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2.1 植物细胞工程的基本技术学案
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学习目标：
概述植物组织培养和植物体细胞杂交技术的原理和过程。
举例说明植物细胞工程的应用有效提高了生产效率。
尝试进行植物组织培养。
基础学习
细胞的全能性：
定义：细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生 生物体或分化成其他 细胞的潜能。
原因：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的 遗传物质。
标志：细胞→ 个体或其他 细胞。
实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株；受精卵发育成个体（动植物）；蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰；用一片叶子、一粒花粉繁殖出新的植株。
一、植物组织培养技术
1、概念：指将 的植物器官、组织或细胞等，培养在 的
培养基上，给予 的培养条件，诱导其形成 植株的技术。
2、理论基础：植物细胞的 。
3、大致过程：
探究 实践菊花的组织培养
1.外植体：离体培养的植物器官、组织或细胞。
2.脱分化：
（1）概念：在一定的 和营养等条件的诱导下， 的细胞失去其特有的结构和功能，转变为 的细胞，进而形成 （不定形状态、薄壁细胞、高度液泡化、排列疏松、无规则）的过程。
（2）结果：形成愈伤组织
（3）光照条件：一般 光照。
3.再分化：
（1）概念：愈伤组织能重新分化成芽、根等器官的过程。
（2）光照条件： 给予适当时间和强度的光照。
为什么？诱导 的合成，使试管苗能够进行光合作用。
细胞表现全能性的条件：
1.离体状态。
2.种类齐全、比例适合的营养物质。
3.植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）诱导和调节。
4.适宜的外界条件（温度、pH、光照等）。
1.实验原理：
①植物细胞一般具有 。
②在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过 和 ，形成 ，长出芽和根，进而发育成 的植株。
③植物激素中 和 是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素，它们的 、 等都会影响植物细胞的发育方向。
2.实验目的：
①了解植物组织培养的基本原理；
②了解生长素和细胞分裂素的浓度、用量的比例对菊花愈伤组织形成和分化的影响；
③尝试进行植物组织培养。
3.材料用具
①外植体： 的菊花茎段(容易诱导形成愈伤组织)。
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无菌水:清洗外植体。
⑤培养基（参见本书P116附录1）。
蔗糖的作用： 。
灭菌方法为： 。
4.方法步骤：
1.消毒：
①双手和超净工作台台面：用 擦拭
②外植体：流水冲洗→酒精消毒30s→立即用无菌水清洗2～3次→次氯酸钠溶液处理30min→立即用无菌水清洗2～3次。
2.外植体切段：
将消过毒的外植体置于无菌的培养皿中→用无菌滤纸吸去表面的水分→用解剖刀将外植体切成
长的小段。
3.接种外植体： 火焰旁，将外植体的 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方向，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，定期观察和记录愈伤组织的生长情况。
注意：该过程一般 光照，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诱导 的培养基上，长出芽后再将其转接到诱导 的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
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培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。
二、植物体细胞杂交技术
1.概念：将 来源的植物细胞，在一定条件下融合成 细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。
2.过程：
(1)去除细胞壁
原因：细胞壁阻碍着细胞间的杂交
方法：酶解法
相关酶： 和 （利用酶的特性： ）。
思考：纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，试分析原因？
使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破。
(2)原生质体间的融合
理论基础：细胞膜具有
方法：物理方法：电融合法、离心法
化学方法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法
(3)植物细胞融合完成的标志： 。
思考：
1.验证再生出新壁的实验：
2.参与此过程中的主要细胞器是？
3.杂种细胞的染色体数是多少？两亲本染色体数之和
(4)植物体细胞杂交完成的标志：培育成新植物体。
3.原理： （原生质体融合）；
