1、理解教材新知把握命题热点应用落实体验课下综合检测 课堂回扣练习 命题点一 命题点二 知识点一 知识点二 21 植物细胞工程 专题2 知识点三 21.1 21植物细胞工程21.1 植物细胞工程的基本技术1细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。2植物组织培养技术的理论基础是植物细胞的全能性。3植物组织培养的过程：外植体脱分化 愈伤组再分化 丛芽或胚状体发育 完整植株4植物体细胞杂交的理论基础是细胞膜的流动性和细胞的全能性。5去除细胞壁制备原生质体用到的酶是纤维素酶和果胶酶。6人工诱导
2、原生质体融合的方法有物理法(离心、振动、电激)和化学法(聚乙二醇处理)。细胞工程的概念及植物细胞的全能性1细胞工程的概念原理和方法_生物学和_生物学操作水平_水平或_水平目的按照人的意愿来改变细胞内的_或获得_分类_细胞工程和_细胞工程细胞分子细胞细胞器遗传物质细胞产品植物动物2细胞的全能性(1)含义：具有某种生物_的任何一个细胞，都具有_的潜能。(2)影响全能性表达的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有_地表达出各种蛋白质，从而构成生物体的不同组织和器官。全部遗传信息选择性发育成完整生物体1请比较基因工程和细胞工程的概念，总结二者的不同。提示：(1)操作水平：基因工程是分子水平的
3、操作，细胞工程是细胞水平或细胞器水平的操作。(2)目的：基因工程的目的是创造出符合人们需要的新的生物类型和生物产品；细胞工程的目的是按照人的意愿改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。2理论上每种活细胞都具有全能性，请分析细胞具有全能性的原因。提示：已经分化的体细胞(或细胞核)仍具有本物种个体发育所需要的全套遗传物质，即每个细胞都有发育成个体所需要的全部基因。3为什么在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性？提示：在特定的时间和空间条件下，细胞内的基因进行选择性表达。4植物的种子发育成完整植株，是否体现了细胞的全能性？为什么？提示：没有。因为细胞的全能性是指已分化的细胞仍具有发育成完整个体的
4、潜能，而种子中的胚已完成了早期发育，相当于新植物体的幼体，没有体现细胞发育成完整植物体的能力。1细胞全能性大小的比较(1)植物细胞动物细胞(动物细胞只有细胞核具有全能性)。(2)受精卵生殖细胞(精子、卵细胞)体细胞。(3)体细胞：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；幼嫩的细胞衰老的细胞。(4)随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。2植物细胞表现全能性的条件材料离体的细胞、组织或器官培养基种类齐全、比例合适的营养物质及一定的植物激素外界条件无菌操作；光照：愈伤组织的形成和生长需要避光培养，分化培养需见光特别提醒(1)全能性表达的标志：已分化的细胞能形成完整的个
5、体。若只是形成某种组织或器官则不能体现全能性。(2)全能性的原理：细胞具有发育成完整个体所必需的“全套”基因而不是“全部”基因，配子中有全套基因，因此同样具有全能性。植物组织培养技术1理论基础植物细胞的_。2操作流程离体的器官、组织或细胞 A B 发育 完整植株图中过程为_，过程为_，A表示_，B表示_全能性脱分化再分化愈伤组织丛芽或胚状体3.胡萝卜的组织培养过程4植物组织培养技术概念在_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。无菌和人工控制离体愈伤组织、丛芽结合胡萝卜的组织培养实验，思考下列问题：(1)在植物组织培养
6、过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？提示：避免杂菌污染培养基。培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌在生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡。提示：胡萝卜根的形成层容易诱导形成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。(2)为什么切取胡萝卜根的形成层？其他部分也能培养成小植株吗？1植物组织培养的过程外植体离体的植物器官、组织、细胞 一定的营养、激素脱分化愈伤组织 调整激素比例再分化胚状体或丛芽 试管苗 (1)外植体：用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。(2)脱分化：已经分化的细胞，经过诱导
