1、返回目录 细胞工程 专题2 返回目录 2.1 植物细胞工程2.1.1 植物细胞工程的基本技术返回目录 学习要求 1.理解细胞全能性的内涵。2.简述植物组织培养技术的原理和过程。3.说明植物细胞工程在植物繁殖方面的应用。4.列举植物细胞工程在作物新品种培育方面的应用。5.概述细胞产物的工厂化生产的原理。返回目录 课前 教材预案课堂 深度拓展课末 随堂演练课后 限时作业目录Contents 返回目录 1概念细胞工程是指应用_和_的原理和方法，通过_水平或_水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的_或获得细胞产品的一门综合科学技术。课前教材预案要点一 细胞工程细胞生物学 分子生物学 细胞 细胞器 遗
2、传物质 返回目录 2分类根据操作对象的不同，可分为_和_两大领域。植物细胞工程 动物细胞工程 返回目录 1理论具有某种生物_的任何一个细胞，都具有发育成_的潜能，也就是说，每个生物细胞都具有_的特点。要点二 细胞的全能性全部遗传信息 完整生物体 全能性 返回目录 2现实表现在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出_，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_，从而构成生物体的不同_。全能性 组织和器官 选择性 蛋白质 组织和器官 返回目录 4细胞全能性大小比较(1)受精卵(全能性最高)卵细胞(较高的潜在全能性)体细胞(全能性较低)。(2)未分化或分化程度
3、低的细胞分化程度高的细胞。(3)植物细胞动物细胞；增殖细胞不增殖的细胞。返回目录 思考：生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分化成不同的组织器官？植物细胞要表现出全能性要满足哪些条件？返回目录 提示全能性表现的首要条件是细胞处于离体状态，而体内的细胞分化成不同的组织和器官是在特定的时间和空间条件下基因选择性表达的结果。离体、提供营养物质、激素及其他适宜条件可促进植物细胞全能性的表达。返回目录 1概念在_和_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 _、_，最终形成完整的植株。2理论基础植物细胞的_。要点三 植物组织
4、培养技术无菌 人工控制 离体 愈伤组织 丛芽 全能性 返回目录 3胡萝卜的组织培养过程答案形成层 愈伤组织 避光 分化返回目录 1概念将不同种植物的_，在一定条件下融合成_，并把_培育成新的植物体的技术。要点四 植物体细胞杂交技术体细胞 杂种细胞 杂种细胞 返回目录 2过程_ 细 胞 纤维素酶果胶酶不 同 细 胞_人工诱导 原生质体融合再生细胞壁,杂种细胞杂种植株不同种植物 原生质体 返回目录 3诱导原生质体融合的方法基本可以分为两大类物理法和化学法。物理法包括_、_、_等；化学法一般是用_作为诱导剂。融合成功的标志是_。4意义克服不同种生物_不亲和的障碍。离心 振动 电激 聚乙二醇(PEG)
5、杂种细胞再生出细胞壁 远缘杂交 返回目录 课堂深度拓展考点一 植物组织培养过程1必须满足的条件(1)离体：植物组织培养的原理是植物细胞的全能性，而只有离体的植物器官、组织或细胞才能表现出全能性。返回目录(2)营养物质：水、无机盐、蔗糖、氨基酸和有机酸等。(3)激素细胞分裂素和生长素。决定植物脱分化、再分化的关键因素就是植物激素，而在植物组织培养过程中添加的植物激素主要是细胞分裂素和生长素，它们在植物组织培养过程中的作用可见下表：返回目录 植物激素的浓度作用植物激素用量生长素细胞分裂素有利于根的分化、抑制芽的形成生长素细胞分裂素有利于芽的分化、抑制根的形成生长素细胞分裂素 促进愈伤组织的形成使用
6、顺序先生长素，后细胞分裂素有利于细胞分裂，但细胞不分化先细胞分裂素，后生长素细胞既分裂也分化同时使用分化频率提高返回目录(4)其他条件：无菌，适宜的温度、pH。2植物组织培养的基本过程外植体(离体的植物器官、组织或细胞)脱分化愈伤组织再分化幼根、芽完整植株返回目录 名称过程形成体特点条件脱分化 外植体愈伤组织排列疏松、无规则，处于未分化状态，高度液泡化的薄壁细胞团(1)离体；(2)适宜营养；(3)生长素/细胞分裂素的比例适中；(4)避光返回目录 名称过程形成体特点条件再分化愈伤组织胚状体或丛芽有根、芽或有生根发芽的能力(1)离体；(2)适宜营养；(3)生长素/细胞分裂素的比例高或低，分别诱导生
7、根或生芽；(4)需光营养生长生殖生长发育成完整的植物体由根、茎、叶、花、果实、种子组成(1)适宜营养；(2)自身产生各种激素；(3)需光返回目录【例题1】青蒿素被誉为“世界上唯一有效的治疗疟疾的药物”，它几乎不溶于水，且对热不稳定，所以提取工艺一直难以突破。中国科学家屠哟哟因在抗疟疾药物青蒿素的提取方面做出了突出贡献而获2015年诺贝尔生理学或医学奖。如图为组织培养获得含青蒿素较高的黄花蒿的基本流程。请回答下列问题：返回目录(1)青蒿素通过使疟原虫的线粒体内膜脱落，导致其_(过程)受 阻，使 细 胞 缺 乏_而不能正常增殖。返回目录(2)组织培养过程中外植体通常选取黄花蒿的分生组织的原因是_，
