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第二節(jié) 植物的克隆,,,,,,,,核心要點(diǎn)突破,,情景導(dǎo)引,,,基礎(chǔ)自主梳理,,,知能過關(guān)演練,第二節(jié),傳統(tǒng)的黃瓜育種方法主要是通過雜交、自交和回交等手段，培育出一個(gè)新品種大約需要5至8年時(shí)間，耗時(shí)、耗力，效率低、周期長。育種專家們采用現(xiàn)代生物技術(shù)，通過黃瓜的未受精子房培養(yǎng)，可獲得遺傳性狀完全純合的黃瓜株系。不僅大大提高了種質(zhì)材料創(chuàng)新的效率，而且使黃瓜新品種選育時(shí)間縮短了3至4年。,情景導(dǎo)引,思考：(1)采用什么方法或技術(shù)可以短時(shí)間獲得大量的黃瓜？ (2)此種技術(shù)利用的原理是什么？ 【提示】 (1)植物組織的培養(yǎng)。 (2)細(xì)胞的全能性。,基礎(chǔ)自主梳理,一、植物組織培養(yǎng) 1．理論基礎(chǔ)——植物細(xì)胞的全能性 (1)含義：植物體的每個(gè)生活細(xì)胞都具有________的全能性，因而都具有_________________的潛能。 (2)特點(diǎn) ①不同種類植物或同種植物的不同基因型個(gè)體的細(xì)胞全能性的表達(dá)程度大不相同。 ②長期培養(yǎng)中培養(yǎng)物胚胎發(fā)生和器官形成能力下降。,遺傳上,發(fā)育為完整植株,2．程序 (1)半固體培養(yǎng)基的配制：培養(yǎng)基中含有適當(dāng)__________、___________________及0.7%～1%的瓊脂；把營養(yǎng)物質(zhì)倒入滅菌試管中凝固成半固體。 (2)小組織塊的切取：從_______的根、莖、葉上切取。 (3)愈傷組織的獲得：植物組織塊切口處的細(xì)胞在創(chuàng)傷的刺激下發(fā)生脫分化，成為分裂的細(xì)胞。在創(chuàng)傷表面形成一種由相對(duì)沒有分化的活的___________組成的新生組織，即為愈傷組織。 (4)新植株的再生,營養(yǎng)物質(zhì),植物生長調(diào)節(jié)劑,消毒,薄壁細(xì)胞團(tuán),①誘導(dǎo)愈傷組織，使其產(chǎn)生出芽和根的______________，并由此再生出新的植株。 ②將愈傷組織分散成單個(gè)細(xì)胞，再在適宜培養(yǎng)基上培養(yǎng)發(fā)育成_________，進(jìn)而發(fā)育成新的植株。 3．成功的條件 (1)深入探討特定植物______________的表達(dá)條件。 (2)在植物克隆試驗(yàn)研究中，盡量選擇性狀優(yōu)良、細(xì)胞全能性表達(dá)充分的_________。,頂端分生組織,胚狀體,細(xì)胞全能性,基因型,思考感悟 1．植物組織培養(yǎng)過程中，應(yīng)如何操作才能成功？ 【提示】 離體條件；無菌操作。,二、細(xì)胞培養(yǎng)和器官培養(yǎng) 1．措施：通過平衡的植物激素配比進(jìn)行調(diào)控。 (1)適量的激動(dòng)素和細(xì)胞分裂素配比可誘導(dǎo)芽的分化。 (2)適量的__________及適當(dāng)減除其他某些激素，可誘導(dǎo)生根。 2．意義 (1)利于植物的____________、胚胎發(fā)育過程及調(diào)節(jié)控制這些過程的環(huán)境因素、遺傳基礎(chǔ)和分子及生理生化機(jī)理的研究。,吲哚乙酸,受精過程,(2)通過遺傳工程的操作，研究與植物生長發(fā)育有關(guān)的重要基因或影響因素。 (3)培育植物新品種。 三、原生質(zhì)體培養(yǎng)與植物細(xì)胞工程 1．原生質(zhì)體的獲得方法 在0.5～0.6 mol/L的甘露醇溶液環(huán)境(較高滲透壓)下用__________和_________混合液處理根尖、葉片、愈傷組織或懸浮培養(yǎng)細(xì)胞，除去細(xì)胞壁。,纖維素酶,果膠酶,①培育作物新品種。 ②為________、____________和_______________問題提供了良好的研究系統(tǒng)。 ③細(xì)胞產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)：生產(chǎn)一些重要的細(xì)胞次生代謝產(chǎn)物(如某些中藥)。,遺傳學(xué),植物生理學(xué),細(xì)胞生物學(xué),思考感悟 2．利用紫草細(xì)胞經(jīng)植物組織培養(yǎng)，一般到哪一階段，便可大量生產(chǎn)提取中藥紫草素？ 【提示】 愈傷組織階級(jí)。