7、，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。(3)愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞团。(4)再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出根或芽等器官的过程。特别提醒 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不同。一般来说，植物的花和幼嫩的组织脱分化相对比较容易，而植物的茎、叶和成熟的组织较难。2植物组织培养中各过程的比较名称过程形成体特点培养基光脱分化由外植体脱分化为愈伤组织排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团生长素与细胞分裂素的比例大避光再分化由愈伤组织分化为幼苗或胚状结构有根、芽或有生根发芽的能力上述比例小需光营养生长生殖生
8、长发育成完整的植物体由根、茎、叶、花、果实、种子组成自身产生各种激素需光特别提醒 植物组织培养并不是全程都需要光照光照条件包括光照强度、时间和波长等，对于植物组织培养来说非常重要。在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养(有利于细胞的脱分化产生愈伤组织，如果是在光照条件下，容易分化产生维管等组织，不利于产生大量的愈伤组织)，而在再分化的过程中一定要有光照。3生长素和细胞分裂素用量及比例对植物组织培养的影响生长素/细胞分裂素的比值作用效果比值高时促进根分化、抑制芽形成比值低时促进芽分化、抑制根形成比值适中促进愈伤组织形成 巧学妙记 巧记“生长素和细胞分裂素用量及比例对植物组织培养的影响”“比值高，根分化
9、；比值低，芽分化；比值适中，不分化”。即“高根低芽中愈伤”。植物体细胞杂交技术1概念将_的植物体细胞，在一定条件下融合成_，并把杂种细胞培育成_的技术。不同种杂种细胞新的植物体2过程(1)去壁：用_去除植物细胞壁，获得原生质体。(2)诱导原生质体融合的方法：物理法：_等。化学法：用_诱导。纤维素酶和果胶酶离心、振动、电激聚乙二醇(PEG)巧学妙记 植物体细胞杂交技术的过程可采用简化记忆法：“去壁、融合与再生，脱、再顺次两分化”。3意义克服不同种生物_的不亲和性。远缘杂交1结合教材P36图2-5思考下列问题：(1)植物体细胞杂交技术利用了哪些原理？提示：原生质体融合的过程利用了细胞膜的流动性，杂
10、种细胞发育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。(2)植物体细胞融合形成杂种细胞是否标志着植物体细胞杂交技术的完成？提示：原生质体融合成功的标志是杂种原生质体再生出细胞壁形成杂种细胞，而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。2植物体细胞杂交产生的“白菜甘蓝”，用传统的方法可否产生？提示：不能，因为不同物种之间存在生殖隔离。1植物组织培养和植物体细胞杂交的比较名称植物组织培养植物体细胞杂交原理植物细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性和植物细胞的全能性名称植物组织培养植物体细胞杂交过程 离体的植物器官、组织或细胞 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽或胚状体 发育 植物体名称植物组织培养
11、植物体细胞杂交选材选取根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化不同植物细胞融合后形成的杂种细胞技术操作脱分化、再分化等除脱分化、再分化外，还要用酶解法去除细胞壁，用一定的方法诱导细胞融合关系植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂2植物体细胞杂交过程中的注意事项(1)植物体细胞杂交的培养基中要添加蔗糖且浓度略大于植物细胞质浓度，不仅为原生质体提供营养，而且还能维持一定的渗透压，使原生质体保持正常的形态。(2)体细胞融合后培养基中共有5种细胞类型(A、B、AA、BB、AB)，其中融合细胞类型有3种(AA、BB、AB)，而真正符合要求的是AB，因此要对融合细胞进行筛选。(3
12、)体细胞杂交过程中涉及的遗传知识：从生殖类型上看，植物体细胞杂交技术没有生殖细胞的形成和结合，应属于无性生殖，变异类型应是染色体数目的变异，形成的是异源多倍体，由于含有两个亲本的遗传物质，因此理论上应具有两个亲本的遗传性状。体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管染色体、基因组还是染色体组都是两亲本之和。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，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体为(2x2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。培育新品种的过程中，遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传定律，只有在有性生殖
