度新的课标创新的人教生物的选修321植物细胞的工程的地基本技术.docx
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度新的课标创新的人教生物的选修321植物细胞的工程的地基本技术
2.1.1 植物细胞工程的基本技术
一、细胞工程、细胞的全能性
1．细胞工程
原理
细胞生物学和分子生物学
操作水平
细胞水平或细胞器水平
目的
按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品
分类
植物细胞工程和动物细胞工程
2.细胞的全能性
（1）含义：
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。
（2）影响全能性表现的原因：
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。
二、植物组织培养技术
1．理论基础：
植物细胞的全能性。
2．定义：
在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。
3．实验原理
―→
4．实验流程
制备外植体→接种→脱分化培养→再分化培养→试管苗
正常植株
三、植物体细胞杂交技术
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，并将其培育成新的植物体的技术。
2．过程
（1）过程①去除细胞壁的方法是：
用纤维素酶和果胶酶处理。
（2）过程②诱导融合
（3）过程③表示杂种细胞再生出细胞壁。
（4）过程④和⑤分别表示脱分化和再分化。
3．意义：
克服不同生物远缘杂交的障碍。
[共研探究]
无论是绚丽多姿的花草，还是碧绿参天的大树，大多都是通过种子播种或枝条扦插实现繁殖的。
其实在一定的条件下，利用它们的一片叶子、一瓣花瓣，甚至一粒花粉，同样可以得到大量的幼小植株。
观察如图胡萝卜植物组织培养的流程，回答相关问题。
1．植物组织培养：
在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。
2．理论基础：
植物细胞的全能性，其含义是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。
3．实现植物体细胞全能性的条件
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
4.重要概念辨析
（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，即形成愈伤组织的过程。
（2）愈伤组织：
一团没有特定结构和功能，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。
（3）再分化：
愈伤组织在一定的培养条件下，分化出幼根和芽，进而形成完整的小植株。
5．基本过程
（1）取材：
消毒后选取胡萝卜根的形成层部位，切取1cm3左右的小块，因为该部位容易诱导形成愈伤组织。
（2）接种：
将组织块接种到诱导培养基上，诱导形成愈伤组织。
①培养基中必须含有植物生长发育所需要的全部营养物质，如矿质元素、糖类、维生素等。
②培养基的成分和物理性质都会对器官的发育有一定的影响，但起决定作用的是植物激素，主要是生长素和细胞分裂素的配比。
③在植物组织培养中，愈伤组织的形态发生方式常见的有两种：
不定芽方式和胚状体方式。
a．不定芽方式是分化形成不同器官的原基，再逐渐形成芽和根。
b．胚状体方式是分化出具有胚根、胚芽、胚轴的胚状结构，进而长成完整植株。
胚状体方式比不定芽方式有更多的优点，如胚状体可以制成人工种子等。
（3）培养：
在23～26℃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。
（4）移栽：
将试管苗移栽到大田，培养成正常植株。
[总结升华]
1．植物组织培养的一般步骤
离体的植物组织、器官、细胞
愈伤组织
胚状体或丛芽―→试管苗
2．植物细胞全能性表达的条件
（1）外植体：
用于植物组织培养的植物器官、组织或细胞。
（2）植物激素：
主要是生长素和细胞分裂素。
（3）无菌条件：
培养基需用高压蒸汽灭菌；外植体在接种前要消毒，接种时需在无菌室中或超净工作台上进行。
（4）环境因素：
适宜的温度、光照等外界条件。
3．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
生长素与细胞分裂素的比例小
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
4.生长素和细胞分裂素比值对植物组织培养的影响
生长素/细胞分裂素的比值
作用效果
比值高时
