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1、第二节植物的克隆第二节植物的克隆 核心要点突破核心要点突破情景导引情景导引基础自主梳理基础自主梳理知能过关演练知能过关演练第二节第二节传统的黄瓜育种方法主要是通过杂交、自交和回传统的黄瓜育种方法主要是通过杂交、自交和回交等手段，培育出一个新品种大约需要交等手段，培育出一个新品种大约需要5至至8年时年时间，耗时、耗力，效率低、周期长。育种专家们间，耗时、耗力，效率低、周期长。育种专家们采用现代生物技术，通过黄瓜的未受精子房培养，采用现代生物技术，通过黄瓜的未受精子房培养，可获得遗传性状完全纯合的黄瓜株系。不仅大大可获得遗传性状完全纯合的黄瓜株系。不仅大大提高了种质材料创新的效率，而且使黄瓜新品种
2、提高了种质材料创新的效率，而且使黄瓜新品种选育时间缩短了选育时间缩短了3至至4年。年。情景导引情景导引思思考考：(1)采采用用什什么么方方法法或或技技术术可可以以短短时时间间获获得得大量的黄瓜？大量的黄瓜？(2)此种技术利用的原理是什么？此种技术利用的原理是什么？【提示】【提示】(1)植物组织的培养。植物组织的培养。(2)细胞的全能性。细胞的全能性。基础自主梳理基础自主梳理一、植物组织培养一、植物组织培养1理论基础理论基础植物细胞的全能性植物细胞的全能性(1)含含义义：植植物物体体的的每每个个生生活活细细胞胞都都具具有有_的全能性，因而都具有的全能性，因而都具有_的潜能。的潜能。(2)特点特点
3、不不同同种种类类植植物物或或同同种种植植物物的的不不同同基基因因型型个个体体的的细胞全能性的表达程度大不相同。细胞全能性的表达程度大不相同。长长期期培培养养中中培培养养物物胚胚胎胎发发生生和和器器官官形形成成能能力力下下降。降。遗传上遗传上发育为完整植株发育为完整植株2程序程序(1)半半固固体体培培养养基基的的配配制制：培培养养基基中中含含有有适适当当_、 _及及 0.7% 1%的琼脂；把营养物质倒入灭菌试管中凝固成半固体。的琼脂；把营养物质倒入灭菌试管中凝固成半固体。(2)小小组组织织块块的的切切取取：从从_的的根根、茎茎、叶叶上上切切取。取。(3)愈愈伤伤组组织织的的获获得得：植植物物组组
4、织织块块切切口口处处的的细细胞胞在在创创伤伤的的刺刺激激下下发发生生脱脱分分化化，成成为为分分裂裂的的细细胞胞。在在创创伤伤表表面面形形成成一一种种由由相相对对没没有有分分化化的的活活的的_组成的新生组织，即为愈伤组织。组成的新生组织，即为愈伤组织。(4)新植株的再生新植株的再生营养物质营养物质植物生长调节剂植物生长调节剂消毒消毒薄壁细胞团薄壁细胞团诱诱 导导 愈愈 伤伤 组组 织织 ， 使使 其其 产产 生生 出出 芽芽 和和 根根 的的_，并由此再生出新的植株。，并由此再生出新的植株。将将愈愈伤伤组组织织分分散散成成单单个个细细胞胞，再再在在适适宜宜培培养养基基上培养发育成上培养发育成_，
5、进而发育成新的植株。，进而发育成新的植株。3成功的条件成功的条件(1)深入探讨特定植物深入探讨特定植物_的表达条件。的表达条件。(2)在在植植物物克克隆隆试试验验研研究究中中，尽尽量量选选择择性性状状优优良良、细胞全能性表达充分的细胞全能性表达充分的_。顶端分生组织顶端分生组织胚状体胚状体细胞全能性细胞全能性基因型基因型思考感悟思考感悟1植植物物组组织织培培养养过过程程中中，应应如如何何操操作作才才能能成成功？功？【提示】【提示】离体条件；无菌操作。离体条件；无菌操作。二、细胞培养和器官培养二、细胞培养和器官培养1措施：通过平衡的植物激素配比进行调控。措施：通过平衡的植物激素配比进行调控。(1
6、)适适量量的的激激动动素素和和细细胞胞分分裂裂素素配配比比可可诱诱导导芽芽的的分分化。化。(2)适适量量的的_及及适适当当减减除除其其他他某某些些激激素素，可诱导生根。可诱导生根。2意义意义(1)利利于于植植物物的的_、胚胚胎胎发发育育过过程程及及调调节节控控制制这这些些过过程程的的环环境境因因素素、遗遗传传基基础础和和分分子子及及生理生化机理的研究。生理生化机理的研究。吲哚乙酸吲哚乙酸受精过程受精过程(2)通通过过遗遗传传工工程程的的操操作作，研研究究与与植植物物生生长长发发育育有有关的重要基因或影响因素。关的重要基因或影响因素。(3)培育植物新品种。培育植物新品种。三、原生质体培养与植物细
