细胞工程——课堂讨论与课后练习答案与提示

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1、专题专题 2 细胞工程细胞工程 2.1 植物细胞工程植物细胞工程2.1.12.1.1 植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术（一）（一） 思考与探究思考与探究1.1.为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、 地下结马铃薯？地下结马铃薯？提示：提示：1978 年，梅年，梅尔彻尔彻斯（斯（Melchers）等人首次）等人首次获获得了得了马铃马铃薯与番茄的属薯与番茄的属间间体体细细胞胞杂杂种。种。 他他们们将培育的二倍体将培育的二倍体马铃马铃薯品系和番茄叶片薯品系和番茄叶片细细胞胞进进行融合，所行融

2、合，所产产生的生的杂杂交株被称交株被称为为“马铃马铃 薯番茄薯番茄”。像大多数。像大多数杂杂种一种一样样， ，杂杂交株同交株同时时具有具有马铃马铃薯和番茄的形薯和番茄的形态态特征。其中一些植株形特征。其中一些植株形 成了成了“类类似似块块茎的生殖根茎的生殖根”，但是没有，但是没有产产生可生可结实结实的花、果的花、果实实以及真正意以及真正意义义上的上的块块茎。到目茎。到目 前前为为止止“马铃马铃薯薯番茄番茄”一一类类的体的体细细胞胞杂杂交植物交植物还还不能不能产产生生经济经济效益，但是其研究价效益，但是其研究价值值不不 可忽可忽视视。 。至于至于马铃马铃薯薯番茄没有像人番茄没有像人们预们预想的那

3、想的那样样地上地上长长番茄、地下番茄、地下结马铃结马铃薯，主要原因是：生薯，主要原因是：生 物基因的表达不是孤立的，它物基因的表达不是孤立的，它们们之之间间是相互是相互调调控、相互影响的，所以控、相互影响的，所以马铃马铃薯薯番茄番茄杂杂交植株交植株 的的细细胞中胞中虽虽然具然具备备两个物种的两个物种的遗传遗传物物质质，但，但这这些些遗传遗传物物质质的表达受到相互干的表达受到相互干扰扰，不能再像，不能再像马马 铃铃薯或番茄植株中的薯或番茄植株中的遗传遗传物物质质一一样样有序表达，有序表达，杂杂交植株不能地上交植株不能地上长长番茄、地下番茄、地下结马铃结马铃薯就是薯就是很自然的了。很自然的了。2.

4、2.自然界中有一种含有叶绿体的原生动物自然界中有一种含有叶绿体的原生动物眼虫，说明植物的细胞器同样可以在某眼虫，说明植物的细胞器同样可以在某 些动物细胞中存活，请探讨：动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论上可行，些动物细胞中存活，请探讨：动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论上可行， 请设计出具体实验方案。请设计出具体实验方案。提示：提示：根据眼虫的特点，根据眼虫的特点，动动物物细细胞和植物胞和植物细细胞之胞之间间在理在理论论上是可以上是可以实现杂实现杂交的。具体交的。具体 的的实验实验方案可以方案可以设计设计如下：如下：（二）（二） 正文中讨论题正文中讨论题【实验实验 胡萝

5、卜的组织培养胡萝卜的组织培养】1.1.在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？提示：提示：植物植物组织组织培养中用到的培养基含有丰富的培养中用到的培养基含有丰富的营营养成分，有利于培养物的生养成分，有利于培养物的生长长，然，然 而各种而各种杂杂菌同菌同样样也可以在上面迅速生也可以在上面迅速生长长，所以植物，所以植物组织组织培养培养过过程中程中污污染染现现象象经经常常发发生。培养生。培养 基一旦被基一旦被污污染，迅速生染，迅速生长长的各种的各种杂杂菌不但会和培养物争菌不但会和培养物争夺营夺营养，而且养，而

