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1、12 21.11.1 植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术1了解细胞工程的含义。2理解植物细胞的全能性。(重点)3掌握植物组织培养技术的过程及用途。(重点)4理解植物体细胞杂交技术的过程。(重点)细 胞 工 程 和 细 胞 的 全 能 性(一)细胞工程的概念与分类1概念(1)原理和方法：细胞生物学和分子生物学。(2)操作水平：细胞水平或细胞器水平。(3)目的：按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。2种类根据操作对象不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程。(二)植物细胞的全能性1概念：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，也就是说，每个生物细
2、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，细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官。3影响细胞全能性表现的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质，分化形成不同的细胞，从而构成生物体的不同组织和器官。4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，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。(2)再分化：脱分化产生的愈伤组织在一定的培养条件下，再分化出幼根和芽，形成完整的小植株。合作探讨探讨 ：请比较基因工程和细胞工程的概念，总结二者的不同。1提示：(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
3、器水平2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。探讨 ：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。2提示：活细胞都具有发育成该物种个体所需的全套遗传物质。探讨 ：植物的种子发育成完整植株，是否体现了细胞的全能性？为什么？3提示：没有。因为细胞的全能性是指已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能，而种子中的胚已完成了早期发育，相当于新植物体的幼体，没有体现细胞发育成完整植物体的能力。思维升华1细胞的全能性(1)具有全能性的原因：一般生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗
4、传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。(2)不同细胞全能性的大小。体细胞全能性：分化程度低的分化程度高的，细胞分裂能力强的细胞分裂能力弱的。不同细胞的全能性：受精卵胚胎干细胞生殖细胞体细胞。不同生物的细胞全能性：植物细胞动物细胞。(3)全能性与细胞分化的关系：随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。2植物细胞全能性表达所需条件(1)体细胞未表现全能性的原因：基因的选择性表达。(2)体现细胞全能性的条件：材料离体的细胞、组织或器官培养基种类齐全、比例合适的营养物质及一定的植物激素外界条件无菌操作光照：愈伤组织培养最初避光培养，后期见光培养(1)细胞表达全能性的标志是发育成完整个
5、体而不是形成某种组织或者器官。(2)细胞具有全能性是因为细胞中具有发育成完整个体所必需的“全套基因”而不是“全部基因” ，配子中有全套基因，因此仍然具有全能性。1以下不能说明细胞全能性的实验是( )【导学号：72240017】A玉米花粉粒培育出植株3B转入贮存蛋白基因的向日葵细胞培育出植株C烧伤病人的健康细胞培养出皮肤D胡萝卜的形成层组织培育成胡萝卜幼苗【解析】 细胞的全能性是指具有某种生物全套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。玉米花粉粒培育出植株、向日葵细胞培育出植株、胡萝卜的形成层组织培育成胡萝卜幼苗都是全能性的体现，只有 C 选项没有得到完整个体，不能体现细胞的全能性
6、。【答案】 C2下列有关植物细胞全能性的叙述中，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植物细胞脱分化过程体现了植物细胞的全能性【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；植物体细胞杂交技术的理论基础是植物细胞的全能性；植物细胞脱分化过程并没有发育到完整的植株，不能体现植物细胞的全能性。【答案
7、】 C植 物 组 织 培 养 技 术1原理：植物细胞的全能性。2过程：离体的植物器官、组织、细胞愈伤组织一定的营养、激素胚状体或丛芽试管苗。含有不同激素成分的培养基再分化3脱分化：已分化的细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。4植物组织培养的条件(1)离体的植物细胞、组织、器官。(2)无菌和人工控制。(3)培养在人工制备的培养基上。(4)给予适宜的培养条件。5实验：胡萝卜的组织培养4(1)原理：离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织幼根和芽完整植脱分化再分化物体(2)过程：取材：消毒后选取根的形成层部位，切取 1 cm3左右的小块，因为该部位容易诱导形成愈伤组织接种：将组
8、织块接种到诱导培养基上，诱导出愈伤组织培养：在 2326 恒温避光条件下培养一段时间，再将愈伤组织转接到分化培养基上培养诱导出试管苗移栽：将试管苗移栽到大田，培养成正常植株合作探讨探讨 ：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1作？提示：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。探讨 ：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？2提示：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。探讨 ：诱导愈伤组织的过程中是否都应避光培养？3提示：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
