第43课时 植物细胞工程.ppt

第43课时植物细胞工程高频考点突破考点一植物组织培养及细胞全能性1.操作流程及培养条件(1)操作流程(2)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)。,提醒幼嫩的组织脱分化较为容易,如茎尖、根尖、形成层细胞易脱分化,而植物的茎、叶和成熟的组织则较难。对外植体要进行消毒处理,而对各种器械要彻底灭菌。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。诱导愈伤组织再分化形成胚状体或丛芽及生根的过程中,要进行换瓶处理,以改变培养基中的激素配比及浓度。,2.脱分化和再分化的比较,提醒愈伤组织再分化形成植物幼苗时,需光照处理,以便诱导叶绿体的形成。生长素和细胞分裂素在植物体内含量很低,因此植物组织培养中常用人工合成的生长素类似物和细胞分裂素类似物。细胞分裂素/生长素的比例适中,有利于外植体脱分化,比例升高有利于愈伤组织再分化形成丛芽,比例降低则有利于生根。,3.原理：全能性(1)含义：生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能。(2)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。(3)在生物体内细胞并没有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,细胞分化为不同的组织、器官。(4)全能性的实例花药的离体培养、植物的组织培养、克隆技术等。,对位训练1.下面关于植物细胞工程的叙述，正确的是（）不同种植物叶肉细胞融合时，应先去掉细胞膜叶肉细胞脱分化后，可形成无定形状态的薄壁细胞叶肉细胞经过再分化过程，可形成愈伤组织叶肉细胞离体培养时，可以表现出细胞全能性A.B.C.D.,B,2.下列属于植物组织培养的是（）A.花粉培养成单倍体植株B.芽发育成枝条C.根尖分生区发育成成熟区D.未受精的卵发育成植株,A,考点二植物组织培养技术的应用1.植物繁殖的新途径(1)微型繁殖：不仅可以保持优良品种的遗传特性,还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。(2)作物脱毒：生产上许多无性繁殖作物均受到病毒的侵染,从而导致品种严重退化、产量降低和品质变差。利用植物分生组织(如茎尖、根尖)进行培养,可以使新长成的植株脱除病毒。(3)人工种子：植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽,包上人工种皮就可以形成人工种子。下图是人工种子的结构示意图。,注意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。,2.作物新品种的培育(1)单倍体育种：花药离体培养过程就是植物组织培养过程。单倍体育种的优点是后代不发生性状分离,都是纯合子,能够稳定遗传,明显缩短了育种年限。(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。,对位训练3.某优良品种水稻的基因型为AaBb，其花药通过组织培养形成了试管苗。下列对这一培养过程的叙述，错误的是（）A.花粉形成试管苗要经过脱分化和再分化的过程B.试管苗有四种基因型，其体细胞含有一个染色体组C.通过该过程培养出的试管苗还不能直接用于生产D.这些试管苗自交，后代性状不发生分离,D,考点三植物体细胞杂交1.技术流程2.考点解读(1)植物体细胞杂交的障碍植物细胞都有细胞壁。根据酶的专一性原理,用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。原生质体融合。人工诱导方法包括物理法,如离,心、振动、电激;化学法,如聚乙二醇(PEG)等。