,核心要點(diǎn)突破,1．生物細(xì)胞的全能性 生物體細(xì)胞一般都是由受精卵經(jīng)有絲分裂形成，因而都含有生物一整套遺傳物質(zhì)，都具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能。但在生物體上時(shí)不能表現(xiàn)出全能性，只能通過細(xì)胞分化形成不同的組織、器官，這是在特定的環(huán)境、激素等的影響下基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。,2．細(xì)胞表現(xiàn)全能性的條件 (1)首要條件是脫離母體。 (2)植物組織培養(yǎng)時(shí)，培養(yǎng)基中除含有一定的水分、無機(jī)鹽外，還要添加一定的植物激素(如生長素、細(xì)胞分裂素)，這有助于愈傷組織分化為不同組織、器官。 (3)在植物組織培養(yǎng)的前期對(duì)光照無需求，在后期需要光照條件，這有利于細(xì)胞生長、分化。 (4)動(dòng)物細(xì)胞由于受到某些因素的制約，其全能性不易表達(dá)，但其核仍具有全能性。,3．細(xì)胞全能性高低的比較 (1)植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞。 (2)受精卵生殖細(xì)胞(精子、卵子)體細(xì)胞。 (3)幼嫩細(xì)胞衰老的細(xì)胞。 (4)分化程度低分化程度高(體細(xì)胞)。,以下不能說明細(xì)胞全能性的實(shí)驗(yàn)是( ) A．胡蘿卜韌皮部細(xì)胞培育出植株 B．紫色糯性玉米種子培育出植株 C．轉(zhuǎn)入抗蟲基因的棉花細(xì)胞培育出植株 D．番茄與馬鈴薯體細(xì)胞雜交后培育出植株 【嘗試解答】 __B__,【解析】 細(xì)胞的全能性應(yīng)是離體的已分化的細(xì)胞在一定條件下培養(yǎng)，具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能。玉米種子已經(jīng)含有完整的幼體，自然條件下種植即可發(fā)育成新個(gè)體，不能說明細(xì)胞具有全能性。,【探規(guī)尋律】 (1)只有由單個(gè)細(xì)胞發(fā)育成完整個(gè)體，才算是體現(xiàn)出了細(xì)胞的全能性，僅發(fā)育成一部分，不能體現(xiàn)出全能性。例如，壁虎斷尾之后，仍可長出，就不是全能性的體現(xiàn)。 (2)全能性降低的因素 ①由于染色體畸變、細(xì)胞核變異或非整倍體產(chǎn)生； ②激素平衡被打破或細(xì)胞對(duì)外源生長物質(zhì)的敏感性發(fā)生改變； ③缺乏成胚性的細(xì)胞系。,跟蹤訓(xùn)練 下列關(guān)于植物細(xì)胞全能性的敘述錯(cuò)誤的是 ( ) A．植物細(xì)胞表達(dá)全能性的根本原因是細(xì)胞核內(nèi)含有本物種的全部基因 B．植物細(xì)胞的全能性比動(dòng)物細(xì)胞更容易體現(xiàn) C．不同個(gè)體之間細(xì)胞全能性的表達(dá)程度不同 D．培養(yǎng)物可無限制地長期克隆,解析：選D。在長期培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)物由于染色體畸變、細(xì)胞核變異或非整倍體產(chǎn)生等，而且這些變異皆不可逆，從而導(dǎo)致培養(yǎng)物的胚胎發(fā)生和器官形成受阻，因此，培養(yǎng)物不可能無限制地克隆下去。,1．培養(yǎng)過程中應(yīng)注意的問題 (1)所有實(shí)驗(yàn)用具要嚴(yán)格滅菌。 (2)接種過程要求無菌操作。 (3)適宜的溫度和光照。愈傷組織培養(yǎng)最初避光培養(yǎng)，后期見光培養(yǎng)。 (4)激素：主要是細(xì)胞分裂素和生長素。 (5)試管苗培養(yǎng)：要先進(jìn)行生芽培養(yǎng)，再進(jìn)行生根培養(yǎng)；試管苗的培養(yǎng)需要在光照條件下進(jìn)行。,2．與植物細(xì)胞培養(yǎng)的區(qū)別 (1)含義不同 ①植物組織培養(yǎng)：指在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件的作用下，把植物離體的器官、組織或細(xì)胞培養(yǎng)成完整的植物體。 ②植物細(xì)胞培養(yǎng)：是將組織培養(yǎng)過程中形成的愈傷組織或其他易分散的組織置于液體培養(yǎng)基中，進(jìn)行懸浮培養(yǎng)，得到分散游離的懸浮細(xì)胞，通過繼代培養(yǎng)使細(xì)胞增殖，從而獲得大量的細(xì)胞群體的一種技術(shù)。