第56讲 植物细胞工程 课件-2026届高三生物一轮复习（人教版）

这是一份高中生物人教版 (2019)选择性必修3植物细胞工程复习ppt课件，共45页。PPT课件主要包含了科技探索之路，植物组织培养技术，植物体细胞杂交技术，植物细胞工程的应用，有丝分裂，无性生殖，生殖方式，分裂方式，理论基础，植物细胞的全能性等内容，欢迎下载使用。
第56讲 植物细胞工程
第十单元 生物技术与工程
哈伯兰特提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。
斯图尔德等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。
科金用真菌的纤维素酶分解番茄根的细胞壁，成功获得了原生质体。
古哈等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉粒发育而来的胚。
卡尔森诱导烟草种间原生质体融合，获得了第一株体细胞种间杂种植株。
土壤农杆菌的Ti质粒被发现。之后，该质粒应用于植物分子生物学领域，促进了植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合。
——植物细胞工程的发展历程
自主梳理课本选择性必修3《生物技术与工程》P31-42
1.体细胞具有全能性的根本原因是什么？生物体所有细胞全能性大小都一致吗？全能性与 细胞分化的关系？为什么不是所有细胞都表现出全能性？细胞表现全能性的条件有哪些？2.植物组织培养的概念及基本过程？什么是脱分化?再分化?愈伤组织？请从条件、关键因 素、产物等方面比较脱分化和再分化异同。在组织培养实验中，为什么要强调所用器械 的灭菌和实验人员的无菌操作？3.诱导原生质体融合的方法有哪些？与细胞膜的什么特性有关？细胞融合后，共有几种细 胞类型？符合要求的是哪种？如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞， 下一步如何将杂种细胞培育成杂种植株？植物体细胞杂交技术意义？植物体细胞杂交优缺点？4.什么是快速繁殖技术？该技术原理是什么？有哪些优点？植物组织培养可以进行快速繁 殖的原因是什么？快速繁殖技术有哪些应用实例5.马铃薯为什么要进行脱毒？选择什么部位培育脱毒苗？有何优点？培育脱毒苗的原理是 什么？流程是怎样的？有哪些作物脱毒的实例？脱毒苗等于抗毒苗吗？6.植物的代谢产物有哪些？有何区别？什么是植物细胞培养?细胞产物的工厂化生产具有 哪些应用优势?我国在细胞产物的工厂化生产方面取得了哪些重要成果?7.植物细胞培养与植物组织培养有什么区别?
指将离体的植物器官、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。
一、植物组织培养技术的概念
1.细胞全能性的概念：
细胞经过分裂和分化后，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.体现全能性的标志：
细胞→完整个体或其他各种细胞
①体细胞全能性与细胞分化程度：②体细胞全能性与细胞分裂能力： ③不同类型细胞的全能性：
3.细胞全能性大小比较：
分化程度低的＞分化程度高的
分裂能力强的＞分裂能力弱的
受精卵＞生殖细胞＞体细胞；
受精卵＞干细胞＞体细胞
④不同生物细胞的全能性：
4.体现全能性的实例：
①胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株②受精卵发育成个体（动植物）③蜜蜂卵细胞发育成雄峰④用一片叶子、一粒花粉繁殖出新的植株
5.细胞具有全能性的根本原因：
每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质。
6.生物体生长发育过程中，并不是所有细胞都表现出全能性：
①不体现全能性的实例：
芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶
②不体现全能性的原因：
基因在特定时间、空间条件下选择性表达
7.表现出全能性的条件：
②一定的营养物质、植物激素
③适宜的温度、pH等外界条件
三、植物组织培养的流程
离体培养的植物器官、组织或细胞
无组织结构、松散的薄壁细胞团
离体条件下已分化的细胞经过诱导，失去特有的结构和功能，重新获得分裂能力
愈伤组织能重新分化成芽、根等器官
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
避免杂菌迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物生长
脱分化避光：有光照容易产生维管等组织不利于形成愈伤组织再分化需光：有光照有利于叶片内叶绿素的合成
决定植物脱分化、再分化的关键因素：
有利于细胞分裂，但细胞不分化
a.离体、适宜的营养c.生长素与细胞分裂素的 比例适中d.一般不需光
a.离体、适宜的营养c.生长素与细胞分裂素的比例高 或低诱导生根或生芽d.光照（诱导叶绿素的合成， 使试管苗能够进行光合作用）
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
(细胞分裂能力强，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：
四、探究菊花的组织培养
培养基名称： ；物理性质： ；碳源： 。
⑤培养基（植物组织培养常用的培养基配方P116--参见本书附录1）
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）；
次氯酸钠溶液处理30min
防止杂菌生长：①杂菌与培养物竞争（种间竞争）营养； ②产生有害物质危害培养物。
外植体的1/3~1/2插入诱导愈伤组织的Ms培养基中
外植体切成0.5～1cm长小段
用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记
愈伤组织培养一般不需要光照，有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织
培养基中应先加生长素，后加细胞分裂素有利于细胞分裂，但细胞不分化。生长素≈细胞分裂素 有利于促进愈伤组织的形成。
15～20d后，转接到 的培养基上
长出芽后，再将其转接到 的培养基上，
