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1、第3章细胞工程 第1节植物细胞工程一植物细胞工程的基本技术 课前预习学案 课堂互动探究 课标领航 知能优化训练 一植物细胞工程的基本技术 1 举例说出植物组织培养的过程 原理和应用2 简述植物细胞培养的过程及应用3 举例说出植物体细胞杂交过程 原理和意义 重点 1 植物细胞工程的基本技术2 植物细胞工程的应用 难点 植物细胞工程的基本技术 情景导引 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 如右图 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
2、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 那么你知道植物细胞工程的基本技术有哪些吗 快进入本节的学习去了解吧 课前预习学案 一 植物组织培养技术1 理论基础 2 分类及方法 根据 的种类 可以分为植物 培养 植物 培养 培养和花粉及花药培养技术 培养方法主要是 培养 植物细胞的全能性 培养物 细胞 离体胚 原生质体 细胞悬液 3 各种技术的相互关系及作用 1 是植物体细胞杂交 植物细胞核移植 显微注射和细胞代谢产物大规模生产等技术的基础 2 是植物体细胞杂交和显微注射技术的基础 植物细胞培养 原生质体的培养 3 技术 能够缩短育
3、种年限 4 幼胚培养一般常用于挽救远缘杂交的种子幼胚 花粉和花药培养 脱分化 再分化 脱分化 再分化 移栽 染色体加倍 愈伤组织 种胚 接种 愈伤组织 分化培养基 生根培养基 6 植物组织培养的概念在 的条件下 将 的植物器官 组织和细胞 培养在人工配制的 上 给予适宜的培养条件 诱导产生 丛芽或完整的植株 无菌和人工控制 离体 培养基 愈伤组织 思考感悟1 植物组织培养为何要在无菌条件下进行 提示 植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分 有利于培养物的生长 然而各种杂菌同样也可以在上面迅 速生长 所以在植物组织培养过程中污染现象经常发生 培养基一旦被污染 迅速生长的各种杂菌不但会和培养
4、物争夺营养 而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质 导致培养物迅速死亡 二 植物体细胞杂交技术1 概念 就是将不同种的植物体细胞原生质体在一定条件下融合成 并把 培育成完整植物体的技术 2 理论基础 细胞膜的流动性 杂种细胞 杂种细胞 植物细胞的全能性 3 过程如下图 4 植物体细胞杂交过程中应明确的几个问题 1 除去细胞壁的方法 2 诱导原生质体融合的方法 物理法有 等 化学法用 作诱导剂等 酶解法 离心 振动 电刺激 聚乙二醇 3 杂种细胞成功的标志 植物 的形成 5 植物体细胞杂交的优点 克服了不同生物 的障碍 可培育作物新品种 新细胞壁 远缘杂交不亲和 思考感悟2 为什么
5、 番茄 马铃薯 超级杂种植株没有实现地上长番茄 地下结马铃薯的目标 提示 生物基因的表达不是孤立的 它们之间是相互调控 相互影响的 二者的遗传物质的表达受到相互干扰 不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达 三 植物细胞工程的概念 利用细胞生物学和分子生物学的原理和方法 以 为基本单位进行培养增殖或按照人们的意愿来改造细胞的某些生物学特性 从而获得 产品的一门综合技术 植物细胞 细胞 课堂互动探究 特别提醒 外植体的选择与制备 1 选择外植体时 由于外植体的脱分化难易因植物种类 器官来源及生理状况的不同而有很大差异 因此 选择哪些作为外植体应该注意 一般来讲 烟草 胡萝卜 植物的花和幼嫩
6、的 组织脱分化相对较易 而植物的茎 叶和成熟的组织则较难 2 制备外植体首先要消毒 其次要选取有形成层的部分 因为形成层细胞易脱分化 2012 广东质量检测 如图表示植物组织培养过程 1 图中 过程获得的细胞是正常植物体经 形成的 在这一过程中的染色体的变化是 2 要顺利完成 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 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 只有细胞分裂素时 组织块产生愈伤组织 细胞分裂素 生长素时 愈伤组织不分化 细胞分裂素 生长素时 愈伤组织
7、分化出芽 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 思路点拨 本题考查植物组织培养技术 解答本题必须掌握 植物组织培养过程 影响植物组织培养的因素 解析 1 获得单倍体性细胞是经减数分裂形成的 其特点是染色体复制一次 细胞分裂两次 子细胞中染色体数目减半 2 图中 是脱分化 在培养基中除需加入无机营养物质外 还需要加入有机营养物质和植物激素等 形成的愈伤组织细胞是高度液泡化 无定形状态的薄壁细胞 3 图中 是再分化 从实质上看是基因选择性表达 4 分析实验结果可以看出 细胞分裂素与生长素的含量不同 对愈伤组织的形成和分化的影响不同 答案 1 减数分裂染色体复制一次 分