9、伤组织所需的条件不一定相同。探讨 ：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4叶绿体？提示：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。思维升华1植物组织培养的过程外植体离体的植物器官、组织、细胞一定的营养、激素脱分化愈伤组织调整激素比例再分化 胚状体或丛芽试管苗(1)外植体：用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。(2)脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细5胞的过程。(3)愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞团。(4)再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行
10、培养，又可以重新分化出根或芽等器官的过程。2植物组织培养中各过程的比较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、高度液泡化的薄壁细胞团生长素与细胞分裂素的比例大 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1下列关于运用植物组织培养技术产生新个体的叙述，错误的是( )【导学号：72240018】A属于无性生殖B主要理论依据是植物细胞具有全能性C培养过程中由于人工培养基含大量营养，不需光照就能发育成完整植株D人工培养基中含植物生长发育所需的全部营养物
11、质，包括矿质元素、糖、维生素等【解析】 植物组织培养属于无性生殖，依据的理论基础为植物细胞的全能性；在培养基中含有植物细胞发育所需要的全部营养物质；组织培养的脱分化阶段不需要光，但是再分化阶段需要光。【答案】 C2下图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下，形成试管苗的培育过程。请据图回答下列问题：(1)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。(2)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。6(3)此过程要无菌操作，主要是指对_进行灭菌
12、消毒。B 阶段需要光照，原因是_。(4)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_的结果。(5)A、B 两过程能否在同一培养基上进行？_。【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，还有供调节细胞脱分化和再分化的细胞分裂素和生长素。由外植体发育到试管苗，脱分化阶段细胞进行有丝分裂；再分化阶段愈伤组织经细胞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。由于细胞分裂素和生长素对脱分化、再分化的作用不同，因此需配制不同浓度比值的生长素、细胞分裂素培养基，
13、通过转接以便顺利完成脱分化和再分化。【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)基因选择性表达(5)不能植 物 体 细 胞 杂 交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7(1)去壁：用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，获得原生质体。(2)诱导原生质体融合的方法：物理法：离心、振动、电激等。化学法：用聚乙二醇(PEG)诱导。3意义克服不同种生物远缘杂交的不亲和性。合作探讨探讨 ：将白菜体细胞和甘蓝体细胞融合时，首先遇到的障碍是什么？用什么方法可以1解除此
14、障碍？提示：细胞壁阻碍细胞间的融合。用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。探讨 ：只考虑两两融合，原生质体 A 和 B 可以形成几种融合细胞？哪种融合细胞才是2符合要求的？提示：三种。AB 才是符合要求的。探讨 ：细胞融合完成的标志与植物体细胞杂交完成的标志相同吗？为什么？ 3提示：不相同。细胞融合完成的标志是杂种细胞再生出细胞壁，而植物体细胞杂交完成的标志是培育出杂种植株，而不是形成杂种细胞。探讨 ：从结果上看杂种植株在遗传上有何特点？从杂种植株的染色体组成上看属于何4种变异？ 提示：(1)遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传性状。(2)染色体数目增加，属于染色体数目的变异。探讨 ：从新品种培育的角
15、度分析，植物体细胞杂交技术最大的优点是什么？5提示：克服了不同种植物远缘杂交的障碍，使不同种植物杂交成为可能。思维升华1植物组织培养和植物体细胞杂交的比较名称植物组织培养植物体细胞杂交原理植物细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性和植物细胞的全能性8过程选材选取根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化不同植物细胞融合后形成的杂种细胞技术操作脱分化、再分化等除脱分化、再分化外，还要用酶解法去除细胞壁，用一定的方法诱导细胞融合关系植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂2.植物体细胞杂交过程中的注意事项(1)植物体细胞杂交的培养基中要添加蔗糖且浓度略大于植物细胞质浓度，不仅为原生质体提供营养，而且还能维持一定的渗透压，使原生质体保持正常的形态。(2)体细胞融合后培养基中共有 5 种细胞类型(A、B、AA、BB、AB)，其中融合细胞类型有 3 种(AA、BB、AB)，而真正符合要求的是 AB，因此要对融合细胞进行筛选。(3)体细胞杂交过程中涉及的遗传知识：从生殖类型上看，植物体细胞杂交技术没有生殖细胞的形成和
