植物细胞工程的基本技术(生物学)

植物细胞工程的基本技术植物细胞工程是现代农业中的核心技术之一，它可以利用生物技术手段，将基因信息引入植物细胞中，从而制备出具有新型特性的植物品种。

植物细胞工程的基本技术主要包括以下几个方面：一、植物细胞培养技术植物细胞培养技术是植物细胞工程的重要基础，它可以将植物细胞从植物体中剥离出来，形成原代培养体，在适宜的培养条件下进行细胞培养和增殖。

该技术主要涉及到组织培养、细胞培养、愈伤组织培养以及悬浮细胞培养等多个方面。

其中，愈伤组织培养是最基础的培养技术，它可以通过愈伤组织的再生和分化，为后续的遗传转化和基因编辑提供可行的细胞模板。

二、基因克隆与重组技术基因克隆与重组技术是植物细胞工程中非常关键的环节，这个技术主要涉及到将特定的基因序列放入植物细胞中的过程。

通过基因克隆和重组，可以将外源性基因导入到细胞质或者染色体的特定位置，并实现基因结构的调整，从而产生具有新型特性的植物品种。

三、基因转化技术基因转化技术是植物细胞工程最重要的技术之一，它可以将基因克隆和重组的结果导入植物细胞中，并实现基因的表达。

基因转化技术主要分为两个类别：生物学的和物理学的。

其中，生物学的方法包括农杆菌介导的转化和农杆菌外介导的转化，物理学的方法包括基因炮和电穿孔等。

四、基因编辑技术基因编辑技术是近年来兴起的一种先进技术，它可以利用生物技术手段修改基因序列，从而实现有针对性的基因改造。

目前，基因编辑技术主要包括ZFN、TALEN、CRISPR/Cas9等多个基因编辑工具。

通过这些工具，可以实现基因串联、点突变等操作，并为后续的育种和遗传转化提供更多的技术手段。

总之，植物细胞工程是现代农业中的重要技术，它可以帮助我们制备出更具有良好农业生产性能的植物品种。

通过不断的技术创新与发展，相信我们能够在农业生产中发挥出更大的作用，并实现更好的农业可持续发展。

1、植物繁殖的新途径 (1)微型繁殖——⽤于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。

(2)作物脱毒：切取茎尖进⾏组织培养，再⽣的植株就有可能不带病毒，从⽽获得脱毒苗。

(3)⼈⼯种⼦——以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过⼈⼯薄膜包装得到的种⼦。

思考： ①⼈⼯种⼦具有哪些优点？ ⼈⼯种⼦是通过植物组织培养(⽆性繁殖)得到的，可以完全保持优良品种的遗传特性，⽣产上不受季节的限制。

贮藏、运输⽅便。

②⼈⼯种⽪应具有哪些有效成份？ 针对植物种类和⼟壤等条件，在⼈⼯种⼦的包裹剂中可以加⼊适量的养分、⽆机盐、有机炭源以及农药、抗⽣素、有益菌等。

为了促进胚状体的⽣长发育，还可以向⼈⼯种⽪中加⼊⼀些植物⽣长调节剂。

2、作物新品种的培育 (1)单倍体育种：通过农药培养获得单倍体植株，染⾊体加倍后当年可得到稳定遗传的优良品种。

(2)突变体的利⽤：对植物组织培养过程中产⽣的突变体进⾏筛选，培育成新品种。

3、细胞产物的⼯⼚化⽣产 (1)细胞产物包括：蛋⽩质、脂肪、糖类、药物、⾹料、⽣物碱等。

(2)实例：我国⽣产的⼈参组织和⼈参皂甙⼲粉。

(3)展望：⽣产抗癌物质——柴杉醇。

课外拓展⼀、植物组织培养中的愈伤组织是如何形成及再分化的？ 植物组织培养中使⽤的外植体⼀般是⾼度分化了的细胞，在植物体中是不会再分裂繁殖的，只是执⾏某种功能直⾄死亡。

这些细胞在培养基上培养时会由原来的分化状态，变成分⽣状态的细胞，分裂产⽣愈伤组织，这个过程称为脱分化过程。

这种转变在细胞的形态结构和⽣理⽣化上都会产⽣⼀系列变化。

组织培养的研究结果表明分化细胞的脱分化需要两个条件，即创伤和外源激素。

⽬前⼈们对于脱分化过程的本质还不清楚。

分化细胞在细胞周期中是处于⼀种相对静⽌状态的细胞(G0期细胞)，脱分化是要打破这种状态，使细胞进⼊细胞周期中的G1期，并沿着G1期→S期→G2期→M期的循环进⾏细胞分裂，形成愈伤组织。

现在发现细胞周期受基因调控，⼀种称为编码细胞周期依赖性激酶CDK的基因和⼀种细胞周期蛋⽩可能与植物细胞脱分化的第⼀次分裂启动有关。

《植物细胞工程的基本技术》教学设计一、教学目标1、知识目标：简述植物组织培养技术的原理和过程；简述植物体细胞杂交技术的原理和过程。

2、能力目标：尝试用流程图归纳技术过程。

3、情感目标：参与小组合作交流，体验合作学习的乐趣。

二、教学重点植物组织培养的原理和过程；植物体细胞杂交的过程。

三、教学难点植物组织培养的实验；植物体细胞杂交过程。

四、教学过程【活动一：导入】自然界中，无论是绚丽多姿的花草，还是碧绿参天的大树，大多都是通过种子播种或扦插枝条来繁殖的。

其实，利用它们的一片叶子或是花瓣，同样可以得到植株！【屏幕展示】如图，就是利用兰花的花瓣所培养出的植株。

兰花是中国传统名花，出来具较高的观赏价值外，还具有食用、药用等其他价值。

如果你是兰花养殖户，你要怎样繁殖兰花，才能短时间内得到大量具相同优良性状的兰花呢？【活动二：授新】利用兰花的一片花瓣培养出大量兰花，而这一过程所采用的技术，就属于细胞工程中的一项基本技术。

