高二生物人教版选修3课件专题2 基因工程 2.1.1

植物细胞工程的基本技术专题2

2.1植物细胞工程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。目标导航重难点击1.植物组织培养技术的原理和过程。2.植物体细胞杂交技术的原理和过程。方式一：“君子”兰的快速繁殖课堂导入“春风欲擅秋风巧，催吐幽兰继落梅”，素有“天下第一香”之称的兰花，以其优美高雅的叶片和芳香艳丽的花朵，成为自古以来文人墨客吟诗作赋的对象。但是，兰花在自然条件下播种繁殖的难度很大，需要较长时间才能获得少量幼苗。如何才能满足人们对兰花的需求呢？科学家在细胞全能性的理论基础上发现了兰花快速繁殖的技术——植物组织培养。植物组织培养是植物细胞工程的核心技术，植物细胞工程的基本技术还有哪些？这些基本技术的一般操作程序是怎样的？让我们通过本节来学习探讨吧！方式二：山东省金乡县是全国闻名的大蒜之乡。该县农科所与中国农科院联合成功开发和培育出的品质好、产量高的新品种——脱毒大蒜，是植物细胞工程的又一成果。什么是细胞工程？细胞工程是如何发展起来的？包括哪些基本技术？在哪些方面得到了应用？一、细胞工程和细胞的全能性二、植物组织培养技术三、植物体细胞杂交技术内容索引对点训练当堂检测自查自纠一、细胞工程和细胞的全能性原理和方法

生物学和

生物学操作水平

水平或

水平目的按照人的意愿来改变细胞内的

或获得_________分类

细胞工程和

细胞工程1.细胞工程的含义细胞知识梳理答案分子细胞细胞器遗传物质细胞产品植物动物2.细胞的全能性(1)定义：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①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。②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。全部遗传信息答案完整生物体结构和功能愈伤组织幼根和芽1.理论上每种植物的活细胞都具有全能性，原因是什么？答案正常的植物细胞具有发育成该物种个体所需的全部遗传物质。2.配子(卵和精子)中染色体数比正常体细胞减少了一半，配子是否还有全能性？为什么？答案有。因为体细胞中染色体成对存在，配子染色体数虽减半，但仍含有完整的染色体组，具有控制生物性状的全部基因。答案合作探究3.分析实例是否体现了细胞的全能性并给出原因。(1)植物花药离体培养获得植株。答案是。花药离体培养获得单倍体植株，体现了花药细胞的全能性。(2)利用植物细胞培养技术生产紫草素。答案否。发育成完整生物个体才能体现细胞的全能性，而生产紫草素只是将紫草细胞培养成愈伤组织。答案(3)紫色糯性玉米种子培育成植株。答案否。种子的胚已是新植物的幼体，发育成完整植株的过程，相当于植物长大。活学活用1.判断正误(1)植物体的细胞发育成完整个体才体现了全能性(

)(2)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(

)(3)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(

)(4)随着细胞的生长，细胞的全能性越来越强(

)答案√√××2.植物细胞的全能性是指(

)A.具有核、膜、质，细胞结构完整，能进行各种生理活动B.只具有膜和质，同样能进行各种生理活动C.植物体细胞所具有的发育成完整个体的潜能D.具有本物种全套遗传物质的特定细胞C解析答案解析具有某种植物全套遗传信息的任何一个细胞，都有发育成完整新植物体的潜能，也就是说，每个植物细胞都具有全能性。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。返回归纳总结二、植物组织培养技术1.理论基础：

。2.前提：

的植物器官、组织、细胞。3.条件：

和人工控制条件下、人工配制的培养基上、适宜的____条件。4.结果：脱分化形成愈伤组织，再诱导其再分化生成胚状体或丛芽，最终形成完整植株。植物细胞的全能性知识梳理答案离体无菌营养消毒后选取根的

部位，切取1cm3左右的小块，因为该部位容易诱导形成愈伤组织5.胡萝卜的组织培养过程形成层答案将组织块接种到诱导培养基上，诱导出__________在23～26℃恒温

条件下培养一段时间，再将愈伤组织转接到

培养基上培养诱导出试管苗将试管苗移栽到大田，培养成正常植株愈伤组织避光分化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？答案避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。2.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。答案合作探究3.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，故愈伤组织中不会含有叶绿体。4.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？答案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。答案5.植物组织培养所用的培养基中，在脱分化和再分化过程中起关键作用的激素是什么？答案生长素和细胞分裂素。答案3.判断正误(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(

)(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(

)(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不同(

)(4)生物体内的细胞分化和植物组织培养过程中的再分化的实质是一样的，都是基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果(

)活学活用√××√答案4.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(

)C答案问题导析A.②和③阶段会发生减数分裂B.①阶段需生长素而③阶段需细胞分裂素C.①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(1)图中①是

