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2.1 植物細胞工程 2.1.1 植物細胞工程的基本技術(shù),目標導(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2－5，描述植物體細胞雜交技術(shù)的原理和過程。,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 挑戰(zhàn)自我，點點落實,一、細胞工程和細胞的全能性(閱讀P32－34),1.細胞工程的含義,細胞,分子,細胞,細胞器,遺傳物質(zhì),細胞產(chǎn)品,動物,植物,2.細胞的全能性 (1)定義：具有某種生物 的任何一個細胞，都具有發(fā)育成 的潛能。 (2)植物細胞全能性實現(xiàn)的條件： 、提供適宜的 條件和 激素。 (3)影響全能性表達的原因：在特定的時間和空間條件下，細胞中的基因會有 地表達出各種蛋白質(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P34－36),1.理論基礎(chǔ)： 。 2.前提： 的植物器官、組織、細胞。 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、植物體細胞雜交技術(shù)(閱讀P36－37),1.概念：將不同種的植物體細胞，在一定條件下融合成 ，并把雜種細胞培育成新的 的技術(shù)。 2.過程,雜種細胞,植物體,原生質(zhì)體,細胞壁,雜種,愈傷,(1)去壁：用 去除植物細胞壁，獲得原生質(zhì)體。 (2)誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法 ①物理法： 等。 ②化學(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),遠緣雜交不親和,預(yù)習(xí)診斷,判斷正誤： (1)細胞工程是通過分子水平上的操作，按照人的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。( ) (2)在理論上，生物的每個細胞都具有發(fā)育成完整植株的潛力。( ) (3)細胞全能性的大小依次是：受精卵生殖細胞體細胞。( ) (4)植物的種子能發(fā)育成完整的植株，體現(xiàn)了細胞的全能性。( ),,√,√,,(5)植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)是基因的選擇性表達。( ) (6)離體的植物組織在一定的培養(yǎng)條件下分化出根和芽的過程屬于脫分化。( ) (7)植物體細胞雜交的理論基礎(chǔ)是細胞膜的流動性和細胞的全能性。( ) (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.植物細胞的全能性 (1)原因：分化的體細胞(或細胞核)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：①受精卵(全能性最高)＞卵細胞(也具有較高的潛在全能性)＞體細胞(全能性較低)。 ②未分化或分化程度低的細胞＞分化程度高的體細胞。 ③植物細胞＞動物細胞；增殖的細胞＞不增殖的細胞。 ④隨著細胞分化程度的不斷提高，細胞的全能性逐漸減小。,2.植物組織培養(yǎng)的過程,3.植物組織培養(yǎng)的影響因素 (1)滅菌：①所有的實驗用具嚴格滅菌。②接種過程嚴格的無菌操作。 (2)嚴格控制光照：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)有利于細胞的脫分化，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,1.請比較基因工程和細胞工程的概念，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，細胞工程是細胞水平或細胞器水平的操作。 (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，細胞工程的目的是按照人的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品。,思維激活,2.理論上每種活細胞都具有全能性，請分析細胞具有全能性的原因。 答案 活細胞都具有發(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，細胞內(nèi)的基因進行選擇性表達。,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胞，誘導(dǎo)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．②和③階段會發(fā)生減數(shù)分裂 B．①階段需生長素而③階段需細胞分裂素 C．①階段有細胞增殖但無細胞分化 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①是 ，②、③是 。②和③階段會發(fā)生有絲分裂。 (2)①階段和③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,生長素和細胞分裂素,單倍體,一題多變 判斷正誤： (1)植物體的細胞發(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、植物體細胞雜交技術(shù),1．植物體細胞雜交有關(guān)知識點,2.植物體細胞雜交過程中的注意事項 (1)原生質(zhì)體融合的原理是細胞膜具有流動性。 (2)植物細胞融合完成的標志是雜種細胞再生出細胞壁。 (3)與傳統(tǒng)有性雜交相比，其優(yōu)越性的表現(xiàn) ①克服植物遠緣雜交不親合的障礙，打破了物種之間的生殖隔離。②擴大遺傳重組的范圍。,(4)體細胞雜交即兩個細胞融合成一個細胞，不管染色體、基因組還是染色體組都采用直接相加的方法。若一植物細胞含有2x條染色體，2個染色體組，基因型為Aabb，另一植物細胞含有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，其體細胞中染色體為(2x＋2y)條，4個染色體組，基因型為AabbccDd。,思維激活,1.去除植物細胞壁為什么要用纖維素酶和果膠酶？ 答案 因為植物細胞壁的化學(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胞壁，而對細胞膜沒有破壞作用。 2.體細胞融合成功后培養(yǎng)基中共有5種細胞類型(A、B、 、 、 )，其中融合細胞類型有 種，而真正符合要求的是 ，因此要對融合細胞進行篩選。,AA,BB,AB,3,AB,3.植物體細胞雜交技術(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 植物體細胞雜交技術(shù)沒有生殖細胞的形成和結(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，而體細胞雜交沒有此過程。