6、且这这些些杂杂菌生菌生长长的的过过程中程中 会生成大量会生成大量对对培养物有害的物培养物有害的物质质， ，导导致培养物迅速死亡。致培养物迅速死亡。造成培养基造成培养基污污染的因素有很多，一般包括：外植体染的因素有很多，一般包括：外植体带带菌、培养瓶和各种器械菌、培养瓶和各种器械灭灭菌不菌不彻彻底、底、 操作人操作人员员操作不操作不规规范等。所以在范等。所以在组织组织培养培养实验实验中用到的植物材料和各种器械都要中用到的植物材料和各种器械都要进进行行彻彻底底 地地灭灭菌，菌，实验实验人人员员操作一定要操作一定要规规范，避免范，避免带带入入杂杂菌。菌。2.2.在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取

7、含有形成层部分，原因是这部分容易诱在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含有形成层部分，原因是这部分容易诱 导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小 植株，你能用实验的方法进行验证吗？植株，你能用实验的方法进行验证吗？提示：提示：胡胡萝萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是诱导诱导愈愈伤组织伤组织 比比较较困困难难。可以。可以让让学生参考利用胡学生参考利用胡萝萝卜根卜根进进行行组织组织培养的培养的实验实验

8、， ，尝试设计尝试设计出利用胡出利用胡萝萝卜的茎、卜的茎、 叶、花叶、花进进行行组织组织培养的培养的实验实验流程。流程。3.3.请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技术的流程简图。请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技术的流程简图。提示：提示：2.1.22.1.2 植物细胞工程的实际应用植物细胞工程的实际应用（一）（一） 思考与探究思考与探究1.1.通过查阅资料，请你再列举出植物组织培养技术在我们生活中的另外一些应用。通过查阅资料，请你再列举出植物组织培养技术在我们生活中的另外一些应用。提示：提示：a.a. 拯救濒危植物；拯救濒危植物；b.b. 提供食品制作的原料；提供食品制作的原料；

9、c.c. 利用愈伤组织进行转基因操作。利用愈伤组织进行转基因操作。2.2.请查阅植物人工种子制备技术的详细过程，设计出制备技术的主要流程图。请查阅植物人工种子制备技术的详细过程，设计出制备技术的主要流程图。提示：诱导植物愈伤组织提示：诱导植物愈伤组织体细胞胚的诱导体细胞胚的诱导体细胞胚的成熟体细胞胚的成熟体细胞胚的机械化包裹体细胞胚的机械化包裹贮藏或种植贮藏或种植3.3.请查阅相关文献，设计出一种植物花药组织培养和染色体加倍的实验流程。请查阅相关文献，设计出一种植物花药组织培养和染色体加倍的实验流程。提示：提示：花药花药花粉细胞培养花粉细胞培养愈伤组织愈伤组织分化出小植物分化出小植物单倍体植株

10、单倍体植株正常植株正常植株（二）（二） 正文中讨论题正文中讨论题1.1.人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化育苗生产，这是利用了该项技术的哪些人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化育苗生产，这是利用了该项技术的哪些 特点？特点？提示：提示：植物植物“微型微型”繁殖技繁殖技术术具有高效性和可以保持种苗的具有高效性和可以保持种苗的优优良良遗传遗传特性的特性的优势优势。工。工 厂化大厂化大规规模育苗生模育苗生产产正是利用了植物正是利用了植物“微型微型”繁殖技繁殖技术术的的这这两方面两方面优势优势。利用植物。利用植物“微型微型” 繁殖技繁殖技术术我我们们可以在短可以在短时间时间中中获获得大量的得大量

11、的优质优质种苗。种苗。2.2.人工种子之所以神奇，是由于它具有天然种子不可比拟的特点，想一想它们具有哪人工种子之所以神奇，是由于它具有天然种子不可比拟的特点，想一想它们具有哪 些优点？些优点？提示：提示：人工种子的人工种子的优优点：点：（ （1）天然种子由于在）天然种子由于在遗传遗传上具有因减数分裂引起的重上具有因减数分裂引起的重组现组现象，因而会造成某些象，因而会造成某些遗传遗传性状性状 的改的改变变；天然种子在生；天然种子在生产产上受季上受季节节限制，一般每年只繁殖限制，一般每年只繁殖 12 次，有些甚至十几年才繁殖一次，有些甚至十几年才繁殖一 次。而人工种子次。而人工种子则则可以完全保持

