1、专题2细胞工程第6课时植物细胞工程的基本技术目标导航1.描述植物组织培养的原理和过程。2.简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术。3.尝试进行植物组织培养。一、细胞工程的概念和分类1概念(1)应用原理：细胞生物学和_学。(2)操作水平：细胞水平或_水平。(3)操作目的：按照人的意愿改变细胞内的_或获得细胞产品。2分类根据操作对象的不同分为_工程和_工程。二、植物细胞的全能性1概念：具有某种生物_的任何一个细胞，都具有发育成_，也就是说，每个生物细胞都具有_的特点。2现实表现：在生物的生长发育过程中，细胞并不表现_，而是分化成各种_。3原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有_地表达出各种
2、_，分化形成不同的细胞，从而构成生物体的不同_。三、植物组织培养技术1原理：植物细胞具有_。2过程：高度_的组织_组织幼根和芽完整植株。3概念：在_和人工控制的条件下，将_的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生_组织、丛芽，最终形成完整的植株。四、植物体细胞杂交技术1概念：将不同种的植物_，在一定条件下融合成_，并把杂种细胞培育成_的技术。2过程：_不同种细胞原生质体原生质体_杂种植株。3意义：因为不同种生物之间存在_隔离，此项技术在克服不同生物_的障碍上，取得了巨大的突破。知识点一细胞的全能性和分化1下列关于细胞全能性的理解不正确的是()A高度分化的
3、植物体细胞仍具有全能性B细胞内含有个体发育所需的全部基因是细胞具有全能性的内在条件C通过植物组织培养得到试管苗，是植物细胞具有全能性的有力证据D玉米种子发育成玉米植株是细胞全能性的表现2有关全能性的叙述，不正确的是()A受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高B生物体内细胞由于分化，全能性不能表达C卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高D植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性知识点二胡萝卜的组织培养3下图表示胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作接入试管后，在一定的条件下，形成试管苗的培育过程。请据图回答下列问题。(1)要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。营养物质
4、包括_和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和_两类植物激素。(2)此过程依据的原理是_。A和B阶段主要进行的分裂方式是_，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞_等。(3)此过程要无菌操作，主要是指对_进行灭菌消毒。B阶段需要光照，原因是_。(4)试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因_的结果。4下图表示基因型为AaBb的水稻的花药通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下形成试管苗的培育过程。下列相关叙述错误的是()A愈伤组织是花粉细胞通过有丝分裂后形成的不规则的细胞团B在愈伤组织的形成过程中，必须从培养基中获得水、无机盐和小分子的有机物等营养物质C为促进花粉细胞分裂生长，在培养基
5、中应加入适宜浓度的生长素等激素D试管苗可能出现的基因型有AABB或AAbb或aaBB或aabb知识点三植物体细胞杂交5通过细胞杂交获得一个杂种植株需要的步骤是()A分离原生质体诱导原生质体融合组织培养得到杂种植株B分离原生质体原生质体融合组织培养得到杂种植株C获取细胞原生质体融合组织培养得到杂种植株D获取细胞原生质体直接融合组织培养得到杂种植株6白菜、甘蓝均为二倍体，体细胞染色体数目分别为20、18。以白菜和甘蓝进行体细胞杂交可得到“白菜甘蓝”杂种幼苗。请回答问题：(1)白菜和甘蓝是两个不同的物种，存在_隔离。自然条件下，这两个物种间不能通过_的方式产生后代。从杂交细胞到获得“白菜甘蓝”杂种幼