7、胞工程三、原生质体培养与植物细胞工程1原生质体的获得方法原生质体的获得方法在在0.50.6 mol/L的的甘甘露露醇醇溶溶液液环环境境(较较高高渗渗透透压压)下下用用_和和_混混合合液液处处理理根根尖尖、叶叶片、愈伤组织或悬浮培养细胞，除去细胞壁。片、愈伤组织或悬浮培养细胞，除去细胞壁。纤维素酶纤维素酶果胶酶果胶酶培育作物新品种。培育作物新品种。为为_、_和和_问问题提供了良好的研究系统。题提供了良好的研究系统。细细胞胞产产物物的的工工业业化化生生产产：生生产产一一些些重重要要的的细细胞胞次次生代谢产物生代谢产物(如某些中药如某些中药)。遗传学遗传学植物生理学植物生理学细胞生物学细胞生物学思考
8、感悟思考感悟2利利用用紫紫草草细细胞胞经经植植物物组组织织培培养养，一一般般到到哪哪一一阶段，便可大量生产提取中药紫草素？阶段，便可大量生产提取中药紫草素？【提示】【提示】愈伤组织阶级。愈伤组织阶级。核心要点突破核心要点突破要点一要点一细胞全能性及其表现条件细胞全能性及其表现条件1生物细胞的全能性生物细胞的全能性生物体细胞一般都是由受精卵经有丝分裂形成，生物体细胞一般都是由受精卵经有丝分裂形成，因而都含有生物一整套遗传物质，都具有发育成因而都含有生物一整套遗传物质，都具有发育成完整个体的潜能。但在生物体上时不能表现出全完整个体的潜能。但在生物体上时不能表现出全能性，只能通过细胞分化形成不同的组
9、织、器官，能性，只能通过细胞分化形成不同的组织、器官，这是在特定的环境、激素等的影响下基因选择性这是在特定的环境、激素等的影响下基因选择性表达的结果。表达的结果。2细胞表现全能性的条件细胞表现全能性的条件(1)首要条件是脱离母体。首要条件是脱离母体。(2)植物组织培养时，培养基中除含有一定的水分、植物组织培养时，培养基中除含有一定的水分、无机盐外，还要添加一定的植物激素无机盐外，还要添加一定的植物激素(如生长素、如生长素、细胞分裂素细胞分裂素)，这有助于愈伤组织分化为不同组织、，这有助于愈伤组织分化为不同组织、器官。器官。(3)在植物组织培养的前期对光照无需求，在后期在植物组织培养的前期对光照
10、无需求，在后期需要光照条件，这有利于细胞生长、分化。需要光照条件，这有利于细胞生长、分化。(4)动物细胞由于受到某些因素的制约，其全能性动物细胞由于受到某些因素的制约，其全能性不易表达，但其核仍具有全能性。不易表达，但其核仍具有全能性。3细胞全能性高低的比较细胞全能性高低的比较(1)植物细胞植物细胞动物细胞。动物细胞。(2)受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞(精子、卵子精子、卵子)体细胞。体细胞。(3)幼嫩细胞幼嫩细胞衰老的细胞。衰老的细胞。(4)分化程度低分化程度低分化程度高分化程度高(体细胞体细胞)。例例1 以下不能说明细胞全能性的实验是以下不能说明细胞全能性的实验是()A胡萝卜韧皮部细胞培育出
11、植株胡萝卜韧皮部细胞培育出植株B紫色糯性玉米种子培育出植株紫色糯性玉米种子培育出植株C转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株D番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株【尝试解答】【尝试解答】_B_【解解析析】细细胞胞的的全全能能性性应应是是离离体体的的已已分分化化的的细细胞胞在在一一定定条条件件下下培培养养，具具有有发发育育成成完完整整个个体体的的潜潜能能。玉玉米米种种子子已已经经含含有有完完整整的的幼幼体体，自自然然条条件件下下种种植植即即可可发发育育成成新新个个体体，不不能能说说明明细细胞胞具有全能性。具有全能性。【探探规规寻寻律律】(
