福建省高中生物 专题2 2.1植物细胞工程课件 新人教版选修3 .ppt

2 1植物细胞工程 一 细胞工程的概念理解1 原理和方法细胞生物学和 2 操作水平 3 工程目的按照人的意愿来改变 或获得细胞产品 4 根据操作对象的不同分类植物细胞工程和 分子生物学 细胞水平或细胞器水平 细胞内的遗传物质 动物细胞工程 二 植物细胞工程1 理论基础 1 概念 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 的潜能 2 物质基础 细胞中具有本物种 细胞的全能性 完整生物体 全部遗传信息 2 植物组织培养技术 1 概念理解 培养对象 培养条件 无菌 人工配制的培养基 相关激素等人工控制条件 培养结果 产生愈伤组织 丛芽 最终形成 离体的植物器官 组织 细胞 完整的植株 2 操作流程 3 植物体细胞杂交技术 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 愈伤组织 不同种 杂种细胞 新的植物体 2 操作流程 3 流程分析 过程a为去除 获得具有活力的原生质体 用到的酶是 过程b是原生质体的融合 其原理是 诱导b融合的两种方法 物理法包括 等 化学法一般用 作为诱导剂 过程c是原生质体融合后再生出 过程d是 技术 其原理是 4 意义 细胞膜具有一定的流动性 离心 振动 电激 聚乙二醇 peg 细胞壁 植物组织培养 细胞的全能性 克服了远缘杂交不亲和的障碍 细胞壁 纤维素酶和果胶酶 三 植物细胞工程的实际应用1 植物繁殖的新途径2 作物新品种的培育3 细胞产物的工厂化生产如人参皂甙干粉的生产 常利用茎尖等分生组织 人工种子 等外包裹 得到的种子 单倍体育种 微型繁殖 作物脱毒 胚状体 人工薄膜 突变体的利用 1 理论上 每个正常活细胞都具有全能性 分析 由于细胞中具有本物种的全部遗传信息 因此理论上 每个正常活细胞都具有全能性 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 分析 由于细胞内基因具有选择性表达的特点 因此每个细胞只能在体外培养的条件下才能表现出细胞的全能性 3 愈伤组织是外植体脱分化和再分化后形成的 分析 外植体脱分化形成愈伤组织 然后再分化形成根 芽或胚状体等 4 植物体细胞杂交就是获得杂种细胞的过程 分析 植物体细胞杂交指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 5 植物体细胞杂交获得的杂种植株含有两个亲本的全部遗传信息 分析 植物体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞 然后发育成杂种植株 因此其含有两个亲本的全部遗传信息 6 植物组织培养过程涉及的生殖方式均为无性生殖 分析 植物组织培养过程若利用体细胞作为外植体则涉及的生殖方式为无性生殖 但若利用花药离体培养则涉及的生殖方式为有性生殖 考点一植物组织培养和植物体细胞杂交1 植物组织培养的原理 操作流程及培养条件 1 原理 植物细胞的全能性 含义 已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能 物质基础 生物的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质 都有发育成完整个体所必需的全部基因 在生物体内的细胞不表现出全能性的原因 基因在特定的时间和空间条件下选择性表达 分化为不同的组织 器官 2 操作流程 3 培养条件 营养物质 水 无机盐 蔗糖 氨基酸和有机酸等 激素 如细胞分裂素 生长素等 及其他条件 无菌 适宜的温度和ph等 2 植物组织培养和植物体细胞杂交的比较 高考警示 1 不同细胞体现全能性能力的大小不同 具体表现为 受精卵 生殖细胞 体细胞 离体细胞的全能性表达与分化程度呈负相关 但生殖细胞特殊 2 脱分化形成愈伤组织的过程不需要光 再分化过程需要光 因为愈伤组织利用有机营养成分 而试管苗需要进行光合作用以自养 3 植物组织培养中不同培养阶段培养基含有的激素比例不同 因为培养的目的不同 生根或生芽 4 植物组织培养中用到的有机碳源一般为蔗糖 用葡萄糖也可以 但后者的成本高 典例1 2013 福州模拟 白菜 甘蓝 是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种 它具有生长周期短和耐储藏等优点 