资源简介

第1节　植物细胞工程
第1课时 植物细胞工程的基本技术
学习目标
1.概述植物组织培养和植物体细胞杂交技术的原理和过程。
2.概述植物组织培养的过程。
学习重点
1.植物组织培养的原理和过程。
2.植物体细胞杂交技术的原理。
学习难点
植物组织培养的实验。
预学案--教材研读（自主学习）
细胞工程是指应用 、 和 等多学科的原理和方法，通过 、 或 水平上的操作，有目的地获得特定的 、 、 、 或其 的一门综合性的生物工程。
一、植物组织培养技术
1.细胞的全能性
（1）概念：细胞经______和______后，仍然具有产生____________或分化成______________的潜能。
（2）原因：一般来说，生物体的每个细胞中都含有发育成为完整个体所需的全部___________。
（3）细胞全能性的比较：①受精卵＞______细胞（卵细胞＞精子）＞体细胞；②植物细胞＞动物细胞；③幼嫩的细胞＞衰老的细胞；④分化程度____的细胞＞分化程度_____的细胞；⑤分裂能力______的细胞＞分裂能力______的细胞。
（4）体内细胞不表现全能性的原因：基因在特定的时间和空间条件下 ，细胞分化形成不同的组织、器官。
2.植物组织培养
（1）概念：指将______的植物器官、组织或细胞（称为_______）等，培养在____________的培养基上，给予 ，诱导其形成 的技术。
（2）原理：植物细胞的 。
（3）过程：
外植体 愈伤组织 根、芽 幼苗 完整植株
①愈伤组织： 的薄壁组织团块。
②脱分化：在一定的______和______等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的______和______，转变为未分化的细胞，进而形成 的过程。
③再分化：____________重新分化成______、______等器官的过程。
④适宜的培养条件：______、______条件、_____和_____适宜的营养物质、植物激素（主要是______和_________）的诱导和调节、适宜的外界条件（温度、pH、______等）。
脱分化过程一般______光照、再分化过程______光照。生长素/细胞分裂素＞1，有利于______的分化；＜1，有利于______的分化；=1，促进_________的形成。
【探究·实践·菊花的组织培养】
1.实验原理：（1）植物细胞一般具有________。（2）在一定的______和______等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过______和______，形成______，长出芽和根，进而发育成完整的植株。（3）植物激素中______和____________是启动细胞分裂、_________和_________的关键激素，它们的______、______等都会影响植物细胞的发育方向。
2.材料分析：（1）外植体：幼嫩的菊花茎段→容易诱导形成____________。（2）体积分数为70%的酒精：对手、超净工作台、外植体进行______。（3）质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液：对外植体进行______。（4）________：清洗外植体。（5）培养基：包括无机营养成分（水和无机盐）、有机营养成分（蔗糖、氨基酸、维生素等）、特定浓度和比例的激素（主要是______和____________）。蔗糖的作用：提供______、调节_______。灭菌：______灭菌法。
3.方法步骤
（1）消毒
①用 擦拭双手和超净工作台台面。②外植体→流水冲洗→酒精消毒 →立即用
清洗2～3次→次氯酸钠溶液处理 →立即用 清洗2～3次。
（2）外植体切段
将消过毒的外植体置于______的培养皿中→用____________吸去表面的水分→用解剖刀将外植体切成0.5～1cm长的小段。
（3）接种
在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3～1/2插入____________的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记。注意：接种时注意外植体的______，不要______！
（4）脱分化
将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于____________℃的培养箱中培养。在培养过程中，定期观察和记录____________的生长情况。注意：该过程一般不需要_____，有______易形成维管组织，不易形成愈伤组织。
（5）再分化
培养15～20d后，将生长良好的愈伤组织转接到____________的培养基上→长出芽后→将其转接到____________的培养基上，进一步诱导形成______。注意：注意顺序，先诱导生______，再诱导生______；该过程每日需要给予适当时间和强度的______！
