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1、人教版高中生物选修三讲义专题22.1.1植物细胞工程的基本技术 2.1植物细胞工程 2.1.1植物细胞工程的基本技术 学习目标：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) 一、细胞工程的概念与种类 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
2、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，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。 三、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 一定的营养、激素
3、脱分化愈伤组织含有不同激素成分的培养基 再分化 胚状体或丛芽试管苗。 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 (1)原理：离体的植物器官、组织或细胞脱分化愈伤组织再分化幼根和芽完 整植物体。 (2)过程： 取材：消毒后选取根的形成层部位，切取1 cm 3左右的小块，因为该部位容易诱导形成愈伤组织 接种：将组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
4、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 四、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 (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。 1判断对错(正确的打“”，错误的打“”) (1)细胞工程可以通过在分子水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质。 () (2)植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出
5、细胞的全能性。 () (3)在植物组织培养过程中，细胞的遗传物质一般都发生改变。 () (4)在植物组织培养过程中需要给予光照，以诱导脱分化过程。 () (5)植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是细胞壁阻碍了原生质体的融合。 () 提示：(1)细胞工程是通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质。 (2)具有某种生物全部遗传信息的细胞在离体的情况下才能表现出全能性。 (3)植物组织培养主要是通过细胞分裂和分化实现的，遗传物质一般不会发生改变。 (4)植物组织培养过程中，脱分化过程是要求避光培养的。 (5) 2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()
6、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质，包括矿质元素、糖、维生素等 C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。 3下列有关植物体细胞杂交的叙述，错误的是() A有可能把两个植物体的优良性状集中在杂种植株上 B需要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁 C利用聚乙二醇可以促进原生质体融合 D植物体细胞杂交就是将不同的植物体细胞融合成杂种细胞 D植物体细胞杂交之前，需
7、要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；进行原生质体间的融合，必须要进行人工诱导，如可用聚乙二醇促进原生质体融合；植物体细胞杂交就是将不同的植物体细胞融合成杂种细胞，并将该杂种细胞培育成新的植物体的技术。 背景材料 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传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。 (2)现实体现：在生物的生长发育过程中，生物体内的细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官。这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞内的基因会选择性表达。 (3)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
8、，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。 (4)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： 1以下不能说明细胞全能性的实验是() A玉米花粉粒培育出植株 B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 C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
9、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。 2植物细胞表现出全能性的必要条件和增殖方式分别是() A脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件；减数分裂 B导入其他植物细胞的基因；有丝分裂 C将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内；减数分裂 D脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件；有丝分裂 D植物细胞表现全能性的条件：器官、组织或细胞离体和适宜的外界条件；一定的营养(无机、有机成分)和植物激素。植物细胞组织培养形成植物体的过程，包括脱分化和再分化两个重要的过程，在这两个过程中细胞都是通过有丝分裂方式进行增殖的
10、。 思考交流 1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。 2为什么切取胡萝卜根的形成层？其他部位也能培养成小植株吗？ 提示：胡萝卜根的形成层容易诱导形成愈伤组织，其他部位如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。 3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。 归纳总结 1相关概念辨析 (1)外植体：离体进行组织培养的植物组织或器官。 (2)胚状体和丛芽：植物组织离体培养
11、，经过脱分化和再分化，发育成胚状体或丛芽。胚状体经过生长发育成完整植株；而丛芽还需要诱导生根后才能发育成完整植株。 (3)愈伤组织：是一团没有特定结构和功能，排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞团。 (4)脱分化和再分化的比较 (1)离体、无菌。 (2)环境条件适宜：如营养物质(水、无机盐、蔗糖、维生素等)、激素(生长素和细胞分裂素)、适宜的温度和光照。 3胡萝卜组织培养实验的注意事项 (1)条件控制：植物组织培养过程中光照条件的控制非常重要，包括光照强度、光照时间和波长。在形成愈伤组织的脱分化阶段往往需要暗培养，而在再分化的过程中一定要有光照。脱分化阶段的暗培养有利于细胞的脱
12、分化，产生愈伤组织，因为在光照条件下细胞容易分化产生维管组织，不利于产生大量的愈伤组织。再分化阶段要有光照，这样有利于诱导形成叶绿素。 (2)取材：含形成层(分生组织)的部位易于诱导形成愈伤组织。尽管植物体其他已分化的部位也可以用于组织培养，但诱导愈伤组织的形成比较困难。 (3)消毒和灭菌：培养基中含有丰富的营养物质，不仅有利于培养物的生长，也有利于各种杂菌的生长。一旦污染，迅速生长的各种杂菌不仅会与培养物争夺营养，而且会产生大量对培养物有害的物质，导致培养物死亡。 (4)植物激素的作用 1植物组织培养过程中的脱分化是指() A植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞的过程 B未成熟的种子经过长
13、期培养，长出幼苗的过程 C植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程 D取植物的枝芽培育成一株新植物的过程 C植物细胞脱分化就是让已分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能，而转变为未分化的细胞愈伤组织的过程，因此C项是正确的。 2(2019全国卷)培养胡萝卜根组织可获得试管苗，获得试管苗的过程如图所示。 回答下列问题。 (1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有_。 (2)步骤切取的组织块中要带有形成层，原因是_。 (3)从步骤到步骤需要更换新的培养基，其原因是_。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的_过程，最终可形成试管苗。 (4)步骤要进行照光培养，其作用是_
