高中生物专题二细胞工程2.1.1植物细胞工程的基本

1、2 1 植物细胞工程21.1 植物细胞工程的基本技术结合教目标导航1. 以胡萝卜的组织培养为例，简述植物组织培养技术的原理和过程。2.结合教材图2 5，描述植物体细胞杂交技术的原理和过程。一、细胞工程和细胞的全能性( 阅读P32 34)细胞工程的含义原理和方法细胞生物学和分子生物学操作水平细胞水平或细胞器水平目的按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品分类植物细胞工程和动物细胞工程. 细胞的全能性定义：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。植物细胞全能性实现的条件：离体、提供适宜的营养条件和激素。影响全能性表达的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基

2、因会有选择性地表达出各种蛋白质，从而构成生物体的不同组织和器官。二、植物组织培养(阅读P34 36)1 理论基础：植物细胞的全能性。2前提：离体的植物器官、组织、细胞。3条件：无菌和人工控制条件下、人工配制的培养基上、适宜的营养条件。4结果：诱导产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整植株。5胡萝卜的组织培养过程( 阅读P36 ( 阅读P36 37)1 概念：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。2过程在理论上，生物的每个细胞都具有发育成完整植株的潜力。细胞全能性的大小依次是：受精卵生殖细胞体细胞。(去壁：用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，获得原生质体。

3、诱导原生质体融合的方法物理法：离心、振动、电激等。化学法：用聚乙二醇(PEG)诱导。3意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。判断正误：(1) 细胞工程是通过分子水平上的操作，按照人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科学技术。()(植物的种子能发育成完整的植株，体现了细胞的全能性。 TOC o 1-5 h z 植物组织培养的理论基础是基因的选择性表达。()离体的植物组织在一定的培养条件下分化出根和芽的过程属于脱分化。()植物体细胞杂交的理论基础是细胞膜的流动性和细胞的全能性。()人工诱导原生质体融合的方法有物理法( 离心、 振动、 电激等 ) 和化学法( 聚乙二醇处理) 。1 植物

4、细胞的全能性原因：分化的体细胞( 或细胞核) 具有本物种个体发育所需要的全部基因。体现：在适合条件( 如离体状态等) 下，有些分化的细胞能恢复分裂、重新分化并发育成完整的新个体。全能性大小比较：受精卵( 全能性最高) 卵细胞( 也具有较高的潜在全能性) 体细胞( 全能性较低) 。 未分化或分化程度低的细胞分化程度高的体细胞。植物细胞动物细胞； 增殖的细胞不增殖的细胞。随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐减小。2植物组织培养的过程脱分化再分化外植体 ( 离体的植物器官、组织或细胞) 脱分化 愈伤组织再分化 根、芽 植物体。名称过程形成体特点培养基光脱分化由外植体脱分化为愈伤组织排列疏松、

5、高度液 泡化的薄壁细胞团生长素与细胞分裂素的比例适中避光再分化由愈伤组织分化为幼苗或胚状结构有根、芽或有生根发芽的能力上述比例小需光营养生长、生殖生长发育成完整的植物体由根、茎、叶、花、果实、种子组成自身产生各种激素需光3. 植物组织培养的影响因素(1) 灭菌：所有的实验用具严格灭菌。接种过程严格的无菌操作。严格控制光照：在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，而在分化再生的阶段一定要有光照。 因为愈伤组织诱导阶段的暗培养有利于细胞的脱分化，产生愈伤组织，若有光照则容易分化产生维管组织，不利于产生大量的愈伤组织。植物激素在植物组织培养中的应用生长素/ 细胞分裂素的比值作用效果比值高时有利于根的分化，

6、抑制芽的形成比值低时有利于芽的分化、抑制根的形成比值适中时促进愈伤组织的形成请比较基因工程和细胞工程的概念，总结二者的不同。答案 (1) 操作水平：基因工程是分子水平的操作，细胞工程是细胞水平或细胞器水平的操作。2) 目的：基因工程的目的是创造出符合人们需要的新的生物类型和生物产品，细胞工程的目的是按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。2理论上每种活细胞都具有全能性，请分析细胞具有全能性的原因。答案活细胞都具有发育成该物种个体所需的全套遗传物质。3为什么在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性？答案在特定的时间和空间条件下，细胞内的基因进行选择性表达。4结合胡萝卜的组织培养实

