第二节植物细胞工程

高二生物选修三导学案（4）植物细胞工程第二章细胞工程第1页共8页第二章细胞工程第一、二节植物细胞工程【学习目标】1、细胞工程的概念2、关注细胞工程研究的发展和应用前景3、简述细胞全能性的概念含义4、简述植物组织培养的过程和方法5、简述植物体细胞杂交技术6、列举植物细胞工程的实际应用【课前预习】1、细胞工程是指以为基本单位，在进行培养、繁殖或利用、等技术，使细胞某些生物学特性按照人们的意愿发生改变，从而、和，以及获得的技术。2、根据研究对象的不同，细胞工程领域可分为、和；根据所使用的技术的不同，细胞工程主要包括、、、等内容。3、细胞工程已经渗透到人类生产、生活的许多方面，如，，，。4、细胞的全能性：生物体的细胞在形态、结构和功能上存在很大差异，但是几乎每一个细胞内都含有该物种的，具有发育成完整个体所必需的，因此这些细胞都具有，细胞的这种特性称为细胞全能性。5、植物组织培养：是指依据原理，在条件下，分离植物的器官、组织、细胞或，并在培养，在适宜的条件下使其长成的技术。过程：分离；诱导形成，形成根、芽等步骤。6、人工种子：是指在植物组织培养中得到的，包埋在含有的包被中。在适宜的条件下能够的颗粒体。7、植物细胞培养是将植物组织培养过程中形成的或其他置于中，进行悬液培养，得到分散游离的，通过继代培养使细胞增殖，从而获得大量的一种技术。8、细胞培养的目的不是使细胞形成，而是通过大规模的细胞培养以获得人类所需要的。9、植物体细胞杂交：是指将的植物体细胞，在一定条件下融合成细胞，并将该细胞培养成的技术。去除细胞壁的方法为。【共同探究】知识点一、细胞工程的基本技术1、细胞工程的概念：操作水平：细胞水平主要技术：细胞与组织培养技术、细胞融合、核移植等高二生物选修三导学案（4）植物细胞工程第二章细胞工程第2页共8页目的：改良生物品种、创造新品种、加速繁育生物个体、获得某些细胞代谢产物与基因工程比较：基因工程细胞工程操作水平主要技术目的关系知识点二、植物组织培养1、原理：植物细胞具有全能性。【思考题1】如何理解细胞的全能性？从理论上分析，分化的细胞具有全能性，分化细胞的来源为受精卵的有丝分裂，分化细胞核内基因应与受精卵的完全，应该具有全能性。配子中的染色体是受精卵的一半，具有全能性的原因是。受精卵的全能性最高。动物的体细胞因其分化程度高，全能性受到抑制，但其仍具有全能性。【思考题2】分化的细胞实现全能性的条件是。在生物的生长发育过程中，细胞并不表现出全能性，而是分化成各种组织或器官的原因是。在离体状态下，脱离了母体的限制，在一定条件下分化的细胞能表现出全能性。【思考题3】细胞全能性大小排列（①受精卵②配子③植物体细胞④动物体细胞）【思考题4】以下不能说明细胞全能性的实验是A．胡萝卜韧皮部细胞培育出植株B．紫色糯性玉米种子培育出植株C．转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株D．番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株2、过程：【思考题5】细胞脱分化是指；细胞再分化是指；愈伤组织是指；胚状体。3、条件：无菌、离体、植物生长发育所需的全部营养物质（无机和有机营养成分）、植物激素、适宜的光照和温度等。【思考题6】组织培养过程中必需无菌操作的原因是【思考题7】下面为植物组织培养过程的简单示意，则下列叙述正确的是（多选）①脱分化②再分化③④A．植物组织培养所依据的生物学原理为细胞的全能性B．③→④过程指植物的营养生长和生殖生长阶段C．将①经脱分化培养成②时，再植上人造种皮即可获得人工种子D．②→③的再分化过程中，诱导②生根的激素为细胞分裂素有丝分裂离体的植物器官组织或细胞脱分化愈伤组织再分化有丝分裂胚状体（体细胞胚）植物体发育有丝分裂高二生物选修三导学案（4）植物细胞工程第二章细胞工程第3页共8页【小资料】（1）植物组织培养过程中的光照：对于植物组织培养来说，光照条件非常重要，包括光照强度、时间和波长。在脱分化形成愈伤组织阶段，必需保持避光，而在愈伤组织之后的再分化过程需给予适宜的光照，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，如果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。（2）植物组织培养过程中激素的作用：常用的激素有生长素类、细胞分裂素类和赤霉素类。