S，K，Mg、Ca等大量元素、Fe、Mn、B、Zn、Cu等微量元素
有機營養成分中含有糖類、氨基酸、維生素等物質
糖類中蔗糖、葡萄糖和果糖是較好的碳源，其中蔗糖最為常用
微生物的碳源物質很多，有糖類及其衍生物、有機酸類、醇類、脂類、烴類、蛋白質及其降解產物等
提供葉綠素來維持植物的光合作用
離體植物器官、組織和細胞在適宜條件下方可發育成完整的植物
離體培養的條件
適宜濃度和配比的植物激素
植物激素調控細胞的脫分化和再分化過程，主要成分是瓊脂和植物激素
離體的器官、組織、細胞按照人們的設計目標進行細胞分裂和分化、器官形成與個體再生
離體植物器官、組織和細胞在適宜條件下方可發育成完整的植物
離體培養的條件
適宜濃度和配比的植物激素
幼 苗
愈傷組織
脫分化
CTK/IAA比例適合
再分化
CTK/IAA比例先增大在減小
完整植株
外植體
生長素與細胞分裂素的比值 作用效果
高 有利于根的分化，抑制芽的形成
低 有利于芽的分化，抑制根的形成
適中 促進愈傷組織形成
離體植物器官、組織和細胞在適宜條件下方可發育成完整的植物
離體培養的條件
其具有較高的無機鹽濃度，能夠保證組織生長所需的礦質營養還能加速愈傷組織的生長。
MS固體培養基可用于誘導愈傷組織，也可用于胚、莖段、莖尖及花藥的培養，其液體培養基用于細胞懸浮培養時能獲得明顯的成功。
Ms培養基，是目前使用最廣泛的植物培養基
離體植物器官、組織和細胞在適宜條件下方可發育成完整的植物
離體培養的條件
Ms培養基成分
課堂練習
1.下列有關植物細胞全能性的說法，正確的是（ ）
A.高度分化的植物體細胞具有全能性，而配子不能表現出全能性
B.植物體細胞具有發育成完整個體所需的全部基因，因此高度分化的植物細胞隨時能表現出全能性
C.在植物的生長發育過程中，并不是所有的細胞都表現出全能性
D.將花粉培育成單倍體植株、玉米種子發育成完整植株這兩個過程均體現了細胞的全能性
C
解析：配子也具有發育成完整個體所必需的全部基因，花藥離體培養證明配子也能表現出全能性，A錯誤；植物體細胞具有發育成完整個體所需的全部基因，但高度分化的植物細胞只有在離體狀態下才可能表現出全能性，B錯誤；在植物的生長發育過程中，并不是所有的細胞都表現出全能性，如高度分化的細胞沒有表現出全能性， C正確；花粉培育成單倍體植株體現了細胞的全能性，但玉米種子中有植物體的幼體，發育成完整植株不能體現細胞的全能性，D錯誤。
課堂練習
2.從古至今，蘭花都是高潔、典雅的象征，很多人喜歡養蘭花，但蘭花在自然條件下萌發率極低。目前，我國已將組織培養技術廣泛應用于蘭花種苗的規模化繁殖，讓名貴的蘭花也“走入”了尋常百姓家。下列相關敘述錯誤的是（ ）
A.利用植物組織培養技術快速繁殖蘭花種苗利用了植物細胞的全能性
B.生長素和細胞分裂素是啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關鍵激素
C.組織培養過程中，脫分化和再分化過程均需要保持恒溫、避光的環境條件
D.幼苗移栽前需要先將其移植到消過毒的蛭石或珍珠巖中，待長壯后再移栽入土
C
解析：利用植物組織培養技術快速繁殖蘭花種苗利用了植物細胞的全能性，原因是植物細胞具有本物種生長發育所需的全部遺傳信息，A正確；生長素和細胞分裂素是啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關鍵激素，兩者的比例會影響細胞分化方向，B正確；植物組織培養過程中，脫分化通常需要避光，而再分化過程需要有光，C錯誤；移栽前應將幼苗移植到消過毒的蛭石或珍珠巖等環境下生活一段時間再移栽入土，目的是使幼苗適應環境，利于移栽成活，D正確。
課堂練習
3.植物激素中生長素和細胞分裂素是誘導細胞分裂、脫分化和再分化的關鍵性因素。在植物組織培養過程中，關于這兩種激素的使用正確的是（ ）
A.先使用生長素，后使用細胞分裂素
B.同時使用
C.先使用細胞分裂素，后使用生長素
D.都不使用
B
解析：在植物組織培養過程中，同時使用生長素和細胞分裂素可以使分化頻率提高，因此更有利于胚狀體的形成，故選B。
課堂練習
4.野生鐵皮石斛結實率低，可利用鐵皮石斛葉片進行組織培養形成大量試管苗下列有關說法正確的是（ ）
A.在70%的酒精中浸泡鐵皮石斛葉片30min進行消毒，可避免微生物污染
B.葉片先經過脫分化形成愈傷組織，再轉移至液體培養基中進行再分化形成根、芽
C.試管苗應當移栽到含有蔗糖和多種植物激素的基質上以適應外界環境
D.經植物組織培養得到的植株，其基因組DNA一般和原鐵皮石斛的相同
D
解析：植物組織培養過程中，外植體需用體積分數為70%的酒精消毒30s，故A錯誤；再分化過程是在固體培養基中進行的，B錯誤；試管苗應該移栽到消過毒的蛭石或珍珠巖等環境中以適應外界環境，故C錯誤；植物組織培養為無性生殖，通過植物組織培養獲得的鐵皮石斛的基因組DNA一般和原鐵皮石斛的相同，D正確。
總結歸納
原理
離體培養的條件
過程
植物組織培養
植物細胞的全能性
概念
細胞具有全能性的原因
不離體的細胞不表現全能性的原因
溫度
無菌條件
培養基中適宜濃度和配比的植物激素
脫分化
再分化
適宜的營養物質

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