复习选修3.植物细胞工程概要.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 或细胞器水平3 工程目的按照人的意愿来改变 或 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 细胞内的遗传物质 获得细胞产品 动物细胞工程 二 植物细胞工程1 理论基础 1 概念 每个生物细胞都具有发育成完整生物体的潜能 2 物质基础 细胞中具有本物种 2 植物组织培养技术 1 概念理解 培养对象 培养条件 无菌 相关激素等人工控制条件 培养结果 产生 最终形成 2 操作流程 外植体根 芽或胚状体试管苗 细胞的全能性 全部遗传信息 离体的器官 组织 细胞 人工配制的培养基 愈伤组织 丛芽 完整的植株 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 2 操作流程 不同种 杂种 细胞 新的植物体 细胞A 细胞B 原生质体B 原生质体A 融合的原生质体 杂种细胞 杂种植株 去壁 再生壁 植物组织培养 3 流程分析 获得原生质体的方法 去除细胞壁 诱导原生质体融合的方法物理法 等 化学法 用 作为诱导剂 原生质体融合的原理 原生质体融合完成的标志 4 意义 利用纤维素酶和果胶酶 离心 振动 电激 聚乙二醇 细胞膜具有一定的流动性 杂种细胞再生出细胞壁 克服了远缘杂交不亲和的障碍 点拨 1 由于细胞分化的原因 每个具有全能性的生物体细胞在非离体情况下并不能表现全能性 2 两种植物杂交成功后杂种植株并不一定表现出两种植物的优良性状 其基因的表达还需要人工相关技术的进一步参与 三 植物细胞工程的实际应用 实际应用 植物繁殖的新途径 作物新品种的培育 细胞产物的工厂化生产 微型繁殖 作物脱毒 常利用茎尖等分生组织 人工种子 胚状体等外包裹人工薄膜得到的种子 单倍体育种 突变体的利用 如人参皂甙干粉的生产 点拨 1 自然种子属于有性生殖方式 而人工种子属于无性生殖方式 2 单倍体育种过程中虽然存在植物组织培养 但属于有性生殖方式繁殖后代 植物组织培养和植物体细胞杂交的比较 离体的植物器官 组织或细胞 愈伤组织 根 芽或胚状体 植物体 植物细胞A 原生质体A 原生质体B 融合的原生质体AB 植物细胞B 杂种细胞AB 杂种植株 愈伤组织 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 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 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 高考警示钟 1 不同细胞的全能性不同 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不同 因为培养的目的不同 生根或生芽 典例训练1 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 A是 酶 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 解题指南 1 知识储备植物体细胞杂交过程和植物组织培养过程 2 解题关键 1 明确诱导原生质体融合后产生的杂种细胞有多种 需经筛选 2 注意流程图中关键字眼 用钠盐浓度为0 6 的固体培养基培养 即筛选掉了不耐盐的愈伤组织 解析 1 由植物细胞变成原生质体 主要原因是去掉了细胞壁 其主要成分是纤维素和果胶 酶有专一性 所以应用纤维素酶和果胶酶处理 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 过程中涉及到培养基培养过程 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了 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 纤维素酶和果胶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 互动探究 1 B的产生除用PEG诱导还有其他办法吗 提示 用物理法如离心 振动 电激等 分析 PEG诱导原生质体融合是化学法 物理法也能使两个原生质体融合 2 如图操作后的目的植株是否高产耐盐 提示 耐盐但不一定高产 分析 培育过程中进行了耐盐的选择 没有进行高产的选择 需要在目的植株得出产量记录后再进行选择 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 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 单倍体育种和突变体利用的比较 3 细胞产物的工厂化生产 1 细胞产物的种类 蛋白质 脂肪 糖类 药物 香料 生物碱等 2 成功的实例 人参 三七 紫草和银杏的细胞产物都已实现了工厂化生产 高考警示钟 1 利用植物组织培养生产细胞产物时 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 典例训练2 2012 福州模拟 如图所示为植株繁殖的四种人工方式示意图 请据图回答 1 图中单倍体植株通常的获取方式是 若图中单倍体细胞含2个染色体组 A有4个染色体组 则 过程所用化学试剂的作用是 2 图中B和C过程的不同点是 这种不同主要的决定因素是 3 若想在C过程中获得突变体 进而培育成新品种植株 应用物理诱变或化学诱变的方法处理 4 若要获得水稻的人工种子 则应选用图中的 结构 该结构与正常受精卵形成的 有类似的结构和发育过程 5 若D为胡萝卜 羊角芹 过程常用的物理方法有 等 经融合处理后 含有的细胞类型有 种 若融合的细胞只考虑两两融合 解题指南 1 考查实质植物细胞工程的原理和应用 2 解题关键 1 明确植物组织培养的过程 2 明确愈伤组织和胚状体的重要应用 解析 1 图中A过程表示单倍体育种 