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专题2细胞工程2.1植物细胞工程2.1.1植物细胞工程的基本技术学习目标：1.了解细胞工程的含义。2.理解植物细胞的全能性。(重点)3.掌握植物组织培养技术的过程及用途。(重点)4.理解植物体细胞杂交技术的过程。(重点)自主探新知预习一、细胞工程的概念与种类1．概念(1)原理和方法：细胞生物学和。(2)操作水平：细胞水平或水平。(3)目的：按照人们的意愿来改变或获得___________。细胞产品分子生物学细胞器细胞内的遗传物质2．种类根据操作对象不同，可分为植物细胞工程和细胞工程。二、植物细胞的全能性1．概念：具有某种生物的任何一个细胞，都具有发育成，也就是说，每个生物细胞都具有_______的特点。全能性动物全部遗传信息完整生物体的潜能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．影响细胞全能性表现的原因：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，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4．表达时两个重要的过程(1)脱分化：让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的___________而转变成未分化细胞的过程。(2)再分化：脱分化产生的在一定的培养条件下，再分化出，形成完整的小植株。幼根和芽结构和功能愈伤组织三、植物组织培养技术1．原理：植物细胞的。2．过程：离体的植物器官、组织、细胞―――――――――→一定的营养、激素脱分化――――――――――――→含有不同激素成分的培养基再分化胚状体或丛芽―→试管苗。3．脱分化：已的细胞经过诱导后，失去其特有的____________而转变成未分化细胞的过程。结构和功能全能性愈伤组织分化4．植物组织培养的条件(1)的植物细胞、组织、器官。(2)和人工控制。(3)培养在。(4)给予的培养条件。5．实验：胡萝卜的组织培养(1)原理：―――→―――→幼根和芽→完整植物体。愈伤组织脱分化再分化离体无菌人工制备的培养基上适宜离体的植物器官、组织或细胞(2)过程：取材：消毒后选取根的部位，切取1cm3左右的小块，因为该部位容易诱导形成↓接种：将组织块接种到诱导培养基上，诱导出↓培养：在23～26℃恒温条件下培养一段时间，再将愈伤组织转接到上培养诱导出试管苗↓移栽：将试管苗移栽到大田，培养成正常植株分化培养基形成层愈伤组织愈伤组织避光四、植物体细胞杂交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。新的植物体不同种杂种细胞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：①物理法：等。②化学法：用诱导。3．意义克服不同种生物的不亲和性。远缘杂交纤维素酶和果胶酶离心、振动、电激聚乙二醇(PEG)1．判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)细胞工程可以通过在分子水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质。()(2)植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性。()(3)在植物组织培养过程中，细胞的遗传物质一般都发生改变。()(4)在植物组织培养过程中需要给予光照，以诱导脱分化过程。()(5)植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是细胞壁阻碍了原生质体的融合。()提示：(1)×细胞工程是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。(2)×具有某种生物全部遗传信息的细胞在离体的情况下才能表现出全能性。(3)×植物组织培养主要是通过细胞分裂和分化实现的，遗传物质一般不会发生改变。(4)×植物组织培养过程中，脱分化过程是要求避光培养的。(5)√2．下列关于运用植物组织培养技术产生新个体的叙述，错误的是()A．属于无性生殖B．主要理论依据是植物细胞具有全能性C．培养过程中由于人工培养基含大量营养，不需光照就能发育成完整植株D．人工培养基中含植物生长发育所需的全部营养物质，包括矿质元素、糖、维生素等C[植物组织培养属于无性生殖，依据的理论基础为植物细胞的全能性；在培养基中含有植物细胞发育所需要的全部营养物质；组织培养的脱分化阶段不需要光，但是再分化阶段需要光。]3．下列有关植物体细胞杂交的叙述，错误的是()A．有可能把两个植物体的优良性状集中在杂种植株上B．需要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁C．利用聚乙二醇可以促进原生质体融合D．植物体细胞杂交就是将不同的植物体细胞融合成杂种细胞D[植物体细胞杂交之前，需要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；进行原生质体间的融合，必须要进行人工诱导，如可用聚乙二醇促进原生质体融合；植物体细胞杂交就是将不同的植物体细胞融合成杂种细胞，并将该杂种细胞培育成新的植物体的技术。]合作攻重难探究植物细胞的全能性背景材料1．细胞的全能性(1)具有全能性的原因：一般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，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。(2)现实体现：在生物的生长发育过程中，生物体内的细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官。这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞内的基因会选择性表达。(3)不同细胞全能性的大小。①体细胞全能性：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。②不同细胞的全能性：受精卵胚胎干细胞生殖细胞体细胞。③不同生物的细胞全能性：植物细胞动物细胞。(4)全能性与细胞分化的关系：随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。2．植物细胞全能性表达所需条件(1)体细胞未表现全能性的原因：基因的选择性表达。(2)体现细胞全能性的条件：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①无菌操作②光照：愈伤组织培养最初避光培养，后期见光培养特别提醒：1细胞表达全能性的标志是发育成完整个体而不是形成某种组织或者器官。2细胞具有全能性是因为细胞中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，因此仍然具有全能性。1．以下不能说明细胞全能性的实验是()A．玉米花粉粒培育出植株B．转入贮存蛋白基因的向日葵细胞培育出植株C．烧伤病人的健康细胞培养出皮肤D．