促进根分化、抑制芽形成
比值低时
促进芽分化、抑制根形成
比值适中
促进愈伤组织形成
【巧学妙记】 巧记“生长素和细胞分裂素用量及比例对植物组织培养的影响”，“比值高，根分化；比值低，芽分化；比值适中，不分化”。
即“高根低芽中愈伤”。
[对点演练]
1．某兴趣小组拟用组织培养繁殖一种名贵花卉，其技术路线为“取材→消毒→愈伤组织培养→出芽→生根→移栽”。
下列有关叙述错误的是（ ）
A．消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对细胞的伤害
B．在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞
C．长出芽是细胞再分化的结果，受基因选择性表达的调控
D．生根时，培养基通常应含α萘乙酸等生长素类调节剂
解析：
选B 植物组织培养中消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对培养材料的伤害，A项正确；植物体细胞的杂交需先除去细胞壁得到原生质体，再在细胞融合诱导剂作用下获得染色体加倍的细胞，B项错误；细胞分化的实质是基因的选择性表达，C项正确；植物组织培养过程中，生根阶段的培养基中通常应含有生长素类调节剂，D项正确。
[共研探究]
经过长期的实验，科学家们采用体细胞杂交的方法，终于得到了“番茄—马铃薯”杂种植株。
根据下列植物体细胞杂交流程图，回答下列问题。
1．获得原生质体：
植物细胞放在含有纤维素酶、果胶酶的无菌混合酶液中消化数小时，再经过滤、离心、洗涤去除酶液，纯化原生质体。
2．诱导原生质体融合
（1）过程：
细胞膜融合→细胞质融合→细胞核融合。
（2）方法
①物理法：
如显微操作、离心、振动、电激等。
②化学法：
聚乙二醇（PEG）能够使原生质体紧密接触，导致细胞膜融合。
3．植物组织培养过程为什么要严格控制无菌？
提示：
细菌等微生物比植物细胞生长繁殖快，而且会产生毒素，使培养的植物细胞中毒死亡。
4．在植物体细胞杂交中，原生质体融合的过程利用了细胞膜的流动性，杂种细胞发育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。
5．植物体细胞杂交过程中的易混点
（1）原生质体融合得到的杂种细胞一定是需要的吗？
为什么？
提示：
不一定。
因为在原生质体融合的过程中，有不同种植物细胞原生质体的融合，也有同种植物细胞原生质体的融合，只有不同种植物细胞原生质体的融合才是所需的。
（2）植物体细胞融合形成杂种细胞是否标志着植物体细胞杂交技术的完成？
提示：
不是，原生质体融合成功的标志是杂种原生质体再生出细胞壁形成杂种细胞，植物体细胞杂交的终点是培育成杂种植株，而不是形成杂种细胞。
（3）植物体细胞杂交产生的“白菜—甘蓝”能否用传统的方法培育？
提示：
不能，因为不同物种之间存在生殖隔离。
【巧学妙记】 植物体细胞杂交技术的过程可采用简化记忆法：
“去壁、融合与再生，脱、再顺次两分化”。
[总结升华]
1．植物体细胞杂交流程图解
2．植物体细胞杂交过程中的要点剖析
（1）细胞融合体现细胞膜的流动性；杂种细胞发育成杂种植株体现植物细胞的全能性。
（2）与传统有性杂交相比，植物体细胞杂交具有的优越性
①克服植物远缘杂交不亲和的障碍。
②打破物种之间的生殖隔离。
③扩大遗传重组的范围。
（3）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，原因是蔗糖溶液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。
（4）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），而符合要求的是AB，因此要对融合细胞进行筛选。
（5）体细胞杂交过程中涉及的遗传知识
①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结合，属于无性生殖，变异类型应是染色体数目的变异，形成的是异源多倍体，由于含有两个亲本的遗传物质，因此理论上应具有两个亲本的遗传性状。
②体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管染色体、基因组还是染色体组都是两亲本之和。
若一植物细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体为（2x＋2y）条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。
③培育新品种的过程中，遗传物质的传递不遵循孟德尔遗传定律，只有在有性生殖进行减数分裂过程时才符合遗传定律，而体细胞杂交没有此过程。
【易错易混】 具有全能性≠实现全能性