（6）移栽培养
移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的______后，将幼苗移植到______的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再______入土。每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。
4.结果分析与评价
5.进一步探究
（5）若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？
①空白对照：不加任何激素；
②实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值______1；
③实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值______1；
④实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值______1。
特殊的植物组织培养——花药离体培养：该过程涉及的生殖方式是____________，经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为____________。
二、植物体细胞杂交技术
1.概念：植物体细胞杂交是指将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成___________，并把____________培育成____________的技术。
2.过程：植物____________、植物____________。
3.去除细胞壁的方法：______法。（1）所用酶：______酶和______酶。（2）去壁的原因：______阻碍了原生质体间的融合（阻碍着细胞间的杂交）。
4.原生质体间的融合（关键环节）
（1）原理：细胞膜具有____________。（2）诱导融合的方法：物理法（______法、______法）和化学法（__________________融合法、__________________融合法）。
5.植物细胞融合和植物体细胞杂交完成的标志
（1）植物细胞融合完成的标志：再生出新的______。
（2）植物体细胞杂交完成的标志：培育成____________。
6.实例：白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等。
7.意义：植物体细胞杂交技术在打破____________，实现____________育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。
【导学案】
一、植物组织培养和植物细胞培养的比较
知识拓展：
（1）由愈伤组织进行细胞分化时，一般要先诱导其生芽，然后诱导其生根，可通过控制培养基中生长素和细胞分裂素的比例来实现。
（2）生长素和细胞分裂素用量的比例影响植物细胞的发育方向。
生长素用量/细胞分裂素用量 结果
比值高 有利于根的分化，抑制芽的形成
比值低 有利于芽的分化，抑制根的形成
比值适中 促进愈伤组织的形成
二、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
原理 植物细胞的全能性 细胞膜具有一定的流动性和植物细胞的全能性
过程
选材 选取根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化 不同植物细胞融合后形成的杂种细胞
技术操作 脱分化、再分化等 除脱分化、再分化外，还要用酶解法去除细胞壁，用一定的方法诱导细胞融合
关系 植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂
【固学案】达标练习
1.在植物体内,茎顶端分生组织的细胞具有细胞周期,但不能表现出全能性,是因为 (　 　)
A.细胞核失去了全能性 B.不同的细胞基因是不同的
C.细胞中基因的表达有选择性 D.细胞核中的基因发生了变异
2.下列有关细胞全能性的叙述,不正确的是 (　 　)
A.受精卵在自然条件下能发育成完整个体,因此全能性最高
B.生物体内的体细胞由于细胞分化,全能性不能表达
C.小麦种子萌发长成新植株体现了细胞全能性
D.植物细胞在一定条件下通过离体培养形成完整植株的过程表现出全能性
3.下列关于植物组织培养的叙述中,错误的是 (　 　)
A.其原理是细胞的全能性 B.必须在无菌条件下进行
C.再分化的过程中需要一定光照 D.一般需用培养液进行培养
4.下列关于植物组织培养的描述,错误的一项是 ( 　　)
A.植物种子是植物组织培养的理想材料 B.愈伤组织是一团未分化的细胞
C.植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性 D.调整激素配比可以诱导脱分化过程
