第四單元-植物細(xì)胞工程(教師版)高二生物單元復(fù)習(xí)知識(shí)清單

細(xì)胞工程第一節(jié)細(xì)胞工程一、植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)1.細(xì)胞工程概念：細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)等多學(xué)科的原理和方法，通過(guò)細(xì)胞器、細(xì)胞或組織水平上的操作，有目的地獲得特定的細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體或其產(chǎn)品的一門綜合性生物工程。(P31)①原理方法：細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)；②操作水平：細(xì)胞器、細(xì)胞或組織水平；③目的：得特定的細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體或其產(chǎn)品；④分類：植物細(xì)胞工程、動(dòng)物細(xì)胞工程。（一）植物細(xì)胞的全能性1．概念：細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細(xì)胞的潛能。(P34)2.是否表現(xiàn)出全能性的兩種判斷標(biāo)準(zhǔn)：（1）細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后是否產(chǎn)生完整生物體。（2）細(xì)胞是否能分化成其他各種細(xì)胞。3.判斷以下例子是否表現(xiàn)出了細(xì)胞的全能性(1)利用菊花莖段培養(yǎng)獲得試管苗是。(2)芽原基的細(xì)胞發(fā)育為芽，葉原基的細(xì)胞發(fā)育為葉否。(3)受精卵發(fā)育成個(gè)體是。(4)蜜蜂的孤雌生殖中，卵細(xì)胞直接發(fā)育成雄蜂是。(5)造血干細(xì)胞可分化形成多種血細(xì)胞否。(6)通過(guò)花藥離體培養(yǎng)，獲得單倍體幼苗是。(7)胚胎干細(xì)胞可分化發(fā)育成為各種組織器官的細(xì)胞是。(8)種子發(fā)育成完整植株否。4.細(xì)胞具有全能性的原因（物質(zhì)基礎(chǔ)）：一般來(lái)說(shuō)，生物體的細(xì)胞中都含有該物種的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個(gè)體所需的全部遺傳信息。5.生物體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中細(xì)胞不表現(xiàn)全能性的原因（不離體的細(xì)胞無(wú)法表現(xiàn)出全能性的原因）：在特定的時(shí)間和空間條件下，細(xì)胞中的基因會(huì)選擇性地表達(dá)（從而形成生物體的不同組織和器官）。(P34)6.是不是所有的活細(xì)胞都具有全能性？不是，例如哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞、植物成熟的篩管細(xì)胞。7.細(xì)胞具有的全能性一定能表現(xiàn)出來(lái)嗎？不是，例如動(dòng)物的體細(xì)胞。8.比較一般情況下下列細(xì)胞全能性的大小(1)受精卵＞生殖細(xì)胞＞體細(xì)胞(2)分化程度低的細(xì)胞＞分化程度高的細(xì)胞、(3)分裂能力強(qiáng)的細(xì)胞＞分裂能力弱的細(xì)胞(4)植物細(xì)胞＞動(dòng)物細(xì)胞(5)幼嫩的細(xì)胞＞衰老的細(xì)胞（二）植物組織培養(yǎng)技術(shù)1．植物組織培養(yǎng)概念：將離體的植物器官、組織或細(xì)胞等，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其形成完整植株的技術(shù)。(P35)2.離體培養(yǎng)的植物器官、組織或細(xì)胞被稱為外植體。(P35)3.植物組織培養(yǎng)的原理：植物細(xì)胞的全能性。植物組織培養(yǎng)的生殖方式：無(wú)性生殖。植物組織培養(yǎng)的分裂方式：有絲分裂。菊花植物組織培養(yǎng)1.菊花植物組織培養(yǎng)的原理(1)植物細(xì)胞一般具有全能性；(P35)(2)脫分化：在一定的激素和營(yíng)養(yǎng)等條件的誘導(dǎo)下，讓已經(jīng)分化的細(xì)胞經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能，轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過(guò)程。結(jié)果：形成愈傷組織。*愈傷組織的特點(diǎn)：不定形的薄壁組織團(tuán)塊。(P35)一般不需要光照。此過(guò)程中涉及的生命活動(dòng)只有細(xì)胞增殖（有絲分裂），沒(méi)有細(xì)胞分化。(3)再分化：脫分化產(chǎn)生的愈傷組織，在一定的培養(yǎng)條件下，再分化出芽、根等器官，進(jìn)而形成完整的小植株。(P35)需要給予適當(dāng)時(shí)間和強(qiáng)度的光照，誘導(dǎo)葉綠素的合成，使試管苗能夠進(jìn)行光合作用。