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第十单元现代生物技术专题第二讲细胞工程课标展示1.阐明植物组织培养是在一定条件下，将离体植物器官、组织和细胞在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织，并重新分化，最终形成完整植株的过程。2.概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定条件下融合成杂合细胞，继而培育成新植物体的技术。3.举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种方式有效提高了生产效率。4.阐明动物细胞培养是从动物体获得相关组织，分散成单个细胞后，在适宜的培养条件下让细胞生长和增殖的过程。动物细胞培养是动物细胞工程的基础。5.阐明动物细胞核移植一般是将体细胞移入一个去核的卵母细胞，并使用重组细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的过程。6.阐明动物细胞融合是指通过物理、化学或生物学等手段，使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。7.概述细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术。8.简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。素养链接1.生命观念——细胞全能性的物质基础，生物生长的细胞学基础等。2.科学思维——建立模型：植物细胞工程的基本操作流程及单克隆抗体的制备过程示意图等。3.科学探究——解决问题：植物细胞工程的应用等。考点一植物细胞工程技术及其应用1．细胞工程(1)操作水平：细胞水平或细胞器水平。(2)目的：按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。2．植物细胞的全能性(1)含义：具有某种生物全部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。(2)物质基础：细胞内含有本物种全部的遗传信息。(3)表达条件：①具有完整的细胞结构。②处于离体状态。③提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。3．植物组织培养技术(1)原理：植物细胞具有全能性。(2)过程：(3)培养条件：①无菌：培养基灭菌、培养材料和培养器械消毒。②固体培养基：大多由无机营养成分、有机营养成分、激素、琼脂四部分组成。③光照：脱分化阶段不需要光照。④激素调控：培养基中生长素和细胞分裂素的比例调控组织培养进程。4．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，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。(2)操作流程(见下图)。(3)流程分析：①过程a为去除细胞壁获得具有活力的原生质体，用到的酶是纤维素酶和果胶酶。②过程b是原生质体的融合，其原理是细胞膜的流动性。③诱导b融合的两种方法：物理法包括离心、振动、电激等；化学法一般用聚乙二醇作为诱导剂。④过程c是原生质体融合后再生出细胞壁。⑤过程d是组织培养技术，其原理是细胞的全能性。(4)意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍、获得杂种植株。5．植物细胞工程的实际应用(1)植物繁殖的新途径：①微型繁殖：保持优良品种的遗传特性，高效快速地实现大量繁殖。②作物脱毒：利用分生组织(如茎尖)培养获得脱毒苗。③人工种子：胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等包上人工种皮制成。(2)作物新品种的培育：①单倍体育种过程：花药离体培养―→单倍体植株――→人工诱导染色体加倍纯合子植株优点：大大缩短育种年限(3)细胞产物的工厂化生产：①细胞产物种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。②技术基础：植物组织培养技术。③培养阶段：愈伤组织阶段。1．胞脱分化与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①离体；②适宜的营养；③生长素/细胞分裂素的比例适中；④不需光①离体；②适宜的营养；③生长素与细胞分裂素比例的高或低诱导生根或生芽；④光照2.激素比例与细胞分裂、分化的关系(1)适当提高生长素与细胞分裂素的比例容易生根。(2)适当提高细胞分裂素与生长素的比例容易生芽。(3)比例适中诱导产生愈伤组织。(见下图)3．通过植物体细胞杂交形成的杂交植株不一定可育。是否可育要看同源染色体能否正常联会。若植物体细胞杂交过程得到的杂种植物存在同源染色体，能正常联会，则可育。科学思维——模型与建模1．蝴蝶兰素有“兰中皇后”的美誉。采用植物组织培养技术是目前蝴蝶兰大规模生产的唯一途径。请用简洁的文字和箭头简要图解繁殖过程。提示：外植体→(脱分化)→愈伤组织→(再分化)→丛芽→试管苗科学探究——方案与实施2．结合诱变育种从细胞工程的角度出发，简述一种培育抗寒香蕉品种的方法及步骤。提示：体细胞诱变育种。利用诱变剂等方法使香蕉离体培养细胞发生基因突变，再利用植物组织培养技术发育完整植株，然后筛选培育出抗寒品种。考法1植物组织培养过程分析1．甲、乙两名同学分别以某种植物的绿色叶片和白色花瓣为材料，利用植物组织培养技术繁殖该植物。回答下列问题：(1)以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体，在一定条件下进行组织培养，均能获得试管苗，其原理是____________________________________________________________。(2)甲、乙同学在诱导愈伤组织所用的培养基中，均加入一定量的蔗糖，蔗糖水解后可得到______________。若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗，该细胞应具备的条件是________________(填“具有完整的细胞核”“具有叶绿体”或“已转入抗性基因”)。(3)图中A、B、C所示的是不同的培养结果，该不同结果的出现主要是由于培养基中两种激素用量的不同造成的，这两种激素是________________。A中的愈伤组织是叶肉细胞经________形成的。