其中生长素与细胞分裂素的协同作用在组织培养中非常重要，人们常把它们称为“激素杠杆”。当生长素含量高于细胞分裂素时，主要诱导植物组织脱分化和根原基的形成；而当细胞分裂素的效应高于生长素时，则主要诱导植物组织再分化和芽原基的形成。（3）在植物组织培养中，一般选择分生能力强的细胞进行组织培养（如根的形成层细胞），原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。植物的其他部分（如茎、叶、花）理论上也能培养成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。【思考题8】下面为植物组织培养过程流程图解，以下相关叙述不正确的是A．上述过程中脱分化发生在b步骤，形成愈伤组织，在此过程中植物激素发挥了重要作用B．再分化发生在d步骤，是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程C．从叶组织块到种苗形成的过程说明番茄叶片细胞具有全能性D．人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题4、人工种子人工种子：以植物组织培养得到的等为材料，再在外裹和，就制成人工种子，在适宜条件下人工种子能够萌发长成幼苗。（1）人工种子的优点：①后代无，能保持优良品种的遗传特性；天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象，因而会造成某些遗传性状的改变。②不受、季节和地域的限制；天然种子在生产上受季节限制，一般每年只繁殖1～2次，有些甚至十几年才繁殖一次。而人工种子生产上不受季节的限制。③可方便贮藏和运输。试管苗的大量贮藏和运输相当困难的，人工种子则克服了这些缺点，人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地贮藏和运输。（2）结构：胚状体：类似的结构，具有，在适宜条件下能够发芽出苗。人工种皮：要保持胚状体的活力和有利于，最常用的材料为。人工胚乳：为人工种子的出苗提供营养物质，主要成分有。【思考题9】人工种子就是以植物组织培养得到的材料，经过人工薄膜包装得到的种子。下列不能作为制造人工种子的材料的是学科网A．愈伤组织B．胚状体C．不定芽D．顶芽学科5、植物细胞培养（1）概念：培养材料：愈伤组织或其他易分散的组织培养方法：悬液培养培养目的：通过大规模的细胞培养以获得人类所需要的细胞次生代谢产物。（2）与植物组织培养相比，植物细胞细胞实质是植物组织培养过程中培养到阶段。植物叶片叶组织块愈伤组织有生根发芽能力的胚状结构人工种子种苗abcde高二生物选修三导学案（4）植物细胞工程第二章细胞工程第4页共8页（3）例证：紫杉醇的生产：红豆杉的组织→愈伤组织→（悬液培养）→提取紫杉醇知识点三、植物细胞工程与育种一、植物体细胞杂交技术1、过程：包括原生质体制备、原生质体融合、杂种细胞筛选、杂种细胞培养、杂种植株再生以及杂种植株鉴定等步骤。【思考题10】制备原生质体的方法步骤是。【思考题11】上例中植物细胞A与植物细胞B，在一定人工手段下进行融合，其培养基中有几种细胞？其中融合的细胞有几种？。【思考题12】细胞融合的原理是什么？物理和化学方法诱导原生质体融合的原理是使原生质体的质膜紧密接触，从而有利于质膜的接触融合，或使原生质体膜产生局部破损而导致融合。随着细胞的有丝分裂，细胞核也实现了融合。原生质体融合的标志是再生出细胞壁（由高尔基体参与形成）。【思考题13】从生物变异类型上讲，植物体细胞杂交属于变异。通过植物体细胞杂交得到的植物是否是新的物种？。原因是。2、意义：克服的障碍，打破物种之间的、扩大遗传重组范围，培育出自然界中没有的具有优良品质的新品种。【思考题14】为什么马铃薯—番茄没有像人们预想的那样地上结番茄、地下结马铃薯，其主要原因是什么？生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯—番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。【思考题15】下列对植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较，描述正确的是A．动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理相同，诱导融合的方法也完全相同B．