高中生物 探究导学课型细胞工程 2.1.1 植物细胞工程的基本技术同课异构课件.pptx

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,探究1细胞工程和细胞的全能性【研读教材自主认知】1.细胞工程的概念和分类:(1)概念:,细胞生物学,细胞水平,遗传物质,获得细胞产品,(2)分类。依据:_的不同。类型:_。,操作对象,植物细胞工程和动物细胞工程,2.植物细胞的全能性:(1)含义:具有某种生物_的任何一个细胞,都具有发育成_的潜能。(2)表达时两个重要的过程。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。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。,全部遗传信息,完整生物体,结构和功能,愈伤组织,幼,根和芽,【小判断】(1)细胞工程是通过分子水平上的操作,按照人们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性科学技术。()【分析】细胞工程是在细胞水平或细胞器水平上改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门技术。,(2)并不是每个细胞都具有全能性。()【分析】细胞具有全能性的原因是细胞核中含有该生物生长发育繁殖所需的全部遗传信息,如果细胞中没有细胞核就不具有全能性,如哺乳动物成熟的红细胞。(3)随着细胞的生长,细胞的全能性越来越强。()【分析】随着细胞的生长,细胞分裂能力变弱,分化程度变高,全能性越来越弱。,(4)从操作水平上看,基因工程和细胞工程是同一水平。()【分析】基因工程是在分子水平上的操作,细胞工程是在细胞水平上的操作。,【合作探究核心归纳】1.细胞全能性的基础:(1)理论上每种植物的活细胞都具有全能性,其原因是什么?提示:正常的植物细胞具有该生物生长发育和繁殖所需的全套的遗传物质。(2)花粉是减数分裂产生的,染色体数比正常体细胞减少了一半,则花粉是否还具有全能性?为什么?提示:具有。因为体细胞中染色体是成对的,花粉中染色体数目减半,但含有完整的染色体组,具有控制生物体性状的全部基因。,(3)是否所有的活细胞都具有全能性呢?试举例说明。提示:不是。例如,哺乳动物成熟的红细胞无细胞核,不具有全能性。,2.细胞全能性的大小:(1)不同体细胞表达全能性的难易程度相同吗?哪种体细胞的全能性更容易体现?提示:不相同。分化程度低的细胞全能性更容易体现。(2)受精卵和体细胞相比,哪种细胞的全能性更容易体现?为什么?提示:受精卵的全能性更容易体现。因为受精卵可以在自然情况下直接发育成新个体。,3.细胞全能性的判断:探究下列实例是否体现出细胞的全能性。(1)植物的花药经培养获得植株。判断:_。(“是”或“否”)理由:_。(2)利用某植物细胞培育出愈伤组织获得大量细胞产物。判断:_。(“是”或“否”)理由:_。,是,花药离体培养得到了单倍体植株,体现了花药细胞的全能性,发育成完整生物个体才体现细胞的全能性,发育成某种组织或,器官,如形成愈伤组织未体现细胞全能性,否,(3)种子发育成了完整的植株。判断:_。(“是”或“否”)理由:_。,否,种子的胚已经完成了早期的发育,相当于新植物体的幼体,发育,成完整植株的过程相当于植物的长大,【归纳总结】细胞全能性大小的分析(1)体细胞全能性与细胞分化程度:分化程度低的分化程度高的。(2)体细胞全能性与细胞分裂能力:分裂能力强的分裂能力弱的。(3)不同类型细胞的全能性:受精卵生殖细胞体细胞。(4)不同生物细胞的全能性:植物细胞动物细胞。,【过关小练即时应用】1.下列有关细胞全能性的叙述,正确的是()A.植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全套基因B.高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性C.植物体内某些体细胞没有表现出全能性,其原因是所含基因不同D.紫色糯性玉米种子培育成植株,这反映植物种子具有全能性【解题指南】解答本题的关键:(1)全能性与全能性表达是两个不同的概念;(2)种子发育成个体,是正常生命历程,不属于细胞全能性的范畴。,【解析】选B。