下图是 白菜 甘蓝 的培育过程示意图 请回答下列问题 1 在上述过程中 实现 过程常用的酶是 2 过程 表示 与此过程密切相关的细胞器是 3 通常情况下 白菜和甘蓝有性杂交是不能成功的 原因是 4 植物体细胞杂交方法的优点是 解析 1 植物细胞壁成分为纤维素和果胶 因此用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁 2 诱导融合的原生质体要经过过程 再生新的细胞壁才表示细胞融合成功 细胞壁的形成与高尔基体有关 3 4 自然状态下 不同物种存在生殖隔离 因此白菜和甘蓝无法进行有性杂交 而植物体细胞杂交就可以克服这种远缘杂交不亲和的障碍 答案 1 纤维素酶 果胶酶 2 细胞壁的再生过程高尔基体 3 白菜和甘蓝存在生殖隔离 4 克服远缘杂交不亲和的障碍 变式训练 通过细胞工程技术 利用甲 乙两种植物的各自优势 甲耐盐 乙高产 培育高产耐盐的杂种植株 请完善下列实验流程并回答问题 1 b是 d是具有 优良性状的幼芽 d长成的幼苗需要选择的原因是 2 由c形成植株的过程利用了 技术 形成愈伤组织需要经过 过程 愈伤组织形成d需要经过过程 整个培养过程要在 条件下进行 3 植物体细胞融合成功的标志是 目前植物体细胞杂交还存在许多问题没有解决 如 尽管如此 这项新技术在 等方面取得的重大突破还是震撼人心的 解析 1 两个原生质体经peg诱导后融合 再生出细胞壁后变成杂种细胞 利用植物组织培养技术可得到愈伤组织 丛芽结构和试管苗 并非每个细胞都能表达出耐盐性状 需要利用含盐培养基进行选择 2 c细胞是杂种细胞 形成植株需要植物组织培养过程 经历了细胞的脱分化过程和再分化过程 过程中涉及培养基培养过程 所以无菌操作非常重要 3 植物细胞融合时 核质应该都进行融合 当细胞壁再生时 说明融合后的细胞核与细胞质进行正常的新陈代谢 即融合成功 植物体细胞杂交虽然克服了远缘杂交不亲和的障碍 但让杂合子表达出两种植物的优良性状有时还比较困难 答案 1 融合的原生质体耐盐有耐盐高产和耐盐不高产两种 2 植物组织培养脱分化再分化无菌 3 再生出新的细胞壁不能按照人的意愿表达两个亲本的性状克服远缘杂交不亲和的障碍 考点二植物细胞工程的应用1 植物繁殖的新途径 1 微型繁殖 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术 微型繁殖两个优点 2 作物脱毒 解决的问题 无性繁殖的作物 感染的病毒在体内逐年积累 产量降低 品质变差 解决方法 切取一定大小的茎尖进行组织培养 再生的植株就有可能不带病毒 从而获得脱毒苗 理论基础 植物分生区附近病毒极少 甚至无病毒 成果 采用茎尖组织培养技术 已获得脱毒的马铃薯 草莓 甘蔗 菠萝和香蕉等 3 人工种子 获取方法 以植物组织培养得到的胚状体 不定芽 顶芽和腋芽等为材料 用人工薄膜包装 解决的问题 a 一些植物繁殖周期长 数年后才能结出种子 b 有些作物优良杂种的后代因发生性状分离而丧失其优良特性 c 常规种子的生产受季节 气候和地域的限制 并且占用大量的土地 2 作物新品种的培育 1 单倍体育种 2 突变体的利用 在植物组织培养过程中 由于培养细胞一直处于不断的分生状态 因此容易受到培养条件和外界压力 如射线 化学物质等 的影响而发生突变 从这些产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体 进而培育成新品种 3 细胞产物的工厂化生产可以利用植物组织培养技术大量生产某些细胞产物 如蛋白质 脂肪 糖类 药物 香料 生物碱等 高考警示 1 利用植物组织培养技术生产细胞产物时 有时只需将外植体培养到愈伤组织 从愈伤组织中获取产物 2 人工种子发育初期需要的营养物质由人工胚乳提供 3 人工种皮中可以加入适量的养分 无机盐 有机碳源以及农药 抗生素 有益菌等 以利于胚状体生长发育成幼苗 典例2 通过植物组织培养技术 可以快速繁殖 培育无病毒的植物 培养过程如下 1 紫草细胞中提取的紫草素是制造治疗烫伤和割伤的药物以及染料和化妆品的原料 若要从大量培养的紫草愈伤组织中提取紫草素 不再需要经过 过程 且哪项条件是不需要的 a 消毒灭菌b 适宜温度c 充足光照d 适宜养料和激素 2 用植物组织培养方法诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状体结构 若包裹上人造种皮 制成人工种子 可以解决有些作物品种繁殖能力差 