13、进行减数分裂过程中才符合遗传定律，而体细胞杂交没有此过程。例1 下图表示四倍体兰花叶片通过植物组织培养形成植株的过程，相关叙述中正确的是()四倍体兰花叶片 愈伤组织 胚状体 植株 A阶段体现了细胞的全能性以过程图为载体，考查植物的组织培养B阶段需生长素而阶段需细胞分裂素C阶段有细胞增殖但无细胞分化D此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体精讲精析 图中阶段是脱分化，、阶段是再分化。和阶段会发生有丝分裂。已分化的细胞发育成完整个体才能体现细胞的全能性。阶段和阶段都需生长素和细胞分裂素，只是二者比例不同。此兰花的花药离体培养所得植株虽然含两个染色体组，但为单倍体。答案 C具有全能性实现全能性(1)理论
14、上每个活细胞都具有全能性。(2)只有发育为完整个体才能说实现了细胞全能性，即实现全能性的终点是个体，而不是组织、器官等。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解析：细胞具有全能性的原因是细胞具有发育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；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；种子发育成植株，是正
15、常生命历程，不属于全能性；细胞全能性的表达前提是离体培养的细胞、组织或器官。答案：B 以流程图为载体，综合考查植物体细胞杂交的过程例 2(天津高考)花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病。野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化，并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合，以获得抗黑腐病杂种植株。流程如下图。据图回答下列问题：(1)过程所需的酶是_。(2)过程后，在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的_存在，这一特征可作为初步筛选杂种细胞的标志。(3)原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压，其作用是_
16、。原生质体经过_再生，进而分裂和脱分化形成愈伤组织。(4)若分析再生植株的染色体变异类型，应剪取再生植株和_植株的根尖，通过_、_、染色和制片等过程制成装片，然后在显微镜下观察比较染色体的形态和数目。(5)采用特异性引物对花椰菜和黑芥基因组 DNA 进行 PCR 扩增，得到两亲本的差异性条带，可用于杂种植株的鉴定。下图是用该引物对双亲及再生植株 14 进行 PCR 扩增的结果。据图判断，再生植株 14 中一定是杂种植株的有_。(6)对杂种植株进行_接种实验，可筛选出具有高抗性的杂种植株。思路点拨精讲精析(1)去除细胞壁获得原生质体需要用纤维素酶和果胶酶处理。(2)叶肉细胞含有叶绿体，因此通过
17、PEG 诱导融合的杂种细胞应含有叶绿体，以此作为初步筛选杂种细胞的标志。(3)原生质体失去了细胞壁的保护作用，因此原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇，使原生质体处于等渗溶液中，以维持原生质体正常形态。原生质体经过细胞壁再生，进而分裂和脱分化形成愈伤组织。(4)要判断染色体变异的类型，应剪取再生植株、花椰菜和黑芥植株的根尖，通过解离、漂洗、染色、制片等过程制成装片，然后进行显微观察比较染色体的形态和数目。(5)根据两亲本的差异性条带，可知再生植株 1、2 和 4 既有花椰菜的条带，又有黑芥的条带，因此再生植株 1、2 和 4 一定为杂种植株。(6)要筛选出高抗性的杂种植株，应进行相应的病原
18、体接种实验，即接种黑腐病菌。答案(1)纤维素酶和果胶酶(2)叶绿体(3)保持原生质体完整性 细胞壁(4)双亲(或花椰菜和黑芥)解离 漂洗(5)1、2、4(6)黑腐病菌区分植物组织培养与植物体细胞杂交的两种方法(1)看后代：植物组织培养是利用单一亲本的组织或细胞，经培养使之增殖、分化成为一个完整植株，因为体细胞内含该亲本的全部遗传物质，因此其后代一般均能保持该亲本的遗传特性。植物体细胞杂交的本质是将两种不同来源的原生质体，在人为条件下进行诱导融合，融合之后的杂种细胞可以再生出杂种植株。(2)看关系：杂种细胞需经植物组织培养才能发育为具有双亲遗传特性的杂种植株，否则将无任何意义，因此，植物组织培养
