学年高中生物第二章克隆技术第4课时植物的克隆学案浙科版Word格式文档下载.docx

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这种单细胞细胞质丰富、液泡小而细胞核大。

（5）用纤维素酶和果胶酶水解细胞壁，可以获得分离的植物细胞原生质体，用适当方法培养原生质体，也可以获得新植株。

助学巧记

　细胞全能性大小的分析

（1）体细胞全能性与细胞分化程度：

分化程度低的>

分化程度高的。

（2）体细胞全能性与细胞分裂能力：

分裂能力强的>

分裂能力弱的。

（3）不同类型细胞的全能性：

受精卵>

生殖细胞>

体细胞。

（4）不同生物细胞的全能性：

植物细胞>

动物细胞。

探究1——实例分析

1．分析实例是否体现了细胞的全能性并给出原因。

（1）植物花药离体培养获得植株。

答案　是。

花药离体培养获得单倍体植株，体现了花药细胞的全能性。

（2）利用植物细胞培养技术生产紫草素。

答案　否。

发育成完整生物个体才能体现细胞的全能性，而生产紫草素只是将紫草细胞培养成愈伤组织。

（3）紫色糯性玉米种子培育成植株。

种子的胚已是新植物的幼体，发育成完整植株的过程，相当于植物长大。

2．配子（卵和精子）中染色体数比正常体细胞减少了一半，配子是否还有全能性？

为什么？

答案　有。

因为体细胞中染色体成对存在，配子染色体数虽减半，但仍含有完整的染色体组，具有控制生物性状的全部基因。

探究2——实验探究

烟草植株的植物组织培养如图所示。

完善图示内容，思考回答相关问题：

1．理论基础——植物细胞的全能性

物质基础：

生物体的体细胞通过有丝分裂形成的子细胞与母细胞（受精卵）核内的基因相同，即生物体的每一个细胞都含有本物种所特有的全套遗传物质。

2．操作程序

（1）半固体培养基的配制：

配制含有适当营养物质、植物生长调节剂的含0.7%～1%琼脂的培养基，倒在灭菌试管中凝固成半固体。

（2）小组织块（即外植体）的切取：

从消毒的根、茎或叶上切取。

（3）愈伤组织的获得：

植物组织块切口处的细胞在创伤的刺激下发生脱分化成为分裂的细胞。

在创伤表面形成一种由相对没有分化的活的薄壁细胞团组成的新生组织，即为愈伤组织。

（4）新植株的再生

①诱导愈伤组织：

通过调节营养物质和生长调节剂的适当配比，使其产生出芽和根的顶端分生组织，并由此再生出新的植株。

②将含有愈伤组织培养物的试管放在摇床上，通过液体悬浮培养分散成单细胞，再在适宜的培养基上培养发育成胚状体，进而发育成新的植株。

3．愈伤组织的脱分化（去分化）、再分化

（1）高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化，或者叫做去分化。

（2）脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化成根或芽等器官，这个过程叫做再分化。

4．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？

答案　避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。

5．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？

答案　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，故愈伤组织中不会含有叶绿体。

6．植物组织培养中的脱分化阶段，培养的组织细胞是自养型还是异养型？

答案　脱分化过程中细胞营异养生活。

因为此时细胞没有叶绿体，并且一般要避光培养，无法进行光合作用。

例1

　下列关于植物组织培养技术的叙述中，错误的是（　　）

A．培养基中添加营养物质的目的是提供营养和调节渗透压

B．培养基中的植物生长调节剂影响愈伤组织的生长和分化

C．离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织

D．同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因型相同

答案　D

解析　植物组织培养技术既可对植物体细胞进行组织培养，也可对生殖细胞进行组织培养。

假设某植株的基因型为Aa，取其根尖细胞离体培养形成的新植株基因型仍为Aa；

若取该植株花药细胞离体培养，形成的新植株基因型为A或a。

例2

　（2017·

浙江莆田一中月考）下列关于植物细胞全能性的描述错误的是（　　）

A．植物细胞的全能性比动物细胞更容易表达

B．不同种类的植物之间细胞全能性的表达程度不相同

C．同种植物的不同基因型个体之间细胞全能性的表达程度相同

D．某些植物的再生植株，多次继代培养后会丧失细胞全能性的表达能力

答案　C

解析　高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的潜能，植物细胞的全能性比动物细胞更容易表达，A正确；