7、验，思考下列问题：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？答案避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。为什么切取胡萝卜根的形成层？其他部分也能培养成小植株吗？答案胡萝卜根的形成层容易诱导形成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。诱导愈伤组织的过程中是否都应避光培养？答案 不一定。 用不同植物或同一植物不同部位的组织细胞，诱导出愈伤组织所需的条件不一定相同。若培养物取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，愈伤组织中是否会含有叶绿体？答案 培养物经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞，愈伤组织中不含有叶绿体。

8、 下图表示四倍体兰花叶片通过植物组织培养形成植株的过程，相关叙述中正确的是()四倍体兰花叶片 愈伤组织 胚状体 植株A和阶段会发生减数分裂B阶段需生长素而阶段需细胞分裂素C阶段有细胞增殖但无细胞分化D此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体问题导析(1) 图中是脱分化，、是再分化。和阶段会发生有丝分裂。阶段和阶段都需生长素和细胞分裂素，只是二者比例不同。此兰花的花药离体培养所得植株为单倍体。答案 C一题多变判断正误： TOC o 1-5 h z 植物体的细胞发育成完整个体才体现了全能性。()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。()植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所

9、含基因不同。()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。()答案 (1) (2) (3) (4) 二、植物体细胞杂交技术1 植物体细胞杂交有关知识点名称植物体细胞杂交原理细胞膜的流动性( 植物体细胞融合) 、植物细胞的全能性( 植物组织培养)融合前处理酶解法去壁诱导方法物理法、化学法原理第一步原生质体的制备第二步原生质体的融合与筛选第三步杂种细胞的形成与培养第四步杂种植株的鉴定与筛选用途克服远缘杂交不亲和的障碍，获得具有优良性状的杂种植株2. 植物体细胞杂交过程中的注意事项原生质体融合的原理是细胞膜具有流动性。植物细胞融合完成的标志是杂种细胞再生出细胞壁。与传统有性杂交相比，其优

10、越性的表现克服植物远缘杂交不亲合的障碍，打破了物种之间的生殖隔离。扩大遗传重组的范围。体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管染色体、基因组还是染色体组都采用直接相加的方法。若一植物细胞含有2x 条染色体，2 个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2y 条染色体，2 个染色体组，基因型为ccDd，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体为(2x 2y)条，4 个染色体组，基因型为AabbccDd。1 去除植物细胞壁为什么要用纤维素酶和果胶酶？答案 因为植物细胞壁的化学成分主要是纤维素和果胶；酶具有专一性，纤维素酶和果胶酶能够催化分解细胞壁，而对细胞膜没有破坏作用。2体细胞融合成功后培养

11、基中共有5 种细胞类型(A、 B、 AA、BB、 AB)，其中融合细胞类型有 3 种，而真正符合要求的是AB，因此要对融合细胞进行筛选。3植物体细胞杂交技术属于无性生殖还是有性生殖？属于哪种变异类型？为什么说杂种植株具有两个亲本的遗传性状？答案 植物体细胞杂交技术没有生殖细胞的形成和结合，应属于无性生殖；变异类型应是染色体数目的变异；由于含有两个亲本的遗传物质，因此具有两个亲本的遗传性状。4培育新品种的过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传定律？为什么？答案 不遵循。 只有在有性生殖进行减数分裂过程中才符合遗传定律，而体细胞杂交没有此过程。5回答下列关于植物体细胞杂交产生的“白菜甘蓝”的相

12、关问题：用传统的方法可否产生？“白菜甘蓝”为什么能表现出两种植物的遗传性状？融合成的杂种细胞内染色体组成有何特点？答案 (1) 不能，因为不同物种之间存在生殖隔离。体细胞杂交培育而成的“白菜甘蓝”具有两个亲本的遗传物质，因此能表现出两种植物的遗传性状。植物体细胞杂交后，染色体组数是两个物种的总和，形成异源多倍体。因为细胞内每条染色体仍然有其同源染色体，因此从理论上讲均是可育的，但育性会降低。6区分植物组织培养与植物体细胞杂交的两种方法看后代植物组织培养是利用单一亲本的组织或细胞，经培养使之增殖、分化成为一个完整植株，为无性生殖过程，因此其后代一般均能保持该亲本的遗传特性。植物体细胞杂交的本质是