(2)杂种细胞的类型有三种：AA、BB、AB,符合要求的只有AB,需要进行筛选。(3)杂种细胞AB形成的标志：新的细胞壁的生成。(4)杂种植株遗传物质的变化：细胞融合属于染色体变异,杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和,形成异源多倍体。(5)植物体细胞杂交的原理：原生质体融合的过程利用了细胞膜的流动性,杂种细胞发育成杂种植株利用了细胞的全能性。,3.该技术的目的植物体细胞杂交的终点是培育成杂种植株,而不是形成杂种细胞就结束。杂种植株特征：具备两种植物的遗传特征,原因是杂种植株中含有两种植物的遗传物质。4.该技术在育种上应用时最大的优点克服远缘杂交不亲和的障碍。5.未解决的问题目前还不能让杂种植物完全按人们的需要去表达亲代的优良性状,如番茄马铃薯。,对位训练4.设计植物体细胞杂交实验时，如果期望获得性状优良的作物新品种，不需要考虑的是（）A.亲本细胞的生殖隔离问题B.选择具有优良性状的亲本C.亲本细胞的融合技术D.杂种细胞愈伤组织的诱导和再分化,A,5.植物体细胞杂交尚未解决的问题是（）A.去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体B.将杂种细胞培育成植株C.使杂种植物完全按照人们的需要表现出亲本的性状D.培养出属间的杂种植株,C,解题思路探究思维误区警示易错分析对植物体细胞杂交和有性杂交辨析不清(1)植物体细胞杂交若两个不同品种的植物细胞A、B进行融合,A含有2X条染色体,2个染色体组,基因型为Aabb,B含有2Y条染色体,2个染色体组,其基因型为ccDd,则新植株应为四倍体,其体细胞中染色体数为2X+2Y,基因型为AabbccDd,从中不难看出,体细胞杂交即两个细胞融,合成一个细胞,不管染色体数、基因组还是染色体组都采用直接相加的方法。(2)植物有性杂交有性杂交的结果：子代细胞中染色体数,基因型分别为“X+Y”、“AbcD”或“abcD”或“Abcd”或“abcd”,即先减半再相加。(3)有性生殖过程中符合孟德尔遗传定律,而植物体细胞杂交则不符合孟德尔遗传定律。,纠正训练1.(2008全国理综,5)下列关于细胞工程的叙述,错误的是()A.电刺激可诱导植物原生质体融合或动物细胞融合B.去除植物细胞的细胞壁和将动物组织分散成单个细胞均需酶处理C.小鼠骨髓瘤细胞和经抗原免疫小鼠的B淋巴细胞融合可制备单克隆抗体D.某种植物甲乙两品种的体细胞杂种与甲乙两品种杂交后代的染色体数目相同,解析通过植物细胞工程中的植物体细胞杂交技术得到的甲乙两品种的体细胞杂种,染色体数目是甲乙体细胞染色体数目之和,而通过有性杂交得到的甲乙两品种杂交后代的染色体数目是甲乙两品种体细胞染色体数目之和的一半。答案D,2.关于番茄和马铃薯杂交过程,回答下列问题。(1)若番茄细胞内含A条染色体,马铃薯细胞内含B条染色体,将番茄和马铃薯采用杂交育种方法培育(假设能成功),得到的后代应含条染色体,还必须用来处理幼苗,才能得到可育的“番茄马铃薯”植株,此时体细胞中含有条染色体。(2)若番茄是二倍体,马铃薯是四倍体,则杂种植株为倍体。答案(1)秋水仙素A+B(2)六,知识综合应用重点提示通过“植物组织培养过程”的考查,提升“运用所学知识对某些生物学问题进行解释、推理,做出合理的判断或得出正确结论”的能力。,典例分析(2008海南卷,25)某二倍体植物是杂合子,下图为其花药中未成熟花粉在适宜的培养基上培养产生完整植株的过程。据图回答：(1)图中表示的是该花粉培养过程中的过程,表示的是过程,X代表的是,表示的是过程,表示的是诱导过程。(2)图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条,具体通过哪一条途径主要取决于培养基成分中的种类及其浓度配比,最后获得的来源于未成熟花粉的完整植株都称为植株(甲)。