植物种类不同，全能性的表达程度不同，B正确；

同种植物不同基因型的个体之间，细胞全能性的表达程度也不相同，C错误；

小麦、玉米和水稻等作物的一些品种或品系的培养细胞所诱导出的再生植株，在多次继代培养后，会丧失细胞全能性的表达能力，D正确。

方法技巧

　植物细胞全能性表达的条件及下降原因

（1）表达条件

（2）下降原因

二、细胞培养和器官培养

1．过程：

单个植物细胞经过培养基中成分的诱导，依次发育成细胞团、球形胚、心形胚和胚状体，最后再生出完整的植株。

2．方法或措施：

主要通过平衡的植物激素配比进行调控。

（1）适量的激动素和细胞分裂素配比，可诱导芽的分化。

（2）适量的吲哚乙酸及适当减除其他某些激素，可诱导生根。

3．意义

（1）可以在实验室、试管等器皿中进行植物的受精过程和自受精卵进行的植物胚胎发育过程，以及调节控制这些过程的环境因素、遗传基础和分子及生理生化机理研究。

（2）可以进行遗传工程的操作，完成与植物生长发育有关的重要基因或影响因素的研究。

（3）可以方便地通过实验手段培育植物新品种。

例3

　下列关于植物细胞工程的有关叙述，正确的是（　　）

A．植物组织培养过程中，培养物的胚胎发生和器官形成能力下降的可能原因有染色体畸变、细胞核变异或非整倍体产生等，但其结果是可逆的

B．处于适当液体培养条件的单个植物细胞，经过培养基中成分的诱导，可发生类似受精卵发育成胚的过程，即从单细胞依次到细胞团、心形胚、球形胚和胚状体，最后再生出完整植株

C．植物组织培养中培养物缺乏成胚性细胞系的原因可能是细胞或组织中激素平衡被破坏，或细胞对外源生长物质的敏感性发生改变

D．植物器官培养方面，器官发生和形态建成主要是通过平衡的植物激素配比进行调控，适量的生长素和细胞分裂素配比可以诱导根的分化

解析　植物组织培养过程中，培养物的胚胎发生和器官形成能力下降的原因可能是染色体畸变、细胞核变异或非整倍体产生等，而且其结果是不可逆的，也可能是细胞或组织中激素平衡被破坏，或细胞对外源生长物质的敏感性发生改变，A错误，C正确；

处于适当液体培养条件的单个植物细胞，经过培养基中成分的诱导，可发生类似受精卵发育成胚的过程，即从单细胞依次到细胞团、球形胚、心形胚和胚状体，最后再生出完整植株，B错误；

植物器官培养方面，器官发生和形态建成主要是通过平衡的植物激素配比进行调控的，例如，适量的生长素和细胞分裂素配比可以诱导芽的分化，适量的生长素（吲哚乙酸）及适当减除其他某些激素可诱导生根，D错误。