（1）理论上每个活细胞都具有全能性。
（2）只有发育为完整个体才能说实现了细胞全能性，即实现全能性的终点是个体，而不是组织、器官等。
[对点演练]
2．如图为植物细胞融合及组织培养过程示意图。
判断下列说法的正误。
（1）植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍。
（ ）
（2）杂种细胞经过④和⑤过程可以培育成杂种植株说明杂种细胞具有全能性。
（ ）
（3）尽管愈伤组织可以进行光合作用，但其培养基中仍需要糖类、氨基酸等有机营养。
（ ）
（4）若A的基因型为Rr，B的基因型为Yy，则最终形成的杂种植株的基因型为RrYy。
（ ）
解析：
（1）植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍。
（2）杂种细胞经过脱分化和再分化过程可以培育成杂种植株，说明杂种细胞具有全能性。
（3）愈伤组织没有形成叶绿体，不能进行光合作用，所以其培养基中需要糖类、氨基酸等有机营养。
（4）若A的基因型为Rr，B的基因型为Yy，则最终形成的杂种植株的基因型为RrYy。
答案：
（1）√
（2）√ （3）× （4）√
1．有关全能性的叙述，不正确的是（ ）
A．受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高
B．生物体内的细胞由于分化，全能性不能表达
C．卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高
D．植物细胞在一定条件下离体培养能表现出全能性
解析：
选C 卵细胞是高度分化的细胞，并不是未分化的细胞。
2．下列有关原生质体的叙述，正确的是（ ）
①组成原生质体的主要生命物质是蛋白质和核酸
②原生质体包括细胞膜、液泡膜及两者之间的细胞质
③被脱掉细胞壁的活的植物细胞是原生质体
④原生质体只能用于植物细胞工程
A．①② B．①③
C．③④D．①④
解析：
选B 细胞壁不是原生质体的成分，组成原生质体的主要生命物质是蛋白质、核酸，全部的细胞膜、细胞质、细胞核是细胞工程中的原生质体，细胞膜、液泡膜以及两者之间的细胞质构成的是原生质层。
3．植物体细胞杂交是利用不同物种的两个体细胞融合成一个杂种细胞的过程。
该过程是指（ ）
A．不同植物的精子与卵细胞的融合
B．不同植物的原生质体的融合
C．完整的两个体细胞的融合
D．植物花粉细胞的两两融合
解析：
选B 植物体细胞杂交的对象是体细胞，杂交时应首先去除细胞壁，去除细胞壁后剩下的部分就是原生质体。
4．如图为植物体细胞杂交过程，据图回答：
（1）①过程是__________________，目前最常用的方法是________________，需要的酶有________和________等。
（2）②过程的发生需要进行________，通常利用离心、振动、电激等________法，而化学法常用________作诱导剂。
（3）原生质体融合的关键是________的融合，其结构基础是____________________________。
（4）融合后的原生质体会生出细胞壁，新细胞壁的产生与细胞内的________（细胞器）有关。
解析：
植物体细胞融合前需要利用纤维素酶、果胶酶去掉细胞壁，形成原生质体，即过程①。
过程②为原生质体融合，需要进行人工诱导，人工诱导有两种方法——物理法和化学法，在化学法中常用PEG作为诱导剂。
细胞原生质体融合的关键是细胞膜的融合，利用的是细胞膜的流动性。
植物细胞壁的形成与高尔基体有关。
答案：
（1）细胞壁的去除 酶解法 纤维素酶 果胶酶
（2）人工诱导 物理 PEG （3）细胞膜 细胞膜具有一定的流动性 （4）高尔基体
【基础题组】
1．植物的花瓣具有全能性的根本原因是（ ）
A．具有完整的细胞结构
B．具有该植物的全部基因
C．离体培养
D．激素诱导
解析：
选B 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，每个生物细胞都具有全能性的特点。
所以全能性的根本原因是细胞具有该物种生长发育所需的全部基因。
2．植物组织培养中的“脱分化”过程是指（ ）
A．已休眠的种子经过处理使种子尽快萌发的过程
B．植物根尖、茎尖等部位的分生组织细胞有丝分裂产生新细胞后分化为各种组织
C．愈伤组织细胞分化为根与茎的过程
D．离体的植物组织、细胞培养产生愈伤组织的过程
解析：
选D 脱分化指让已经分化的细胞，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。
A、B、C都是细胞分裂、分化的过程。
3．下列关于植物组织培养的叙述，错误的是（ ）
A．外植体可以来自于植物的任何细胞
B．培养应在无菌条件下进行
