植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)原理和過程

1、植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)原理和過程目標(biāo)導(dǎo)航1.以胡蘿卜的組織培養(yǎng)為例，簡述植物組織培養(yǎng)技術(shù)的原理和過程。2.結(jié)合教材圖25，描述植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的原理和過程。1預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 挑戰(zhàn)自我，點點落實 2課堂講義 重點難點，個個擊破3對點練習(xí) 即時訓(xùn)練，體驗成功預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 挑戰(zhàn)自我，點點落實一、細(xì)胞工程和細(xì)胞的全能性(閱讀P3234)1.細(xì)胞工程的含義原理和方法 生物學(xué)和 生物學(xué)操作水平 水平或 水平目的按照人的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的或獲得分類 細(xì)胞工程和 細(xì)胞工程細(xì)胞分子細(xì)胞細(xì)胞器遺傳物質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)品動物植物2.細(xì)胞的全能性(1)定義：具有某種生物 的任何一個細(xì)胞，都具有發(fā)育成的潛能。(2)植物細(xì)胞全能性實現(xiàn)的條

2、件： 、提供適宜的 條件和激素。(3)影響全能性表達(dá)的原因：在特定的時間和空間條件下，細(xì)胞中的基因會有 地表達(dá)出各種蛋白質(zhì)，從而構(gòu)成生物體的不同組織和器官。全部遺傳信息完整生物體離體營養(yǎng)選擇性二、植物組織培養(yǎng)(閱讀P3436)1.理論基礎(chǔ)：。2.前提：的植物器官、組織、細(xì)胞。3.條件：和人工控制條件下、人工配制的培養(yǎng)基上、適宜的 條件。4.結(jié)果：誘導(dǎo)產(chǎn)生，最終形成完整植株。植物細(xì)胞的全能性離體無菌營養(yǎng)愈傷組織、叢芽5.胡蘿卜的組織培養(yǎng)過程形成層愈傷組織避光分化三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)(閱讀P3637)1.概念：將不同種的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成 ，并把雜種細(xì)胞培育成新的的技術(shù)。2.過程雜種

3、細(xì)胞植物體原生質(zhì)體細(xì)胞壁雜種愈傷(1)去壁：用去除植物細(xì)胞壁，獲得原生質(zhì)體。(2)誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法物理法：等?；瘜W(xué)法：用誘導(dǎo)。3.意義：克服了 的障礙。纖維素酶和果膠酶離心、振動、電激聚乙二醇(PEG)遠(yuǎn)緣雜交不親和預(yù)習(xí)診斷判斷正誤：(1)細(xì)胞工程是通過分子水平上的操作，按照人的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。()(2)在理論上，生物的每個細(xì)胞都具有發(fā)育成完整植株的潛力。()(3)細(xì)胞全能性的大小依次是：受精卵生殖細(xì)胞體細(xì)胞。()(4)植物的種子能發(fā)育成完整的植株，體現(xiàn)了細(xì)胞的全能性。()(5)植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)是基因的選擇性表達(dá)。()(6)離體的植物組織

4、在一定的培養(yǎng)條件下分化出根和芽的過程屬于脫分化。()(7)植物體細(xì)胞雜交的理論基礎(chǔ)是細(xì)胞膜的流動性和細(xì)胞的全能性。()(8)人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法有物理法(離心、振動、電激等)和化學(xué)法(聚乙二醇處理)。()一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)課堂講義 重點難點，個個擊破1.植物細(xì)胞的全能性(1)原因：分化的體細(xì)胞(或細(xì)胞核)具有本物種個體發(fā)育所需要的全部基因。(2)體現(xiàn)：在適合條件(如離體狀態(tài)等)下，有些分化的細(xì)胞能恢復(fù)分裂、重新分化并發(fā)育成完整的新個體。(3)全能性大小比較：受精卵(全能性最高)卵細(xì)胞(也具有較高的潛在全能性)體細(xì)胞(全能性較低)。未分化或分化程度低的細(xì)胞分化程度高的體細(xì)胞。植物細(xì)胞動物

5、細(xì)胞；增殖的細(xì)胞不增殖的細(xì)胞。隨著細(xì)胞分化程度的不斷提高，細(xì)胞的全能性逐漸減小。2.植物組織培養(yǎng)的過程名稱過程形成體特點培養(yǎng)基光脫分化由外植體脫分化為愈傷組織排列疏松、高度液泡化的薄壁細(xì)胞團生長素與細(xì)胞分裂素的比例適中避光再分化由愈傷組織分化為幼苗或胚狀結(jié)構(gòu)有根、芽或有生根發(fā)芽的能力上述比例小需光營養(yǎng)生長、生殖生長發(fā)育成完整的植物體由根、莖、葉、花、果實、種子組成自身產(chǎn)生各種激素需光3.植物組織培養(yǎng)的影響因素(1)滅菌：所有的實驗用具嚴(yán)格滅菌。接種過程嚴(yán)格的無菌操作。(2)嚴(yán)格控制光照：在愈傷組織的誘導(dǎo)階段往往要暗培養(yǎng)，而在分化再生的階段一定要有光照。因為愈傷組織誘導(dǎo)階段的暗培養(yǎng)有利于細(xì)胞的脫

