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1、21 植物细胞工程 21.1 植物细胞工程的基本技术,课程标准 简述植物的组织培养。 课标解读 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。 3.理解植物体细胞杂交技术的过程。,1细胞工程的含义,植物组织培养技术,细胞生物学,分子生物学,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)植物细胞全能性实现的条件： 、提供适宜的营养条件。 (3)影响全能性表达的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有 地表达出各种蛋白质，从而构成生物体的不同组织和器官。,全部遗传信息,完整生物体,离
2、体,选择性,3植物组织培养 (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、适宜的营养条件。 (4)结果：诱导产生 ，最终形成完整植株。,植物细胞的全能性,离体,无菌,愈伤组织、丛芽,思维激活1 为什么在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性？植物的种子能发育成完整的植株，是否体现了细胞的全能性？为什么？ 提示 在特定的时间和空间条件下，细胞内的基因进行选择性表达；植物的种子发育成完整植株并未体现细胞的全能性，因为种子中的胚已完成了早期发育，相当于新植物体的幼体，发育成完整植株的过程，相当于植物的长大。,1植物细胞的全能性
3、 (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： 受精卵(全能性最高)卵细胞(也具有较高的潜在全能性)体细胞(全能性较低)。 未分化或分化程度低的细胞分化程度高的体细胞。 植物细胞动物细胞；增殖细胞不增殖的细胞。 随着细胞分化的程度不断提高，细胞的全能性逐渐减小。,3.组织培养的影响因素 (1)灭菌 所有的实验用具严格灭菌。 接种过程严格的无菌操作。 (2)严格控制光照 在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，而在分化再生的阶段一定要有光照。因为愈伤组
4、织诱导阶段的暗培养有利于细胞的脱分化，产生愈伤组织，若有光照则容易分化产生维管组织，不利于产生大量的愈伤组织。,(3)植物激素比值的控制 诱导分化的重要激素是细胞分裂素和生长素。细胞分裂素与生长素的比值：小于1时：促进根的形成；大于1时：促进芽的形成；等于1时：愈伤组织不分化，继续形成新的愈伤组织。 特别提醒 在植物组织培养过程中，如果发现培养物被污染，特别是真菌污染，不要直接打开瓶盖进行清理，而要先经过高压蒸汽灭菌后，再打开培养瓶进行清理。,【巩固1】 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(如右图)。下列关于这
5、一科学事实叙述中，错误的是 ( )。 该实验证明了植物细胞具有全能性 此种生殖产生的后代有广泛的变异 韧皮部细胞通过减数分裂增加数目 此种生殖产生的后代能保持亲本的性状 A B C D,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。 答案 B,1概念 将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成 ，并把杂种细胞培养成新的 的技术。 2过程 (1)原生质体的制备：去除 ，分离出有活力的 (去除细胞壁后的植物细胞)。目前最常用的去除细胞壁的方法是酶解法，即用 、 等分解植物细胞的细胞壁。,植物体细胞杂交技术,杂种细胞,植物体,细胞壁,原生质体,纤维素酶,果
6、胶酶,细胞膜的流动性,物理,电激,聚乙二醇,杂种细胞再生出细胞壁,杂种植株,3意义 克服了 的障碍。 思维激活2 科学家通过体细胞杂交培育而成的“白菜甘蓝”为什么能表现出两种植物的遗传性状？融合成的杂种细胞内染色体组成有何特点？ 提示 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；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。,远缘杂交不亲和,1植物体细胞杂交的原理 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,3.应用
7、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、烟草海岛烟草等种间杂种。,特别提醒 (1)植物体细胞杂交的目的是培育杂种植株；细胞融合完成的标志是杂种细胞再生出细胞壁。参与细胞壁再生的细胞器有高尔基体、线粒体等。 (2)植物体细胞杂交育种的优点是克服了远缘杂交不亲和的种间或属间障碍，缺点是目前仍有许多理论与技术问题没有解决，还不能让杂种植株表现出人们所需要的所有性状。 (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。,【巩固2】 利用体细胞杂交技术获得了“番茄
8、马铃薯”杂种植株，实验过程如下图所示，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”。,(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)图中步骤所示植物细胞用_除去细胞壁，分离出有活力的原生质体。 (3)图中过程细胞两两融合时，可出现_种融合细胞，要促进杂种细胞分裂生长，培养基中应有_和_两类激素。,(4)由杂种细胞培育成试管苗，需要经过细胞的_和_过程。其中过程必须给予光照，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
9、得到可育的“番茄马铃薯”杂种植株。,解析 (1)植物体细胞杂交最终得到杂种植株，要应用到植物组织培养技术，其理论基础是植物细胞的全能性。 (2)细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因此除去细胞壁时，为分离出有活力的原生质体，利用酶的专一性，即用纤维素酶和果胶酶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，甲、乙融合，其中甲、乙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是生长素和细胞分裂素。 (4)杂种细胞经脱分化和再分化过程形成完整植株，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)二倍体的单倍体植株
10、一般不可育，需用秋水仙素处理使染色体加倍才可育。,答案 (1)植物组织培养 植物细胞的全能性 (2)纤维素酶和果胶酶 (3)3 细胞分裂素 生长素 (4)脱分化 再分化 叶绿体 (5)花药离体培养 秋水仙素,【例1】 如图为植物组织培养过程，有关说法不正确的是 ( )。,植物细胞的全能性,AB试管中细胞全能性最高 BD试管中培育出的个体都是纯合子 CAB的过程不需要光照 DAD的细胞分裂都是有丝分裂 思维导图： 深度剖析 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。 答案 B,【例2】 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
11、图回答下列问题。,植物体细胞杂交技术,(1)由D形成F过程所依据的原理是_，从本质上讲，“白菜甘蓝”杂种植株具有的性状是_的结果。 (2)若“白菜甘蓝”杂种植株为四倍体，则该植株的花粉经离体培养得到的植株是_倍体。 (3)“白菜甘蓝”杂种植株的食用部分是叶，但叶又易受昆虫危害而影响产量，科学家又利用基因工程培育出带有抗虫基因的“白菜甘蓝”植株，请你设计实验，检测此植株的抗虫基因是否表达。,取昆虫幼虫放到带有抗虫基因的“白菜甘蓝”植株甲上，再取等量生活状态基本一致的昆虫幼虫放在_植株乙上。 适宜条件下培养一段时间后，分别观察_的生活情况。 若_，说明甲植株的抗虫基因未得到表达；若_，说明甲植株的抗虫基因得到表达。,思维导图：,深度剖析 (1)DF的过程说明细胞具有全能性，杂种植株具有的性状是基因选择性表达的结果。(2)凡是由未受精的配子发育而成的个体都是单倍体。(3)应注意实验设计的对照原则、等量原则及单一变量原则。 答案 (1)细胞的全能性 基因选择性表达 (2)单 (3)长势相似的普通“白菜甘蓝” 昆虫幼虫 甲、乙植株上昆虫幼虫均正常生活 甲植株上昆虫幼虫死亡，乙植株上昆虫幼虫正常生活(、其他答案合理也可),
