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人教版选修三2.1.1《植物细胞工程的基本技术》pp


专题2

细胞工程

专题2

细胞工程

2.1 植物细胞工程 2.1.1 植物细胞工程的基本技 术

学习导航 1.了解细胞工程的含义。 2.掌握植物组织培养技术的过程及用途。 [重点] 3.理解植物体细胞杂交技术的过程。 [重点]

新知初探思维启动
一、细胞工程的含义
细胞生物学 和分子生物学。 1.原理和方法:___________ 细胞水平 或细胞器水平。 2.操作水平:__________ 3. 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。 __________ 植物细胞工程 和动物细胞工程。 4.分类:______________

二、细胞的全能性 全部遗传信息 的 1.. 含义:具有某种生物 ______________ 任何一个细胞,都具有发育成完整生物体的 潜能,也就是说,每个生物细胞都具有 全能性 _________ 的特点。 2.现实表现:在生物的生长发育过程中,细胞 组织 。 并不会表现全能性,而是分化成各种_____

3.原因:在特定时间和空间条件下,细胞中 蛋白质 , 选择性 地表达出各种________ 的基因会________ 分化形成不同的细胞,从而构成生物体的不 同组织和器官。 三、植物组织培养技术 全能性 ,理论上具 1.原理:植物细胞具有________

有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞,
完整个体 的潜能。 都具有发育成___________

2.基本过程 高度分化的植物器官、组织、细胞― ― →
脱分化

愈伤组织 ― ___________ ― →芽和根― →完整植株。

再分化

器官 、组织、细胞。 (1)前提:离体的植物 _____ 无菌 和人工控制、人工配制的培 (2)条件:_______
养基、适宜的培养条件。 愈伤组织 、丛芽,最终 (3)结果:诱导产生___________ 形成完整植株。

3.脱分化和再分化 (1)脱分化:已分化的细胞经过诱导后,失去 结构和功能 而转变成未分化细胞 其特有的 ___________ 的过程。

(2)再分化:处于脱分化状态的愈伤组织在一
再分化 出幼根 定的培养条件下,又可以_________ 和芽,形成完整的小植株。

想一想 1 .诱导愈伤组织分化时需要的植物激素主 要有哪些? 【提示】 生长素和细胞分裂素。

四、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 下融合成杂种细胞,并把杂种细胞培育成新 的植物体的技术。 → 不同细胞 ― 2. 过 程 : 不 同 种 植 物 细 胞 ― 果胶酶
人工诱导 原生质体 原生质体融合 ― →杂种细 → _______________ ― ________ ― 纤维素酶

→杂种植株。 胞―

细胞壁 3. 融合成功的标志:杂种细胞再生出 ______ 。 远缘杂交 4.意义:克服不同种生物____________ 的不 亲和性。 想一想 2 .植物细胞 A 和 B 去除细胞壁后的原生质体 融合就有几种? 【提示】 三种,A—A、B—B、A—B。

要点突破讲练互动
要点一 植物细胞的全能性

1.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。 2.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。

3.全能性大小比较: (1)受精卵(最高)>卵细胞(精子)>体细胞; (2)植物体细胞>动物体细胞; (3)胚胎干细胞>其他干细胞>体细胞。 4.植物细胞表达全能性的条件 (1)离体条件。

(2)无菌操作(防止杂菌污染)。
(3)种类齐全、比例适当的营养物质。

(4) 适宜物质的诱导和调节 ( 激素主要是生 长素、细胞分裂素等)。 (5)温度、酸碱度、光照的控制等。 特别提醒 细胞全能性是指细胞具有发育

成完整个体的潜能,只有形成了完整个体 才是细胞全能性的表现。细胞全能性的表

现或证明,必须同时具备“高度分化”、
“离体”和“完整个体”三个条件。

例1 确的是(

下列围绕有关细胞全能性的叙述,正 )

A.植物体只有体细胞才具有发育成完整个体 所必需的全套基因 B.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 C.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
D.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

【解析】

A项,细胞具有全能性的原因是细

胞具有发育成完整个体所必需的全套基因, 而配子也具有这样的全套基因,同样具有全 能性, A项错误; C项,植物体内细胞没有表 现出全能性,这是细胞内基因在特定时间和 空间条件下选择性表达的结果, C项错误; D 项,种子发育成植株 ,是正常生命历程,不属于

全能性。只有B项是正确的,细胞全能性的表
达前提是离体培养的细胞、组织或器官。 【答案】 B

互动探究

(1)本题B项中要获得成功除了离体条件外,
还需要什么条件?