(4)若该种植物是一种杂合体的名贵花卉，要快速获得与原植株基因型和表现型都相同的该种花卉，可用组织培养方法繁殖，在培养时，________(填“能”或“不能”)采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体，原因是_________________________________________________。解析：(1)外植体在一定条件下进行组织培养获得试管苗的原理是植物细胞的全能性。(2)蔗糖水解后可得到一分子的葡萄糖和一分子果糖；若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗，该细胞应具备的条件是应该具备整套遗传物质，即具有完整的细胞核。(3)在植物组织培养过程中加入的细胞分裂素、生长素的比例不同，诱导形成的器官不同；外植体经脱分化形成愈伤组织，再分化形成完整的植株。(4)依题意不能采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体，原因是对杂合体的植株来说，其体细胞的基因型相同，而花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同，用花粉粒进行组织培养得到花卉基因型不同于原植株。答案：(1)植物细胞的全能性(2)葡萄糖、果糖具有完整的细胞核(3)细胞分裂素、生长素脱分化(4)不能对杂合体的植株来说，其体细胞的基因型相同，而花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同，用花粉粒进行组织培养得到花卉基因型不同于原植株2．(2019·武汉模拟)紫杉醇是红豆杉细胞中产生的一种高效抗癌物质，在植物体中含量极低。为取代从天然植株中提取紫杉醇的方式，可通过植物组织培养和细胞培养技术来获取，其过程为：获取红豆杉外植体→消毒→诱导愈伤组织→细胞培养→提取紫杉醇。回答下列问题：(1)获取的外植体首先要通过________过程培养出愈伤组织。下表为四种不同外植体在相同培养条件下诱导愈伤组织的实验结果，由表中结果可知诱导愈伤组织较适宜的两种外植体分别是________。外植体愈伤组织体积诱导率/%不带叶茎段很大99.5带叶茎段很小90叶片很小20成熟胚较大80注：诱导率(%)＝(形成的愈伤组织数量/接种的外植体数量)×100%(2)将愈伤组织接种到适宜培养液中进行细胞培养，细胞培养的过程_______(填“体现”或“未体现”)细胞的全能性，理由是____________________。据下图分析，2，4－D对细胞生长和紫杉醇合成的作用分别是______，为获得最大紫杉醇总产量，最适合的2，4D浓度应为________(填“0.5”“1.0”或“2.0”)mg·L－1。(3)与从天然植株中提取相比，利用上述技术生产紫杉醇的重要意义是________________________________________________________________(答出两点)。解析：(1)外植体脱分化可培育出愈伤组织。分析表中结果可知诱导愈伤组织较适宜的两种外植体应该是体积较大，且诱导率较高的，分别是不带叶茎段和成熟胚。(2)将愈伤组织接种到适宜培养液中进行细胞培养，细胞培养的过程最终培养出的是细胞，而不是完整的生物个体，因此，未体现细胞的全能性。据图分析可知，2，4D促进细胞生长，抑制紫杉醇的合成，为获得最大紫杉醇总产量，最适合的2，4D浓度应为1.0mg·L－1，若2，4D浓度应为0.5mg·L－1，则细胞生长速率太慢，若2，4D浓度应为2.0mg·L－1，则紫杉醇含量太低。(3)若从天然植株中提取紫杉醇，会破坏红豆杉树木，若用植物组织培养技术，在短时间内就能培育大量的愈伤组织，经过细胞培养，可以获取大量的紫杉醇，利用上述技术生产紫杉醇的重要意义是：①提高了紫杉醇的产量；②保护了红豆杉资源。答案：(1)脱分化不带叶茎段、成熟胚(2)未体现此过程中细胞没有再分化，没有发育成完整植株促进细胞生长、抑制紫杉醇合成1．0(3)提高了紫杉醇的产量，保护了红豆杉资源考法2植物体细胞工程及应用3．(2019·河南八市测试)下图为科研人员用两种方法繁殖苗木的示意图，据图回答下列问题：(1)③④过程中常用到的激素有____________。③④⑤中不需要进行光照的是过程__________。(2)通过甲、乙两种途径获得的B、C植株的遗传性状与A相同，原因是__________________________。(3)某同学认为甲途径中的①过程包含了乙途径中的③④过程，你认为此说法__________(填“正确”或“不正确”)，原因是______________________________________________________________________________。(4)人工种子中的a、b、c分别相当于天然种子中的________________。(5)若对优质葡萄进行扩大种植，宜采用的繁殖方式________(填“甲”或“乙”)途径；若对稀有的珍贵花卉进行扩大种植，宜采用的繁殖方式是________(填“甲”或“乙”)途径。解析：甲途径为枝条的扦插繁殖，在插条的下端生出不定根，枝条上的侧芽发育为主枝，即可得到完整植株。由于整段枝条没有脱分化转变为愈伤组织，因此途径甲不包括③过程。利用扦插的方法繁殖后代简便易行，并且扦插的葡萄枝条很容易成活；稀有的珍贵花卉不适用扦插方法，因为能获取的枝条很少，因此可取很小一部分组织进行组织培养，以获得大量后代。答案：(1)生长素、细胞分裂素③(2)都是A经过无性生殖得到的(3)不正确③④分别为脱分化、再分化过程，而①过程中的扦插枝条并没有脱分化变成愈伤组织(4)种皮、胚、胚乳(5)甲乙4．(2019·哈三中二模)紫草素是紫草细胞的代谢产物，可作为生产治疗烫伤药物的原料。研究人员通过培养紫草细胞生产紫草素。为了获取紫草素，某制药公司利用植物组织培养技术，从培养的愈伤组织中提取这种有效成分。请回答下列问题：(1)培养时，通常选择新生的芽作为外植体，这是因为_________________________________________________________________________________________。将离体的芽培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其依次产生__________、________，最终形成完整的植株。(2)假设紫草与另一种植物A均为二倍体药用植物(紫草细胞中有2n条染色体，A植物细胞中有2m条染色体)。某药物研究所拟利用植物体细胞杂交技术培育同时含有两种有效成分的新型药用植物。为了得到原生质体需用______酶和______酶去除两植物的细胞壁，然后诱导其融合形成杂种细胞。(3)融合形成的杂种细胞在有丝分裂后期含有______条染色体。杂种细