,(2)目的不同 ①植物組織培養(yǎng)：得到更多的植物體。 ②植物細(xì)胞培養(yǎng)：獲得人類所需要的細(xì)胞代謝產(chǎn)物。 3．植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用 (1)植物繁殖的新途徑 ①微型繁殖： ②作物脫毒：選取作物無毒組織(如莖尖)進(jìn)行組織培養(yǎng)，獲得脫毒苗的技術(shù)。 ③人工種子：植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體等用人工薄膜包裝得到的種子。,(2)作物新品種的培育：單倍體育種和突變體的利用。 (3)細(xì)胞產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)：細(xì)胞產(chǎn)物有蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。,(2011年北京西城區(qū)高二檢測)如圖表示植物組織培養(yǎng)過程：,(1)圖中①過程獲得的細(xì)胞是正常植物體經(jīng)________形成的，在這一過程中的染色體的變化是________________________________。 (2)要順利完成③過程，除了需要各種無機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)外，還需要在培養(yǎng)基中加入________、________(兩類不同功能的物質(zhì))。該過程形成的細(xì)胞與正常體細(xì)胞相比，具有________的特點(diǎn)。 (3)從過程④的結(jié)果看，它的實(shí)質(zhì)是____________________________________。,(4)某人在探究細(xì)胞脫分化和再分化的實(shí)驗(yàn)中，得到了如下結(jié)果： ①只有細(xì)胞分裂素時(shí)，組織塊產(chǎn)生愈傷組織； ②細(xì)胞分裂素＝生長素時(shí)，愈傷組織不分化； ③細(xì)胞分裂素生長素時(shí)，愈傷組織分化出芽； ④細(xì)胞分裂素生長素時(shí)，愈傷組織分化出根。 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果，你能得出什么結(jié)論？,【嘗試解答】 (1)減數(shù)分裂 染色體復(fù)制一次，細(xì)胞分裂兩次，子細(xì)胞中染色體數(shù)目是親代細(xì)胞的一半 (2)有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì) 植物激素 排列疏松、高度液泡化、細(xì)胞壁薄 (3)基因在特定的時(shí)間和空間條件下選擇性表達(dá)的結(jié)果 (4)植物激素的種類和含量不同，對(duì)愈傷組織的形成和分化的影響不同。,【解析】 (1)單倍體性細(xì)胞是經(jīng)減數(shù)分裂形成的，其特點(diǎn)是染色體復(fù)制一次，細(xì)胞分裂兩次，子細(xì)胞中染色體數(shù)目減半。 (2)圖中③是脫分化，在培養(yǎng)基中除需加入無機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)外，還需加入有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)和植物激素，形成的愈傷組織是高度液泡化、無定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞。 (3)圖中④是再分化，從結(jié)果上看是基因的選擇性表達(dá)。 (4)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果：細(xì)胞分裂素與生長素含量不同，對(duì)愈傷組織的形成和分化的影響不同。,【互動(dòng)探究】 (1)若題干④過程只分裂，但沒有根和莖的分化，可能的原因是什么？ (2)由該胚狀體，產(chǎn)生的個(gè)體都是純合子嗎？ 【提示】 (1)植物激素的配比不對(duì)。 (2)是否是純合子，取決于親本。,【探規(guī)尋律】 (1)植物組織培養(yǎng)就是在無菌和人工控制條件下，將離體的植物組織細(xì)胞，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)其產(chǎn)生愈傷組織、根、芽，最終形成完整的植株。 (2)愈傷組織再分化產(chǎn)生新植株的途徑中其中的兩條是：可以直接誘導(dǎo)出芽和根，也可以誘導(dǎo)出胚狀體，再發(fā)育成植株，取決于培養(yǎng)基中激素的配比。,