两者都可以跨越种属间的生殖隔离，突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能C．利用动物细胞融合技术而发展起来的杂交瘤技术，为生产单克隆抗体开辟了新途径D．目前科学家终于实现了两个植物物种间的体细胞杂交，得到了同时具有两个物种遗传物质的超级植物，并使它们的性状全部得以体现【思考题16】下列有关植物细胞工程应用的叙述，不正确的是A.利用组织培养技术培育脱毒苗，获得具有抗病毒的新品种B.利用组织培养技术获得人工种子，能保持亲本的优良性状C.利用细胞培养技术获得紫草素，实现了细胞产物的工厂化生产D.利用植物体细胞杂交技术获得“萝卜—甘蓝”，克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍二、单倍体育种1、方法：利用植物的的离体培养获得单倍体植株，再经可得植物细胞A植物细胞BA杂种细胞融合的原生质体B筛选再生细胞壁组织杂种植株细胞的细胞的高二生物选修三导学案（4）植物细胞工程第二章细胞工程第5页共8页到的优良品种。其优点是：①都是，后代能稳定遗传；②明显育种年限。2、过程：花药花粉细胞培养愈伤组织分化出小植物单倍体植株正常植株【思考题18】转基因技术与植物组织培养有何关系？【思考题19】在下列选项中，需要采用植物组织培养技术的是①利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体植株②获取大量的脱毒苗③利用基因工程培养抗棉铃虫的植株④单倍体育种⑤无子西瓜的快速大量繁殖A.①②③B.③④⑤C.①②④⑤D.②③④⑤【反思总结】本节内容的知识结构是什么？重点知识是什么？【课堂巩固】1、（08江苏）下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是A．培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压B．培养中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化C．离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织D．同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同2、(08天津)为获得纯合高蔓抗病番茄植株，采用了下图所示的方法图中两对相对性状独立遗传。据图分析，不正确的是A．过程①的自交代数越多，纯合高蔓抗病植株的比例越高B．过程②可以取任一植株的适宜花药作培养材料C．过程③包括脱分化和再分化两个过程D．图中筛选过程不改变抗病基因频率3、(07上海)下列有关植物细胞与组织培养的叙述中，错误的是A．花药、胚不能作为组织培养的材料B．植物细胞具有全能性高二生物选修三导学案（4）植物细胞工程第二章细胞工程第6页共8页C．外植体是指用于培养的植物组织或器官D．外植体可诱导出愈伤组织4、（08江苏）某组织培养实验室的愈伤组织被真菌严重污染，为查找污染原因设计了4个实验，实验条件除图示外共他均相同。下列各图表示实验结果，据图可得出的初步结论是（多选）A．污染主要不是培养基灭菌时间短造成的B．污染主要来源于组织培养所用的离体组织C．调节培养基pH不能解决污染问题D．调节培养温度不能解决污染问题5、(08海南)某二倍体植物是杂合体，图为其花药中未成熟花粉在适宜的培养基上培养产生完整植株的过程。据图回答：（1）图中①表示的是该花粉培养过程中的过程，②表示的是过程，X代表的是，③表示的是过程，④表示的是诱导过程。（2）图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条，具体通过哪一条途径主要取决于培养基成分中的种类及最后其浓度配比，获得的来源于未成熟花粉的完整植株都程为植株（甲）。未成熟花粉经培养能形成完整植株，说明未成熟花粉具有。（3）植株甲进行，才能使其结实，产生后代（乙），否则植株甲只有通过的方式才能产生后代（丙）。乙、丙两种植株中，能产生可育花粉的是植株，该植株群体中每一植株产生可育花粉基因组成种类数为种，该群体植株产生可育花粉的基因组成种类数为种。花粉培育在育种上的特殊意义是，从而开辟育种新途径。6、（09山东）人参是一种名贵中药材，