未成熟花粉经培养能形成完整植株,说明未成熟花粉具有。,(3)对植株甲进行,才能使其结实产生后代(乙),否则植株甲只有通过的方式才能产生后代(丙)。乙、丙两种植株中,能产生可育花粉的是植株,该植株群体中每一植株产生可育花粉的基因组成种类数为种,该群体植株产生可育花粉的基因组成种类数为种。花药培养在育种上的特殊意义是,从而开辟育种新途径。,解析(1)分析所给图示,弄清数字和字母所代表的含义。表示脱分化过程;表示再分化过程。愈伤组织的形态发生方式主要有不定芽方式和胚状体方式两种,不定芽方式是在某些条件下,愈伤组织中的分生细胞发生分化,形成不同的器官原基,再逐渐形成芽和根;胚状体方式是由愈伤组织细胞诱导分化出具有胚芽、胚根、胚轴的胚状结构,进而长成完整植株。因此X表示胚状体,表示生长发育过程,则表示继续分化形成胚根的过程。(2)调节培养基中激素的浓度和种类可以调节细胞,的分化方向,如植物细胞的分化常受细胞分裂素及生长素比例的调节,当细胞分裂素与生长素的浓度比值高时,可诱导芽的形成,反之则有促进生根的趋势。花粉离体培养长成的个体叫单倍体,说明花粉具有全能性。(3)育种工作者常用花药离体培养的方法来获得单倍体植株,然后经过人工诱导使染色体数目加倍,重新恢复到正常植株的染色体数目。这种方法得到的植株,不仅能够正常生殖,而且每对染色体上的成对基因都是纯合的,自交产生的后代不会发生性状分离,大大缩短了育种年限。,答案（1）脱分化再分化胚状体分化（或发育）生根（2）激素单倍体细胞的全能性（3）染色体加倍无性繁殖乙（或经过染色体加倍的）一多缩短育种周期,1.野生马铃薯品种的植株具有较强的抗病、抗虫、抗盐碱、抗寒能力,但块茎不能食用。俄、德、芬兰专家共同做实验研究,用野生马铃薯与马铃薯的体细胞进行杂交,培育出了生活能力强的杂交系马铃薯。据图分析回答问题：,定时检测,(1)过程植物细胞原生质体的分离需经过酶解,其中“酶解”所用的酶应该包括。(2)过程可用聚乙二醇(PEG),其目的是。(3)请用文字和箭头表示出技术过程的实验流程：。由此过程可以看出植物细胞有形成完整个体的可能性,这是的表现。(4)在培养基上培养一段时间后,原生质体会再生出细胞壁。可以取样,通过实验来鉴别细胞壁是否已经再生。(5)请说明运用植物体细胞杂交法的最大好处：。,解析植物细胞的细胞壁由纤维素和果胶组成,因此可以用纤维素酶和果胶酶将其水解得到原生质体,然后用聚乙二醇或物理方法诱导原生质体融合,再生细胞壁形成杂种细胞。是杂种细胞经过脱分化、再分化形成幼苗的过程,体现了植物细胞的全能性。有细胞壁的植物细胞可以发生质壁分离与复原。,答案(1)纤维素酶、果胶酶(2)诱导原生质体融合(3)植物细胞具有全能性(4)植物细胞的质壁分离与复原(5)可使本来存在着生殖隔离的物种进行杂交,培养出兼有两物种品质的优良物种或克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍,2.细胞工程是按照人们的意愿通过某种工程手段改变细胞内遗传物质或获得细胞产品的综合科学技术。(1)科学家从红豆杉的体细胞中分离出具有独特抗肿瘤的物质紫杉醇。由于全世界每年紫杉醇的需求量是4000kg,但全世界紫杉醇的产量是250kg,供求严重失衡,导致一些地区红豆杉资源遭到严重破坏。现在可以采用植物组织培养技术解决这一问题。植物组织培养依据的原理是。在得到红豆杉的后,经过消毒就可以在培养基上进行培养。人工合成的培养基中除水、蔗糖、维生素、有机添加物外,是其生长必需的,是植物细胞脱分化及再分化不能缺少的调节物质。从该生产的目的看,就可以提取紫杉醇。(2)德国科学家豪森是2008年生理学或医学奖获奖者之一。他的研究证实宫颈癌和人乳头状瘤病毒(HPV)之间存在联系,为宫颈癌疫苗的研制奠定了基础。现在宫颈癌疫苗已经开发出来,使宫颈癌成为人类可以预防和根除的第一种恶性肿瘤。