例4

　（2018·

淳安中学检测）从红豆杉的树皮和树叶中提炼出来的紫杉醇属于植物的次生代谢产物，它对多种晚期癌症疗效突出。

下列有关紫杉醇获取途径的叙述错误的是（　　）

A．从愈伤组织中分散得到的单细胞细胞质丰富、液泡大且核也大

B．将愈伤组织培养成植株还是特定细胞系要通过平衡生长调节剂的配比进行调控

C．在选择红豆杉时除了要考虑其优良性状外还需考虑细胞全能性的表达能力

D．通过培养特定细胞系，可以实现对重要次生代谢产物的工业化生产

答案　A

解析　从愈伤组织中分散得到的单细胞属于胚性细胞，特点是细胞核大、细胞质丰富、液泡小，A错误；

将愈伤组织培养成植株还是特定细胞系需要调节培养物中激素配比，B正确；

选择细胞进行培养，为增加成功概率需考虑其全能性表达能力，C正确；

紫杉醇是细胞次生代谢产物，通过特定细胞系的培养，可实现工业化生产，D正确。

　植物细胞培养的过程

大规模植物细胞培养

↓液体培养基

细胞筛选

↓次生代谢产物含量高，生长迅速

单细胞无性繁殖系

↓扩大培养

大量植物细胞

↓

分离有用物质

三、原生质体培养与植物细胞工程

1．植物原生质体的获得方法

在0.5～0.6mol/L的甘露醇溶液环境（较高渗透压）下用纤维素酶和果胶酶混合液处理根尖、叶片、愈伤组织或悬浮培养细胞，除去细胞壁，获得球形的原生质体。

2．植物细胞工程的操作过程

3．多途径的植物克隆实践

（1）将外源遗传物质（DNA）导入宿主细胞，可以培育出抗逆、高产及优质的转基因植株。

（2）植物细胞培养的其他多种研究和应用广泛开展。

思考

　获得重要次生代谢产物（如某些中药）需要将外植体培养到哪个阶段？

答案　应让外植体经脱分化形成愈伤组织，培养特定细胞系。

特别提醒

（1）获取原生质体时，加入高浓度高渗甘露醇溶液的作用是防止原生质体吸水胀破。

（2）获得次生代谢产物时，一般将细胞培养至愈伤组织阶段即可，因此不涉及再分化过程。

（3）原生质体培养成功的表现是细胞壁再生。

例5

浙江绍兴高二质检）如图表示利用植物细胞工程对棉花进行改良的过程，据图分析错误的是（　　）

A．①过程需在适宜条件下用纤维素酶和果胶酶处理

B．②过程能定向改变原生质体的遗传特性

C．③过程需要通过液体悬浮培养

D．④过程需用适宜浓度的生长调节剂处理

解析　①过程需在适宜条件下用纤维素酶和果胶酶处理去掉细胞壁，获得原生质体，A正确；

②过程为转基因技术，能定向改变原生质体的遗传特性，B正确；

③过程需要在固体培养基上培养，C错误；

④过程需用适宜浓度的生长调节剂处理，促进根、芽的发育，D正确。

易混易错

　植物组织培养会涉及固体培养基和液体培养基。

获取愈伤组织都是在固体培养基上进行的，而获取胚性细胞，需将原生质体进行液体悬浮培养（液体培养基）。

例6

　（2016·

浙江10月选考节选）某小组欲进行烟草原生质体分离与培养的研究。

请回答：

（1）原生质体的分离：

在无菌条件下，取烟草无菌苗的叶片，放入含有0.5mol/L甘露醇（维持较高渗透压）的________________________混合液处理，经过离心纯化后获得原生质体。

（2）原生质体的培养：

将原生质体进行培养，重新长出细胞壁，形成胚性细胞。

此时，应该________培养基中甘露醇浓度，以利于胚性细胞继续培养形成细胞团，然后经两条途径形成再生植株。

途径一：

细胞团经球形胚、______和胚状体，最后发育成植株。

途径二：

细胞团增殖为愈伤组织，然后在发芽培养基上诱导出芽，切割芽经过生根后形成完整植株。

上述发芽培养基中含量相对较高的激素是____________。

胚性细胞的主要特点是________（A.液泡小、细胞核小　B．液泡大、细胞核大　C．液泡大、细胞核小　D．液泡小、细胞核大）。

（3）为了对烟草的某些性状进行改良，分离得到两种烟草的原生质体后，通过______________________方法将它们的遗传物质组合在一起，经培养获得具有新性状的再生植株。