此過(guò)程中涉及的生命活動(dòng)既有細(xì)胞增殖（有絲分裂），又有細(xì)胞分化。再分化實(shí)質(zhì)：基因的選擇性表達(dá)。(4)激素的作用：植物激素中生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素是啟動(dòng)細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵激素。它們的濃度、比例等都會(huì)影響植物細(xì)胞的發(fā)育方向；生長(zhǎng)素用量與細(xì)胞分裂素用來(lái)的比值結(jié)果比值高有利于根的分化，抑制芽的形成比值低有利于芽的分化，抑制根的形成比值適中促進(jìn)愈傷組織的形成2.選材：經(jīng)常選擇根尖（分生區(qū)）、莖的韌皮部（形成層）等。原因：分裂能力強(qiáng)、分化程度低，容易誘導(dǎo)形成愈傷組織。3.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(huì)含有葉綠體？為什么？愈傷組織中不含有葉綠體；培養(yǎng)物經(jīng)過(guò)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，因此，愈傷組織中不含有葉綠體。4.植物組織培養(yǎng)中細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的條件(1)離體（最關(guān)鍵）。(2)嚴(yán)格的無(wú)菌條件。(3)適宜的培養(yǎng)條件。(4)適宜濃度和比例的激素。(5)一定的營(yíng)養(yǎng)條件。5.為什么一定要離體才能表現(xiàn)出全能性？若細(xì)胞不離體，細(xì)胞中的基因會(huì)選擇性地表達(dá)，從而形成生物體的不同組織和器官，不能表現(xiàn)出全能性。6.如何控制嚴(yán)格的無(wú)菌條件？(1)用體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精對(duì)手、超凈工作臺(tái)、外植體進(jìn)行消毒,對(duì)外植體處理還需要質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%左右的次氯酸鈉溶液,清洗外植體需要使用無(wú)菌水。(2)對(duì)培養(yǎng)基和器械進(jìn)行滅菌；(3)接種操作必須在酒精燈火焰旁進(jìn)行。7.適宜的培養(yǎng)條件包括那些？①溫度（例如菊花植物組織培養(yǎng)應(yīng)為18-22℃）。②光照（例如脫分化需避光，再分化需照光）。8.一定的營(yíng)養(yǎng)條件如何保證？配制合適的培養(yǎng)基，包括有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分、無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分、特定濃度和比例的激素。9.培養(yǎng)基組成(1)無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分（水和無(wú)機(jī)鹽）,(2)有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分（蔗糖、氨基酸、維生素）,(3)特定濃度和比例的激素（主要是生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素）。蔗糖的作用：提供能量，調(diào)節(jié)滲透壓。培養(yǎng)基滅菌方法為：濕熱滅菌法（高壓蒸汽滅菌）。10．操作流程（1）外植體的消毒：將流水沖洗后的外植體用酒精消毒30s，用無(wú)菌水清洗2～3次后，再用次氯酸鈉溶液處理30min，用無(wú)菌水清洗2～3次。(P36)若想縮短次氯酸鈉溶液處理時(shí)間應(yīng)適當(dāng)提高次氯酸鈉溶液的濃度。（2）外植體的分割：用無(wú)菌濾紙吸去表面的水分，用解剖刀將外植體切成0.5～1cm長(zhǎng)的小段。(P36)大小應(yīng)適宜。（3）接種：在酒精燈火焰旁，并且實(shí)驗(yàn)中使用的培養(yǎng)基和所有的器械及每次使用后的器械都要滅菌，將外植體的1/3～1/2插入誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基中。用封口膜或瓶蓋封蓋瓶口，并在培養(yǎng)瓶上做好標(biāo)記。(P36)接種時(shí)注意外植體的方向，不要倒插。（4）培養(yǎng)：將接種了外植體的錐形瓶或植物組織培養(yǎng)瓶置于18～22℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。定期觀察和記錄愈傷組織的生長(zhǎng)情況。(P37)誘導(dǎo)愈傷組織期間一般不需要光照，在后續(xù)的培養(yǎng)過(guò)程中，每日需要給予適當(dāng)時(shí)間和強(qiáng)度的光照。（5）轉(zhuǎn)移培養(yǎng)（再分化過(guò)程）：培養(yǎng)15-20d后，將生長(zhǎng)良好的愈傷組織轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生芽的培養(yǎng)基上。