,理论上讲,将纯化的HPV在中培养、增殖。收获病毒后用灭活剂杀死,但要确保灭活HPV的不被破坏,并且能被人的免疫细胞识别。这样就能得到预防宫颈癌的疫苗了。HPV疫苗的作用是使一部分淋巴细胞在反应阶段形成,当病毒再次入侵时,机体能产生更强的特异性免疫反应,包括。,解析植物组织培养的原理是细胞的全能性;其过程是：离体组织、细胞愈伤组织根、芽植株。若要获得细胞产物,只需得到愈伤组织即可。病毒必须在宿主细胞内才能增殖,HPV的宿主细胞为哺乳动物或人的活细胞。HPV疫苗可以引起机体发生免疫反应,产生相应的记忆细胞和抗体,保持对该抗原的记忆。答案(1)植物细胞的全能性离体组织、细胞或外植体矿质元素或无机盐植物激素愈伤组织(2)哺乳动物或人的活细胞抗原决定簇记忆细胞HPV体液免疫和细胞免疫,3.野生马铃薯的植株具有较强的抗病、抗虫、抗盐碱及抗寒能力,但块茎不能食用。俄、德、芬兰三国专家共同研究,用野生马铃薯与栽培马铃薯的体细胞进行杂交,培育出了生活能力强、块茎能食用的杂交系马铃薯。(1)植物体细胞杂交技术与传统的有性杂交相比,其优越性在于。(2)若在神舟七号飞船上进行原生质体融合,则与地面上进行原生质体融合相比,其优越性在于。你认为神舟七号飞船上所用的诱导方法最可能是,(填“物理法”、“化学法”或“灭活的病毒”)。(3)运用此植物体细胞杂交法可使本来存在着生殖隔离的物种进行杂交,培育出兼有两种品质的优良品种,要大量繁殖这样的优良品种,最好用下列哪种方法()A.单倍体育种法B.杂交育种法C.植物组织培养法D.花药离体培养法(4)人们种植杂交系马铃薯,与种植野生马铃薯或栽培马铃薯相比有什么好处？(要求写出两点)。(5)如果要使马铃薯具有产生乙肝抗体的能力,可采用技术育种。,解析(1)植物体细胞杂交可使本来存在着生殖隔离的物种进行杂交,能克服远缘杂交不亲和的障碍。(2)在微重力环境下进行细胞融合,由于重力不存在,可减轻由细胞的不同密度引起的不同沉降而造成的细胞分离,从而提高细胞融合率。灭活的病毒是动物细胞融合中常用的方法,而在神舟七号飞船上极有可能是利用宇宙中的一些物理因素诱导细胞融合。(3)要大量繁殖由植物体细胞杂交获得的优良品种,应用植物组织培养这一无性生殖的方法,才能既保持亲本的优良性状,又能快速繁殖。(4)杂交系马铃薯具备双亲的遗传特性,因而在生产上既能获得较高的收成,又可在盐碱地区或,高寒地区种植,而其具有的抗病抗虫的能力还可减少农药的使用。注意题目不是要求回答杂交系马铃薯植株本身的特点,而是侧重回答种植杂交系马铃薯对人类有什么好处。(5)如果使马铃薯具有产生乙肝抗体的能力,应当将乙肝抗体基因导入马铃薯体内,应用转基因技术。答案(1)克服了不同生物远缘杂交不亲和的障碍(2)可避免在地面上由于细胞的不同密度引起的细胞不同沉降而造成的细胞分离,从而提高细胞融合率物理法(3)C(4)可获得较高的收成;可少施农药;可在盐碱地区或高寒地区种植等(5)转基因,4.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：离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织胚状体植物体(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。图中的相当于种子结构中的,主要作用是。(3)为了有利于幼苗茁状成长,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和再分化,形成愈伤组织,还可以再通过发酵工程等用于生产药物。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2项即可),方法点击植物组织培养利用细胞全能性的原理,通过脱分化形成愈伤组织和再分化，出具有根、芽的胚状小体,在生产生活实际中有重要应用,可以制备人工种子,可以生产药物,可以进行人工繁殖,还可以通过细胞融合完成体细胞杂交后,再通过组织培养,进行新作物的育种。