6、苗，所依据的理论基础是植物细胞具有_。(2)白菜和甘蓝的体细胞在融合前应先用_处理两种细胞的细胞壁获得原生质体，再用_作为促融剂诱导原生质体融合进而获得杂种细胞，杂种细胞继续培养，_(是，否)进行脱分化。(3)经筛选获得的“白菜甘蓝”杂种幼苗体细胞中的染色体是_条。基础落实1下列关于运用植物组织培养技术产生新个体的叙述，错误的是()A属于无性生殖B主要理论依据是植物细胞具有全能性C培养过程中由于人工培养基含大量营养，不需光照就能发育成完整植株D人工培养基中含植物生长发育所需的全部营养物质，包括矿质元素、糖、维生素等2将花药离体培养，形成完整的植株，通常需要经过的两个阶段是()A脱分化形成愈伤组
7、织，再分化形成根、芽B分化形成愈伤组织，进一步分化形成根、芽C通过减数分裂形成配子，配子再发育形成根、芽D先用秋水仙素处理花粉，再进行花药离体培养3植物组织培养中，接种前，将胡萝卜用无菌解剖刀在无菌培养皿中切成薄片后，选取部位是()A具有木质部的部分，大小约1 cm3B具有韧皮部的部分，大小约1 cm3C具有形成层的部分，大小约1 cm3D具有髓的部分，大小约1 cm34在植物细胞工程中，当原生质体融合成一个细胞后，需要诱导产生出细胞壁，参与这一过程的细胞器是()A叶绿体、高尔基体B线粒体、高尔基体C叶绿体、线粒体D线粒体、内质网5将无根的非洲菊幼苗转入无植物激素的培养基中，在适宜的温度和光照
8、等条件下培养一段时间后，应出现的现象是()6在植物细胞工程的技术中，无需激素调节的是()A植物组织培养中促使细胞脱分化B制备植物原生质体C植物组织培养中促使细胞再分化D促使融合的植物细胞形成愈伤组织能力提升7用植物细胞工程技术将天竺葵与香茅草进行杂交可产生驱蚊香草，使有驱蚊作用的香茅醛随着天竺葵的蒸腾作用散发到空气中，达到驱蚊的效果。下面有关培育过程的叙述，不正确的是()A原生质体的融合常用PEG作为诱导剂B形成的愈伤组织其代谢类型是自养需氧型C由杂种细胞杂种植株，要通过有丝分裂和细胞的分化D该项生物工程技术可克服远缘杂交不亲和的障碍8在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下
9、列哪一项条件是不需要的()A消毒灭菌B适宜的温度C充足的光照D适宜的养料和激素题号12345678答案9.细胞工程是按照人们的意愿通过某种工程手段改变细胞内遗传物质或获得细胞产品的综合科学技术。科学家从红豆杉的体细胞中分离出具有独特抗肿瘤的物质紫杉醇。由于全世界每年紫杉醇的需求量是4 000 kg，但全世界紫杉醇的产量是250 kg，供求严重失衡，导致一些地区红豆杉资源遭到严重破坏。现在可以采用植物组织培养技术解决这一问题。(1)植物组织培养依据的原理是_。(2)在得到红豆杉的_后，经过消毒就可以在培养基上进行培养。人工合成的培养基中除水、蔗糖、维生素、有机添加物外，_是其生长必需的，_是植物
10、细胞脱分化及再分化不能缺少的调节物质。从该生产的目的看，得到_就可以提取紫杉醇。10如图为A、B不同物种间体细胞杂交示意图，请回答下列问题：(1)去除细胞壁而不损伤细胞可用_、_处理。在用促融剂处理时，使用的促融剂主要有_。(2)融合细胞中可能包括_种类型，其中杂种细胞的遗传物质组成是_。(3)由杂种细胞经人工诱导培养，经_分裂增加细胞数目并不断分化，逐渐发育成C植株。该植株的性状与D亲本植物的性状区别是_。(4)整个培养过程应用了细胞工程的_和_两大技术，这种培育杂种植株的意义是_。综合拓展11转基因抗病香蕉的培育过程如图所示。质粒上有Pst、Sma、EcoR、Apa等四种限制酶切割位点。请
11、回答：(1)构建含抗病基因的表达载体A时，应选用限制酶_，对_进行切割。(2)培养基中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长，欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞，应使基因表达载体A中含有_，作为标记基因。(3)香蕉组织细胞具有_，因此，可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株。图中、依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的_。答案 知识清单一、1.(1)分子生物(2)细胞器(3)遗传物质2植物细胞动物细胞二、1.全部遗传信息完整生物体的潜能全能性2全能性组织和器官3选择性蛋白质组织和器官三、1.全能性2分化脱分化愈伤再分化3无菌离体愈伤四、1.体细胞杂种细胞新的植物体2不