细胞具有全能性的原因是细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因,而配子也具有这样的全套基因,同样具有全能性,A项错误;植物体内细胞没有表现出全能性,这是细胞内基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果,C项错误;种子发育成植株是正常生命历程,未体现全能性,D项错误。细胞全能性的表达前提是离体培养,B项正确。,2.用高度分化的植物细胞、组织或器官进行组织培养可以形成愈伤组织,则关于该愈伤组织的说法错误的是()A.是细胞经过脱分化形成的B.细胞没有全能性C.由排列疏松的薄壁细胞组成D.可以形成具有生根发芽能力的胚状结构【解题指南】解答本题时注意以下两个方面:(1)愈伤组织是由已分化的细胞经过诱导形成的。(2)愈伤组织是未分化的细胞。,【解析】选B。愈伤组织是经脱分化形成的高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞,具有全能性,可以再分化为根、芽,进而形成新植株。,3.从细胞全能性角度看()A.分化程度高,具有较高的全能性B.分化程度低,具有较低的全能性C.分化程度低,具有较高的全能性D.细胞分化程度与全能性高低无关【解题指南】解答本题的关键是理解细胞分化程度和细胞全能性的关系。【解析】选C。细胞分化程度越低,它所具有的发育成为一个新的生物个体的潜能越大,即细胞全能性越高。,【补偿训练】1.以下不能说明细胞全能性的实验是()A.人工种子的获得B.胡萝卜韧皮部细胞培育出植株C.抗虫棉的培育D.番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株,【解析】选A。细胞的全能性指的是植物的体细胞经过组织培养形成新的植株的过程,而人工种子的获得,没有长成新的植株,所以不能体现细胞的全能性,故A项符合题意,B、C、D项都是由细胞经过培养形成了完整的植株,故不符合题意。,2.植物细胞表现出全能性的必要条件是()A.给予适宜的营养和外界条件B.导入其他植物细胞的基因C.脱离母体后,给予适宜的营养和外界条件D.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内【解题指南】解答本题的关键有两点:(1)准确把握细胞全能性的概念。(2)认识到离体是表达全能性的必要条件,其他都是在此基础之上的。,【解析】选C。植物细胞全能性是指具有细胞核的高度分化的植物细胞,在离开母体后,在适宜的营养和外界条件下,细胞首先发生脱分化,然后恢复细胞分裂形成愈伤组织,再在一定的诱导因素作用下发生分化,最后形成具有根、茎、叶的完整植株。高度分化的植物细胞的全能性只有在离开母体后才能表现出来。成熟筛管细胞无细胞核,D项错误。B项中,导入其他植物细胞的基因属于基因工程,与细胞的全能性没有必然的联系。,3.在一个生物体内,细胞没有表现出全能性,是因为()A.细胞失去了全能性B.不同的细胞基因是不同的C.不同细胞的基因,表达是不同的D.不同细胞的基因,变异是不同的【解析】选C。细胞在生物体内没有表现出全能性,是细胞分化后细胞中基因选择性表达的结果。,探究2植物组织培养技术【研读教材自主认知】1.理论基础:植物细胞具有_。2.实验:胡萝卜的组织培养。(1)原理:,全能性,离体的植物,根、茎、叶细胞,脱分化,愈伤组织,再分化,(2)过程:,形成层,愈伤组织,愈伤组织,避光,分化培养基,【小判断】(1)植物组织培养的培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压。()【分析】植物组织培养的培养基中添加蔗糖的目的有两个:一是提供营养,二是调节渗透压。(2)胡萝卜的组织培养只能选择韧皮部部分,其他部分如茎、叶则不能用于组织培养。()【分析】植物细胞都具有全能性,每一个细胞都有发育成一个植物体的潜能。,(3)同一植物的不同体细胞经植物组织培养产生的植株基因型不同。()【分析】同一植物的不同体细胞所含的基因是相同的,故其发育成的不同植株的基因型也是相同的。,【合作探究核心归纳】1.植物组织培养的操作:(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:防止杂菌感染。(2)植物组织培养中的脱分化阶段,培养的组织细胞是自养型还是异养型,为什么?提示:脱分化过程中细胞营异养生活,因为此时细胞没有叶绿体,并且一般要避光培养,无法进行光合作用。,2.植物组织培养的培养基中的激素配比:(1)植物组织培养所用的培养基中在脱分化和再分化中起关键作用的激素是什么?