易错点：必须弄清楚,细胞虽分化但遗传物质没有发生变化;在形成愈伤组织的过程中，因为没有形成叶绿体所以不需要光照;组织培养是无性生殖,能保持亲本的优良性状。,5.人工种子是人们模仿天然种子的结构造出来的生命有机体,它能像天然种子一样萌发生长。人工种子的核心部分是被外层薄膜包埋的具有类似种子胚功能的胚状体,胚状体不同于一般种子的胚,它是由非合子细胞分化形成的类似于胚的结构物,所以又称“体细胞胚”或“花粉胚”。胚状体可从悬浮培养的单细胞中得到,也可以通过试管培养的茎尖、芽尖、子房、花粉等获得。将胚状体包埋在一个能提供营养的胶质中,便成了所谓的“人工种子”。其培育过程如图所示,请根据以上材料回答：,(1)人工种子依据的原理是,经过技术培育而成的。(2)包埋胚状体的胶质可以看作是种子的哪部分结构？。(3)某二倍体植物基因型有DdTt,利用这种生物技术采用花药离体培养的方法,可培育成“花粉胚”,也可制成人工种子,这种种子萌发形成的个体为,基因型为。(4)如果外植体为植物的茎尖,通过的处理可使细胞彼此分离,可加入。()A.15%的盐酸B.淀粉酶C.果胶酶D.胰蛋白酶(5)表示脱分化过程,其实质是;表示再分化的过程,其实质是。(6)从上面所述胚状体的类型分析,人工种子萌发长成的植株是否可育？。,解析(1)人工种子能发育成完整的植株,说明其细胞内含有个体发育的全部基因,因此原理是细胞的全能性,经过植物组织培养得以表达。(2)包埋胚状体的胶质有保护胚状体的作用,同时又可以提供胚状体营养物质,所以可以视作是种皮及胚乳。(3)由花药(或花粉)等配子发育成的个体称为单倍体,其基因型为配子基因型,即DT、Dt、dT、dt四种。(4)使植物细胞彼此分离可以使用果胶酶,因为植物细胞壁的主要成分是果胶。(5)脱分化实质上是恢复分裂能力,而再分化就是分化,即基因选,择性表达。(6)由题目信息可知,人工种子的胚状体可来自茎尖、芽尖、子房、花粉等,如果来自花粉,得到的个体是单倍体,单倍体一般高度不育。答案(1)细胞的全能性植物组织培养(2)种皮及提供营养的胚乳或子叶(3)单倍体DT、Dt、dT、dt(4)C(5)使细胞恢复分裂基因的选择性表达,导致了细胞形态、结构和功能的改变(6)若是由花粉(或三倍体植物的营养器官)发育而来的则不可育,若是由茎尖、根尖等营养器官发育而来的则可育,6.下图表示胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作接入试管后,在一定的条件下,形成试管苗的培育过程,请据图回答下列问题：(1)要促进细胞分裂生长,培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括和小分子有机物,激素包括细胞分裂素和两类植物激素。,(2)此过程依据的原理是。A和B阶段主要进行的分裂方式是,B阶段除了细胞分裂外,还进行细胞等。(3)此过程需要无菌操作,主要是指对进行灭菌消毒。B阶段需要光照,原因是。(4)试管苗的根细胞没有叶绿素,而叶的叶肉细胞具有叶绿素,这是基因的结果。,解析此题综合考查了植物组织培养过程所需条件等方面的知识。植物组织培养是用离体的植物组织、器官或细胞接种到经消毒灭菌的培养基中,培养基含有供组织细胞生长发育所需要的无机物和小分子有机物,还有供调节细胞分化和再分化的细胞分裂素和生长素。由外植体发育成试管苗,脱分化阶段细胞进行有丝分裂,再分化阶段愈伤组织经细胞有丝分裂和分化形成试管苗,此阶段需要光照,原因是叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件。,答案(1)无机物生长素(2)植物细胞的全能性有丝分裂分化(3)培养基芽发育成叶,叶