(2)结合本题D项,试分析在植物体上长出新
芽,并进一步发育成枝条,这是细胞全能性 的反映吗?

【提示】

(1) 植物细胞全能性的条件,除

了离体外,还需要种类齐全、比例合适的

营养物质和一定植物激素,另外操作中还
要注意无菌、控制适宜温度和光等。 (2)这不是全能性的反映,植物体上长出新 芽,这是细胞分化的结果(基因选择性表达 的结果)。

【探规寻律】

(1)全能性一定是在一个细胞

( 或细胞核 ) 发育成完整个体中体现出来,反 之,不能称为全能性。如用干细胞培育成某 一器官,其过程不属于细胞的全能性。 (2)全能性的原理是细胞具有发育成完整个体 所必需的“全套”基因而不是“全部”基因,

因此生物的配子中有全套基因,同样具有全
能性。

要点二

植物的组织培养

1.植物组织培养中脱分化与再分化过程的比较
名称 过程 离体器官、 脱分 组织、细胞 化 成为愈伤组 织 条件 ①离体;②提供 营养物质(有机 物、无机物); ③提供激素(生 长素、细胞分裂 愈伤组织成 有根、芽或 素等);④提供 再分 为幼苗或胚 有生根发芽 化 其他适宜条件 状体结构 的能力 (温度、无菌等) 形成体特点 排列疏松、 高度液泡化 的薄壁细胞 团

2.植物激素在植物组织培养中的作用 生长素/细胞 分裂素的比值 比值高时 比值低时 比值适中 作用效果 促进根分化、抑制芽 形成 促进芽分化、抑制根 形成 促进愈伤组织形成

特别提醒

(1)植物组织培养成功的关键是避

免微生物的污染,所有实验用具都必须严格
灭菌,接种过程要进行严格的无菌操作。

(2)脱分化培养愈伤组织时要避光(如果此时进
行光照,容易分化产生维管等组织,不利于 产生大量的愈伤组织),但再分化过程要有光 照,这样有利于诱导形成叶绿素。

例2

如图表示植物组织培养过程:

(1) 图 中 ① 过 程 获 得 的 细 胞 是 正 常 植 物 体 经
________ 形成的,在这一过程中染色体的变 化 是

___________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________

________。

(2) 要顺利完成③过程,除了需要各种无机营 养物质外,还需要在培养基中加入 ________、 ________( 两类不同功能的物质 ) 。该过程形 成的细胞与正常体细胞相比,具有

____________
____________________________________ ____________________________________ ____________的特点。

(3) 从 过 程 ④ 的 结 果 看 , 它 的 实 质 是 _________ ____________________________________ ___________________________。

(4)某人在探究细胞脱分化和再分化的实验中 ,
得到了如下结果: ①只有细胞分裂素时,组织块产生愈伤组织 ②细胞分裂素=生长素时,愈伤组织不分化 ③细胞分裂素>生长素时,愈伤组织分化出芽 ④细胞分裂素<生长素时,愈伤组织分化出根

由实验结果,你能得出什么结论? ____________________________________ ____________________________________

____________________________________
____________________________________

_____________。

【答案】

(1)减数分裂

染色体复制一次,

细胞分裂两次,子细胞中染色体数目是亲代 细胞中的一半 (2)有机营养物质 植物激素 排列疏松、高

度液泡化、细胞壁薄
(3)基因在特定的时间和空间条件下选择性表 达的结果 (4)植物激素的种类和含量不同,对愈伤组织 的形成和分化的影响不同

【易误警示】

脱分化和再分化不能在同一

培养基上完成,需配制三种生长素、细胞分 裂素不同浓度的培养基,中间经过两次转接, 才可顺利完成脱分化和再分化过程。一般过

程是:在脱分化培养基上形成的愈伤组织,
转接到生芽培养基上,待长出丛芽后,再转 接到生根培养基上,促其生根。

变式训练

(2012· 太原五中高二检测)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植物激素 D.试管苗可能出现的基因型有AABB或 AAbb或aaBB或aabb