注意每日需要给予适当时间和强度的光照！(光照培养)叶绿素的生成需要光
注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根，若先生根后面就不易生芽
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 或 等环境中，待其长壮后再移栽入土。
外植体的1/3~1/2插人诱导愈伤组织的Ms培养基中
每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。
避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，同时防止有些杂菌危害培养物的生长。
①培养基的灭菌（高压蒸汽灭菌）②外植体的消毒（酒精、氯化汞）③接种的无菌操作（酒精、酒精灯——灼烧）④无菌箱中的培养；⑤移栽到消过毒的环境中生存一段时间。
思考：为什么整个过程要保证无菌操作？
思考：在整个操作过程中，是如何来实现无菌环境的？
拓展：植物组织培养的两种途径
胚状体：离体培养条件下，没有经过受精过程，但经过胚胎发育过程形成的胚状类似物，因而统称为体细胞胚或胚状体。
培养条件：①无菌②营养物质③适宜环境条件（温度、PH、光等）④植物激素： 细胞分裂素 生长素
离体的植物器官、组织或细胞（外植体）
芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照
有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。
试管苗一般在高湿、弱光、恒温等条件下培养生长试管苗的光合作用能力弱，在移栽前应给予较强光照闭瓶炼苗，以促进幼苗向自养苗转化。
1.植物体细胞杂交的概念：
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。
细胞膜具有一定的流动性（原生质体融合）
植物细胞的全能性（杂种细胞培养成杂种植株）
聚乙二醇（PEG）融合法、
植物细胞融合完成的标志
植物体细胞杂交完成的标志
高Ca2＋‾高pH融合法等
思考："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?
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，它们不能再像马铃薯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。
①技术复杂、操作繁琐、工作量大②不一定按人们需要表达优良性状
5.植物体细胞杂交技术的实例
①培育出了白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等杂种植株。②在木本植物的体细胞杂交方面，培育出了多种柑橘属不同种间的杂种植株。
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。
思考:据报道，某男子培育出一株奇怪的植株，实现了“地上长番茄、 地下结马铃薯”，你认为该男子可能是利用什么方法获得的该植株？ 分析：______________________________________________。
嫁接 以土豆植株为砧木，以番茄植株为接穗
1.纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，试分析原因？
使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常
2.在形成杂交细胞过程中活跃的细胞器是什么？
3.获得的所有细胞一定是需要的杂交细胞吗？
未融合的细胞：A、B；两两融合的细胞：AA、BB、AB；多细胞融合体
4.若A细胞具有2m条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。B细胞含有2n条染色体，2个 染色体组，基因型为ccDd，则通过植物体细胞杂交技术获得的新植株： 染色体条数 ；基因型 ；染色体组数 ； 属于可遗传变异类型中的 。
选出AB型杂种细胞的方法
第一次培养在适合A不适合B的条件下
第二次培养在适合B不适合A的条件下
方法2：融合前两个亲本有可分辨的明显标记
亲本2：来自叶肉细胞(含叶绿体)
细胞壁薄且含有叶绿体的细胞
亲本1：对放线菌素D有抗性，但在MS培养基不能超过50个世代
亲本2：对放线菌素D敏感，但能在MS培养基生生长。
将杂种细胞培养在含有放线菌素D的MS培养基上即可。
1.白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）体细胞杂交所得植株白菜-甘蓝的 细胞染色体数为 ，属于 倍体。
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（异源）四
2.白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）进行杂交（相互授粉）所得植株白 菜-甘蓝的细胞染色体数为 ，属于 倍体。
（异源）二
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是否可育？
看减数分裂联会、配对能否正常进行！
异源四倍体，含有同源染色体，能正常联会，可育
异源二倍体，不含同源染色体，不能正常联会，不可育
细胞膜的流动性和植物细胞的全能性
离体的植物器官、组织或细胞
保持优良性状,繁殖速度快、大规模生产提高经济效益
植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术
克服不同种生物远缘杂交的障碍
1.利用物理法或化学法可以直接将两个植物细胞诱导融合( )2.植物体细胞杂交过程中，原生质体融合后获得的细胞需要进行筛选 ( )3.形成杂种细胞就完成了植物体细胞杂交过程( )4.获得的原生质体应置于蒸馏水中浸泡备用，这样可维持原生质体的活性( )5.植物体细胞杂交所获得的杂种植株的变异类型属于染色体变异( )6.植物体细胞杂交技术获得的杂种植株均能表现出双亲所有的性状( )7.体细胞杂交获得的杂种植株细胞中具有2个细胞核( )8.植物原生质体融合的化学法包括聚乙二醇融合法、高Ca2＋高pH 融合法  (　　)9.植物体细胞杂交技术在打破生殖隔离、实现远缘杂交育种、培养植物新品种等方面 有独特优势(　　)