提取再生植株的DNA，采用________扩增相关基因，来鉴定遗传物质是否成功重组。

答案　

（1）纤维素酶和果胶酶　

（2）降低　心形胚　细胞分裂素　D　（3）原生质体融合　PCR

解析　

（1）去除植物细胞壁，获得植物细胞的原生质体，常用的方法是利用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞。

（2）在获取原生质体时甘露醇是作为维持细胞膜内外渗透压平衡的稳定剂使用的。

其具体作用是提高渗透压，防止水分渗入细胞内部，造成细胞破裂。

在原生质体形成新细胞壁后，细胞壁有支持与保护作用，所以要降低甘露醇的浓度；

由细胞团形成再生植株，途经：

从胚性细胞→细胞团→球形胚→心形胚→胚状体，然后再生出完整的小植株；

为快速诱导芽的分化，培养基中往往添加细胞分裂素；

胚性细胞的特点是液泡小、细胞核大。

（3）植物细胞工程中，利用原生质体融合的方法获得杂种细胞；

体外扩增DNA技术常用的是PCR技术。

　植物细胞培养、器官培养和原生质体培养的关系

1．下列有关细胞全能性的叙述，不正确的是（　　）

A．卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高

B．大量的科学事实证明，高度分化的植物体细胞仍具有全能性

C．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

D．通过植物组织培养得到的试管苗，是植物细胞在一定条件下表现全能性的结果

解析　卵细胞是高度分化的细胞，受精卵是未分化的细胞，受精卵在自然条件下能形成完整个体，全能性最高，A错误，C正确；

高度分化的植物体细胞也具有全能性，B正确；

植物细胞在一定条件下经过植物组织培养技术得到再生植株，是细胞全能性的表现，D正确。

2．植物细胞培养是在植物组织培养技术的基础上发展起来的，下列有关植物细胞培养的叙述，不正确的是（　　）

A．植物细胞培养技术的目的是为了获得大量有生理活性的次级代谢产物

B．植物细胞培养技术快速、高效，不受季节、外部环境等条件的限制

C．利用生物反应器悬浮培养人参细胞，提取人参皂甙，用于生产保健药品和美容护肤用品

D．植物细胞培养需要在一定的温度、pH等条件下进行，但不需要进行无菌操作

解析　植物细胞培养和植物组织培养一样，整个培养过程必须在无菌条件下进行，否则培养基内将长出许多杂菌与离体细胞争夺营养与生存空间，影响细胞增殖和细胞次级代谢产物的获得。

A项所述为植物细胞培养的目的，B项为植物细胞培养的特点，C项为植物细胞培养的应用。

3．（2018·

浙江名校协作体联考）植物组织培养基中肯定没有下列哪种物质（　　）

A．血清B．生长素

C．无机盐D．蔗糖

解析　植物组织培养基中通常含有植物激素（如生长素、细胞分裂素等）、无机盐（维持渗透压）、蔗糖（提供能量）等，不含有血清。

4．（2017·

舟山中学期中）下列有关高等植物原生质体制备和培养的叙述，正确的是（　　）

A．纤维素酶和果胶酶混合液可用于制备悬浮培养细胞的原生质体

B．加入0.6mol/L甘露醇的目的是保护纤维素酶和果胶酶

C．从不同植物组织分离得到的原生质体大小、形状相同

D．所有植物的愈伤组织经原生质体培养均可得到再生植株

解析　植物细胞壁由纤维素和果胶构成，因此可以采用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，获得原生质体，A正确；

