2.1-植物细胞工程

退出目录专题2细胞工程退出目录2.1植物细胞工程退出目录2.1.1植物细胞工程的基本技术退出目录课前预习导学退出目录目标导航学习目标重点难点1.简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术。2.尝试进行植物组织培养。重点:1.植物组织培养的原理和过程。2.植物体细胞杂交的原理。难点:植物组织培养的实验。退出目录预习导引退出目录一、细胞工程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。根据操作对象的不同,可分为植物细胞工程和动物细胞工程。二、植物组织培养技术1.概念:植物组织培养技术就是在无菌和人工控制条件下,将离体的植物器官、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,诱导其产生愈伤组织、丛芽,最终形成完整的植株。2.理论基础:植物细胞的全能性。3.过程:离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织,愈伤组织再分化生成胚状体或丛芽,进而发育成完整的植株。4.植物细胞的全能性:生物体的任何一个细胞都具有发育成完整个体的潜能。退出目录预习交流植物组织培养是植物细胞工程中最基本的技术,利用这项技术,可以把植物的一片叶子、一瓣花瓣,甚至一粒花粉,都可以培养成幼小的植株。1.植物组织培养的培养对象是什么?提示:离体的植物器官、组织和细胞。2.植物组织培养的条件是什么?提示:无菌和人工控制的条件下,人工配制的培养基、适宜的培养条件。3.植物组织培养的结果是什么?提示:诱导其产生愈伤组织、丛芽,最终形成完整的植株。退出目录三、植物体细胞杂交技术1.概念:将不同种的植物体细胞,在一定条件下融合成杂种细胞,并将其培育成新的植物体的技术。2.过程:(1)用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁得到原生质体;(2)人工诱导原生质体融合;(3)诱导再生出新的细胞壁形成杂种细胞;(4)培养杂种细胞,经脱分化形成愈伤组织、再分化生成胚状体或丛芽,进而发育成完整的小植株。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。融合完成的标志:新细胞壁的形成。4.实例:番茄与马铃薯体细胞杂交,培育出“番茄—马铃薯”杂种植株。5.重要意义:克服不同生物远缘杂交的障碍。退出目录课堂合作探究问题导学一、植物组织培养技术活动与探究1.什么是植物细胞的分化、脱分化、再分化?提示:(1)细胞的分化:在特定时间和空间下基因有选择性表达的过程,细胞分化后在形态和功能上出现稳定性的差异。(2)脱分化:离体细胞失去特有的细胞结构和功能,转变成未分化细胞的过程。(3)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。退出目录2.什么是细胞的全能性?细胞全能性的原因是什么?不同细胞全能性的大小是怎样的?提示:(1)概念:从理论上讲,生物体的每一个细胞都具有发育成完整个体的潜能。细胞的这种特性叫作细胞的全能性。(2)原因:生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质。(3)全能性大小(一般情况下):①植物细胞动物细胞(高度分化的动物细胞只有细胞核具有全能性)。②受精卵生殖细胞(精子、卵子)体细胞。③幼嫩的细胞衰老的细胞。④细胞分裂能力强的细胞分裂能力弱的。⑤体细胞:分化程度低的分化程度高的。退出目录3.植物组织培养时,恢复植物细胞全能性的条件有哪些?提示:(1)脱离母体:脱离母体用于植物组织培养的植物器官、组织或细胞又称为外植体。(2)营养物质:①无机营养物:主要由大量元素和微量元素两部分组成。②蔗糖:给植物组织提供碳源和能源,维持培养基的渗透压。③维生素:有利于外植体的发育。④各种氨基酸等。⑤植物激素:主要是生长素和细胞分裂素。(3)无菌条件:培养基需用高压蒸汽灭菌;外植体在接种前要消毒;接种时需在无菌室中或超净工作台上进行。(4)环境因素:适宜温度、光照等外界条件。退出目录4.