C．以花粉作为外植体可得到单倍体植株
D．不同阶段的培养基中细胞分裂素和生长素的比例不同
解析：
选A 植物组织培养的原理是细胞的全能性，所以作为植物组织培养的细胞必须有完整的细胞核。
4．通过植物体细胞杂交获得一个杂种植株，需要的步骤是（ ）
A．分离原生质体→诱导原生质体融合→组织培养→得到杂种植株
B．分离原生质体→原生质体直接融合→组织培养→杂种植株
C．获取细胞→原生质体融合→组织培养→杂种植株
D．获取细胞→原生质体直接融合→组织培养→杂种植株
解析：
选A 植物体细胞杂交过程中首先获得原生质体，原生质体的融合需要在人工诱导下完成。
5．在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的（ ）
A．消毒灭菌B．适宜的温度
C．充足的光照D．适宜的养料和激素
解析：
选C 由于此阶段形成的是愈伤组织，并没有形成具有根、茎、叶的植物体，不需要光照。
6．下列发生了细胞分化且能体现体细胞全能性的生物学过程是（ ）
A．玉米种子萌发长成新植株
B．小鼠骨髓造血干细胞形成各种血细胞
C．小麦花粉经离体培养发育成单倍体植株
D．胡萝卜根韧皮部细胞经组织培养发育成新植株
解析：
选D 已分化的细胞具有发育成完整个体的潜能叫做细胞的全能性。
种子萌发长成植株是由幼体到成体的正常生长发育过程，虽有细胞分化，但不能体现细胞的全能性；骨髓造血干细胞形成各种血细胞，仅仅是细胞分化的过程，没有形成完整的个体，体现不出细胞的全能性；花粉离体培养发育成单倍体植株，经历了细胞分化，体现的是花粉（生殖细胞）的全能性，没有体现体细胞的全能性；胡萝卜根韧皮部细胞经植物组织培养发育成新植株体现出了体细胞的全能性。
7．下列属于植物组织培养的是（ ）
A．花粉培养成单倍体植株
B．芽发育成枝条
C．根尖分生区发育成成熟区
D．受精卵发育成植株
解析：
选A 花粉经离体培养发育成单倍体植株利用的是植物组织培养技术。
芽发育成枝条、根尖分生区发育成成熟区都是植物的正常生长发育过程，是细胞分裂和分化的结果；植物传粉受精后形成受精卵，受精卵最终发育成植物体，属于有性生殖。
8．植物体细胞杂交尚未解决的问题是（ ）
A．去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体
B．将杂种细胞培育成植株
C．让杂种植物按照人们的需要表现亲代的优良性状
D．尚未培育出属间杂种植物
解析：
选C 目前植物体细胞杂交产生的杂种植株并没有完全表现出人们所需要的性状。
【能力题组】
9．如图为植物组织培养过程，有关说法错误的是（ ）
A．b试管中细胞全能性最高
B．d试管中培育出的个体都是纯合子
C．a→b的过程需要激素的刺激
D．a→d的细胞分裂都是有丝分裂
解析：
选B 植物组织培养是利用单一亲本的组织或细胞，经培养使之增殖分化为一个完整植株，属于无性繁殖，基因型与亲本基因型一致，故不一定是纯合子。
10．如图为白菜—甘蓝杂种植株的培育过程。
下列说法正确的是（ ）
A．图示白菜—甘蓝植株不能结籽
B．愈伤组织的代谢类型是自养需氧型
C．上述过程中包含有丝分裂、细胞分化和减数分裂
D．白菜—甘蓝杂种植株具有的性状是基因选择性表达的结果
解析：
选D 植物体细胞杂交培育的“白菜—甘蓝”杂种植株中有2个染色体组来自白菜，2个染色体组来自甘蓝，是可育的。
愈伤组织是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞，不能进行光合作用，代谢类型为异养需氧型。
“白菜—甘蓝”的培育过程中有有丝分裂和细胞分化，并没有减数分裂。
任何生物的性状都是基因选择性表达的结果。
11．将甲种植物细胞（基因型为Aa）、乙种植物细胞（基因型为Bb）去掉细胞壁后，诱导两种细胞的原生质体融合，形成单核的杂种细胞。
则经过组织培养得到的杂种植株是（ ）
A．二倍体，基因型为AaBb
B．二倍体，基因型为AAaaBBbb
C．四倍体，基因型为AaBb
D．四倍体，基因型为AAaaBBbb
解析：
选C 杂种植株为四倍体，基因型为AaBb。
12．下列有关植物体细胞杂交和生物个体杂交的比较中，不正确的是（ ）
A．植物体细胞杂交可以克服不同种生物之间的生殖隔离
B．植物体细胞杂交获得的是杂种细胞，生物个体杂交获得的是生物个体
C．生物个体杂交属于有性生殖，而植物体细胞杂交属于无性生殖
D．植物体细胞杂交可发生在不同种植物个体之间，生物个体杂交只能在同种生物个体之间
解析：
选B 植物体细胞杂交在不同种的细胞之间进行，因而克服了不同种生物之间的生殖隔离，其最终目的是获得杂种植株而不是杂种细胞。
植物体细胞不属于生殖细胞，因而植物体细胞杂交属于无性生殖。
植物体细胞杂交如果发生在同种生物个体之间，则得到的个体是同源多倍体，否则可认为是异源多倍体。
13.