19、是植物体细胞杂交的基础。2利用植物体细胞杂交技术将白菜和甘蓝(均为二倍体)培育成“白菜甘蓝”杂种植株(如下图所示)，下列说法正确的是()A图示“白菜甘蓝”植株不能结子B植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种细胞C上述过程中包含着有丝分裂、细胞分化和减数分裂等过程D“白菜甘蓝”杂种植株所具有的性状是基因选择性表达的结果解析：“白菜甘蓝”属于异源四倍体，有同源染色体，是可育的，能结子；植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种植株；上述过程包括去壁、原生质体融合、植物组织培养等过程，其结果是形成“白菜甘蓝”幼苗，并未发育到性成熟个体，因此整个过程中没有减数分裂过程；任何性状都是基因选择性表达的结果。答案：D
20、课堂回扣练习1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植物细胞在一定条件下离体培养能表现出全能性解析：卵细胞是高度分化的细胞，并不是未分化的细胞。答案：C 2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，下列哪一项条件一般是不需要的()A消毒灭菌 B适宜的温度C充足的光照D适宜的养料和激素解析：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，因此一般不需要光照。答案：C 3(重庆高考)某兴趣小组拟用组织培养繁殖一种名贵花卉，其技术路线为
21、“取材消毒愈伤组织培养出芽生根移栽”。下列有关叙述，错误的是()A消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对细胞的伤害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C出芽是细胞再分化的结果，受基因选择性表达的调控D生根时，培养基通常应含 萘乙酸等生长素类调节剂、均不需要模板。解析：植物组织培养中消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对培养材料的伤害；形成的愈伤组织需先除去细胞壁得到原生质体，再在细胞融合诱导剂作用下获得染色体加倍的细胞；细胞分化的实质是基因的选择性表达；植物组织培养过程中，生根阶段的培养基中通常应含有生长素类调节剂。答案：B 4下列发生了细胞分
22、化且能体现体细胞全能性的生物学过程是()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解析：已分化的细胞具有发育成完整个体的潜能叫做细胞的全能性。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；骨髓造血干细胞形成各种血细胞，仅仅是细胞分化的过程，没有形成完整的个体，体现不出细胞的全能性；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，没有体现体细胞的全能性；胡萝卜根韧皮部细胞经植物组织培养发育成新植株体现出体细胞的全能性。答案：D 5
23、野生马铃薯品种的植株具有较强的抗病、抗虫、抗盐碱、抗寒能力，但块茎不能食用。某专家做实验研究，用野生马铃薯与马铃薯的体细胞进行杂交，培育出了生活能力强的杂交系马铃薯。据图分析回答问题：(1)过程植物细胞原生质体的分离需经过酶解，其中“酶解”所用的酶应该包括_。(2)过程需要用到聚乙二醇(PEG)，其目的是_。(3)请用文字和箭头表示出技术过程的实验流程：_。由此过程可以看出植物细胞有形成再生组织的可能性，这是_的表现。(4)一般在培养基上培养 24 小时48 小时后，大部分原生质体已再生出细胞壁。可以取样，通过_实验来鉴别细胞壁是否已经再生。(5)请说明运用植物体细胞杂交法的最大的好处：_。解
24、析：细胞壁主要由纤维素和果胶组成，可以用纤维素酶和果胶酶将其水解。在细胞融合时常用聚乙二醇作为诱导剂，诱导原生质体融合。是杂种细胞经过脱分化、再分化形成幼苗的过程，这是植物细胞全能性的表现。有细胞壁的植物细胞可以进行细胞的质壁分离与复原。植物体细胞杂交不通过有性生殖，故可以克服有性生殖远缘杂交不亲和的障碍，培育出兼有两物种品质的优良物种。答案：(1)纤维素酶、果胶酶(2)诱导原生质体融合(3)融合细胞脱分化 愈伤组织再分化 幼苗 植物细胞具有全能性(4)植物细胞的质壁分离与复原(5)可使本来存在生殖隔离的物种进行杂交，培育出兼有两物种品质的优良物种(或克服了远缘杂交不亲和的障碍)课下综合检测见课时跟踪检测(五)