提示:细胞分裂素和生长素。,(2)结合激素的生理作用,尝试分析激素的不同配比的作用。情况:_。作用:_。情况:_。作用:_。情况:_。作用:_。,生长素与细胞分裂素的比值高,促进根分化、抑制芽形成,生长素与细胞分裂素的比值低,促进芽分化、抑制根形成,生长素与细胞分裂素的比值适中,促进愈伤组织形成,3.植物组织培养的结果:从繁殖方式上看,植物组织培养属于哪种繁殖方式?为什么?提示:无性繁殖。植物组织培养是在细胞有丝分裂和细胞分化的基础上实现的,此过程并没有生殖细胞的产生,所以是无性繁殖。,【归纳总结】植物组织培养中的四点注意事项(1)材料的选择:植物组织培养时应该选择幼嫩的植物组织,如根尖、茎尖、形成层细胞,易于脱分化。(2)无菌:植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染,所有实验用具要严格灭菌,接种过程进行严格的无菌操作。(3)营养比:培养基中必须含有植物生长发育所需要的全部营养物质,其中生长素和细胞分裂素用量的比例对器官的生成起决定作用。(4)光照时期:脱分化产生愈伤组织时需要避光培养,愈伤组织再分化时需要在光照条件下培养。,【过关小练即时应用】1.(2015连云港高二检测)下图为植物组织培养过程,有关说法正确的是(),A.实验中试管细胞全能性最高B.试管中培育出的个体都是纯合子C.过程需要光照D.过程培养基保持不变,【解题指南】解答本题时注意理解以下两个方面:(1)植物组织培养时对于光照和培养基的需求在不同的培养阶段是不同的。(2)植物组织培养进行的是有丝分裂,属于无性繁殖。,【解析】选A。试管中是组织块,经脱分化形成试管中的愈伤组织,愈伤组织是未分化的细胞,全能性最高;植物组织培养属于无性繁殖,不改变基因型,所以产生的个体类型与母本是相同的,可能是纯合子,也可能是杂合子;脱分化形成愈伤组织的过程中不需要光照;在植物组织培养的不同阶段需要的条件不同,培养基中所含有的物质比例也不同,如生长素和细胞分裂素比例适中时有利于形成愈伤组织,比例高时,有利于根的分化。,【互动探究】上题图中哪些过程需要特别强调“无菌”操作?提示:需要特别强调无菌操作。,2.用高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织,下列叙述错误的是()A.该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的B.该愈伤组织的细胞没有全能性C.该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成的D.该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构【解题指南】解答本题的关键在于明白愈伤组织的形成是通过脱分化过程来实现的。,【解析】选B。植物组织培养中离体的植物细胞先脱分化恢复分裂能力,然后经细胞分裂形成愈伤组织,A项正确;愈伤组织是由一系列薄壁细胞构成的,C项正确;愈伤组织经诱导分化可以形成胚状体,进而形成完整植株,故愈伤组织的细胞具有全能性,B项错误,D项正确。,3.下图表示植物组织培养过程:(1)图中过程获得的细胞是正常植物体经形成的,在这一过程中染色体的变化是。(2)图中过程形成的细胞与正常体细胞相比,具有_等特点。(3)从过程的结果看,它的实质是。,(4)某人在探究细胞脱分化和再分化的实验中,得到了如下结果:只有细胞分裂素时,组织块产生愈伤组织细胞分裂素=生长素时,愈伤组织不分化细胞分裂素生长素时,愈伤组织分化出芽细胞分裂素生长素时,愈伤组织分化出根由实验结果,你能得出什么结论?,【解题指南】本题考查植物组织培养技术,解答本题需明确以下两点:(1)植物组织培养过程。(2)影响植物组织培养的因素。,【解析】(1)性细胞是植物体经减数分裂形成的,减数分裂时,染色体复制一次,细胞分裂两次,子细胞中染色体数目减半。(2)图中是脱分化,形成的愈伤组织是高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞。(3)图中是再分化,从实质上看是基因选择性表达的结果。(4)分析实验结果可以看出,细胞分裂素与生长素的含量不同,对愈伤组织的形成和分化的影响不同。