植物组织培养技术的流程是怎样的?提示:外植体消毒接种到诱导培养基上愈伤组织接种到分化培养基上再分化移栽到大田完整植株幼苗退出目录迁移与应用下图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作,接入试管后,在一定条件下,形成试管苗的培育过程,请据图回答下列问题。(1)愈伤组织是韧皮部细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团,在愈伤组织形成过程中,必须从培养基中获得、和小分子有机物等营养物质。(2)要促进韧皮部细胞分裂和生长,培养基中应用和两类激素。(3)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。(4)A阶段是形成愈伤组织的过程,此过程不需要光照,而B阶段需要光照,原因是退出目录解析:愈伤组织的形成需要水、无机盐、小分子有机物、生长素和细胞分裂素等物质。植物组织培养的原理是细胞的全能性,既有细胞的分裂,也有细胞的分化,主要包括脱分化和再分化两个过程。试管苗中叶绿素的形成需要光照。答案:(1)水无机盐(2)细胞分裂素生长素(3)细胞的全能性有丝分裂分化(4)脱分化芽发育成叶,叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件退出目录(1)选择外植体时,由于外植体的脱分化难易程度因植物种类、器官来源及生理状况的不同而有很大差异。花和幼嫩的组织脱分化较为容易,而植物的茎、叶和成熟的老组织则较难。另外制备外植体时应选取有形成层的部分,因为形成层细胞易脱分化。(2)消毒和灭菌:植物组织培养要想取得成功,必须有效防止细菌等的污染。因为如果培养基上有细菌等微生物存在时,它们比植物细胞生长、繁殖快。而且它们会产生毒素,使培养的植物细胞中毒死亡。因此在培养过程中要求进行一系列的消毒、灭菌,并且要求无菌操作。可用体积分数为70%的酒精和体积分数为20%的次氯酸钠溶液对外植体消毒。(3)光照。离体的植物器官、组织和细胞脱分化形成愈伤组织时,需避光处理。愈伤组织再分化形成植物幼苗时,需光照处理。退出目录(4)激素调控:生长素和细胞分裂素用量及比例对植物组织培养的影响:比例影响生长素细胞分裂素有利于根的分化,抑制芽的形成细胞分裂素生长素有利于芽的分化,抑制根的形成比例适中促进愈伤组织的形成退出目录二、植物体细胞杂交技术活动与探究1.植物体细胞杂交技术的原理是什么?提示:(1)诱导原生质体融合:细胞膜的流动性。(2)培育成杂种植株:细胞的全能性。2.植物体细胞杂交的过程是怎样的?提示:退出目录3.怎样去掉细胞壁?诱导细胞融合的方法有哪些?提示:用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞,去掉细胞壁。诱导细胞融合的物理法包括离心、振动、电激等。化学法一般是用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂。4.原生质体融合成功的标志是什么?与哪种细胞器有关?提示:再生细胞壁;与高尔基体有关。5.植物体细胞杂交的意义是什么?提示:植物体细胞杂交能够在一定程度上克服远缘杂交不亲和的障碍,扩大了可用于杂交的亲本组合范围。退出目录迁移与应用据下面植物体细胞杂交技术流程图回答相关问题。(1)若运用传统有性杂交(即用番茄、马铃薯杂交)能否得到杂种植株?为什么?。(2)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中,运用的技术手段是,依据的原理是,其中过程②称为技术,与过程③密切相关的具有单层膜结构的细胞器为,过程④相当于,⑤过程涉及的分裂方式为。退出目录(3)已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体,则“番茄—马铃薯”属于倍体植株。(4)随“神舟六号”太空旅行的种苗中,最受关注的是柴油树试管苗。柴油树种子含有的柴油是植物细胞的代谢产物,可用植物组织培养来实现柴油的工业化生产。若利用此技术,将柴油树细胞培养进行到过程(填图中字母编号)即可。