2023届高三生物一轮复习课件细胞工程【植物】

这是一份2023届高三生物一轮复习课件细胞工程【植物】，共40页。PPT课件主要包含了课本P30，细胞工程，应用的原理和方法，植物细胞工程，研究的目的，研究的水平，动物细胞工程，植物组织培养，植物体细胞杂交，动物细胞融合等内容，欢迎下载使用。
细胞工程是指应用细胞生物学、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生物工程。
——细胞生物学、分子生物学【必修一】 发育生物学
——细胞水平或细胞器水平
——按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品
一、植物细胞工程（一）技术1：植物组织培养1.概念 2.生殖、增殖方式 3.原理 4.过程 5.条件 6.结果（二）技术2：植物体细胞杂交1.概念 2.过程 3.原理 4.实例 5.意义（三）应用1.植物繁殖的新途径——快速繁殖、作物脱毒2.作物新品种的培育——单倍体育种、突变体的利用3.细胞产物的工厂化生产【紫草宁、紫杉醇、人参皂苷等】二、动物细胞工程（一）动物细胞培养（二）动物细胞融合（三）单克隆抗体的制备（四）动物细胞核移植三、胚胎工程
“其芽葺葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫花开,凝晴瀼露,万态千妍,薰风自来,四坐芬郁,岂非入兰室乎!岂非有国香乎!”这是我国历史上第一部兰谱——《金漳兰谱》（宋·赵时庚）中对兰花的一段描述。从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征，很多人喜欢兰花。但是兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低；传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长，繁殖率低等问题，如果靠自然繁殖，兰花的价格可想而知了。 如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？
兰花是观赏植物中最常见的一类依靠植物组织培养繁育种苗的植物，其组培苗的数量约占观赏植物组培苗总量的40%
利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。
指将离体的植物器官、组织或细胞（称为外植体）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。
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。
一般来说，生物体的每个细胞中都含有发育成为完整个体所需的全部遗传信息。
生物体生长发育过程中并不是所有细胞都表现出全能性
芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶
基因在特定时间、空间条件下选择性表达
全能性大小的比较：
①受精卵＞生殖细胞＞体细胞②植物细胞＞动物细胞③分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞
要体现全能性必须离体培养
离体的植物器官、组织或细胞
当生长素含量高于细胞分裂素时，主要诱导植物根源基的形成，而当细胞分裂素的含量高于生长素时，则主要诱导植物组织再分化和芽原基的形成。比例适中时有利于促进愈伤组织的形成。
植物激素：细胞分裂素、生长素
离体、无菌条件、种类和比例适宜的营养物质、植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）的诱导和调节、适宜的外界条件（温度、pH、光照等）。
在___________________条件的诱导下，已经分化的细胞_______________________，转变为_____________，进而形成_________的过程。
失去其特有的结构和功能
排列疏松、无规则，高度液泡化、不定形的薄壁组织团块。
愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。
脱分化过程一般不需要光照、再分化过程需要光照。
①植物细胞一般具有______；
②在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞经过_______和______，形成________，长出_______，进而发育成__________；
③植物激素中______和__________是启动________、_____和______的关键激素，它们的_____、_____等都会影响植物细胞的发育方向；
①了解植物组织培养的基本原理；
②了解生长素和细胞分裂素的浓度、用量的比例对菊花愈伤组织形成和分化的影响；
③尝试进行植物组织培养。
(容易诱导形成愈伤组织)
②体积分数为70%的酒精：
对手、超净工作台、外植体进行消毒
③质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液:
⑤培养基（参见本书附录1——课本P116）
包括无机营养成分（水和无机盐）、有机营养成分（蔗糖、氨基酸、维生素等）、特定浓度和比例的激素（主要是生长素和细胞分裂素）；
①双手和超净工作台台面:
流水冲洗→酒精消毒30s→立即用无菌水清洗2～3次→次氯酸钠溶液处理30min→立即用无菌水清洗2～3次。
将消过毒的外植体置于无菌的培养皿中→用无菌滤纸吸去表面的水分→用解剖刀将外植体切成0.5～1cm长的小段。
在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记。
接种时注意外植体的方向，不要倒插！
将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18～22℃的培养箱中培养。在培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况。
培养15～20d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上→长出芽后→将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根；该过程每日需要给予适当时间和强度的光照！
移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。
1.接种3～4d后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，有多少能正常生长，试分析它们被污染的原因。 用于植物组织培养的培养基同样适合某些微生物的生长，培养基一旦受到微生物的污染，就会导致实验前功尽弃，因此要进行严格的无菌操作。导致外植体被污染的原因可能有：培养基、接种工具灭菌不彻底；外植体消毒不彻底；操作过程不符合无菌操作要求等；2.你培养出愈伤组织了吗？如果培养出来了，从刚接种的外植体到长出愈伤组织经历了多少天？这些愈伤组织进一步分化出芽和根了吗？ 观察实验结果，看看是否培养出了愈伤组织，记录多长时间长出了愈伤组织。 从刚接种的外植体到长出愈伤组织一般需要2周左右的时间。 统计更换培养基后愈伤组织进一步分化成芽和根的比例和时间。
3.观察外植体的分化情况，填好结果记录表，并及时分析结果。 做好统计和对照，填好结果记录表，培养严谨的科学态度。从实验的第一步开始就要做好实验记录，可以分组配制不同的培养基，如诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基等，还可以进行不同配方的比较。4.你培育的幼苗移栽到露地后，能够正常生长吗？ 生根苗移栽技术的关键是既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。一般使用无土栽培的办法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷酒质量分数为 5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12h。掀开塑料薄膜 24h后才能移栽。新移栽的组培苗要在温室过渡几天，待其长壮后再移植到大田或盆中。可以在课后统计移栽的成活率，看看移栽是否合格。
5.在植物组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？ 避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。6.诱导愈伤组织期间一般不需要光，后续培养过程中，为什么每日要给予适当时间和强度的光照？ 后续培养过程中，给予适当时间和强度的光照的目的是诱导叶绿素的形成，进一步形成叶绿体进行光合作用。7.若培养物取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，愈伤组织中是否会含有叶绿体？ 培养物经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞，愈伤组织中不含有叶绿体。8.在组织培养过程中，诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基的成分有什么不同？ 三种培养基成分的不同是生长素和细胞分裂素的比例不同。
（2）若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？
①空白对照：不加任何激素；②实验组1：生长素与细胞分裂素用量的比值为1；③实验组2：生长素与细胞分裂素用量的比值大于1；④实验组3：生长素与细胞分裂素用量的比值小于1。其他条件相同且适宜
（1）一般来说，容易进行无性繁殖的植物也容易进行组织培养，如芦荟、秋海棠和月季等，你可以从中挑选一种你喜欢的植物，尝试进行组织培养。
若细胞不离体，细胞中的基因会选择性地表达，从而形成生物体的不同组织和器官，不能表现出全能性；
植物组织培养中细胞表现出全能性的条件
①对操作环境、双手、外植体进行消毒；②对培养基和器械进行灭菌；③接种操作必须在酒精灯火焰旁进行；
5.适宜浓度和比例的激素:
包括有机营养成分、无机营养成分
主要是生长素和细胞分裂素
1.细胞的结构完整、活性正常
整个植株只培养到愈伤组织再诱导分化为特别组织，产生特定产物
20世纪60年代，科学家尝试将番茄和马铃薯杂交，希望培育出一种地上结番茄、地下长马铃薯的超级作物。
讨论：用传统的有性杂交方法能得到杂种后代吗？为什么？
不能； 因为两种生物之间存在着生殖隔离；
有没有方法可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，获得“番茄-马铃薯杂种植株”呢？