获取单倍体时常用花药离体培养的方法 若要使单倍体的染色体加倍 变成A植株 则需要在 过程中用秋水仙素处理幼苗 以抑制纺锤体的形成过程 2 图中B和C过程都是体细胞的组织培养 其不同点是B过程中形成的是胚状体 而C过程形成的是丛芽 这种不同主要的决定因素是细胞分裂素与生长素的比值 3 在组织培养过程中获得突变体 一般用物理诱变或化学诱变的方法处理愈伤组织 再由愈伤组织经再分化形成突变植株 4 若要获得水稻的人工种子 则应选用图中的胚状体结构 该结构与正常受精卵形成的胚有类似的结构和发育过程 5 若D为植物细胞融合的过程 过程常用的物理方法有离心 振动 电激等 经融合处理后 不一定所有细胞都参与融合过程 所以含有的细胞类型有5种 正常的胡萝卜细胞 正常的羊角芹细胞 胡萝卜 胡萝卜融合细胞 羊角芹 羊角芹融合细胞和胡萝卜 羊角芹融合细胞 而两两融合的为3种 答案 1 花药离体培养抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成 2 B过程中形成的是胚状体 而C过程形成的是丛芽细胞分裂素与生长素的比值 3 愈伤组织 4 胚状体胚 5 离心 振动 电激3 互动探究 1 过程使用的化学试剂是什么 还有其他方法吗 提示 一定浓度的秋水仙素溶液 还可进行低温处理 分析 目的都是抑制纺锤体的形成 秋水仙素处理与低温处理都可以达到这一目的 2 C过程中如何进行物理诱变或化学诱变 提示 利用紫外线 X射线 碱基类似物等处理连续进行细胞分裂的愈伤组织 分析 具有细胞周期的细胞在外界物理或化学因素的诱导下基因突变的频率才会比较高 1 如图为白菜与甘蓝体细胞杂交育成白菜 甘蓝杂种植株的示意图 请据此回答 1 图中 过程用到的酶是 作用的结果是获得 2 在 过程中 常用的化学诱导剂是 若在容器中放置若干a b 诱导完成且假设所有细胞发生了融合 只考虑细胞两两融合 然后经 过程 形成的d细胞的类型有 种 从中选出 进行培养 3 图中 过程是 过程合称 技术 解析 1 前后变化是细胞壁的有无 所以 过程应该是去壁的过程 作用过程中考虑细胞壁的主要成分和酶的专一性 需用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁 才能得到有活力的原生质体 2 原生质体的融合可用物理法 也可用化学法 PEG诱导 只有融合成功的杂种细胞才是目的细胞 白菜细胞的融合体与甘蓝细胞的融合体都不是体细胞杂交的目的 3 杂种细胞培育成幼苗 利用了植物组织培养技术 需要经过脱分化形成愈伤组织 再经过再分化过程形成幼苗 答案 1 纤维素酶和果胶酶 具有活力的 原生质体 2 聚乙二醇 PEG 3杂种细胞 3 脱分化植物组织培养 2 植物组织培养的过程如图所示 请分析并回答 1 愈伤组织是由离体的组织或器官通过A 过程获得的 B C过程是通过细胞的 实现的 2 胚状体根据其来源不同 可以分为 体细胞胚 和 花粉胚 用花药离体培养可获得 花粉胚 同种植物的花粉胚与体细胞胚在染色体数目上的主要区别是 如果用 处理二倍体植物的花粉胚 能获得可育的植株 该过程是 育种中不可缺少的步骤 在一定条件下培养离体细胞可以形成体细胞胚进而发育成完整的植株 其根本原因是每个细胞都含有 这一过程体现了 解析 1 愈伤组织的形成是外植体脱分化的结果 再分化成植株的过程中细胞进行分裂的同时进行了细胞分化 形成不同功能的细胞 发育成植株 2 花粉胚是单倍体育种过程中的产物 由单倍体细胞构成 需要进行染色体加倍才能得到正常的植株 而体细胞胚不需要染色体加倍可直接发育成正常植株 原因是体细胞胚的每个细胞都含有本物种的全套基因 答案 1 脱分化分裂 或增殖 和分化 2 花粉胚细胞中的染色体数目是体细胞胚的一半 秋水仙素单倍体 本物种的全套基因 或 全套遗传信息 植物细胞的全能性 3 2009 福建高考 转基因抗病香蕉的培育过程如图所示 质粒上有Pst Sma EcoR Apa 等四种限制酶切割位点 请回答 1 构建含抗病基因的表达载体A时 应选用限制酶 对 进行切割 2 培养基中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长 欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞 应使基因表达载体A中含有 作为标记基因 3 香蕉组织细胞具有 因此 可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株 图中 依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的 解析 本题考查基因工程的有关知识 1 从图可看出 只有Pst EcoR 两种酶能保持抗病基因结构的完整性 所以构建含抗病基因的表达载体A时 应选用限制酶Pst EcoR 两种酶 对抗病基因的DNA和质粒进行切割 2 卡那霉素能抑制香蕉愈伤组织细胞的生长 欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞 应使基因表达载体A中含有抗卡那霉素基因 以此作为标记基因 3 香蕉组织细胞具有全能性 因此 可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株 图中 依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的脱分化和再分化 答案 1 Pst EcoR 含抗病基因的DNA 质粒 2 抗卡那霉素基因 3 全能性脱分化 再分化 4 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BB 据图分析回答 1 过程发生的化学变化是 2 将若干a和b等量混合后转移到培养基上培养 再经过 和 c的细胞类型有 3 植物体细胞杂交与自然状况下的生殖细胞杂交相比 前者的主要意义是 解析 本题考查植物体细胞的杂交技术 属于考纲理解层次 1 植物体细胞杂交亦称为原生质体