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1专题2细胞工程第1节植物细胞工程复习目标：1．细胞的全能性2．植物组织培养3．植物体细胞杂交技术4．植物细胞工程的实际应用5．实验：胡萝卜的组织培养复习重点：1．植物组织培养2．植物体细胞杂交技术复习难点：1．植物组织培养2．植物体细胞杂交技术课时安排：3课时【基础知识整合】一、植物组织培养1.植物组织培养的理论基础(原理)：___细胞全能性___2.植物组织培养技术(1)过程：离体的植物器官、组织或细胞[FY]愈伤组织[FY]试管苗[FY]植物体(2)用途：___微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产___。(3)地位：是培育___转基因植物___、___植物体细胞杂交___培育植物新品种的最后一道工序。二、植物体细胞杂交技术1.植物体细胞杂交技术的概念：植物体细胞杂交是用来自不同植物的___体细胞___融合成___杂种细胞___，并且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。2.植物体细胞杂交技术的过程：3.诱导融合的方法：物理法包括___离心、振动、电激___等。化学法一般是用___聚乙二醇(PEG)___作为诱导剂。4.植物体细胞杂交技术的意义：___克服了远缘杂交不亲和的障碍。___三、植物细胞工程的实际应用1.微型繁殖与无性生殖微型繁殖是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，实际上是无性生殖的一种。在繁殖的过程中，细胞进行有丝分裂，因此亲、子代细胞内DNA相同，具有相同的基因，因此能保证亲、子代遗传特性不变。利用这种技术能高效快速实现种苗的大量繁殖。2.微型繁殖与作物脱毒、人工种子、单倍体育种2作物脱毒、人工种子、单倍体育种的培育过程均有采用微型繁殖的技术。作物脱毒主要是强调微型繁殖的取材一定是无毒的(如茎尖、根尖)，才能繁殖出无毒的幼苗。人工种子采用的还是微型繁殖的技术，但是只需培育得到胚状体、不定芽、顶芽和腋芽，包上人工种皮就可形成人工种子。人工种子与微型繁殖得到的幼苗一样能保持亲本的优良性状，另外还可不受气候、季节和地域的限制。单倍体育种的优点是后代无性状分离，后代都是纯合子，能够稳定遗传，明显缩短育种年限。单倍体育种从本质上说属于有性生殖，这一点与微型繁殖有所区别。但单倍体育种首先要进行花药离体培养，采用的还是微型繁殖的技术，然后用秋水仙素处理，获得纯合子。【知识拓展】一、植物组织培养1.植物组织培养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→植物体。(1)该过程体现了细胞的全能性，已分化细胞具有全能性的原因是每一个细胞都含有该物种全部的遗传物质。(2)全能性高低的比较：受精卵(最高)卵细胞(精子)体细胞；植物体细胞＞动物体细胞；胚胎干细胞其他干细胞体细胞说明：卵细胞和精子是已分化的细胞，而受精卵和胚胎干细胞未分化；动物体细胞全能性目前只表现出细胞核全能性。2.植物组织培养的条件(1)离体：在体内因为基因的选择性表达，其全能性不能表现出来。(2)无菌：细胞在有菌条件下会因微生物的存在影响其正常代谢和分裂、分化，使组织培养失败。所以培养基、外植体(接种到培养基上的组织细胞)、所用操作工具及操作环境必须严格消毒，如无菌水、无菌滤纸、无菌解剖刀、无菌工作台等。(3)人为控制：在实验室里进行，人工配制培养基，人工控制各种条件，若不是人工条件而是自然条件下产生的不叫组织培养。(4)培养基成分：无机营养成分：H2O和无机盐；有机营养成分：蔗糖、氨基酸等；激素：生长素类和细胞分裂素类。当生长素/细胞分裂素这一比例大时，主要诱导脱分化和根原基形成，当比例小时，主要诱导再分化和芽原基的形成；琼脂：凝固形成固体培养基。(5)环境条件：脱分化避光；再分化需光，光使细胞内形成叶绿体、叶绿素，进行光合作用；适宜的pH和充足的氧气。3.植物组织培养的过程比较名称过程形成体特点培养基光脱分化由外植体成为愈伤组织排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团生长素类与细胞分裂素的比例大避光再分化由愈伤组织成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长发育成完整的植物体由根、茎、叶、花、果、实、种子自身产生各种激素需光4.植物组织培养过程中注意的问题(1)该过程从繁殖方式上应为无性繁殖，细胞分裂方式为有丝分裂，包含脱分化和再分化两个阶段。(2)愈伤组织是脱分化、高度液泡化细胞，故细胞内无叶绿体，不能进行光合作用，只3能以现成有机物来提供物质和能量；其代谢方式为异养、需氧；有细胞壁，有大液泡，故仍可进行质壁分离；该过程进行有丝分裂，故愈伤组织应是具有细胞周期的细胞；愈伤组织为脱分化后形成的细胞，故应视为未分化的细胞(同受精卵一样，未分化)。