12、可以完全保持优优良品种的良品种的遗传遗传特性，生特性，生产产上也不受季上也不受季节节的限制。的限制。（ （2） ）试试管苗的大量管苗的大量贮贮藏和运藏和运输输也是相当困也是相当困难难的。人工种子的。人工种子则则克服了克服了这这些缺点，人工种子些缺点，人工种子 外外层层是起保是起保护护作用的薄膜，作用的薄膜，类类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地似天然种子的种皮，因此，可以很方便地贮贮藏和运藏和运输输。 。3.3.人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分，请探讨人工种人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分，请探讨人工种 皮中应该具有的有效成分是什么？为了促

13、进胚状体的生长发育，我们还可以向人工种皮中皮中应该具有的有效成分是什么？为了促进胚状体的生长发育，我们还可以向人工种皮中 加入哪些物质？加入哪些物质？提示：提示：针对针对植物种植物种类类和土壤等条件，在人工种子的包裹和土壤等条件，在人工种子的包裹剂剂中中还还可以加入适量的养分、可以加入适量的养分、 无机无机盐盐、有机碳源以及、有机碳源以及农药农药、抗生素、有益菌等。、抗生素、有益菌等。为为了促了促进进胚状体的生胚状体的生长发长发育，育，还还可以向人工可以向人工 种皮中加入一些植物生种皮中加入一些植物生长调节剂长调节剂。 。4.4.高效抗癌的药物紫杉醇，虽然能造福人类，但却为濒危的红豆杉带来一场

14、灭顶之灾。高效抗癌的药物紫杉醇，虽然能造福人类，但却为濒危的红豆杉带来一场灭顶之灾。 以以“我们能否利用植物组织培养技术大量生产紫杉醇，从而拯救红豆杉我们能否利用植物组织培养技术大量生产紫杉醇，从而拯救红豆杉”为题，与同学展为题，与同学展 开讨论，说出植物组织培养技术在节约资源、保护环境方面的重要意义。开讨论，说出植物组织培养技术在节约资源、保护环境方面的重要意义。提示：提示：可以利用植物可以利用植物组织组织培养技培养技术术来大量生来大量生产产紫杉醇。紫杉醇。现现在国内外的科学家在国内外的科学家们们正在研正在研 究利用植物究利用植物细细胞培养技胞培养技术术来大量培育来大量培育红红豆杉豆杉细细胞

15、，希望利用胞，希望利用这这种方法来大量生种方法来大量生产产紫杉醇。国紫杉醇。国 内外内外许许多多实验实验室开展了用室开展了用组织组织培养法生培养法生产产紫杉醇的研究，紫杉醇的研究，红红豆杉属的豆杉属的 11 种植物种植物现现都在都在进进行行 组织组织培养。培养。ESC Agenetics 公司宣布他公司宣布他们们用用细细胞培养法所得紫杉醇的含量是胞培养法所得紫杉醇的含量是树树皮的皮的 25 倍。倍。 国内外在分化国内外在分化细细胞株系和培养条件方面做了不少工作，摸索了外植体、光照、培养基胞株系和培养条件方面做了不少工作，摸索了外植体、光照、培养基组组成等成等 因素因素对细对细胞培养及紫杉醇生成

16、的影响。胞培养及紫杉醇生成的影响。现现在工在工艺艺条件已基本摸清，正研究反条件已基本摸清，正研究反应应的放大技的放大技术术等，等， 有望有望实现实现通通过细过细胞培养胞培养进进行工行工业业化生化生产产紫杉醇的目紫杉醇的目标标。 。2.2.1 动物细胞培养和核移植技术动物细胞培养和核移植技术 （一）思考与探究（一）思考与探究 1.幼龄与老龄动物的组织细胞比较，分化程度低的与分化程度高的组织细胞比较，哪一种幼龄与老龄动物的组织细胞比较，分化程度低的与分化程度高的组织细胞比较，哪一种 更易于培养？思考一下，这是什么道理？更易于培养？思考一下，这是什么道理？ 提示：细胞的衰老与动物机体的衰老有着密切的关系，细胞的增殖能力与供体的年龄有关，提示：细胞的衰老与动物机体的衰老有着密切的关系，细胞的增殖能力与供体的年龄有关， 幼龄动物细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛，老龄动物则相反。所以，一般来说幼年动物的幼龄动物细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛，老龄动物则相反。所以，一般来说幼年动物的 组织细胞比老年