（杂种细胞培养成杂种植株）
实例：白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等。（变异类型：染色体数目变异）
5.意义：打破 ，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等。
植物细胞工程的应用
一、植物繁殖的新途径
1.快速繁殖
（1）概念：用于快速繁殖优良品种的 技术。也叫 。
（2）过程：
（3）生殖方式：
分裂方式是 ，亲、子代细胞DNA相同，所以可以保持亲代优良的遗传特性。
（4）原理： 。
（5）优点：
①高效、 地实现种苗的大量繁殖。
②保持优良品种的 。
③不受自然生长季节的限制，培养周期 。
④选材 ，繁殖率 ，便于自动化管理。
2.作物脱毒（不是抗病毒）
（1）原因：无性繁殖的作物，容易将病毒传染给后代。病毒积累，导致作物产量降低、品质变差。
（2）选材部位： 附近。
(选材原因：该部位的病毒 ，甚至 。)
（3）方法：切取一定大小的茎尖 进行 。
（4）优点：提高作物的产量和品质。
（5）结果：获得 。
二、作物新品种的培育
1.单倍体育种
（1）过程：
（2）原理： 变异、植物细胞的全能性。
（3）优点： 了育种的年限；后代都是 ，能稳定遗传；
作为体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
（4）实例：单育1号烟草、水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物。
2.突变体的利用
（1）产生原因：在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断 的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生 。
（2）过程：
（3）原理： 和植物细胞的全能性。
（4）优点： 变异的频率，加速育种进程。大幅度地改良某些性状。
（5）缺点：难以控制突变方向，有利性状比较 ，需要 处理实验材料。
（6）实例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草等。
三、细胞产物的工厂化生产
1.次生代谢物：
（1）概念：植物代谢产生的一些一般认为不是植物基本生命活动所必需的产物。
（2）本质：一类小分子 化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等)。
（3）作用：在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
（4）缺点：植物细胞的次生代谢物含量很低。有些产物不能或难以通过化学途径得到。
2.植物细胞培养：
（1）概念：在离体条件下对 植物细胞或 进行培养使其增殖的技术。
（2）优点：快速高效，不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制。
（3）意义：对于社会、经济环境保护具有十分重要的意义。
（4）植物细胞培养和植物组织培养的区别
项目 植物细胞培养 植物组织培养
原理 细胞增殖 植物细胞的全能性
目的 获得细胞产物 获得植物体
过程
应用 细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、紫杉醇、人参皂苷等。 快速繁殖、作物脱毒等。
【习题巩固】
1．1.如图是利用某植物(基因型为AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示意图，据图判断错误的是(　　)
A.过程②通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为有丝分裂前期
B.通过过程①得到的植株既有纯合子又有杂合子
C.过程①属于植物的组织培养，在此过程中必须使用一定量的植物激素
D.与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种年限
2．植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物——次生代谢物。下列相关叙述错误的是(　　)
A．次生代谢物是一类小分子有机物(如酚类、萜类和含氮化合物等)
B．植物细胞的次生代谢物含量很低，有些产物不能或难以通过化学合成途径得到
C．细胞产物的工厂化生产是指利用植物组织培养来获得目标产物的过程
D．植物细胞培养是指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术
3．紫草素是紫草细胞的次生代谢产物，可作为生产治疗烫伤药物的原料。研究人员欲通过植物细胞培养技术生产紫草素，下列相关操作不合适的是(　　)
A．对作为外植体的紫草叶片进行消毒处理既可保证细胞活性也可减轻污染
B．培养基中要加入植物激素保证已分化的植物细胞脱分化形成愈伤组织
C．调节植物激素的种类和比例以保证愈伤组织再分化并得到完整的植株
D．在培养细胞的过程中要不断通入无菌空气以保证氧气的充足供应
4.下列关于农作物脱毒苗的制备和应用的叙述错误的是( )
A.长期进行有性繁殖的作物易感染和积累病毒
B.制备作物脱毒苗的原理是植物细胞具有全能性
C.取顶端分生组织进行组织培养可制备脱毒苗
D.脱毒苗的使用可显著提高作物的产量和品质

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