13、将两种不同来源的原生质体，在人为条件下进行诱导融合。由于植物细胞具有全能性，融合之后的杂种细胞可以再生出具有双亲性状的杂种植株。看关系：杂种细胞需经植物组织培养才能发育为具有双亲遗传特性的杂种植株，否则将无任何意义，因此，植物组织培养是植物体细胞杂交的基础。2利用体细胞杂交技术获得了“番茄马铃薯”杂种植株，实验过程如图所示，遗憾的是该杂种植株并非是想象中的地上长番茄、地下结马铃薯的“超级作物”。材 料 中 所 用 到 的 植 物 体 细 胞 杂 交 技 术 应 用 到 原 生 质 体 融 合 和 技 术 ， 该 技 术 的 理 论 基 础 是图中步骤所示植物细胞用除去细胞壁，分离出有活力的原生

14、质体。图中过程细胞两两融合时，可出现种融合细胞，要促进杂种细胞分裂生长，培养基中应有和 两类激素。由杂种细胞培育成试管苗，需要经过细胞的和 过程。其中过程必须给予光照，其原因是能利用光能制造有机物，供试管苗生长发育。利用马铃薯和番茄的得到单倍体植株，然后取单倍体植株细胞进行体细胞杂交，再用处理之后也可得到可育的“番茄马铃薯”杂种植株。问题导析(1) 植物体细胞杂交要应用植物组织培养技术才能得到杂种植株，其理论基础是植物细胞的全能性。细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因此用纤维素酶和果胶酶可以特异性地去除细胞壁。甲、乙两种细胞融合时，可能会出现三种情况：甲、甲融合，乙、乙融合，甲、乙融合，其中甲、

15、 乙融合类型的细胞才是最终需要的杂种细胞；植物组织培养过程中需要的激素主要有两种：生长素和细胞分裂素。杂种细胞经脱分化和再分化过程形成完整植株，愈伤组织再分化成幼苗时需要光照合成叶绿素以进行光合作用。利用花药离体培养得到的二倍体的单倍体植株一般不可育，需用秋水仙素处理使染色体加倍才可育。(3)3 细胞分裂素答案 (1) 植物组织培养植物细胞的全能性(2) (3)3 细胞分裂素生长素(4) 脱分化再分化叶绿体(5) 花药离体培养秋水仙素 一题多变 依据上图判断： TOC o 1-5 h z 植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍。()杂种细胞经过和过程可以培育成杂种植株说明杂种细

16、胞具有全能性。()尽管愈伤组织可以进行光合作用，但其培养基中仍需要糖类、氨基酸等有机营养。()若 A的基因型为Rr， B的基因型为Yy， 则最终形成的杂种植株的基因型为RrYy。 ()(5) 杂种细胞形成的标志是杂种细胞再生出细胞壁，在此过程中活跃的细胞器是核糖体。()答案 (5) 杂种细胞形成的标志是杂种细胞再生出细胞壁，在此过程中活跃的细胞器是核糖体。()答案 (1) (2) (3) (4) (5)1 如图为植物组织培养过程，有关说法不正确的是()A B 试管中细胞全能性最高B D 试管中培育出的个体都是纯合子C AB 的过程不需要光照D AD 的细胞分裂都是有丝分裂 答案 B解析 试管中

17、的试管苗来源相同，都是通过植物组织培养培育而成的，植株的基因型相同，但不一定是纯合子。2下列有关植物细胞全能性的叙述，正确的是()A植物体只有高度分化的体细胞才具有发育成完整个体的潜能B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C植物细胞的全能性是植物体细胞杂交技术的理论基础D高度分化的植物细胞随时可能表现出全能性 答案 C解析 植物细胞的全能性是指高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植物体的潜能，实际上只要植物细胞含有本物种生长发育的全套基因就应具有全能性，如配子；植物体内所有体细胞均来源于同一受精卵的有丝分裂，遗传物质应相同。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