12、1)只只有有由由单单个个细细胞胞发发育育成成完完整整个个体体，才才算算是是体体现现出出了了细细胞胞的的全全能能性性，仅仅发发育育成成一一部部分分，不不能能体体现现出出全全能能性性。例例如如，壁壁虎虎断断尾尾之之后后，仍可长出，就不是全能性的体现。仍可长出，就不是全能性的体现。(2)全能性降低的因素全能性降低的因素由于染色体畸变、细胞核变异或非整倍体产生；由于染色体畸变、细胞核变异或非整倍体产生；激激素素平平衡衡被被打打破破或或细细胞胞对对外外源源生生长长物物质质的的敏敏感感性发生改变；性发生改变；缺乏成胚性的细胞系。缺乏成胚性的细胞系。跟跟踪踪训训练练下下列列关关于于植植物物细细胞胞全全能能性
13、性的的叙叙述述错错误误的是的是()A植植物物细细胞胞表表达达全全能能性性的的根根本本原原因因是是细细胞胞核核内内含含有本物种的全部基因有本物种的全部基因B植物细胞的全能性比动物细胞更容易体现植物细胞的全能性比动物细胞更容易体现C不同个体之间细胞全能性的表达程度不同不同个体之间细胞全能性的表达程度不同D培养物可无限制地长期克隆培养物可无限制地长期克隆解解析析：选选D。在在长长期期培培养养过过程程中中，培培养养物物由由于于染染色色体体畸畸变变、细细胞胞核核变变异异或或非非整整倍倍体体产产生生等等，而而且且这这些些变变异异皆皆不不可可逆逆，从从而而导导致致培培养养物物的的胚胚胎胎发发生生和和器器官官
14、形形成成受受阻阻，因因此此，培培养养物物不不可可能能无无限限制制地地克克隆下去。隆下去。要点二要点二植物组织培养植物组织培养1培养过程中应注意的问题培养过程中应注意的问题(1)所有实验用具要严格灭菌。所有实验用具要严格灭菌。(2)接种过程要求无菌操作。接种过程要求无菌操作。(3)适宜的温度和光照。愈伤组织培养最初避光适宜的温度和光照。愈伤组织培养最初避光培养，后期见光培养。培养，后期见光培养。(4)激素：主要是细胞分裂素和生长素。激素：主要是细胞分裂素和生长素。(5)试管苗培养：要先进行生芽培养，再进行生试管苗培养：要先进行生芽培养，再进行生根培养；试管苗的培养需要在光照条件下进行。根培养；试
15、管苗的培养需要在光照条件下进行。2与植物细胞培养的区别与植物细胞培养的区别(1)含义不同含义不同植物组织培养：指在一定的营养物质、激素和植物组织培养：指在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，把植物离体的器官、组其他外界条件的作用下，把植物离体的器官、组织或细胞培养成完整的植物体。织或细胞培养成完整的植物体。植物细胞培养：是将组织培养过程中形成的愈植物细胞培养：是将组织培养过程中形成的愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中，伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中，进行悬浮培养，得到分散游离的悬浮细胞，通过进行悬浮培养，得到分散游离的悬浮细胞，通过继代培养使细胞增殖，从而获得大量的细
16、胞群体继代培养使细胞增殖，从而获得大量的细胞群体的一种技术。的一种技术。(2)目的不同目的不同植物组织培养：得到更多的植物体。植物组织培养：得到更多的植物体。植物细胞培养：获得人类所需要的细胞代谢产植物细胞培养：获得人类所需要的细胞代谢产物。物。3植物细胞工程的实际应用植物细胞工程的实际应用(1)植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径微型繁殖：微型繁殖：作物脱毒：选取作物无毒组织作物脱毒：选取作物无毒组织(如茎尖如茎尖)进行组织进行组织培养，获得脱毒苗的技术。培养，获得脱毒苗的技术。人工种子：植物组织培养得到的胚状体等用人人工种子：植物组织培养得到的胚状体等用人工薄膜包装得到的种子。工薄膜包装得到的