解析:(1)番茄和马铃薯属于两种植物,存在生殖隔离,不能通过有性杂交产生后代。(2)过程②是把a、b两个原生质体融合在一起,所以称为原生质体融合。过程③是在融合的原生质体外再生一层细胞壁,而细胞壁的形成与高尔基体有关。过程④的结果是形成了愈伤组织,所以④为脱分化。(3)“番茄—马铃薯”属于异源多倍体里面的异源六倍体。(4)柴油是植物细胞的代谢产物,将柴油树细胞培养到愈伤组织即可。答案:(1)不能,不同种的植物存在生殖隔离(2)植物组织培养细胞全能性原生质体融合高尔基体脱分化有丝分裂(3)六(4)e退出目录(1)植物体细胞杂交包括植物细胞融合和植物组织培养两个环节。(2)只考虑两个原生质体的融合,如A、B两种原生质体发生融合后的细胞有:原生质体A与A的融合、B与B的融合和A与B的融合。所以需要经过筛选才能得到杂种细胞。(3)体细胞杂交植物的染色体组数①染色体组数目=甲、乙两个细胞内染色体组数之和。②植物体细胞杂交后的植物,有几个染色体组就称为几倍体。③举例:a.二倍体白菜和二倍体甘蓝体细胞杂交得到的白菜—甘蓝有四个染色体组,为四倍体。b.二倍体白菜配子和二倍体甘蓝配子杂交得到的新个体有两个染色体组,称为二倍体。退出目录(4)“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想象的那样,地上长番茄、地下结马铃薯的原因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,所以番茄—马铃薯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,不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达。退出目录当堂检测退出目录1.植物细胞工程通常采用的技术手段有植物组织培养和植物体细胞杂交等,这些技术的理论基础是()。A.植物细胞的结构是完整的B.植物细胞能进行有丝分裂C.植物体的生命活动受激素调节D.植物细胞具有全能性解析:植物细胞都具有发育成完整植物体的潜能,即细胞的全能性,它是细胞工程的理论基础。答案:D退出目录2.用纤维素酶和果胶酶处理成熟的植物细胞,一段时间后将其置于清水中,细胞将()。A.皱缩B.涨破C.呈球形D.保持原状解析:植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,用纤维素酶和果胶酶处理成熟的植物细胞会将其细胞壁去除,剩下的是原生质体。将原生质体置于清水中会吸水涨破。答案:B退出目录3.植物组织培养繁育红掌的正确流程是()。①离体的红掌组织②胚状体或丛芽③愈伤组织④再分化⑤脱分化⑥红掌幼苗A.①②⑥⑤③④B.①②④⑥③⑤C.①⑤③④②⑥D.①⑤②⑥③④解析:植物组织培养的过程是:离体植物器官、组织或细胞→脱分化→愈伤组织→再分化→胚状体或丛芽→植物体。答案:C退出目录4.下图为植物体细胞杂交过程示意图。下列说法不正确的是()。A.植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍B.杂种细胞经过④和⑤过程可以培育成杂种植株说明杂种细胞具有全能性C.尽管愈伤组织可以进行光合作用,但其培养基中仍需要糖类、氨基酸等有机营养D.若A的基因型为Rr,B的基因型为Yy,则最终形成的杂种植株的基因型为RrYy退出目录解析:植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍。杂种细胞经过脱分化和再分化过程可以培育成杂种植株,说明杂种细胞具有全能性。愈伤组织不能进行光合作用,所以其培养基中需要糖类、氨基酸等有机营养。若A的基因型为Rr,B的基因型为Yy,则最终形成的杂种植株的基因型为RrYy。答案:C退出目录5.下图是某植物的培育过程,请据图判断下列说法中错误的是()。A.A→F不能体现细胞的全能性B.C中是高度液泡化的薄壁细胞C.植株A和F中的染色体组数不同D.植株F一般不能直接应用于生产解析:花药离体培养用到的生殖细胞同样具有全能性。C中愈伤组织细胞是高度液泡化的薄壁细胞。植株F是植株A的单倍体,植株A和F中的染色体组数不同。单倍体植株高度不育,植株F一般不能直接应用于生产。答案:A