,5.回答下列關(guān)于植物體細胞雜交產(chǎn)生的“白菜—甘藍”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”為什么能表現(xiàn)出兩種植物的遺傳性狀？ 答案 體細胞雜交培育而成的“白菜—甘藍”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)融合成的雜種細胞內(nèi)染色體組成有何特點？ 答案 植物體細胞雜交后，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)與植物體細胞雜交的兩種方法 (1)看后代 ①植物組織培養(yǎng)是利用單一親本的組織或細胞，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 。 ②植物體細胞雜交的本質(zhì)是將 ，在人為條件下進行 。由于植物細胞具有全能性，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,雜種細胞,雜種植株,(2)看關(guān)系：雜種細胞需經(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”。,(1)材料中所用到的植物體細胞雜交技術(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①步驟所示植物細胞用__________________除去細胞壁，分離出有活力的原生質(zhì)體。 (3)圖中②過程細胞兩兩融合時，可出現(xiàn)___種融合細胞，要促進雜種細胞分裂生長，培養(yǎng)基中應(yīng)有__________和________兩類激素。,(4)由雜種細胞培育成試管苗，需要經(jīng)過細胞的④________和⑤________過程。其中⑤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胞進行體細胞雜交，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)是植物細胞的 。 (2)細胞壁的主要成分是 ，因此用 可以特異性地去除細胞壁。 (3)甲、乙兩種細胞融合時，可能會出現(xiàn)三種情況：甲、甲融合，乙、乙融合， 融合，其中 融合類型的細胞才是最終需要的雜種細胞；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,細胞分裂素,(4)雜種細胞經(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) 植物細胞的全能性 (2)纖維素酶和果膠酶 (3)3 細胞分裂素 生長素 (4)脫分化 再分化 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)植物體細胞雜交的最大優(yōu)點是可以克服遠緣雜交不親和的障礙。( ) (2)雜種細胞經(jīng)過④和⑤過程可以培育成雜種植株說明雜種細胞具有全能性。( ) (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)雜種細胞形成的標志是雜種細胞再生出細胞壁，在此過程中活躍的細胞器是核糖體。( ),,√,,課堂 小結(jié),植物細胞的全能型,脫分化、再分化,,對點練習(xí),1,2,3,4,1.如圖為植物組織培養(yǎng)過程，有關(guān)說法不正確的是( ),A．B試管中細胞全能性最高 B．D試管中培育出的個體都是純合子 C．A→B的過程不需要光照 D．A→D的細胞分裂都是有絲分裂,1,2,3,4,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 B,2.下列有關(guān)植物細胞全能性的敘述，正確的是( ) A．植物體只有高度分化的體細胞才具有發(fā)育成完整個體的潛能 B．植物體內(nèi)某些體細胞沒有表現(xiàn)出全能性，其原因是所含基因不同 C．植物細胞的全能性是植物體細胞雜交技術(shù)的理論基礎(chǔ) D．高度分化的植物細胞隨時可能表現(xiàn)出全能性,1,2,3,4,解析 植物細胞的全能性是指高度分化的植物細胞仍然具有發(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)所有體細胞均來源于同一受精卵的有絲分裂，遺傳物質(zhì)應(yīng)相同。高度分化的植物細胞只有處于離體狀態(tài)時才有可能表現(xiàn)出全能性。 答案 C,1,2,3,4,3.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( ),1,2,3,4,A．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；圖示丙植株體細胞中染色體組數(shù)應(yīng)為3，而丁植株體細胞中染色體組數(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 C,1,2,3,4,1,2,3,4,4.科學(xué)家利用細胞工程培育了“白菜—甘藍”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”雜種植株具有的性狀是________________的結(jié)果。 解析 D→F的過程說明細胞具有全能性，雜種植株具有的性狀是基因選擇性表達的結(jié)果。,細胞的全能性,基因選擇性表達,1,2,3,4,(2)若“白菜—甘藍”雜種植株為四倍體，則該植株的花粉經(jīng)離體培養(yǎng)得到的植株是___倍體。,解析 凡是由未受精的配子發(fā)育而成的個體都是單倍體。,單,1,2,3,4,(3)“白菜—甘藍”雜種植株的食用部分是葉，但葉又易受昆蟲危害而影響產(chǎn)量，科學(xué)家又利用基因工程培育出帶有抗蟲基因的“白菜—甘藍”植株，請你設(shè)計實驗，檢測此植株的抗蟲基因是否表達。 ①取昆蟲幼蟲放到帶有抗蟲基因的“白菜—甘藍”植株甲上，再取等量生活狀態(tài)基本一致的昆蟲幼蟲放在_______________植株乙上。,1,2,3,4,②適宜條件下培養(yǎng)一段時間后，分別觀察____________________的生活情況。 ③_______________________________________，說明甲植株的抗蟲基因未得到表達；若_____________________________，說明甲植株的抗蟲基因得到表達。,1,2,3,4,解析 應(yīng)注意實驗設(shè)計的對照原則、等量原則及單一變量原則。 答案 ①長勢相似的普通“白菜—甘藍” ②昆蟲幼蟲 ③甲、乙植株上昆蟲幼蟲均正常生活 甲植株上昆蟲幼蟲死亡，乙植株上昆蟲幼蟲正常生活(②、③其他答案合理即可),