18、全能性。3植株甲是二倍体水稻，利用植株甲获得了植株乙，而后利用植株甲和乙又获得植株丙和丁。培养过程如图所示。下列有关叙述正确的是()A用秋水仙素处理植株甲的雌蕊柱头可获得植株乙 B植株丙与植株丁的体细胞中染色体组的数目相同 C植株丁的花药离体培养可得到植株丙 D获得植株丙和植株丁的过程都属于有性生殖答案 C解析 用秋水仙素处理植株甲萌发的种子或幼苗可得到植株乙；图示丙植株体细胞中染色体组数应为3，而丁植株体细胞中染色体组数应为6；获得植株丙为有性生殖，获得植株丁的过程为无性生殖。4科学家利用细胞工程培育了“白菜甘蓝”杂种植株，如图所示，请据图回答由 D 形成 F 过程所依据的原理是，从本质上讲

19、，“白菜甘蓝”杂种植株具有的性状是的结果。若“白菜甘蓝”杂种植株为四倍体，则该植株的花粉经离体培养得到的植株是倍体。“白菜甘蓝”杂种植株的食用部分是叶，但叶又易受昆虫危害而影响产量，科学家又利用基因工程培育出带有抗虫基因的“白菜甘蓝”植株， 请你设计实验，检测此植株的抗虫基因是否表达。取昆虫幼虫放到带有抗虫基因的“白菜甘蓝”植株甲上， 再取等量生活状态基本一致的昆虫幼虫放在植株乙上。适宜条件下培养一段时间后，分别观察 的生活情况。若 ，说明甲植株的抗虫基因未得到表达；若，说明甲植株的抗虫基因得到表达。答案 (1) 细胞的全能性基因选择性表达(2) 单 (3) 长势相似的普通“白菜甘蓝”昆虫幼虫

20、甲、 乙植株上昆虫幼虫均正常生活甲植株上昆虫幼虫死亡，乙植株上昆虫幼虫正常生活( 、其他答案合理即可)解析 (1)D F 的过程说明细胞具有全能性，杂种植株具有的性状是基因选择性表达的结果。 (2) 凡是由未受精的配子发育而成的个体都是单倍体。(3) 应注意实验设计的对照原则、等量原则及单一变量原则。基础巩固1 在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件一般是不需要的()A消毒灭菌B 适宜的温度C充足的光照D 适宜的养料和激素答案 C解析 由于此阶段形成的是愈伤组织，并没有形成具有根、茎、叶的植物体，因此一般不需要光照。2生物体内细胞没有表现出全能性，而是分化为不同

21、的组织、器官，这是因为()A细胞丧失了全能性B基因的选择性表达C不同的细胞内基因不完全相同D在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化答案 B解析 生物体内的细胞表现不出全能性，是因为发生了基因的选择性表达而分化为不同的组织和器官。3下列属于组织培养的是()A花粉培养成单倍体植株B植物的枝条插到土里发育成新的个体C根尖分生区发育成成熟区D未受精的卵发育成个体 TOC o 1-5 h z 答案A解析B 项不是在无菌和人工控制条件下发育的，是在正常环境下，所以仍属自然发育过程。C 项是通过细胞的分化形成组织的过程。D 项中未受精的卵发育成个体在自然条件下也可发生，属于有性生殖中的孤雌生殖。4植物

22、组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导的植物激素分别是()体细胞全能性离体植物器官、组织或细胞根、 芽 生长素和细胞分裂素生长素和乙烯愈伤组织再分化脱分化植物体A、B、C、D、答案 B解析 植物组织培养的原理是细胞的全能性；培养过程的顺序是离体植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织，愈伤组织再分化得到根、芽，由根、芽分化成植物体；所用激素是生长素和细胞分裂素。5植物体细胞杂交尚未解决的问题有()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让杂种植物按照人们的需要表现亲代的优良性状D尚未培育出属间杂种植物答案 C解析 目前植物体细胞杂交产生的杂种植株并没有完全表现出人们所需要的