5.下列现象属于植物细胞脱分化的是 (　 　)
A.将胡萝卜根薄片放在培养基上培养成愈伤组织 B.由愈伤组织形成植物芽、根的过程
C.受精卵形成种子中胚的过程 D.由种子发育成植株
6.科学家应用植物组织培养技术,将二倍体胡萝卜韧皮部的一些细胞进行离体培养,最终培育成一株完整的新植株(见图)。关于这一科学事实,下列哪一项叙述是错误的 ( 　　)
A.培育成的新植株是单倍体植株 B.这种生殖方式属于无性生殖
C.细胞数目的增多是通过有丝分裂实现的 D.证明了植物细胞具有全能性
7.菊花的组织培养需要严格的无菌操作,下列说法不正确的是 (　 　)
A.外植体首先在诱导愈伤组织的培养基上生长一段时间,然后转接到诱导生根的培养基上,长出根后,再将其转接到诱导生芽的培养基上,进一步诱导形成试管苗
B.幼苗要先移植到消过毒的蛭石或者珍珠岩等环境下生活一段时间
C.材料的年龄、保存时间的长短等都会影响植物组织培养的效果
D.将菊花茎段插入时应注意方向,不应倒插
8.一些名贵花卉常用植物组织培养来繁殖,下列有关叙述正确的是　 (　 　)
A.新植株的形成过程是细胞分裂和分化的结果
B.损伤的组织块不能发育成植株是细胞凋亡的结果
C.在培育新植株的过程中没有细胞的衰老
D.由于细胞分化,根尖分生区细胞中已经不存在叶绿体基因
9.如图为菊花组织培养过程图解,下列相关叙述,错误的是 ( 　　)
A.实验中使用的培养基和所有器械都要灭菌
B.从嫩枝组织细胞到试管苗形成的过程说明植物细胞具有全能性
C.菊花组织的培养过程中,培养基中必须添加植物激素
D.pH、温度、光照等条件对植物组织培养很重要
10.红豆杉属于珍稀植物,从红豆杉树皮中提取的紫杉醇具有独特的抗癌作用,但产量低、成本高。科学家利用植物组织培养的方法解决了这一问题,培养红豆杉的流程如图。
红豆杉组织愈伤组织长出丛芽和根移栽成活
回答下列问题。
(1)①过程的目的是让已经分化的细胞失去其特有的 而转变成未分化的细胞。②过程的实质是 。
(2)愈伤组织的特点是　　　　　　　　　　　　　　　　。从脱分化到再分化需要更换新的培养基,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
11.科研工作者通过体细胞杂交技术获得“番茄—马铃薯”杂种植株,但“番茄—马铃薯”并没有在地上结番茄、地下长马铃薯,下列最可能的原因是 (　 　)
A.实验中不宜采用聚乙二醇促进细胞融合 B.在植物组织培养操作中细胞被微生物感染
C.两种生物的基因直接或间接相互作用的结果 D.在植物组织培养中激素的种类及比例设计不合理
12.应用植物体细胞杂交技术可获得白菜—甘蓝,下列有关说法不正确的是 ( 　　)
A.用植物组织培养技术把杂种细胞培养成杂种植株
B.该过程使用的技术可打破生殖隔离,实现远缘杂交育种
C.用胰蛋白酶或者胶原蛋白酶去除细胞壁以获得原生质体
D.可通过离心法、电融合法诱导白菜和甘蓝的原生质体融合
13.通过植物体细胞杂交可以获得“烟草—菠菜”——一种新型的烟草品种。如图为培育杂种植株过程的示意图,下列操作错误的是 (　 　)
A.在融合之前先去除两种细胞的细胞壁 B.原生质体先进行脱分化处理再融合
C.原生质体融合后筛选出杂种细胞继续培养 D.应先诱导杂种细胞形成愈伤组织再诱导分化
14.下列有关植物体细胞杂交和植物组织培养的比较,不正确的是 (　 　)
A.两者原理都涉及细胞的全能性 B.两者过程都涉及严格无菌培养
C.两者都涉及细胞壁的去除与重建 D.两者都可用于培育优良作物品种
15.实验人员利用矮牵牛(二倍体,2n=14)的红色花瓣细胞(液泡呈红色)与枸杞(四倍体,4n=48)的叶肉细胞,制备了相应的原生质体,并诱导其融合,经筛选、培养获得杂种植株。下列有关叙述错误的是 (　 　)
A.获得该杂种植株时不用考虑两种高等植物间的生殖隔离问题
B.可利用聚乙二醇、离心等方法诱导植物原生质体融合
C.可利用光学显微镜观察,筛选出杂种细胞
D.若原生质体均为两两融合,则融合后的细胞中染色体均为62条
16.如图为A、B不同物种间体细胞杂交示意图,请回答下列问题。
(1)去除细胞壁而不损伤细胞可用 、 处理。在用促融剂处理时,使用的促融剂主要是 。
(2)融合细胞中可能包括　　　　种类型,细胞融合成功的标志是　。
(3)杂种细胞经人工诱导培养,经 分裂增加细胞数目并不断分化,逐渐发育成C植株。该植株的性状与D亲本植物的性状区别是 。
(4)整个培养过程应用了植物细胞工程的 和 两大技术,培育杂种植株的意义是 。
【课后作业】
1.紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种次生代谢物,能抑制细胞的有丝分裂,具有良好的抗癌作用。利用植物组织培养技术,可从红豆杉的愈伤组织中提取紫杉醇。用MS培养基培养红豆杉愈伤组织时需加入IAA和6-BA(细胞分裂素),两种激素对细胞内紫杉醇含量的影响如表。下列说法错误的是 (　 　)
IAA (mg·L-1) 6-BA (mg·L-1) 紫杉醇含量 (10-6mol·L-1)
4 2 350