17、种子。(2)作物新品种的培育：单倍体育种和突变体的利作物新品种的培育：单倍体育种和突变体的利用。用。(3)细胞产物的工业化生产：细胞产物有蛋白质、细胞产物的工业化生产：细胞产物有蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。例例2 (2011年北京西城区高二检测年北京西城区高二检测)如图表示植物如图表示植物组织培养过程：组织培养过程：(1)图中图中过程获得的细胞是正常植物体经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形成的，在这一过程中的染色体的变化是_。(2)要顺利完成要顺利完成过程，除了需要各种无机营养物质过程，除了需要各种无机营养物质
18、外，还需要在培养基中加入外，还需要在培养基中加入_、_(两类不同功能的物质两类不同功能的物质)。该过程形成的细胞与正常。该过程形成的细胞与正常体细胞相比，具有体细胞相比，具有_的特点。的特点。(3)从过程从过程的结果看，它的实质是的结果看，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：到了如下结果：只有细胞分裂素时，组织块产生愈伤组织；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，愈伤组织不分化；细胞分裂素细胞分裂素生长素时，愈伤组织分化出芽；生长素时，愈伤组织分化出芽；细胞分裂
19、素细胞分裂素生长素时，愈伤组织分化出根。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？由实验结果，你能得出什么结论？【尝尝试试解解答答】(1)减减数数分分裂裂染染色色体体复复制制一一次次，细细胞胞分分裂裂两两次次，子子细细胞胞中中染染色色体体数数目目是是亲亲代代细细胞胞的一半的一半(2)有有机机营营养养物物质质植植物物激激素素排排列列疏疏松松、高高度度液泡化、细胞壁薄液泡化、细胞壁薄(3)基基因因在在特特定定的的时时间间和和空空间间条条件件下下选选择择性性表表达达的结果的结果(4)植植物物激激素素的的种种类类和和含含量量不不同同，对对愈愈伤伤组组织织的的形成和分化的影响不同。形成和
20、分化的影响不同。【解解析析】(1)单单倍倍体体性性细细胞胞是是经经减减数数分分裂裂形形成成的的，其其特特点点是是染染色色体体复复制制一一次次，细细胞胞分分裂裂两两次次，子子细细胞胞中染色体数目减半。中染色体数目减半。(2)图图中中是是脱脱分分化化，在在培培养养基基中中除除需需加加入入无无机机营营养养物物质质外外，还还需需加加入入有有机机营营养养物物质质和和植植物物激激素素，形形成成的愈伤组织是高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞。的愈伤组织是高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞。(3)图图中中是是再再分分化化，从从结结果果上上看看是是基基因因的的选选择择性性表表达。达。(4)分分析析实实验验结结果果：
21、细细胞胞分分裂裂素素与与生生长长素素含含量量不不同同，对愈伤组织的形成和分化的影响不同。对愈伤组织的形成和分化的影响不同。【互互动动探探究究】(1)若若题题干干过过程程只只分分裂裂，但但没没有有根和茎的分化，可能的原因是什么？根和茎的分化，可能的原因是什么？(2)由该胚状体，产生的个体都是纯合子吗？由该胚状体，产生的个体都是纯合子吗？【提示】【提示】(1)植物激素的配比不对。植物激素的配比不对。(2)是否是纯合子，取决于亲本。是否是纯合子，取决于亲本。【探探规规寻寻律律】(1)植植物物组组织织培培养养就就是是在在无无菌菌和和人人工工控控制制条条件件下下，将将离离体体的的植植物物组组织织细细胞胞，培培养养在在人人工工配配制制的的培培养养基基上上，给给予予适适宜宜的的培培养养条条件件，诱诱导导其其产产生生愈愈伤伤组组织织、根根、芽芽，最最终终形形成成完完整整的的植植株。株。(2)愈愈伤伤组组织织再再分分化化产产生生新新植植株株的的途途径径中中其其中中的的两两条条是是：可可以以直直接接诱诱导导出出芽芽和和根根，也也可可以以诱诱导导出出胚胚状状体体，再再发发育育成成植植株株，取取决决于于培培养养基基中中激激素素的的配配比。比。