8、愈伤组织中提取不到青蒿素的原因是_。过程和过程使用的培养基中，细胞分裂素比例较高的是过程_。(3)某小组得到的黄花蒿幼苗叶片颜色为黄色，可能的原因是培养基中没有添加_元素，也可能是_。返回目录(4)图中代表的生理过程分别是_、_。此过程除营养物质外，还必须向培养基中添加_。植物组织培养的主要原理是_。思维导引：脱分化和再分化不能在同一培养基上完成，需要配制生长素和细胞分裂素浓度不同的三种培养基，中间经过两次转接，才可顺利完成脱分化和再分化过程。返回目录 解析(1)线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所，青蒿素通过使疟原虫的线粒体内膜脱落，导致其有氧呼吸第三阶段受阻，使细胞缺乏ATP而不能正常增殖。
9、(2)组织培养过程中外植体通常选取黄花蒿的分生组织，这是因为分生组织生长较为旺盛，容易得到愈伤组织；青蒿素相关基因没有在愈伤组织中表达，故在愈伤组织中提取不到青蒿素。返回目录 过程和为再分化的过程，需添加不同比例的细胞分裂素和生长素，以促进愈伤组织分化出根或芽，当细胞分裂素比例较高时，促进发芽，当生长素比例较高时，促进生根。(3)某小组得到的黄花蒿幼苗叶片颜色为黄色，说明叶绿素合成受阻，可能是培养基中没有添加镁元素，也可能是培育过程中没有给予光照。返回目录(4)由外植体形成愈伤组织的过程为脱分化，由愈伤组织长出丛芽的过程(过程)为再分化。植物组织培养所用的培养基的组成为无机营养成分、有机营养成
10、分、植物激素和琼脂。返回目录 答案(1)有氧呼吸第三阶段 ATP(2)分生组织生长较为旺盛，容易得到愈伤组织 相关基因没有在愈伤组织中表达(3)镁 培育过程中没有给予光照(4)脱分化 再分化 植物激素(生长素、细胞分裂素)和琼脂 植物细胞的全能性返回目录【变式1】下列有关细胞全能性的叙述，正确的是()A植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全套基因B高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性返回目录 C植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所含基因不同D紫色糯性玉米种子培育成植株，这反映植物种子具有全能性答案 B 返回目录 解析 植物细胞具有全能性的原因是细胞具有发育
11、成完整个体所必需的全套基因，而配子也具有这样的全套基因，同样具有全能性，A项错误；细胞全能性的表达前提是植物器官、组织或细胞处于离体状态，B项正确；植物体内细胞没有表现出全能性，这是细胞内基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果，C项错误；种子发育成植株，是正常的生命历程，不属于全能性，D项错误。返回目录 考点二 植物体细胞杂交1植物体细胞杂交有关知识点项目植物体细胞杂交原理细胞膜的流动性(植物体细胞融合)、植物细胞的全能性(植物组织培养)融合前处理酶解法去壁诱导方法物理法、化学法返回目录 项目植物体细胞杂交步骤第一步原生质体的制备第二步原生质体的融合与筛选第三步杂种细胞的形成与培养第四步杂
12、种植株的鉴定与筛选用途克服远缘杂交不亲和的障碍，获得具有优良性状的杂种植株返回目录 2植物体细胞杂交后的染色体数目和染色体组数植物体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管染色体还是染色体组都采用直接相加的方法。若一植物细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则杂种植物应为异源四倍体，其体细胞中染色体为(2x2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。返回目录【例题2】下图为“番茄马铃薯”的培育过程示意图，有关叙述正确的是()返回目录 A获得a、b细胞需要胰蛋白酶和果胶酶B诱导a、b细胞融合的化学试剂一般是秋水仙素
13、Ca、b细胞融合为c细胞的原理是生物膜具有流动性Dd、e、f过程表示植物组织培养过程，e、f分别为脱分化和再分化过程返回目录 思维导引：植物细胞壁无生命活力，用酶解法去除细胞壁后能促使植物细胞完成融合，同时不会破坏植物细胞原生质体的全能性。答案 C 返回目录 解析 植物体细胞在杂交之前，必须先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体。a、b细胞融合为c细胞的原理是细胞膜的流动性，诱导a、b细胞融合的化学试剂一般是聚乙二醇，d、e分别为脱分化和再分化。返回目录【变式2】下列关于植物体细胞杂交的叙述，错误的是()A不同种植物原生质体融合的过程属于植物体细胞杂交过程B原生质体仍具有再生