结子困难或发芽率低等问题 下图中的 相当于种子结构中的 主要作用是 3 为了有利于幼苗茁壮成长 提高农作物产量 请设计两种对人工种子处理的方法 解析 1 植物组织培养利用细胞的全能性 在离体的情况下通过脱分化形成愈伤组织 通过愈伤组织生产药物 因此不再需要经过再分化过程 由于愈伤组织无叶绿体的形成 因此不需要光照 2 图中的 相当于种子结构中的胚乳 主要作用是提供胚状体发育所需的营养 3 在人工胚乳中添加固氮细菌 防病虫农药 除草剂和植物激素类似物等有利于幼苗茁壮成长 提高农作物产量 答案 1 再分化c 2 胚乳提供胚状体发育所需的营养 3 在人工胚乳中添加固氮细菌 防病虫农药 除草剂和植物激素类似物等 答对两项即可 互动探究 1 若图解中离体的细胞来自花粉 那么获得的植物体有什么特点 提示 高度不育 花粉离体培养获得的是单倍体 单倍体高度不育 2 两过程涉及的细胞分裂方式是哪种 提示 有丝分裂 过程是脱分化过程 过程是再分化过程 它们都涉及有丝分裂 1 2013 厦门模拟 将分离得到的成熟的胡萝卜根的韧皮部细胞进行培养 由单个细胞发育成了完整的新植株 过程图解如下 回答与之相关的问题 1 科学家所用的这种生物技术叫做 依据的理论基础是植物细胞具有性 b过程称为 c过程称为 2 通过b过程产生的愈伤组织的细胞与根的韧皮部细胞在染色体的数目上是否相同 染色体上所含的遗传物质是否相同 细胞的形态结构是否相同 解析 1 植物组织培养技术可以使离体的植物细胞经脱分化和再分化发育成完整个体 该技术的理论基础是细胞的全能性 2 由于植物组织培养中 细胞只进行有丝分裂 因此形成的愈伤组织中所含染色体数及其上所含遗传物质与韧皮部细胞相同 但由于愈伤组织经过脱分化过程 其形态结构与韧皮部细胞不同 答案 1 植物组织培养全能脱分化再分化 2 相同相同不同 2 红豆杉是濒危植物 其树皮产生的紫杉醇对癌症有一定的疗效 下图是红豆杉植物组织培养和细胞培养的流程图 请据图回答下列问题 1 图中 为愈伤组织 通过b过程可最终产生新的植株 通过c过程可产生大量细胞 则图中a b c分别表示的过程为 其中b过程的实质是 2 对 的培养一般要采用 培养基 并要不断通入无菌空气并进行搅拌 其目的是 3 对 的培养可获得代谢产物 紫杉醇 但培养后期紫杉醇产量下降 其原因包括 等 4 若 是红豆杉 基因型为ddtt 的花药 可选用 填编号 制成人工种子 该 种子 萌发的幼苗用 处理 可快速获得纯种植株 该植株的基因型为 解析 图中 为红豆杉离体的植物器官 组织或细胞 外植体 为愈伤组织 为试管苗 胚状体 为植物体 为大量的红豆杉细胞 再分化的实质是细胞内基因的选择性表达 的培养目的是快速增殖细胞 一般采用液体培养基进行培养 在培养过程中通入无菌空气是为了保证细胞生长过程中氧气的供应 不断搅拌的目的是让细胞和培养液充分接触 培养后期 由于细胞代谢产物的积累 以及营养物质的消耗 导致细胞代谢减弱 红豆杉的花药经培养可获得单倍体 再经秋水仙素处理 可使染色体加倍 快速获得纯种植株 如果亲本的基因型为ddtt 则获得的纯种植株的基因型有ddtt ddtt ddtt ddtt四种 答案 1 脱分化 再分化 有丝分裂基因的选择性表达 2 液体保证氧气的供应 使细胞和培养液充分接触 3 某些代谢产物的积累 营养物质的消耗 4 秋水仙素ddtt ddtt ddtt ddtt 3 2010 新课标全国卷 请回答 1 植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴 该技术可以保持品种的 繁殖种苗的速度 离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养 最终能够形成完整的植株 说明该叶肉细胞具有该植物的全部 2 把试管苗转接到新的培养基上时 需要在超净工作台上进行 其原因是避免的污染 3 微型繁殖过程中 适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗 而与配比适宜时可促进芽的增殖 若要抑制试管苗的生长 促使愈伤组织产生和生长 需要使用的生长调节剂是 脱落酸 2 4 d 4 将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养基上一段时间后 单株鲜重和光合作用强度的变化如下图 据图分析 随着培养基中蔗糖浓度的增加 光合作用强度的变化趋势是 单株鲜重的变化趋势是 据图判断 培养基中不含蔗糖时 