优点：克服远缘杂交障碍
再生出细胞壁（与高尔基体有关）
聚乙二醇（PEG）融合法、
高Ca2+ —高PH融合法等
细胞膜的流动性 和 植物细胞的全能性
细胞膜的流动性和植物细胞的全能性
植物体细胞杂交是指将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。
（1）植物细胞融合完成的标志：
（2）植物体细胞杂交完成的标志：
白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等。
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。
去壁→原生质体融合→再生出新的细胞壁→ 脱分化→再分化→杂种植株→移栽
1.植物体细胞杂交过程中，杂种植株属于哪种变异类型？属于几倍体植物？ 杂种植株的变异类型属于染色体数目变异。杂种植株的染色体数目通常是两亲本细胞染色体数目之和，杂种植株属于异源多倍体。2.植物体细胞杂交过程中，得到的杂种植株是否可育？ 判断是否可育需看同源染色体能否正常联会。植物体细胞杂交得到的杂种植株中，同源染色体能正常联会，所以可育。 假设用于体细胞杂交的双方细胞都有2个染色体组，则杂种细胞有4个染色体组，由杂种细胞发育而来的杂种植株被称为异源四倍体。该杂种植株联会正常，表现为可育。植物体细胞杂交过程中杂种细胞类型(假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B)(1)未融合的细胞：A和B。(2)两两融合的细胞：AA、BB和AB。(3)多细胞融合体。
课本P38 一、概念检测
1.下图是利用甲、乙两种植物的各自优势.通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。下列相关叙述错误的是（ ）
A.进行a处理时能用胰蛋白酶B.b是诱导融合后得到的杂种细胞C.c是培养后得到的具有耐盐性状的幼芽 D.进行d选择时要将植株种在高盐环境中
2.科学家在制备原生质体时，有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞的细胞壁。据此分析，蜗牛消化道提取液中可能含有什么成分?
课本P38 二、拓展应用
“番茄-马铃薯”杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上结番茄，地下长马铃薯，这是为什么?
1978年，梅尔彻斯(G.Melchers)等人首次获得了马铃薯与番茄的体细胞杂种植株。他们将培育的二倍体马铃薯和番茄的叶片细胞原生质体进行融合，产生了杂种植株--“番茄-马铃薯”，它同时具有马铃薯和番茄的形态特征。其中一些植株形成了“类似块茎的生殖根”,但是并没有产生可结实的花、果实以及真正意义上的块茎。到目前为止“番茄-马铃薯”一类的体细胞杂交植物还不能产生经济效益，但是其研究价值不可忽视。 “番茄-马铃薯”没有像人们预想的那样地上结番茄、地下长马铃薯，主要原因是:生物体内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”杂种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相互干扰，它们不能再像马钤票或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂种植株自然就不能地上结番茄、地下长马铃薯了。近年来，有报道称利用嫁接技术培育出了地上结番茄、地下长马铃薯的植株。
用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。也叫微型繁殖
①可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖；
②无性繁殖，可以保持优良品种的遗传特性；
一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等。
1.为什么植物组织培养可以进行快速繁殖？ 植物组织培养到愈伤组织阶段，细胞进行有丝分裂，细胞分裂速度较快，从而获得大量的组织细胞，然后不断地分割、移瓶、诱导再分化形成新植株。并且，植物组织培养在实验室进行，受季节、气候等条件限制较小。2.为什么快速繁殖技术可以保持优良品种的遗传特性？ 因为植物的体细胞中含有相同的遗传物质，植物组织培养过程中通过有丝分裂增加细胞数目，细胞分裂、分化过程中遗传物质保持不变，所以植物的微型繁殖技术属于无性繁殖。
的病毒极少，甚至 。
用无性繁殖的方式进行繁殖的作物，它们感染的病毒很容易传给后代，病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低、品质变差。
马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。
脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物。
脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片（左上）
植物细胞的全能性 染色体（数目）变异。
秋水仙素的作用：抑制（有丝分裂前期）纺锤体的形成，着丝粒分裂形成的子染色体不能分配到两极，从而使染色体数目加倍。