6、分化，產(chǎn)生愈傷組織，若有光照則容易分化產(chǎn)生維管組織，不利于產(chǎn)生大量的愈傷組織。(3)植物激素在植物組織培養(yǎng)中的應(yīng)用生長素/細(xì)胞分裂素的比值作用效果比值高時有利于根的分化，抑制芽的形成比值低時有利于芽的分化、抑制根的形成比值適中時促進愈傷組織的形成1.請比較基因工程和細(xì)胞工程的概念，總結(jié)二者的不同。答案(1)操作水平：基因工程是分子水平的操作，細(xì)胞工程是細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平的操作。(2)目的：基因工程的目的是創(chuàng)造出符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品，細(xì)胞工程的目的是按照人的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品。思維激活2.理論上每種活細(xì)胞都具有全能性，請分析細(xì)胞具有全能性的原因。答案活細(xì)胞

7、都具有發(fā)育成該物種個體所需的全套遺傳物質(zhì)。3.為什么在生物的生長發(fā)育過程中，細(xì)胞并不會表現(xiàn)出全能性？答案在特定的時間和空間條件下，細(xì)胞內(nèi)的基因進行選擇性表達(dá)。4.結(jié)合胡蘿卜的組織培養(yǎng)實驗，思考下列問題：(1)在植物組織培養(yǎng)過程中，為什么要進行一系列的消毒、滅菌，并且要求無菌操作？答案避免雜菌在上面迅速生長消耗營養(yǎng)，且有些雜菌會危害培養(yǎng)物的生長。(2)為什么切取胡蘿卜根的形成層？其他部分也能培養(yǎng)成小植株嗎？答案胡蘿卜根的形成層容易誘導(dǎo)形成愈傷組織，其他部分如葉、花也能培養(yǎng)成小植株，只是稍微困難些。(3)誘導(dǎo)愈傷組織的過程中是否都應(yīng)避光培養(yǎng)？答案不一定。用不同植物或同一植物不同部位的組織細(xì)胞，誘導(dǎo)

8、出愈傷組織所需的條件不一定相同。(4)若培養(yǎng)物取自植物的幼莖、葉片等含有葉綠體的部位，愈傷組織中是否會含有葉綠體？答案培養(yǎng)物經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞，愈傷組織中不含有葉綠體。應(yīng)用示例1.下圖表示四倍體蘭花葉片通過植物組織培養(yǎng)形成植株的過程，相關(guān)敘述中正確的是()A和階段會發(fā)生減數(shù)分裂B階段需生長素而階段需細(xì)胞分裂素C階段有細(xì)胞增殖但無細(xì)胞分化D此蘭花的花藥離體培養(yǎng)所得植株為二倍體問題導(dǎo)析 (1)圖中是，、是。和階段會發(fā)生有絲分裂。(2)階段和階段都需，只是二者比例不同。(3)此蘭花的花藥離體培養(yǎng)所得植株為 。答案C脫分化再分化生長素和細(xì)胞分裂素單倍體一題多變 判斷正

9、誤：(1)植物體的細(xì)胞發(fā)育成完整個體才體現(xiàn)了全能性。()(2)高度分化的植物細(xì)胞只有處于離體狀態(tài)時才有可能表現(xiàn)出全能性。()(3)植物體內(nèi)某些體細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性，其原因是所含基因不同。()(4)紫色糯性玉米種子培育成植株，這反映植物種子具有全能性。()二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)1植物體細(xì)胞雜交有關(guān)知識點名稱植物體細(xì)胞雜交原理細(xì)胞膜的流動性(植物體細(xì)胞融合)、植物細(xì)胞的全能性(植物組織培養(yǎng))融合前處理酶解法去壁誘導(dǎo)方法物理法、化學(xué)法原理第一步原生質(zhì)體的制備第二步原生質(zhì)體的融合與篩選第三步雜種細(xì)胞的形成與培養(yǎng)第四步雜種植株的鑒定與篩選用途克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，獲得具有優(yōu)良性狀的雜種植株2.植物