试管苗光合作用产生的有机物的量 能 不能 满足自身最佳生长的需要 5 据图推测 若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用能力 应 降低 增加 培养基中蔗糖浓度 以便提高试管苗的自养能力 解析 1 植物微型繁殖技术可以保持品种的遗传特性 具有繁殖速度快的特点 依据的原理是植物细胞的全能性 2 植物组织培养过程中应避免微生物的污染 操作过程需在超净工作台上进行 3 生长素具有促进生根的作用 与细胞分裂素配比适宜时可促进芽的增殖 2 4 d具有促进愈伤组织产生和生长的作用 4 根据图示 光合作用的强度随蔗糖浓度的增加而下降 单株鲜重随蔗糖浓度的增加 先增加随后下降 培养基中不含蔗糖时 试管苗光合作用产生的有机物的量不能满足自身最佳生长的需要 5 在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用能力 应降低蔗糖浓度 以提高试管苗的自养能力 答案 1 遗传特性快遗传信息 2 微生物 3 生根细胞分裂素2 4 d 4 逐渐减小先增加后下降不能 5 降低 4 2013 南京模拟 下图所示为科学家利用番茄叶细胞和马铃薯叶细胞杂交培育 番茄 马铃薯 植株的过程 请回答下列问题 1 过程使用了酶 以使植物原生质体相互分离 此处使用的溶液浓度较大 以保证植物细胞会发生 以保护原生质体不被破坏 在动物细胞培养技术中 使细胞分离开来的酶是 2 过程 在化学药剂的作用下会发生细胞融合 动物细胞融合的方法与植物细胞不相同的是 3 过程属于脱分化 过程属于再分化 细胞发生分化的根本原因是 4 过程 的细胞工程技术是 其培养时选用的材料通常是分生组织 原因是 5 植物体细胞杂交的研究在方面 取得了巨大突破 解析 1 过程使用含有纤维素酶和果胶酶的高浓度溶液处理植物细胞 使植物细胞发生质壁分离 从而保护原生质体不被破坏 同时酶解细胞壁 分离得到原生质体 在动物细胞培养技术中 使细胞分离开来的酶是胰蛋白酶 2 过程 是诱导原生质体融合 常用的化学促融剂是聚乙二醇 而用灭活的病毒促进细胞融合是动物细胞融合特有的方式 3 过程 为脱分化 过程 为再分化 愈伤组织由于基因选择性表达形成具有根 茎 叶的植物体 4 过程 为植物组织培养过程 植物组织培养时 由于分生组织细胞分裂旺盛 全能性高 因此常作为组织培养的材料 5 植物体细胞杂交可以克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍 实现不同物种间的基因交流 答案 1 纤维素酶和果胶质壁分离胰蛋白酶 2 聚乙二醇可以使用灭活的病毒 3 基因的选择性表达 4 植物组织培养全能性高 易培养形成愈伤组织 5 克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍 5 2013 厦门模拟 下图是植物体细胞杂交示意图 请据此回答 1 图中完成植物体细胞融合的过程是 填编号 2 在 过程中 可用的物理方法是 若在容器中放置若干a b结构 诱导完成且假设所有细胞都发生了融合 然后经 过程 形成的d细胞的类型有种 这里仅考虑2个原生质体的相互融合 从中选出进行培养 3 f称为 该植株具有 4 利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种的过程中 遗传物质的传递是否遵循孟德尔遗传规律 为什么 解析 1 植物体细胞杂交中细胞融合成功的标志是再生细胞壁 即 过程 因此完成融合的过程为 过程 2 常用于诱导融合的物理方法有振动 电激和离心 如果考虑两两融合 杂种细胞应有aa ab bb3种类型 3 杂种植株中含有两个不同物种的遗传物质 具有双亲的遗传性状 4 只有进行有性生殖的生物体在形成有性生殖细胞时才遵循孟德尔遗传规律 答案 1 2 振动 电激 离心3杂种细胞 3 杂种植株双亲性状 4 不遵循因为只有生物进行有性生殖的过程中 才遵循孟德尔遗传规律 而植物体细胞杂交育种的过程不属于有性生殖 6 2013 杭州模拟 白色链霉菌是一种放线菌 产生的链霉素可抑制细菌细胞内的转录过程 其细胞壁的主要成分是肽聚糖 高产营养缺陷型白色链霉菌 a种 不能在缺乏赖氨酸的培养基中正常生长 但能耐受高渗透压的环境 低产白色链霉菌 b种 可以在缺乏赖氨酸的培养基中正常生长繁殖 但不能耐受高渗透压的环境 有人将a b两种白色链霉菌进行细胞杂交 获得了链霉素产量比野生菌株大5 6