离休培养（植物组织培养）
明显缩短育种年限；后代是纯合子，不会发生性状分离。
单育1号烟草等新品种。
单倍体植株　(DT、Dt、dT、dt)
人工诱导加倍（秋水仙素）
DDTT DDtt ddtt ddTT ↓ ↓ ↓ ↓高杆易染锈病 高杆抗病 矮秆易染锈病 矮秆抗病
P　　　 DDTT　 ×　 ddtt 　　　　 ↓F1 　 　 DdTt　
在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此容易受到培养条件和诱变因素（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。
基因突变和植物细胞的全能性。
筛选对人们有用的突变体，进而培育成新品种。
提高愈伤组织的突变率，从中筛选优质的新品种，加快育种进程。
突变具有不定向性和多害少利性，因此需大量处理实验材料
抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。
初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，
一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）
糖类、脂质、蛋白质、核酸等
次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。
思考？人们为什么进行细胞产物的工业化生产？植物的次生代谢产物在植物的抗虫、抗病等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。植物细胞的次生代谢产物含量很低，从植物组织中提取会大量破坏植物资源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到。
指在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。
有利于培养物与营养物质充分接触
不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。
植物细胞的次生代谢产物含量很低，从植物组织中提取会大量破坏植物资源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到。
细胞产物的工厂化生产：
利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品
“手指植物”通常培育在装有彩色固体培养基的小玻璃瓶中，只要保证充足的光照和适宜的温度，不需要额外补充水分和营养物质，它们就能在玻璃瓶中生长三四个月之久。
“手指植物”的制作方法用到了植物组织培养技术。在制作过程中，一定要注意做好灭菌和消毒工作，为了防止污染可在培养基中加入一定量的抑菌剂。另外，还可以根据个人喜好，在培养基中加入适量的色素或者荧光剂，使“手指植物”更具有观赏价值。
课本P42 一、概念检测
1.运用植物细胞工程技术可以培育单倍体植株和进行细胞产物的工厂化生产。判断下列相关表述是否正确。(1)用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养技术。( )(2)细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞生长的培养条件，提高了单个细胞中次生代谢物的含量。( )
人工诱导基因突变 选择优良品种进行杂交 进行远缘植物体细胞杂交取茎尖分生组织进行组织培养
2.生产中培育香蕉脱毒苗常用的方法是（ ）
课本P42 二、拓展应用
提示 F2中的紫色甜玉米的基因型可能为Aasusu或AAsusu，如果运用常规育种方法，将F2中的紫色甜玉米与白色甜玉米(aasusu)进行测交，可以选择出基因型为AAsusu的纯种紫色甜玉米。但这种方法比较烦琐，耗时也较长，需要至少三年的选种和育种时间。其实在F1产生的花粉中就可能有Asu的组合，如果利用花药培养的技术获得单倍体植株，再经过诱导染色体加倍，就可以直接得到紫色甜玉米的纯合体。这种方法可以大大缩短育种周期。
1.紫色非甜玉米(基因型为AASuSu)和白色甜玉米(基因型为aasusu)杂交(Su和su代表一对等位基因)，得到的F(AaSusu)再进行自交，F₂会有紫色甜玉米的表型产生。如果运用常规育种方法，应该如何筛选出纯合的紫色甜玉米?如果利用花药培养的技术，又应该怎样做呢?请你设计相关实验的思路。
积极探索其他的繁育途径。例如，研究如何利用植物组织培养技术繁育甜叶菊，研究内容涉及植物组织培养材料的选择，培养基配方的优化，提高试管苗移栽成活率的方法等，最终目的是建立一套利用植物组织培养技术繁育甜叶菊的标准技术体系，实现甜叶菊种苗的产业化生产。
2、甜叶菊是一种菊科植物，植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右，而它的热量却很低，所以它逐渐成为一些用糖行业欢迎的新糖源。甜叶菊的种子小，发芽率低，种子繁殖遗传性状不稳定;而扦插植株的根系弱，且需要原始材料多，这些都会限制甜叶菊的生产。假如你是某甜叶菊生产公司的项目负责人，该公司当前运行状况良好，但一直未能解决种子发芽率低的问题。为了提高公司的甜叶菊繁育效率，你应该如何作出决策，并请说出理由。