8、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 跟踪训练1 韧皮部细胞是高度分化的植物细胞 用韧皮部细胞进行组织培养可以形成愈伤组织 下列叙述错误的是 A 该愈伤组织是细胞经过脱分化和细胞分裂形成的B 该愈伤组织的细胞没有全能性 C 该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成D 该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构 解析 选B 愈伤组织是由离体的植物器官 组织或细胞通过细胞分裂产生的 此过程称为植物细胞的脱分化 愈伤组织中的细
9、胞排列疏松而无规则 主要是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞 愈伤组织中虽然有些细胞发生分化 但仍具有全能性 在 一定条件下继续培养 细胞会发生再分化 生成芽和根 进而发育成完整植株 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 其中 胚状体方式是指由愈伤组织细胞诱导分化出具有胚芽 胚根和胚轴的胚状结构 进而长成完整的植株 1 概念 用来自不同种的植物的体细胞融合成一个杂种细胞 并且把杂种细胞培育成新的植物体的方法 2 原理 膜的流动性和细胞的全能性 3 过程 下图是两个不同品种的植物细胞A B进行细胞融合的过程 C 用酶解法去掉细胞壁 获得原生质体的过程 所用酶为纤维素酶和果胶
10、酶 D 在诱导剂的作用下进行诱导融合 先进行膜的融合 再进行核的融合 最后形成杂种细胞E E细胞有三种 AA型 BB型 AB型 只有AB型才是我们所需要的杂种细胞 所以需要进行筛选 4 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 杂种植株的特征 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 5 优点 该技术在育种上应用时最大的优点是克服远缘杂交不亲和的障碍 6 未解决的问题目前还不能让杂种细胞完全按人们的需要去表达亲代的优良性状 如番茄 马铃薯 特别提醒 在培育新品种过程中应注意的问题 1 若图中A含有2N条染色体 2个染色体组 基因型为Aabb B
11、含有2M条染色体 2个染色体组 基因型为ccDd 则新植株应为四倍体 其体细胞中染色体条数为2N 2M 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 基因型还是染色体组都采用直接相加的方法 2 在培育新品种的过程中 遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传规律 因为只有有性生殖进行减数分裂过程中才符合遗传规律 而体细胞杂交没有此过程 据图回答下列问题 1 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 种融合细胞 只考虑两个细胞融合的情况 是 的过程 与此过程密切相关的细胞器是 2 在 过程培养中 除了提供水分 无
12、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 3 中可育杂种植株为 倍体 思路点拨 本题主要考查植物体细胞杂交技术的相关知识 解答本题应注意如下几点 植物细胞壁的去除是用酶解法 植物体细胞杂交后 融合细胞中的染色体条数为两细胞染色体条数之和 解
13、析 1 图示表示植物体细胞杂交过程 图中 表示利用纤维素酶 果胶酶去除细胞壁获得原生质体的过程 原生质体融合后可能形成三种细胞 即两个番茄原生质体融合 两个马铃薯原生质体融合 一个番茄原生质体与一个马铃薯原生质体融合 图 中 是杂种细胞细胞壁再生的过程 与该过程密切相关的细胞器是高尔基体 因高尔基体与植物细胞壁的形成有关 2 组织培养过程中所利用的培养基是固体或半固体的 必须含有一定的营养物质 植物激素和一定的外界条件 外植体才能脱分化进而进行再分化形成试管苗 4 番茄细胞含2个染色体组 马铃薯细胞含4个染色体组 则杂种植物含6个染色体组 为异源六倍体 获得的杂种植株是否可育 应根据杂种植株所
14、含染色体组数来判定 若为偶数倍染色体组 理论上是可育的 若为奇数倍 理论上是不可育的 跟踪训练2 要想通过体细胞杂交技术获得杂种植株 下列各套步骤中正确的是 A 分离原生质体 诱导原生质体融合 再生细胞壁 组织培养 杂种植株 B 分离原生质体 原生质体自然融合 再生细胞壁 组织培养 杂种植株C 病毒诱导原生质体融合 组织培养 杂种植株D 分离原生质体 脱分化 再分化 杂种植株 解析 选A 植物体细胞杂交技术首先要获得不同生物的体细胞 用纤维素酶 果胶酶除去细胞壁得到原生质体 再通过物理或化学方法诱导原生质体融合 成为杂种细胞 再经组织培养形成杂种植株 知能优化训练 本部分内容讲解结束 点此进入课件目录 按ESC键退出全屏播放 谢谢使用