从今天开始，进入“专题2—细胞工程”的研究。

【问题】什么是细胞工程？并从概念出发，指出细胞工程①原理方法②研究水平③研究目的分别是什么？根据操作对象不同，可以分为植物细胞工程、动物细胞工程。

今天首先研究2.1.1植物细胞工程的基本技术。

植物细胞工程，包括许多操作技术，高中阶段只介绍2个，即植物组织培养、植物体细胞杂交。

且这两项技术所依据的理论基础，都为植物细胞的全能性。

【巩固基础】平板电脑，展示题目必修一已研究过细胞的全能性，通过几个判断来检测下基础知识掌握情况。

找同学读题、判断、说明理由！一、植物组织培养技术从学生自查结果，了解学生对基础知识的掌握情况。

【播放视频】通过一段视频，对新接触的植物组织培养技术有个初步了解。

由视频可知，利用植物体任何一部分细胞，在适宜条件下都能培养成一株完整植株。

下面我们跟随教材，以胡萝卜形成层为材料，先从理论上分析组织培养原理及过程，之后在实验课上再进行实际操作。

2．1植物细胞工程2．1.1植物细胞工程的基本技术1．细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。

2．理论上每个活细胞都具有全能性。

3．细胞全能性的大小依次是：受精卵>生殖细胞>体细胞。

4．植物组织培养的理论基础是细胞的全能性。

5．植物体细胞杂交的理论基础是细胞膜的流动性和细胞的全能性。

6．人工诱导原生质体融合的方法有物理法(离心、振动、电激)和化学法(聚乙二醇处理)。

植物细胞的全能性[自读教材·夯基础]1．细胞工程的概念2．细胞的全能性(1)含义：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。

(2)影响全能性表达的原因：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。

1．请比较基因工程和细胞工程的概念，总结二者的不同。

提示：(1)操作水平：基因工程是分子水平的操作，细胞工程是细胞水平或细胞器水平的操作。

(2)目的：基因工程的目的是创造出符合人们需要的新的生物类型和生物产品，细胞工程的目的是按照人的意愿改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。

2．理论上每种活细胞都具有全能性，请分析细胞具有全能性的原因。

提示：活细胞都具有发育成该物种个体所需的全套遗传物质。

[跟随名师·解疑难]1．细胞全能性的实质已经分化的体细胞(或细胞核)仍具有本物种个体发育所需要的全套遗传物质，即每个细胞都有发育成个体所需要的全部基因。

2．细胞全能性大小的比较(1)植物细胞>动物细胞(动物细胞只有细胞核具有全能性)。

(2)受精卵>生殖细胞(精子、卵细胞)>体细胞。

(3)体细胞：分化程度低的>分化程度高的；细胞分裂能力强的>细胞分裂能力弱的；幼嫩的细胞>衰老的细胞。

(4)随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。

第11课时植物细胞工程的基本技术[学习目标] 1.简述植物组织培养技术的原理和过程。

2.描述植物体细胞杂交技术的原理和过程。

[核心素养] 1.科学探究：结合具体实例，尝试设计植物组织培养的流程简图。

2.科学思维：了解组织培养的进展和尚待解决的问题，认同科学是一个不断发展的过程。

一、植物组织培养技术1.细胞工程的含义2.细胞的全能性(1)定义：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。

(2)植物细胞表现全能性的条件①离体状态。

②营养物质：种类齐全、比例合适。

③植物激素：主要是生长素、细胞分裂素。

④外界条件：适宜的温度、pH和光照等。

⑤无菌操作。

3.植物组织培养的概念分析(1)理论基础：植物细胞的全能性。

(2)前提：离体的植物器官、组织、细胞。

(3)条件：无菌和人工控制条件下、人工配制的培养基上、适宜的培养条件。

(4)结果：脱分化形成愈伤组织，再诱导其再分化生成胚状体或丛芽，最终形成完整的植株。

(5)相关概念①外植体：用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。

②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。

③愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞团。

④再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出根或芽等器官的过程。

4.胡萝卜的组织培养过程—⎩⎪⎨⎪⎧消毒后在无菌条件下选取根的形成层部位切取1 cm 3左右的小块，因为该部位容易诱导形成愈伤组织↓—⎩⎪⎨⎪⎧在无菌条件下将组织块接种到诱导培养基上，诱导出愈伤组织 ↓—⎩⎪⎨⎪⎧在23～26 ℃恒温避光条件下培养一段时间，再将愈伤组织转接到分化培养基上，培养诱导出试管苗 ↓—将试管苗移栽到大田，培养成正常植株1.植物细胞具有全能性的原因是什么？ 提示 植物细胞具有本物种的全部遗传信息。

2.在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官的原因是什么？提示 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。