12、同种体细胞纤维素果胶融合杂种细胞3生殖远缘杂交对点训练1D细胞的全能性指已经分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能，其内在的遗传基础是细胞内仍然具有个体发育所需要的全部基因，植物组织培养形成试管苗是细胞全能性的表现，A、B、C项均正确。玉米种子发育成正常植株，是正常的生命现象，不能体现细胞的全能性。知识链接(1)细胞表现全能性的条件离体状态。一定的营养物质和植物激素(营养物质如水、矿质元素等，植物激素主要是生长素和细胞分裂素)。适宜的外界条件(如温度、pH、光照等)。(2)植物细胞的分化、脱分化、再分化分化：在特定时间和空间下基因选择性表达的过程，细胞分化后在形态和功能上出现稳定性的差异。脱分化
13、：细胞失去特有的细胞结构和功能，形成未分化细胞的过程。再分化：由愈伤组织分化形成芽和根的过程。再分化的关键是调整生长素和细胞分裂素的比例。激素与分化：适当提高生长素/细胞分裂素的比例容易生根，适当提高细胞分裂素/生长素的比例容易生芽，比例适中诱导产生愈伤组织。2C在离体和适当的条件下，分化的体细胞才能表达其全能性。全能性表达的容易程度为：受精卵生殖细胞体细胞；植物细胞动物细胞，即在生物体的所有细胞中，受精卵的全能性最高；生殖细胞其次，尤其是卵细胞，虽然分化程度较高，但是仍然具有较高的潜在全能性；体细胞再次，植物细胞的全能性要高于动物细胞，高度分化的动物体细胞的全能性受限制，严格来说只有高度分化
14、的动物细胞核才具有全能性。归纳提升全能性和分化程度关系(1)在体细胞中全能性：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；(2)不同细胞全能性：受精卵生殖细胞干细胞体细胞；(3)不同生物全能性：植物细胞动物细胞。3(1)无机物生长素(2)细胞的全能性有丝分裂分化(3)培养基芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件(4)选择性表达解析植物组织培养是用离体的植物组织、器官或细胞接种到经消毒灭菌的培养基中，培养基含有供组织细胞生长发育所需要的无机物和小分子有机物，还有调节细胞脱分化和再分化的细胞分裂素和生长素。由外植体发育成试管苗。脱分化阶段细胞进行有丝分裂，再分化阶段愈伤组织
15、经细胞有丝分裂和分化形成试管苗，此阶段需要光照，原因是叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件。知识链接(1)实验原理离体的植物组织、器官或细胞愈伤组织胚状体或丛芽试管苗 (3)实验关键取材：应选择含形成层的部分，易于诱导形成愈伤组织。全程无菌操作(包括接种用具、接种环境和接种材料、接种过程、培养过程)。植物激素的比例适当。条件：植物组织培养过程中光照条件非常重要，包括光照强度、时间和波长。但在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，而在分化再生的过程中一定要有光照。愈伤组织诱导阶段的暗培养有利于细胞的脱分化，产生愈伤组织，因为在光照条件下容易分化产生维管组织，不利于产生大量的愈伤组织。4D花粉是通过减数分
16、裂形成的，其基因型为AB或Ab或aB或ab，由花粉发育而来的个体未经秋水仙素处理，是单倍体。思路导引解题关键是看清组织培养的材料花药，即进行花药离体培养，然后结合组织培养的条件依次判断。归纳提升(1)植物组织培养中的脱分化、再分化过程的比较过程名称过程形成体特点条件脱分化由离体细胞成为愈伤组织排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团离体；提供营养物质(有机物、无机物)；提供激素(生长素、细胞分裂素等)；提供其他适宜条件(温度、无菌)再分化由愈伤组织成为丛芽或胚状体有根、芽或有生根发芽的能力(2)植物激素是启动细胞分裂、细胞分化的关键因素。5A植物体细胞杂交过程中首先获得原生质体；其次是原生质体的融合，
17、需要在人为诱导下完成。知识链接植物体细胞杂交(1)图示过程(2)该技术的目的植物体细胞杂交的终点是培育成杂种植株，而不是形成杂种细胞就结束。杂种植株特征：具备两种植物的遗传特性，原因是杂种植株中含有两种植物的遗传物质。(3)该技术在育种上应用时最大的优点克服远缘杂交不亲和的障碍。(4)未解决的问题目前还不能让杂种植物完全按人们的需要去表达亲代的优良性状，如番茄马铃薯。6(1)生殖杂交(有性生殖)全能性(2)纤维素酶、果胶酶聚乙二醇(PEG)是(3)38解析(1)不同物种间存在生殖隔离，自然条件下无法进行有性生殖。从杂交细胞到杂种幼苗，进行的过程为植物组织培养，其理论基础是植物细胞的全能性。(2