23、性状。 TOC o 1-5 h z 6植物体细胞融合完成的标志是()A形成新的细胞壁B 细胞质发生融合C细胞核发生融合D细胞膜发生融合答案A解析植物体细胞融合的过程既有细胞膜、细胞质的融合，又有细胞核的融合。植物细胞最外层为细胞壁，融合前应去掉细胞壁，融合完成的标志是再生出新的细胞壁。7下图所示为植物体细胞杂交技术的过程，下列相关叙述错误的是()A A细胞和B细胞诱导融合前要先去除细胞壁，可用纤维素酶和果胶酶处理B从A细胞和B细胞到C细胞的过程中，常用离心、振动、电激或聚乙二醇(PEG)诱导融合C A细胞和B细胞融合完成的标志是再生出新的细胞壁D植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种细胞答案 D解

24、析 植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因此细胞融合前需先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁；诱导植物细胞融合时常用物理法或化学法；融合完成的标志是再生出新的细胞壁；植物体细胞杂交的目的是获得杂种植株。巩固提升8下列有关细胞全能性的叙述，不正确的是()A受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高B生物体内细胞由于分化，全能性不能表达C卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高D植物细胞在一定条件下离体培养能表现出全能性答案 C解析 卵细胞是高度分化的细胞，并不是未分化的细胞。下图表示基因型为AaBb的水稻的花药通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下形成试管苗的培育过程。下列相关叙述错

25、误的是()A愈伤组织是花粉细胞通过有丝分裂后形成的不规则的细胞团B在愈伤组织的形成过程中，必须从培养基中获得水、无机盐和小分子的有机物等营养物 质C为促进花粉细胞分裂生长，在培养基中应加入适宜浓度的生长素等激素D试管苗可能出现的基因型有AABB或 AAbb或 aaBB或 aabb答案 D解析 花粉是通过减数分裂形成的，其基因型为AB或 Ab或 aB或 ab，由花粉发育而来的个体未经秋水仙素处理，是单倍体。1858 年，美国科学家斯图尔德应用植物组织培养技术，将二倍体胡萝卜韧皮部的一些细胞进行离体培养，最终发育成完整的新植株( 如右图 ) 。 下列关于这一科学事实叙述中，错误的是 ()该实验证明

26、了植物细胞具有全能性此种生殖产生的后代有广泛的变异韧皮部细该实验证明了植物细胞具有全能性此种生殖产生的后代有广泛的变异韧皮部细胞通过减数分裂增加数目此种生殖产生的后代能保持亲本的性状AB C D 答案B解析 体细胞组织培养属于无性生殖，其后代能保持亲本的性状，变异性小；体细胞不能进行减数分裂。11 A种植物细胞( 基因型为Aa) 、 B 种植物细胞( 基因型为Bb)去掉细胞壁后，诱导两种细胞的原生质体融合，形成单核的杂种细胞。则经过组织培养得到的杂种植株是()A二倍体，基因型为AaBbB二倍体，基因型为AAaaBBbbC四倍体，基因型为AaBbD四倍体，基因型为AAaaBBbb答案 C解析 杂

27、种植株为四倍体，基因型为AaBb。12下图是“白菜甘蓝”杂种植株的培育过程。下列说法正确的是()A植物体细胞杂交技术已经能使杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状B愈伤组织是由排列紧密的薄壁细胞组成C上述过程中包含了有丝分裂、细胞分化和减数分裂等过程D“白菜甘蓝”杂种植株具有的性状是基因选择性表达的结果答案 D解析 植物体细胞杂交技术还不能使杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状；愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成的；在“白菜甘蓝”杂种植株幼苗的培育过程中有细胞的有丝分裂和细胞分化，但不进行减数分裂。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

28、，请据图回答下列问题：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。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。此过程要无菌操作，主要是指对进行灭菌消毒。B 阶段需要光照，原因是 。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。答案 (1) 无机物生长素(2) 细胞的全能性有丝分裂分化 (3) 培养基芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件(4) 选择性表达解析 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，还有调节细胞脱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细胞经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。14据下图回答问题：过程是用处理细胞的细胞壁，后经过程诱导原生质体融合，实际融合的过程中原生质体可能会形成种细胞团( 只考虑两个细胞融合的情况) 。是 的过程