,答案:(1)减数分裂染色体复制一次,细胞分裂两次,子细胞中染色体数目是亲代细胞中的一半(2)排列疏松、高度液泡化、细胞壁薄(3)基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果(4)植物激素的种类和含量不同,对愈伤组织的形成和分化的影响不同。,【互动探究】(1)上述培养基中加入生长素,说明生长素有何生理作用?提示:生长素能促进生根。(2)性细胞和体细胞经过都能形成胚状体,最终发育为完整植株,说明了什么?提示:说明生殖细胞和体细胞都具有该植物的全部遗传物质,即都具有全能性。,探究3植物体细胞杂交技术【研读教材自主认知】1.概念:将不同种的植物_,在一定条件下融合成_,并把杂种细胞培育成_的技术。,体细胞,杂种细胞,新的植物体,2.过程:,原生质,体细胞融合,细胞壁,体融合,脱分化,再分化,组织培养,3.意义:克服不同生物_的障碍。,远缘杂交,【小判断】(1)不同种植物原生质体融合过程属于植物体细胞杂交过程。()【分析】植物体细胞杂交的过程,实质上是不同种植物体细胞的原生质体融合的过程。(2)植物体细胞杂交过程中,原生质体融合的结构基础是膜的流动性。()【分析】原生质体融合首先是膜的融合,生物膜具有流动性是原生质体融合的结构基础。,(3)植物体细胞杂交只能在同种植物间操作。()【分析】植物体细胞杂交能克服不同生物远缘杂交的障碍,使不同植物间实现杂交。(4)去除植物细胞壁时用纤维素酶和果胶酶,这利用了酶的专一性。()【分析】植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,利用纤维素酶和果胶酶可以去除细胞壁而不会对原生质体产生伤害,利用了酶的专一性。,【合作探究核心归纳】1.杂交过程:(1)将来自不同植物的两个体细胞融合时,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)将两个不同种的植物细胞A和B去除细胞壁后,经一定的方法促融,只考虑两两融合,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。,2.杂交结果和意义:(1)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:遗传物质来自两个亲本,具有双亲的遗传性状。染色体数目增加,属于染色体数目的变异。(2)利用植物体细胞杂交技术产生的白菜甘蓝,用传统的方法能否产生?为什么?提示:不能,因为不同物种之间存在生殖隔离。,(3)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】植物体细胞杂交的原理和过程(1)原理。植物体细胞杂交实现的基础:细胞膜的流动性。植物组织培养的基础:植物细胞的全能性。,(2)操作过程:,【过关小练即时应用】1.植物体细胞杂交是利用不同物种的两个体细胞融合成一个杂种细胞的过程。该过程是指()A.不同植物的精子与卵细胞融合B.不同植物细胞的原生质体的融合C.完整的两个植株体细胞的融合D.植物花粉细胞的两两融合,【解题指南】解答本题的关键是明确参与细胞融合的是去掉细胞壁后的两个原生质体,而不是完整的两个植物细胞。【解析】选B。精子与卵细胞属于生殖细胞,所以二者的融合不属于体细胞杂交;两个完整的植物体细胞由于有细胞壁而无法融合,必须去除细胞壁,得到原生质体,因而植物体细胞杂交实质是不同植物细胞的原生质体的融合。,2.为了培育菊花新品种,科学家利用二倍体野生夏菊和六倍体栽培秋菊进行杂交,培育过程如图所示。下列有关叙述正确的是(),A.野生夏菊和栽培秋菊自然杂交后是四倍体,属于同一物种B.过程常选择酶解法去除细胞壁,一般在低渗溶液中进行C.过程有关的细胞器只有高尔基体比较活跃D.d植株含有夏菊和秋菊的遗传物质,【解题指南】解答本题的关键有两点:(1)生殖隔离的存在使不同的物种之间不能进行自然杂交。(2)植物体细胞杂交技术的原理与方法。【解析】选D。夏菊和秋菊存在生殖隔离,二者属于不同物种,不能自然杂交,A项错误。酶解后原生质体没有细胞壁,在低渗溶液中会出现吸水涨破的现象,B项错误。过程属于形成新细胞壁的过程,细胞中线粒体和高尔基体都比较活跃,C项错误。d植株属于杂种植株,含有亲本夏菊和秋菊的遗传物质,D项正确。,【互动探究】图示过程的技术名称是什么?原理是什么?提示:植物组织培养技术。利用了植物细胞的全能性。,3.以下为植物体细胞杂交技术流程图,其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞,所含有的染色体组分别是AA和