(3)获取细胞产品的时期应为脱分化之后再分化之前的愈伤组织；制作人工种子需要再分化后形成的胚状体阶段。二、植物体细胞杂交技术1.植物体细胞杂交的原理：膜的流动性和细胞的全能性。2.植物体细胞杂交的过程该图是两种不同品种的植物细胞A、B进行细胞融合的过程。C：用酶解法去掉细胞壁，获得原生质体的过程，所用酶为纤维素酶和果胶酶。D：在诱导剂的作用下进行诱导融合，先进行膜的融合，再进行核的融合，最后形成杂种细胞E，E细胞有三种(AA型、BB型、AB型，只有AB型才是我们所需要的杂种细胞，所以需要进行筛选)。G：表示细胞融合完成的标志是新的细胞壁的生成。F：表示进行组织培养。常用的诱导方法物理法：离心、振动、电激；化学法：聚乙二醇(PEG)。3.植物体细胞杂交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征，原因是杂种植株中含有两种植物的遗传物质。4.该技术在育种上应用时最大的优点：克服远缘杂交的不亲和障碍。【例题】【例1】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，下列哪一项条件是不需要的(C)A.消毒灭菌4B.适宜的温度C.充足的光照D.适宜的养料和激素【例2】据图回答下列问题：(1)过程①②是用___纤维素酶和果胶酶___处理细胞的细胞壁，后经③过程诱导原生质体融合，实际融合的过程中原生质体可能会形成___3___种细胞团(只考虑两个细胞融合的情况)。④是___细胞壁再生___的过程，与此过程密切相关的细胞器是___高尔基体___。(2)在⑤过程培养中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外，还需要在培养基中加入___植物激素___。同时，在培养过程中，除必要的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程中必须保证___无菌___。(3)若番茄细胞内含A条染色体，马铃薯细胞内含B条染色体，将番茄和马铃薯采用杂交育种方法培育(假设能成功)，得到的后代应含___2AB___条染色体，还必须用___秋水仙素___来处理幼苗，才能得到可育的番茄——马铃薯植株，此时体细胞中含有___A+B___条染色体。(4)若番茄是二倍体，马铃薯是四倍体，则杂种植株为___六___倍体。【例3】下图是植物组织培养的简略表示。据此回答：①脱分化②再分化③→④(1)①表示___离体的植物器官___，它能被培养成为④的根本原因是___植物细胞的全能性___。(2)②表示___愈伤组织___，它与①相比分化程度___低___，全能性___高___。(3)若想制作人工种子，应该选用(填编号)___③___。(4)若①是花药，则④是___单倍体植株___，继续对其使用___秋水仙素___处理可获得___纯合___正常植株，该过程称为___单倍体育种___。(5)若①是胡萝卜根尖细胞，则培养成的④的叶片的颜色是___绿色___，这说明根尖细胞___含有与叶绿体形成相关的基因___。(6)若利用此项技术制造治疗烫伤、割伤的药物——紫草素，培养将进行到(填编号)___②___。【例4】中科院上海植物生理研究所在“神舟四号”飞船进入太空后为一对“新人”——黄花烟草原生质体和革新一号烟草原生质体举办了特殊的“婚礼”。将两个“新人”放入融合器中，当充满液体的融合器加上直流电场，两个原本相互游离的细胞一下子贴到一起，开始了“窃窃私语”。紧接着，在瞬间高压脉冲的作用下，细胞膜被击出了一个小孔，透过这微小的空间，两股细胞质展开了“心灵沟通”。渐渐地，细胞核也扭摆着“亲热”起来，20min后，它们俩已是你中有我，我中有你，一个新生命就这样诞生了。地面实验结果显示：用于融洽的两个“新人”，一个开的是粉花(标记为“一号”)，一个开的是黄花(标记为“二号”)，融合后的细胞再生植株开的是黄花，但形状却和一号相同(称“一号形状”，另一个称“二号5形状”)。这种“太空烟草”比普通烟草个子矮，株秆粗，烟叶多，是我国太空育种试验的一项重大成果。据此回答下列问题：(1)由于细胞的密度不同，因此在地面上进行细胞融合非常困难。从理论上讲，在太空中细胞更容易融合，可能的原因是___重力作用很弱___。在显微镜下观察，“新人”的细胞膜融合在一起，使细胞呈圆球状，这是因为膜具有___一定的流动性___特性。“细胞婚礼”中用到的诱导融合技术是___电刺激诱导融合___。(2)两种烟草原生质体融合时，___非自身融合___类型是我们需要的，这样的细胞经组织培养后，再生的植株属___多(或四)___倍体。(3)植物体细胞融合技术与传统的有性杂交相比，其优点是___克服了远缘杂交不亲和的障碍___。(4)“太空烟草”能稳定遗传吗？为什么？___如果“太空烟草”为纯合子，无性繁殖和有性繁殖都能稳定遗传；如果为杂合子，无性繁殖能稳定遗传，有性繁殖会出现性状分离。培养过程中也可能会发生基因突变___。【作业】完成《名师导学》对应部分