一、植物繁殖的新途径(微型繁殖)
①高效、快速地实现种苗的大量繁殖。
②保持优良品种的遗传特性。
③不受自然生长季节的限制，培养周期短。
④选材少，繁殖率高，便于自动化管理。
甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。
无性繁殖作物感染的病毒易传给后代,其会导致作物产量降低,品质变差
脱毒作物的产量高、品质好
植物顶端分生附近（如茎尖）
病毒极少，甚至无病毒　 　
脱毒苗(细胞工程)≠抗毒苗（基因工程）
扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖属于营养繁殖
细胞的全能性、染色体变异
①能够缩短育种年限；②后代是能稳定遗传纯合子。
细胞的全能性、基因突变
①产生新基因，大幅度改良某些性状；②提高愈伤组织的突变率，加快育种进程。
大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株隐性性状容易出现。
思考：单倍体育种为什么能为体细胞诱变育种和研究遗传突变提供理想材料？
三、细胞产物的工厂化生产
在离体的条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。
不是植物基本的生命活动所必需的产物，是一类小分子有机化合物。
酚类、帖类和含氮化合物等
初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行着；初生代谢物有糖类、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。
不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，对于社会、经济、环境保护具有重要意义
人参、三七、紫草和红豆杉的细胞产物
植物组织培养和植物细胞培养的比较
快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等
细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等
1.作物脱毒后不再感染病毒(　　)2.脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位 ( )3.葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于微型繁殖( )4.利用组织培养技术产生突变体，可直接培育出具有优良性状的新品种( )5.人参皂苷是人参的次生代谢物，是其生长所必需的( )6.获得细胞产物只需要将外植体培养到愈伤组织阶段即可( )7.突变体培育通常对植物的愈伤组织进行诱变处理，而工厂化生产的细胞产物也是来自 愈伤组织细胞( )8.快速繁殖不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性(　　)9.植物茎尖分生区没有维管束，病毒难以进入，因此这些部位病毒浓度很低甚至无病毒(　　)10.植物细胞、组织等在超低温保存过程中不会引起遗传性状的改变，也不会丧失形 态发生的潜能(　　)11.单倍体育种的过程就是花药离体培养的过程(　　)12.植物细胞培养的原理利用了植物细胞的全能性(　　)
1.菊花的组织培养时，再分化阶段为什么需要光照？
再分化阶段芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件。
2.固体培养基和液体培养基在植物细胞工程中的作用分别是：______________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________。
植物组织培养获得植株时先用固体培养基，固体培养基能起支撑外植体，固定植物学形态的作用。利用愈伤组织生产细胞产物用液体培养基，液体培养基中细胞与培养液充分接触，细胞增殖快。
3.“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上长番茄、地下结马 铃薯的主要原因是__________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________。
生物基因的表达不是孤立的，它们之间相互调控、相互影响，所以番茄—马铃薯杂交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，不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达
4.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？理由是什么？
纤维素酶和果胶酶。因为植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶组成，利用酶的专一性，在降解植物细胞的细胞壁时要利用纤维素酶和果胶酶。
③细胞产物的工厂化生产
[2025·四川·高考真题]研究人员用花椰菜（BB，2n=18）根与黑芥（CC，2n=16）叶片分别制备原生质体，经PEG诱导融合形成杂种细胞，进一步培养获得再生植株，其中的植株N经鉴定有33条染色体。下列叙述正确的是（     ）A．两个原生质体融合形成的细胞即为杂种细胞B．再生植株N的形成证明杂种细胞仍具有全能性C．花椰菜和黑芥的原生质体能融合，证明两种植物间不存在生殖隔离D．植株N的B组和C组染色体不能正常联会配对，无法产生可育配子
[2025·江苏·高考真题]图示一种植物组织培养周期，①~③表示相应过程。下列相关叙述错误的是（  ）A．过程①发生了细胞的脱分化和有丝分裂B．过程②经细胞的再分化形成不同种类的细胞C．过程②③所用培养基的成分、浓度相同D．培养基中糖类既能作为碳源，又与维持渗透压有关
[2024·江苏·高考真题](多选)图示普通韭菜（2n=16）的花药结构。为了快速获得普通韭菜的纯系，科研人员利用其花药进行单倍体育种。下列相关叙述正确的有（ ）A．花粉细胞和花药壁细胞均具有全能性B．培养基中生长素与细胞分裂素的比例 影响愈伤组织再分化C．镜检根尖分生区细胞的染色体，可鉴定出单倍体幼苗D．秋水仙素处理单倍体幼苗，所得植株的细胞中染色体数都是16