長(zhǎng)出芽后，再將其轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生根的培養(yǎng)基上，進(jìn)一步誘導(dǎo)形成試管苗。(P37)（6）移栽：試管苗不可以直接移栽入土，需先打開(kāi)封口膜或瓶蓋，讓試管苗在培養(yǎng)箱內(nèi)生長(zhǎng)幾日，將試管苗移植到消過(guò)毒的蛭石或珍珠巖上，壯苗后再移栽入土。(P37)11.為什么整個(gè)過(guò)程要保證無(wú)菌操作？避免雜菌在培養(yǎng)基上迅速生長(zhǎng)消耗營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)防止有些雜菌危害培養(yǎng)物的生長(zhǎng)。12.整個(gè)過(guò)程中使用的培養(yǎng)基中是一成不變的嗎？不是。分別為誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基→誘導(dǎo)生芽的培養(yǎng)基→誘導(dǎo)生根的培養(yǎng)基。13.以上培養(yǎng)基中，生長(zhǎng)素/細(xì)胞分裂素的比值大小是如何變化的？比值適中→比值低→比值高。14.接種后，外植體被污染的可能原因：（1）培養(yǎng)基、接種工具滅菌不徹底。（2）外植體消毒不徹底。（3）操作過(guò)程不符合無(wú)菌操作要求等。15.若想探究生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的使用比例對(duì)植物組織培養(yǎng)的影響，則應(yīng)如何設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)？空白對(duì)照：不加任何激素。實(shí)驗(yàn)組1：生長(zhǎng)素用量與細(xì)胞分裂素用量的比值為1；實(shí)驗(yàn)組2：生長(zhǎng)素用量與細(xì)胞分裂素用量的比值大于1；實(shí)驗(yàn)組3：生長(zhǎng)素用量與細(xì)胞分裂素用量的比值小于1。（三）植物體細(xì)胞雜交技術(shù)1.用傳統(tǒng)的有性雜交方法能得到雜種后代嗎？為什么？不能，因?yàn)閮煞N生物之間存在著生殖隔離。2．植物體細(xì)胞雜交的概念：將不同來(lái)源的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新植物體的技術(shù)。(P38)3.植物體細(xì)胞雜交的主要步驟：植物細(xì)胞融合和植物組織培養(yǎng)。(P38)（1）在進(jìn)行體細(xì)胞雜交之前，必須先去除細(xì)胞壁：用纖維素酶和果膠酶去除植物細(xì)胞壁，獲得原生質(zhì)體。(P37)去壁原因：細(xì)胞壁阻礙著細(xì)胞間的雜交（阻礙了原生質(zhì)體間的融合）。(P36)（2）誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法(P37)①物理法：電融合法、離心法等。②化學(xué)法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋－高pH融合法等。（3）細(xì)胞融合完成的標(biāo)志*：再生出新的細(xì)胞壁。植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志：培育出雜種植株。（4）再生出細(xì)胞壁的相關(guān)的細(xì)胞器：高爾基體和線粒體。（5）驗(yàn)證再生出新壁的實(shí)驗(yàn)：質(zhì)壁分離和質(zhì)壁分離復(fù)原實(shí)驗(yàn)。4.纖維素酶和果膠酶的酶溶液中一般加入一定濃度的無(wú)機(jī)鹽離子和甘露醇，試分析原因？使溶液具有一定的滲透壓，防止原生質(zhì)體吸水過(guò)多而漲破，保持原生質(zhì)體正常。5.植物體細(xì)胞雜交的原理：細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性、植物細(xì)胞的全能性。6.植物體細(xì)胞雜交的生殖方式：無(wú)性生殖。7.植物體細(xì)胞雜交的分裂方式：有絲分裂。8.植物體細(xì)胞雜交的涉及的可遺傳變異類型：染色體變異。9.獲得的所有細(xì)胞一定是需要的雜交細(xì)胞嗎？不一定；誘導(dǎo)融合后的產(chǎn)物有三類：未融合的細(xì)胞、兩兩融合的細(xì)胞、多細(xì)胞融合體。10.植物體細(xì)胞雜交的意義：打破生殖隔離，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種，培育植物新品種等方面展示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。(P38)11.雜種植株包含兩個(gè)物種的全部遺傳物質(zhì)，各種基因都包含在內(nèi)，卻未按照人們的要求表現(xiàn)出親本所有的性狀，例如“番茄-馬鈴薯”并沒(méi)有地上結(jié)番茄，地下長(zhǎng)馬鈴薯，這是為什么？(P36)生物體內(nèi)基因的表達(dá)不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，雜種植株的細(xì)胞中雖然具備兩個(gè)物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)相互干擾，它們不能像在原植株細(xì)胞內(nèi)實(shí)現(xiàn)有序表達(dá)，因此不能按照人們的要求表現(xiàn)出親本所有的性狀。