10、體細(xì)胞雜交過程中的注意事項(1)原生質(zhì)體融合的原理是細(xì)胞膜具有流動性。(2)植物細(xì)胞融合完成的標(biāo)志是雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁。(3)與傳統(tǒng)有性雜交相比，其優(yōu)越性的表現(xiàn)克服植物遠(yuǎn)緣雜交不親合的障礙，打破了物種之間的生殖隔離。擴大遺傳重組的范圍。(4)體細(xì)胞雜交即兩個細(xì)胞融合成一個細(xì)胞，不管染色體、基因組還是染色體組都采用直接相加的方法。若一植物細(xì)胞含有2x條染色體，2個染色體組，基因型為Aabb，另一植物細(xì)胞含有2y條染色體，2個染色體組，基因型為ccDd，則新植株應(yīng)為異源四倍體，其體細(xì)胞中染色體為(2x2y)條，4個染色體組，基因型為AabbccDd。思維激活1.去除植物細(xì)胞壁為什么要用纖維素酶和

11、果膠酶？答案因為植物細(xì)胞壁的化學(xué)成分主要是纖維素和果膠；酶具有專一性，纖維素酶和果膠酶能夠催化分解細(xì)胞壁，而對細(xì)胞膜沒有破壞作用。 2.體細(xì)胞融合成功后培養(yǎng)基中共有5種細(xì)胞類型(A、B、 、 、 )，其中融合細(xì)胞類型有 種，而真正符合要求的是 ，因此要對融合細(xì)胞進行篩選。AABBAB3AB3.植物體細(xì)胞雜交技術(shù)屬于無性生殖還是有性生殖？屬于哪種變異類型？為什么說雜種植株具有兩個親本的遺傳性狀？答案植物體細(xì)胞雜交技術(shù)沒有生殖細(xì)胞的形成和結(jié)合，應(yīng)屬于無性生殖；變異類型應(yīng)是染色體數(shù)目的變異；由于含有兩個親本的遺傳物質(zhì)，因此具有兩個親本的遺傳性狀。4.培育新品種的過程中，遺傳物質(zhì)的傳遞是否遵循孟德爾的

12、遺傳定律？為什么？答案不遵循。只有在有性生殖進行減數(shù)分裂過程中才符合遺傳定律，而體細(xì)胞雜交沒有此過程。5.回答下列關(guān)于植物體細(xì)胞雜交產(chǎn)生的“白菜甘藍(lán)”的相關(guān)問題：(1)用傳統(tǒng)的方法可否產(chǎn)生？答案不能，因為不同物種之間存在生殖隔離。(2)“白菜甘藍(lán)”為什么能表現(xiàn)出兩種植物的遺傳性狀？答案 體細(xì)胞雜交培育而成的“白菜甘藍(lán)”具有兩個親本的遺傳物質(zhì)，因此能表現(xiàn)出兩種植物的遺傳性狀。(3)融合成的雜種細(xì)胞內(nèi)染色體組成有何特點？答案 植物體細(xì)胞雜交后，染色體組數(shù)是兩個物種的總和，形成異源多倍體。因為細(xì)胞內(nèi)每條染色體仍然有其同源染色體，因此從理論上講均是可育的，但育性會降低。6.區(qū)分植物組織培養(yǎng)與植物體細(xì)胞

13、雜交的兩種方法(1)看后代植物組織培養(yǎng)是利用單一親本的組織或細(xì)胞，經(jīng)培養(yǎng)使之增殖、分化成為一個完整植株，為生殖過程，因此其后代一般均能保持。植物體細(xì)胞雜交的本質(zhì)是將，在人為條件下進行。由于植物細(xì)胞具有全能性，融合之后的 可以再生出具有雙親性狀的 。無性該親本的遺傳特性兩種不同來源的原生質(zhì)體誘導(dǎo)融合雜種細(xì)胞雜種植株(2)看關(guān)系：雜種細(xì)胞需經(jīng)植物組織培養(yǎng)才能發(fā)育為，否則將無任何意義，因此，植物組織培養(yǎng)是植物體細(xì)胞雜交的。具有雙親遺傳特性的雜種植株基礎(chǔ)應(yīng)用示例2.利用體細(xì)胞雜交技術(shù)獲得了“番茄馬鈴薯”雜種植株，實驗過程如圖所示，遺憾的是該雜種植株并非是想象中的地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯的“超級作物”。

14、(1)材料中所用到的植物體細(xì)胞雜交技術(shù)應(yīng)用到原生質(zhì)體融合和_技術(shù)，該技術(shù)的理論基礎(chǔ)是_。(2)圖中步驟所示植物細(xì)胞用_除去細(xì)胞壁，分離出有活力的原生質(zhì)體。(3)圖中過程細(xì)胞兩兩融合時，可出現(xiàn)_種融合細(xì)胞，要促進雜種細(xì)胞分裂生長，培養(yǎng)基中應(yīng)有_和_兩類激素。(4)由雜種細(xì)胞培育成試管苗，需要經(jīng)過細(xì)胞的_和_過程。其中過程必須給予光照，其原因是_能利用光能制造有機物，供試管苗生長發(fā)育。(5)利用馬鈴薯和番茄的_得到單倍體植株，然后取單倍體植株細(xì)胞進行體細(xì)胞雜交，再用_處理之后也可得到可育的“番茄馬鈴薯”雜種植株。問題導(dǎo)析 (1)植物體細(xì)胞雜交要應(yīng)用技術(shù)才能得到雜種植株，其理論基礎(chǔ)是植物細(xì)胞的。(2