解析:选D。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。

要点三

植物体细胞杂交技术

1..原理:细胞膜的流动性(植物体细胞杂交)、 植物细胞的全能性(植物组织培养)。

2.操作流程 步骤 原生质 体的获 得
杂种细 胞的形 成 杂种植 株的产 生

图解

做法 酶解法(纤维素酶、果 胶酶)去除细胞壁,得 到原生质体 通过一定的技术手段 (电刺激,聚乙二醇诱 导等)进行人工诱导实 现原生质体的融合 对杂种细胞,用植物 组织培养的方法进行 培育

3.应用:植物体细胞杂交克服了植物远缘杂
交不亲和的障碍,在培育作物新品种方面具

有广阔的应用前景。如科学家已经培育出了
白菜—甘蓝等种间杂种。

特别提醒

(1)杂种细胞产生的标志是新细胞

壁的形成,植物体细胞杂交技术完成的标志 是得到杂种植株。 (2)植物体细胞杂交技术包括植物细胞融合和 植物组织培养两个过程。 (3)从生殖类型上看,植物体细胞杂交技术没

有有性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。

例3

据图回答下列问题:

(1)过程①②是用________________处理细 胞的细胞壁,后经③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)。④是______________的过程,与此 过程密切相关的细胞器是________________。

(2)在⑤过程培养中,除了提供水分、无机盐、 糖类、维生素以及氨基酸外,还需要在培养 基 中 加 入

_______________________________ ____________________________________ __。

同时,在培养过程中,除必要的温度、光照
和氧气等外界条件外,成功的另一个关键是 操作过程中必须保证________________。

(3)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。 (4)若番茄是二倍体,马铃薯是四倍体,则杂 种植株为________________倍体。

解析:(1)分析题图已知,图中①②表示酶解 法去除细胞壁的过程,此过程中所用的酶是 纤维素酶和果胶酶。③过程是人工诱导细胞 融合的过程,如果只考虑两个细胞融合的情

况,则会有番茄细胞—番茄细胞、番茄细
胞—马铃薯细胞、马铃薯细胞—马铃薯细胞 三种细胞团;④是融合后的原生质体重新生 出细胞壁的过程,植物细胞中的高尔基体与 细胞壁的形成关系密切。

(2)植物组织培养过程中除提供必需的营养物 质外,还需要提供一定配比的激素和无菌的 环境。 (3)由减数分裂和受精作用的知识可知,番茄 A+ B 和马铃薯如果杂交成功,则子代应包含 2 条染色体,由于这些染色体中无同源染色体, 因此只有通过秋水仙素诱导等方法使染色体 加倍,才可育,此时体细胞中染色体数为 (A + B)条。

(4)二倍体番茄和四倍体马铃薯体细胞杂交得

到的是异源六倍体。
答案:(1)纤维素酶、果胶酶 壁 高尔基体 (2)激素 3 再生出细胞

无菌 (4)六

A+B (3) 2

秋水仙素

A+B

变式训练

(2012· 北京海淀区高二检测)下图为“番茄—
—马铃薯”的培育过程示意图,有关叙述正 确的是( )

A.获得a、b细胞需要胰蛋白酶和果胶酶 B.诱导a、b细胞融合的化学试剂一般用秋水 仙素 C.a、b细胞融合为 c细胞的原理是生物膜具

有流动性
D.d、e、f过程表示植物的组织培养过程,e、

f分别为脱分化和再分化

解析:选C。植物体细胞在杂交之前,必须 先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,获得 具有活力的原生质体;a、b细胞融合为c细 胞的原理是细胞膜的流动性,诱导a、b细胞 融合的化学试剂一般用聚乙二醇,d、e分别 为脱分化和再分化。

知能演练轻巧夺冠

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