据植物体细胞杂交示意图回答问题：
（1）图中表示植物体细胞融合过程的是________（填编号）。
（2）图中④过程是________，⑤过程是________，④⑤过程合称________________________________________________________________________。
（3）图中①过程的目的是要除去________，除去的原因是________________________________________________________________________。
（4）在②过程中，常用的化学诱导剂是________。
若在容器中放置若干a、b细胞结构，诱导完成且假设所有细胞都发生了融合，然后经③过程，形成的d细胞的类型有________种（这里仅考虑2个原生质体的相互融合），从中选出________进行培养。
（5）e称为________，f称为________，该植株具有________。
（6）这一技术的优点是___________________________________________。
解析：
A、B经去壁形成原生质体→人工诱导原生质体融合→杂种细胞→植物组织培养→杂种植株f，f获得了两种生物的遗传物质。
答案：
（1）①②③
（2）脱分化 再分化 植物组织培养 （3）细胞壁 细胞壁阻碍了原生质体的融合 （4）聚乙二醇 3 杂种细胞 （5）愈伤组织 杂种植株 双亲性状 （6）能够克服远缘杂交不亲和的障碍
14．如图表示通过二倍体植株甲（自花传粉植物）和植株乙培育植株A、B、C、D、E的过程，其中植株甲的基因型为AaBb，两对等位基因分别位于两对同源染色体上。
请据图回答：
（1）植株A是________倍体，经秋水仙素处理后获得的植株B的基因型为________________________________________________________________________。
（2）植株C与植株甲表现型相同的概率为________________________________________________________________________。
（3）培养植株D的过程中，由离体细胞形成愈伤组织的过程称为______________。
（4）获得植株E的过程称为______________，其中两个原生质体融合时所用的物理方法有________________。
（5）植株A、D、E的培育过程中都需要采用的生物技术是________________，其理论基础是______________。
植株A、B、C、D、E中可能与植株甲的基因型相同的是植株________。
解析：
（1）将二倍体植株甲的花粉粒进行花药离体培养得到的植株是单倍体植株A，其基因型可能是AB、Ab、aB、ab，因此用秋水仙素处理后染色体加倍，植株B的基因型为AABB或AAbb或aaBB或aabb。
（2）植株C是植株甲自花传粉的后代，因此植株C与植株甲表现型相同的概率是3/4×3/4＝9/16。
（3）由离体细胞形成愈伤组织的过程称为脱分化。
（4）植株E是两种不同的植株经过植物体细胞杂交形成的新物种，两个原生质体融合时所用的物理方法有离心、振动、电激等。
（5）植株A、D、E的培育过程中都是由细胞培养得到植株，都需要采用的生物技术是植物组织培养，其理论基础是细胞的全能性。
植株D与植株甲的基因型一定是相同的，植株C中有一部分植株与植株甲的基因型相同。
答案：
（1）单 AABB或AAbb或aaBB或aabb
（2）9/16 （3）脱分化 （4）植物体细胞杂交 离心、振动、电激等 （5）植物组织培养 细胞的全能性 C、D
15．如图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作接入试管后，在一定的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。
（3）此过程要无菌操作，主要是指对________进行灭菌消毒。
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，这是基因________的结果。
解析：
植物组织培养所用的培养基中应含有供组织细胞生长发育所需的无机物和小分子有机物，还有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
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