6 360
8 190
A.植物的愈伤组织是具有分生能力的薄壁细胞
B.外植体经脱分化过程形成愈伤组织
C.细胞内紫杉醇的积累利于愈伤组织细胞的快速增殖
D.相对而言,IAA和6-BA浓度比为3∶1时利于紫杉醇的合成
2.(不定项)如图表示应用植物组织培养技术培育优质玉米的过程。对此过程的相关描述错误的是 (　 　)
A.B→E过程中细胞全能性的高低发生了改变
B.C试管中形成的是高度液泡化的薄壁细胞
C.A植株和F植株体细胞中的染色体组数相同
D.培养出的F植株就可以直接应用于扩大种植
3.猕猴桃是原产我国的野生藤本果树,营养价值较高。毛花猕猴桃为二倍体,果实大,维生素C含量高;软枣猕猴桃为四倍体,极耐寒,在-40 ℃下可安全越冬。某农科所利用这两种猕猴桃体细胞,通过植物细胞工程的方法培育出了猕猴桃新品种,培育过程如图所示。下列说法不正确的是 (　 　)
A.过程①需用纤维素酶和果胶酶进行去壁处理
B.过程②利用了细胞膜的流动性原理实现a和b的融合
C.猕猴桃新品种的培育体现了植物细胞的全能性
D.新品种的培育属于杂交育种
4.自然条件下兰花杂交后代不易萌发。科研人员用四倍体品种绿宝石和二倍体品种春剑进行杂交,获得大量优质杂交兰,并对其进行染色体观察与计数,培育过程如图。下列分析不正确的是 (　　)
A.调整培养基中植物激素的比例可影响原球茎的分裂与分化
B.从杂交兰组织中选择有丝分裂中期的细胞观察染色体并计数
C.所得杂交兰植株的体细胞染色体数目为120
D.通过植物组织培养技术从杂种胚繁殖得到的大量杂交兰性状一致
5.同源四倍体的紫花苜蓿被誉为“牧草之王”,其营养价值位列各种牧草之首,但耐酸性差,青饲易造成家畜臌胀病;二倍体的百脉根又称“瘠地苜蓿”,耐酸性强,因富含缩合单宁饲喂时可防止家畜臌胀病的发生。某研究人员设计了下列技术路线,以期获得抗臌胀病的新型苜蓿。回答下列问题:
(1)步骤①为 的过程。步骤②可采用化学法进行诱导,化学法除聚乙二醇融合法外,还有 法等。
(2)步骤④为 过程。步骤⑤得到的杂种植株,理论上是否可育 请简要阐述理由:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)实验发现,生长素与细胞分裂素的使用比例会影响愈伤组织的再分化。请结合所学知识尝试设计实验来探究促进愈伤组织分化成芽时所需的生长素与细胞分裂素的用量比值,要求简要写出实验思路。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案：
预学案
一、细胞生物学 分子生物学 发育生物学 细胞器 细胞 组织 细胞 组织 器官 个体 产品
1．（1）分裂 分化 完整生物体 其他各种细胞（2）遗传信息 （3）生殖 卵细胞 精子 低 高 强 弱 （4）选择性表达
2.（1）离体 外植体 人工配制 适宜的培养条件 完整植株（2）全能性
（3）①不定形 ② 激素 营养 结构 功能 愈伤组织 ③ 愈伤组织 芽 根 ④ 离体 无菌 种类 比例 生长素 细胞分裂素 光照 不需要 需要 根 芽 愈伤组织
【探究·实践·菊花的组织培养】
1.（1）全能性（2） 激素 营养 脱分化 再分化 胚状体 （3） 生长素 细胞分裂素 脱分化 再分化 浓度 比例
2.（1） 愈伤组织（2） 消毒（3）消毒（4）无菌水（5） 生长素 细胞分裂素 能量 渗透压 湿热
3.（1）①酒精 ② 30s 无菌水 30min 无菌水 （2） 无菌 无菌滤纸 （3）诱导愈伤组织 方向倒插（4）18～22℃ 愈伤组织 光照 光（5）诱导生芽 诱导生根 试管苗 芽 根 光照（6）培养基 消过毒 移栽
5. （5） ②等于 ③大于 ④小于 有性生殖 纯合子
二、 1. 杂种细胞 杂种细胞 新植物体 2. 细胞融合 组织培养3.酶解（1）纤维素 果胶 （2） 细胞壁 4.（1）一定的流动性（电融合 离心 聚乙二醇（PEG） 高Ca2+-高pH 5. （1）细胞壁
（2）新植物体。
7.生殖隔离 远缘杂交
固学案：
1.C 2.C 3.D 4.A 5.A 6.A 7.A 8.A
9.C 11.C 12.C 13.B 14.C 15.D
10.答案　(1)结构和功能　基因的选择性表达　(2)具有分生能力、高度液泡化的薄壁细胞　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
16.答案　(1)纤维素酶　果胶酶　PEG(或聚乙二醇)　(2)3　杂种细胞形成新的细胞壁　(3)有丝　具有A和B两种植物的性状　(4)植物体细胞杂交　植物组织培养　打破生殖隔离,实现远缘杂交育种,培育植物新品种等
课后作业：
1.C 2.CD 3.D 4.C
5.答案　(1)用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁　高Ca2+—高pH融合　(2)脱分化　可育。杂种植株细胞中含有成对的同源染色体　(3)设置生长素与细胞分裂素用量比值由低到高的一系列培养基,用于培养愈伤组织,观察其分化状况

展开更多......

收起↑