，②、③是

。②和③阶段会发生

分裂。(2)①阶段和③阶段都需

，只是二者比例不同。(3)此兰花的花药离体培养所得植株为

。脱分化问题导析答案返回上页再分化有丝生长素和细胞分裂素单倍体归纳总结植物组织培养中的五点注意事项(1)取材：植物组织培养时应该选择幼嫩的植物组织，如根尖、茎尖、形成层细胞等，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。比值高―→

促进根的分化、抑制芽的形成比值适中―→促进愈伤组织的形成比值低―→促进芽的分化，抑制根的形成返回(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。(5)培养顺序：要先进行生芽培养，再进行生根培养，试管苗培养要在光照条件下进行。三、植物体细胞杂交技术1.概念：将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成

，并把_________培育成新的

的技术。2.过程杂种细胞知识梳理答案杂种细胞植物体细胞壁细胞壁杂种细胞(1)去壁：用

去除植物细胞壁，获得原生质体。(2)诱导原生质体融合的方法①物理法：

等。②化学法：用

诱导。3.意义：克服了不同生物

的障碍。纤维素酶和果胶酶答案离心、振动、电激聚乙二醇(PEG)远缘杂交不亲和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.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？答案三种。AB才是符合要求的。答案合作探究3.回答下列关于植物体细胞杂交产生的“白菜—甘蓝”的相关问题：(1)用传统的杂交方法可否产生“白菜—甘蓝”？答案不能，因为不同物种之间存在生殖隔离。(2)“白菜—甘蓝”为什么能表现出两种植物的遗传性状？答案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。答案(3)融合成的杂种细胞内染色体组成有何特点？答案植物体细胞杂交后，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。4.与传统有性杂交相比，植物体细胞杂交技术的优点是什么？答案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。答案5.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”。请依据材料分析回答下列问题：活学活用(1)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__________________。(2)图中①步骤所示为用_________________除去植物细胞细胞壁，分离出有活力的原生质体。(3)图中②过程细胞融合时，可出现__种融合细胞(只考虑细胞两两融合的情况)，要促进杂种细胞分裂生长，培养基中应有____________和______两类激素。答案植物组织培养植物细胞的全能性纤维素酶和果胶酶3细胞分裂素生长素(4)由杂种细胞培育成试管苗，需要经过细胞的④________和⑤________过程。其中⑤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。(5)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。脱分化答案问题导析再分化叶绿体花药离体培养秋水仙素(1)植物体细胞杂交要应用

技术才能得到杂种植株，其理论基础是植物细胞的

。(2)细胞壁的主要成分是

，因此用

可以特异性地去除细胞壁。(3)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，

融合，其中

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：

和

。植物组织培养答案返回上页问题导析全能性纤维素和果胶纤维素酶和果胶酶甲、乙甲、乙生长素细胞分裂素(4)杂种细胞经

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。(5)利用

得到的二倍体的单倍体植株一般不可育，需用____

处理使染色体加倍才可育。脱分化和再分化答案返回上页花药离体培养秋水仙素依据上图判断：(1)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(

)(2)杂种细胞经过④和⑤过程可以培育成杂种植株说明杂种细胞具有全能性(

)(3)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(

)(4)若马铃薯的基因型为Rr，番茄的基因型为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(

)√答案一题多变√×√×植物细胞的全能性返回答案课堂小结脱分化、再分化对点训练当堂检测自查自纠1.下列哪种细胞的全能性最容易得到表达(

)A.青蛙的皮肤细胞B.胡萝卜的韧皮部细胞C.小白鼠的肝脏细胞D.人皮肤的生发层细胞解析细胞分化程度越高，全能性越低，皮肤细胞和生发层细胞是高度分化的细胞，全能性较低。动物细胞实现全能性的能力比植物细胞低，所以全能性最高的细胞是胡萝卜的韧皮部细胞。B12345解析答案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.A→B的过程不需要光照D.A→D的细胞分裂方式都是有丝分裂2.如图为植物组织培养过程，有关说法不正确的是(

)解析试管中的试管苗来源相同，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。B解析答案123453.1858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。下列关于这一科学事实的叙述中，错误的是(

)①该实验证明了植物细胞具有全能性②此种生殖产生的后代有广泛的变异③韧皮部细胞通过减数分裂增加数目④此种生殖产生的后代能保持亲本的性状A.①②

B.②③ C.②④

D.③④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。B解析答案123454.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(

)解析答案12345A.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.植株甲与植株乙正交和反交所得种子的胚乳的基

因型不同D.获得植株丙和植株丁的过程都属于有性生殖解析

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；获得植株丙的过程为有性生殖，获得植株丁的过程为无性生殖。答案C123455.科学家利用细胞工程培育了“白菜—甘蓝”杂种植株，如图所示，请据图回答下列问题：12345(1)由D