14、细胞壁、连续分裂并长成完整植株的能力返回目录 C参与杂种细胞的细胞壁形成的细胞器主要是线粒体和核糖体D植物体细胞杂交技术可克服不同种植物之间的不亲和障碍答案 C 解析 高尔基体与植物细胞壁的形成有关，线粒体为其提供能量。返回目录 1下列关于植物组织培养的叙述中，正确的是()A离体的植物组织、器官必须经过灭菌才能接种到组织培养基中B在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞课末随堂演练返回目录 C经脱分化和再分化过程形成的幼根细胞不再具有全能性D在生物生长发育过程中，体内细胞并不会表现出全能性答案 D 返回目录 解析 离体的植物组织、器官必须经过消毒，而不是灭菌，才能接种到组织
15、培养基中；愈伤组织有细胞壁，加入诱导剂后细胞不能融合；经脱分化和再分化过程形成的幼根细胞，遗传物质不变，仍然具有全能性；在生物生长发育过程中，体内细胞在遗传物质的调控下会发生分化，并不会表现出全能性。返回目录 2下列选项中没有采用植物组织培养技术的是()A扦插的枝条生根后长成月季植株B利用花药离体培养得到单倍体植株C利用基因工程培育抗棉铃虫的棉花植株D利用细胞工程培育“番茄马铃薯”杂种植株答案 A 返回目录 解析 扦插是植物无性生殖的一种，没有采用植物组织培养技术，A项正确；花药离体培养得到单倍体植株采用了植物组织培养技术，B项错误；将含有抗虫基因的棉花细胞培养成抗棉铃虫植株的过程采用了植物组
16、织培养技术，C项错误；需要利用植物组织培养技术将杂种细胞培育成杂种植株，D项错误。返回目录 3烟草和大豆的原生质体混合后，将原生质体转移到适当的培养基上培养，使原生质体再生出细胞壁，这时，在细胞混合物中，可用显微镜观察到的细胞有()烟草大豆杂种细胞 烟草细胞 大豆细胞 烟草烟草细胞 大豆大豆细胞ABCD返回目录 答案 D 解析 植物原生质体融合的过程中，可能有些原生质体没有发生融合，有些原生质体发生了融合，这种融合是随机的。故烟草与大豆原生质体融合的细胞混合物可能会出现未融合细胞，包括烟草细胞、大豆细胞，融合细胞有烟草烟草细胞、烟草大豆细胞、大豆大豆细胞。返回目录 4用植物细胞工程技术将天竺葵
17、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。下列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返回目录 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答案 B 返回目录 解析 天竺葵与香茅草经植物体细胞杂交后产生驱蚊香草，培育过程中先用酶解法去除细胞壁，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出细胞壁，形成杂种细胞，杂种细胞经过植物组织培养，通过有丝分裂和细胞分化，形成杂种植株，A、C项正确；返回目录 植物
18、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，B项错误；植物体细胞杂交可以克服不同物种间的生殖隔离问题，D项正确。返回目录 5下列发生了细胞分化且能体现体细胞全能性的过程是()A玉米种子萌发长成新植株B小鼠骨髓造血干细胞形成各种血细胞C小麦花粉经离体培养发育成单倍体植株D胡萝卜根韧皮部细胞经组织培养发育成新植株答案 D 返回目录 解析 细胞的全能性是指已分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能。种子萌发长成植株是由幼体到成体的正常生长发育过程，虽有细胞分化，但不能体现细胞的全能性，A项错误；骨髓造血干细胞通过分化形成各种血细胞，没有形成完整的个体，不能体现细胞的全能性，B项错误
19、；返回目录 花粉离体培养发育成单倍体植株，经历了细胞分化，体现的是花粉(生殖细胞)的全能性，没有体现出体细胞的全能性，C项错误；胡萝卜根韧皮部细胞经植物组织培养发育成新植株，该过程既有细胞分化，又体现了体细胞的全能性，D项正确。返回目录 6如图是植物体细胞杂交过程示意图，如果A、B植物均为二倍体，据图分析回答：(1)图中所示过程的原理有：_。(2)图中的过程是_。返回目录(3)植物体细胞融合成功的标志是_，其产生与细胞内_(细胞器)有关。(4)和过程分别是_和_的过程。该杂种植物有_个染色体组。(5)该技术的最显著优势是_。返回目录 解析(2)图中的过程是去除植物细胞壁，制备原生质体。(3)植物体细胞融合成功的标志是形成新的细胞壁，植物细胞壁的形成与高尔基体有关。(4)杂种细胞通过脱分化形成愈伤组织，再经再分化形成杂种植株。图中杂种植株是由两个二倍体的细胞融合成的杂种细胞培育成的新个体，含有四个染色体组。(5)植物体细胞杂交可以克服远缘杂交不亲和的障碍。返回目录 答案(1)细胞膜具有流动性、植物细胞具有全能性(2)(去壁)制备原生质体(3)形成新的细胞壁 高尔基体(4)脱分化 再分化 4(5)克服远缘杂交不亲和的障碍返回目录 课后限时作业