胡萝卜的形成层组织培育成胡萝卜幼苗C[细胞的全能性是指具有某种生物全套遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。玉米花粉粒培育出植株、向日葵细胞培育出植株、胡萝卜的形成层组织培育成胡萝卜幼苗都是全能性的体现，只有C选项没有得到完整个体，不能体现细胞的全能性。]2．植物细胞表现出全能性的必要条件和增殖方式分别是()A．脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件；减数分裂B．导入其他植物细胞的基因；有丝分裂C．将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内；减数分裂D．脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件；有丝分裂D[植物细胞表现全能性的条件：①器官、组织或细胞离体和适宜的外界条件；②一定的营养(无机、有机成分)和植物激素。植物细胞组织培养形成植物体的过程，包括脱分化和再分化两个重要的过程，在这两个过程中细胞都是通过有丝分裂方式进行增殖的。]植物组织培养技术[思考交流]1．在植物组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？提示：避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。2．为什么切取胡萝卜根的形成层？其他部位也能培养成小植株吗？提示：胡萝卜根的形成层容易诱导形成愈伤组织，其他部位如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。3．若培养物取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，愈伤组织中是否会含有叶绿体？提示：培养物经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞，愈伤组织中不含有叶绿体。[归纳总结]1．相关概念辨析(1)外植体：离体进行组织培养的植物组织或器官。(2)胚状体和丛芽：植物组织离体培养，经过脱分化和再分化，发育成胚状体或丛芽。胚状体经过生长发育成完整植株；而丛芽还需要诱导生根后才能发育成完整植株。(3)愈伤组织：是一团没有特定结构和功能，排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞团。(4)脱分化和再分化的比较比较内容脱分化再分化过程外植体→愈伤组织愈伤组织→幼苗形成体特点排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞有根、芽需要条件a.离体b．适宜的营养c．生长素与细胞分裂素的比例适中d．不需光a.离体b．适宜的营养c．生长素与细胞分裂素的比例高(低)诱导生根(生芽)d．需光照2.植物组织培养的条件(1)离体、无菌。(2)环境条件适宜：如营养物质(水、无机盐、蔗糖、维生素等)、激素(生长素和细胞分裂素)、适宜的温度和光照。3．胡萝卜组织培养实验的注意事项(1)条件控制：植物组织培养过程中光照条件的控制非常重要，包括光照强度、光照时间和波长。在形成愈伤组织的脱分化阶段往往需要暗培养，而在再分化的过程中一定要有光照。脱分化阶段的暗培养有利于细胞的脱分化，产生愈伤组织，因为在光照条件下细胞容易分化产生维管组织，不利于产生大量的愈伤组织。再分化阶段要有光照，这样有利于诱导形成叶绿素。(2)取材：含形成层(分生组织)的部位易于诱导形成愈伤组织。尽管植物体其他已分化的部位也可以用于组织培养，但诱导愈伤组织的形成比较困难。(3)消毒和灭菌：培养基中含有丰富的营养物质，不仅有利于培养物的生长，也有利于各种杂菌的生长。一旦污染，迅速生长的各种杂菌不仅会与培养物争夺营养，而且会产生大量对培养物有害的物质，导致培养物死亡。(4)植物激素的作用生长素与细胞分裂素的比值作用效果比值高时有利于根的分化，抑制芽的形成比值低时有利于芽的分化，抑制根的形成比值适中时促进愈伤组织形成1．植物组织培养过程中的脱分化是指()A．植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞的过程B．未成熟的种子经过长期培养，长出幼苗的过程C．植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程D．取植物的枝芽培育成一株新植物的过程C[植物细胞脱分化就是让已分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能，而转变为未分化的细胞——愈伤组织的过程，因此C项是正确的。]2．(2019·全国卷Ⅲ)培养胡萝卜根组织可获得试管苗，获得试管苗的过程如图所示。(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有________。(2)步骤③切取的组织块中要带有形成层，原因是_________。(3)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基，其原因是______。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的________过程，最终可形成试管苗。(4)步骤⑥要进行照光培养，其作用是__________________。(5)经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的_____，这种繁殖方式属于________繁殖。[答案](1)全能性(或答：形成完整植株所需的全部基因)(2)形成层容易诱导形成愈伤组织(3)诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同分化(或答：再分化)(4)诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用(5)遗传特性无性植物体细胞杂交[思考交流]1．将白菜体细胞和甘蓝体细胞融合时，首先遇到的障碍是什么？用什么方法可以解除此障碍？提示：细胞壁阻碍细胞间的融合。用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。2．只考虑两两融合，原生质体A和B可以形成几种融合细胞？哪种融合细胞才是符合要求的？提示：三种。AB融合细胞才是符合要求的。3．细胞融合完成的标志与植物体细胞杂交完成的标志相同吗？为什么？提示：不相同。细胞融合完成的标志是杂种细胞再生出细胞壁，而植物体细胞杂交完成的标志是培育出杂种植株，而不是形成杂种细胞。4．从结果上看杂种植株在遗传上有何特点？从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？提示：(1)遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传性状。(2)染色体数目增加，属于染色体数目的变异。5．从新品种培育的角度分析，植物体细胞杂交技术最大的优点是什么？提示：克服了不同种植物远缘杂交的障碍，使不同种植物杂交成为可能。[归纳总结]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