植物細(xì)胞工程的應(yīng)用1.植物細(xì)胞工程的應(yīng)用包括植物繁殖的新途徑、作物新品種的培育、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。(P39--P41)（一）植物繁殖的新途徑1.植物繁殖的新途徑包括快速繁殖（也叫微型繁殖）和作物脫毒。(P39)2.快速繁殖(1)快速繁殖概念：用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)。(P39)(2)優(yōu)點(diǎn)：可以高效、快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖；無(wú)性繁殖可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性；可實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)。(P39)注意：扦插、壓條、嫁接等不屬于微型繁殖技術(shù)。2．作物脫毒（1）適用范圍：無(wú)性繁殖的作物(馬鈴薯、草莓、香蕉）。（2）進(jìn)行作物脫毒的原因：用無(wú)性繁殖的方式進(jìn)行繁殖的作物，它們感染的病毒很容易傳給后代，病毒在作物體內(nèi)逐年積累，就會(huì)導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差。(P40)（3）外植體選材部位：植物頂端分生區(qū)附近部位，如莖尖。(P40)（4）選分生區(qū)的原因：植物頂端分生區(qū)附近病毒極少，甚至無(wú)病毒。(P40)（5）優(yōu)點(diǎn)：脫毒作物的產(chǎn)量和品質(zhì)明顯優(yōu)于沒(méi)有脫毒的作物。(P40)（6）作物脫毒具體操作過(guò)程：切取一定大小的莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)，再生的植株就有可能不帶病毒，從而獲得脫毒苗。(P40)（7）脫毒苗是否不會(huì)再感染病毒？不是，脫毒苗≠抗毒苗。(P40)（8）實(shí)例：目前采用莖尖組織培養(yǎng)技術(shù)來(lái)脫去病毒，在馬鈴薯、草莓、甘蔗、菠蘿、香蕉等主要經(jīng)濟(jì)作物上已獲得成功。(P40)（二）作物新品種的培育1.作物新品種的培育包括單倍體育種和突變體的利用。(P40--P41)2.單倍體育種(1)過(guò)程：花藥（或花粉）離體培養(yǎng)（花藥取自二倍體植株）→單倍體植株eq\o(→,\s\up9(染色體加倍))純合子植株。當(dāng)年就能培育出遺傳性狀相對(duì)穩(wěn)定的純合二倍體植株。(P40)(2)優(yōu)點(diǎn)①后代是純合子，能穩(wěn)定遺傳。②極大地縮短了育種的年限，節(jié)約了大量的人力和物力。=3\*GB3③大多數(shù)單倍體植株可作為進(jìn)行體細(xì)胞誘變育種和研究遺傳突變的理想材料。(P40)（3）為什么大多數(shù)單倍體植株可作為進(jìn)行體細(xì)胞誘變育種和研究遺傳突變的理想材料？大多數(shù)單倍體植株的細(xì)胞中只含一套染色體，染色體加倍后得到的植株的隱性性狀容易顯現(xiàn)。(P40)2．突變體的利用（1）過(guò)程：（2）誘變處理對(duì)象：一般為愈傷組織。（3）產(chǎn)生原因：在植物的組織培養(yǎng)過(guò)程中，易受培養(yǎng)條件和誘變因素(如射線、化學(xué)物質(zhì)等)的影響而產(chǎn)生突變。(P41)（4）原理：基因突變和植物細(xì)胞的全能性。（5）誘變育種的缺點(diǎn)：突變具有不定向性和低頻性，因此需大量處理實(shí)驗(yàn)材料。（6）誘變育種的優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)人工誘變提高愈傷組織的突變率，從而篩選獲得抗病、抗鹽、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的新品種，加快育種進(jìn)程。(P41)(7)利用：篩選出對(duì)人們有用的突變體，進(jìn)而培育成新品種。(P41)（三）細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)1.代謝產(chǎn)物的分類a.初生代謝產(chǎn)物：初生代謝是生物生長(zhǎng)和生存所必需的代謝活動(dòng)；產(chǎn)物：糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸等(P41相關(guān)信息)b.次生代謝產(chǎn)物：植物代謝會(huì)產(chǎn)生一些一般認(rèn)為不是生物生長(zhǎng)所必需的，一般在特定組織或器官中，并在一定的環(huán)境和時(shí)間條件下才進(jìn)行。產(chǎn)物：一類小分子有機(jī)化合物（如酚類、萜類、含氮化合物等)(P41相關(guān)信息)2.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)的目標(biāo)產(chǎn)物：次生代謝產(chǎn)物。(P41)