15、)細(xì)胞壁的主要成分是 ，因此用 可以特異性地去除細(xì)胞壁。(3)甲、乙兩種細(xì)胞融合時，可能會出現(xiàn)三種情況：甲、甲融合，乙、乙融合， 融合，其中 融合類型的細(xì)胞才是最終需要的雜種細(xì)胞；植物組織培養(yǎng)過程中需要的激素主要有兩種： 和 。纖維素和果膠全能性植物組織培養(yǎng)纖維素酶和果膠酶甲、乙甲、乙生長素細(xì)胞分裂素(4)雜種細(xì)胞經(jīng)過程形成完整植株，愈傷組織再分化成幼苗時需要光照合成葉綠素以進行光合作用。(5)利用 得到的二倍體的單倍體植株一般不可育，需用處理使染色體加倍才可育。脫分化和再分化花藥離體培養(yǎng)秋水仙素答案(1)植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞的全能性(2)纖維素酶和果膠酶(3)3細(xì)胞分裂素生長素(4)脫分化再

16、分化葉綠體(5)花藥離體培養(yǎng)秋水仙素一題多變 依據(jù)上圖判斷：(1)植物體細(xì)胞雜交的最大優(yōu)點是可以克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。()(2)雜種細(xì)胞經(jīng)過和過程可以培育成雜種植株說明雜種細(xì)胞具有全能性。()(3)盡管愈傷組織可以進行光合作用，但其培養(yǎng)基中仍需要糖類、氨基酸等有機營養(yǎng)。()(4)若A的基因型為Rr，B的基因型為Yy，則最終形成的雜種植株的基因型為RrYy。()(5)雜種細(xì)胞形成的標(biāo)志是雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁，在此過程中活躍的細(xì)胞器是核糖體。()課堂小結(jié)植物細(xì)胞的全能型脫分化、再分化對點練習(xí) 12341.如圖為植物組織培養(yǎng)過程，有關(guān)說法不正確的是()AB試管中細(xì)胞全能性最高BD試管中培育出的個

17、體都是純合子CAB的過程不需要光照DAD的細(xì)胞分裂都是有絲分裂1234解析試管中的試管苗來源相同，都是通過植物組織培養(yǎng)培育而成的，植株的基因型相同，但不一定是純合子。答案B2.下列有關(guān)植物細(xì)胞全能性的敘述，正確的是()A植物體只有高度分化的體細(xì)胞才具有發(fā)育成完整個體的潛能B植物體內(nèi)某些體細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性，其原因是所含基因不同C植物細(xì)胞的全能性是植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的理論基礎(chǔ)D高度分化的植物細(xì)胞隨時可能表現(xiàn)出全能性1234解析植物細(xì)胞的全能性是指高度分化的植物細(xì)胞仍然具有發(fā)育成完整植物體的潛能，實際上只要植物細(xì)胞含有本物種生長發(fā)育的全套基因就應(yīng)具有全能性，如配子；植物體內(nèi)所有體細(xì)胞均來源于同一

18、受精卵的有絲分裂，遺傳物質(zhì)應(yīng)相同。高度分化的植物細(xì)胞只有處于離體狀態(tài)時才有可能表現(xiàn)出全能性。答案C12343.植株甲是二倍體水稻，利用植株甲獲得了植株乙，而后利用植株甲和乙又獲得植株丙和丁。培養(yǎng)過程如圖所示。下列有關(guān)敘述正確的是()1234A用秋水仙素處理植株甲的雌蕊柱頭可獲得植株乙B植株丙與植株丁的體細(xì)胞中染色體組的數(shù)目相同C植株丁的花藥離體培養(yǎng)可得到植株丙D獲得植株丙和植株丁的過程都屬于有性生殖解析用秋水仙素處理植株甲萌發(fā)的種子或幼苗可得到植株乙；圖示丙植株體細(xì)胞中染色體組數(shù)應(yīng)為3，而丁植株體細(xì)胞中染色體組數(shù)應(yīng)為6；獲得植株丙為有性生殖，獲得植株丁的過程為無性生殖。答案C123412344.科學(xué)家利用細(xì)胞工程培育了“白菜甘藍(lán)”雜種植株，如圖所示，請據(jù)圖回答下列問題。(1)由D形成F過程所依據(jù)的原理是_，從本質(zhì)上講，“白菜甘藍(lán)”雜種植株具有的性狀是_的結(jié)果。解析DF的過程說明細(xì)胞具有全能性，雜種植株具有的性狀是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果