18、)若要获得原生质体，应用酶解法去除细胞壁，如纤维素酶、果胶酶。然后可用PEG作为促融剂诱导原生质体融合，形成杂种细胞后，经脱分化、再分化形成杂种植株。(3)杂种植株体细胞的染色体数为白菜、甘蓝染色体数之和，即38。思路导引本题主要考查植物体细胞杂交的相关知识，解题关键是画出体细胞杂交过程流程图(如下)，然后逐项分析作答。归纳提升(1)植物体细胞杂交知识归纳：植物体细胞杂交的障碍a植物细胞都有细胞壁。根据酶的专一性原理，用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。b原生质体融合。人工诱导方法包括物理法，如离心、振动、电激；化学法，如聚乙二醇(PEG)等。杂种细胞的类型有三种：AA、BB、AB，符合要求的只有A
19、B，需要进行筛选。杂种细胞AB形成的标志：新的细胞壁的生成。杂种植株遗传物质的变化：细胞融合属于染色体变异，杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，形成异源多倍体。植物体细胞杂交的原理：原生质体融合的过程利用了细胞膜的流动性，杂种细胞发育成杂种植株利用了细胞的全能性。(2)植物体细胞杂交与植物有性杂交的不同植物体细胞杂交若两个不同品种的植物细胞A、B进行融合，A含有2X条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，B含有2Y条染色体，2个染色体组，其基因型为ccDd，则新植株应为四倍体，其体细胞中染色体数为2X2Y，基因型为AabbccDd，从中不难看出，体细胞杂交即两个细胞融合成一个细
20、胞，不管染色体数、基因组数还是染色体组数都采用直接相加的方法。植物有性杂交有性杂交的结果：子代细胞中染色体数，基因型分别为“XY”、“AbcD”或“abcD”或“Abcd”或“abcd”，即先减半再相加。有性生殖过程符合孟德尔遗传定律，而植物体细胞杂交则不符合孟德尔遗传定律。课后作业1C植物组织培养是根据植物细胞具有全能性的理论，利用植物离体的器官、组织或细胞，在无菌和适宜的人工培养条件下，能诱导出愈伤组织、不定芽、不定根，最后形成完整的植株，属于无性生殖。人工培养基中虽含有植物生长发育所需的全部营养物质，但仍需光照、温度等条件。2A花药离体培养应用了植物的组织培养技术，植物的组织培养包括脱分
21、化和再分化两个过程。3C植物组织培养中，外植体经脱分化形成愈伤组织，但外植体脱分化的难易因植物种类、器官来源及生理状况的不同而差异很大。形成层细胞主要由分裂能力强的细胞组成，容易脱分化形成愈伤组织。4B细胞壁的形成过程与高尔基体密切相关，因为高尔基体产生的许多小囊泡聚集形成了细胞壁的前体，线粒体在此过程中提供能量。5B细胞分裂素促进细胞分裂，诱导芽的分化；生长素可以促进不定根、侧根的形成；此题中虽然培养基中没有植物激素，但是植物幼苗叶片本身可以产生生长素，而细胞分裂素的产生部位是根尖，细胞分裂素不能产生，所以植物能够在一段时间后长出少量的根而没有出芽。6B植物体细胞杂交技术中，制备原生质体用酶
22、解法，不需激素调节，而植物组织培养技术需要激素调节。7B天竺葵与香茅草经植物体细胞杂交，产生驱蚊香草，培育过程中先用酶解法去掉细胞壁，然后诱导原生质体融合，常用的诱导剂为PEG，融合后的原生质体再生细胞壁，形成杂种细胞，杂种细胞经过组织培养，形成杂种植株。组织培养形成的愈伤组织不能进行光合作用，其代谢类型为异养需氧型。8C形成愈伤组织，需要在消毒灭菌条件下进行。由于此阶段形成的是愈伤组织，并没有形成具有根、茎、叶的植物体，因此不需要光照。9(1)植物细胞的全能性(2)离体组织、细胞或外植体矿质元素或无机盐植物激素愈伤组织解析植物组织培养的原理是细胞的全能性；其过程是：离体组织、细胞愈伤组织根、
23、芽植株。若要获得细胞产物，只需得到愈伤组织即可。10(1)纤维素酶果胶酶PEG(或聚乙二醇)(2)3A和B植物的遗传物质之和(3)有丝具有A和B两种植物的性状(4)体细胞杂交植物组织培养克服生物远缘杂交不亲和的障碍11(1)Pst、EcoR含抗病基因的DNA、质粒(2)抗卡那霉素基因(3)全能性脱分化、再分化解析(1)从图可看出，只有Pst、EcoR两种酶能保持抗病基因结构的完整性，所以构建含抗病基因的表达载体A时，应选用限制酶Pst、EcoR对含抗病基因的DNA和质粒进行切割。(2)卡那霉素能抑制香蕉愈伤组织细胞的生长，欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞，应使基因表达载体A中含有抗卡那霉素基因，以此作为标记基因。(3)香蕉组织细胞具有全能性，因此，可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株。图中、依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的脱分化和再分化。