加入0.6mol/L甘露醇的目的是防止原生质体吸水胀破，B错误；

不同植物组织分离得到的原生质体大小、形状存在差异，C错误；

不同植株或基因型个体，细胞全能性存在差异，愈伤组织经原生质体培养不一定能得到再生植株，D错误。

5．（2017·

金华一中期末）下图中的①②③代表通过植物组织培养技术培育新植株的三条途径，请回答：

（1）外植体a、b、c来自同种植株，植株A、B、C中的细胞，全能性表达程度_______________（填“相同”或“可能不同”）。

（2）途径②和③需要用到______________和________（填培养基的物理性质）培养基两种。

（3）外植体c脱去细胞壁过程中需要加入适宜浓度的________（A.甘露醇　B．盐酸　C．蒸馏水　D．氯化钠）以保持一定的渗透压。

原生质体培养成功标志着________技术又向前迈进了一步。

（4）通过大量培养特定细胞系，可以实现能产生重要__________（如某些中药）的细胞的大量克隆和产物的工业化生产。

答案　

（1）可能不同　

（2）液体培养基　固体（或半固体）（3）A　植物细胞工程　（4）次生代谢产物

解析　

（1）不同植株，全能性存在差异，即使同种植株，基因型不同个体之间全能性也存在差异。

（2）分析题图可知，途径②和③均借助了摇床，即进行液体悬浮培养，获得单细胞，因此该途径所用培养基为液体培养基。

同时途径②和③均涉及愈伤组织的获得，需利用固体培养基（或半固体培养基）。

（3）植物克隆工程中，去除植物细胞的细胞壁，获得原生质体，一般在高浓度甘露醇溶液中进行，使用高浓度甘露醇的目的是维持渗透压，防止原生质体吸水胀破。

原生质体的培养成功，标志着植物细胞工程的进步。

（4）通过培养大量特定细胞系，可以实现能产生重要次生代谢产物（如某些中药）的细胞的大量克隆和产物的工业化生产。

题组一　植物细胞的全能性

1．以下不能说明细胞全能性的是（　　）

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．用悬浮培养的胡萝卜单个细胞培养成了可育的植株

解析　细胞的全能性是指已分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能。

烧伤病人的健康细胞培养出皮肤，属于器官水平的培养，没有形成完整个体，因此不能说明细胞全能性。

2．下列有关植物细胞全能性的叙述，正确的是（　　）

A．只有体细胞才具有发育成完整个体的潜能

B．由全能性诱导出的植株，在多次继代组织培养后不会丧失全能性的表达能力

C．发育成完整个体所需的所有基因都存在于细胞核中

D．去除细胞壁的植物细胞不会失去全能性

解析　植物体细胞、生殖细胞都具有发育成完整个体的潜能，A错误；

由于不同种类植物或同种植物的不同基因型个体之间遗传性的差异，细胞全能性的表达程度大不相同，如拟南芥、烟草和番茄等的培养细胞很容易再生出新植株，并能在多个世代中保持细胞全能性的表达，而小麦、玉米和水稻等作物的一些品种或品系的培养细胞诱导出的再生植株，在多次继代培养后，会丧失细胞全能性的表达能力，B错误；

植物细胞中的基因除了存在于细胞核中外，还有少量基因存在于细胞质的线粒体和叶绿体中，C错误；

去除细胞壁的植物细胞是原生质体，可以再生细胞壁，仍具有全能性，D正确。

题组二　植物组织培养

3．下列属于组织培养的是（　　）

A．花粉培育成单倍体植株

B．芽发育成枝条

C．根尖分生区发育成成熟区

D．种子发育成完整的植株

解析　植物组织培养的过程简要概括为：

离体的植物器官、组织或细胞经脱分化形成愈伤组织，经再分化形成根、茎、叶等器官，并进一步培育成完整的植株。

花粉离体培养是组织培养的新技术，花粉细胞具有全能性；

芽发育成枝条、根尖分生区发育成成熟区、种子发育成完整植株是正常的生长过程。

4．将无根的非洲菊幼苗转入无植物激素的培养基中，在适宜的温度和光照等条件下培养一段时间后，应出现的现象是（　　）

答案　B

解析　细胞分裂素促进细胞分裂，诱导芽的分化；

生长素可以促进不定根、侧根的形成；

此题中虽然培养基中没有植物激素，但是植物幼苗叶片本身可以产生生长素，而细胞分裂素的产生部位是根尖，细胞分裂素不能产生，所以植物能够在一段时间后长出少量的根而没有出芽。

5．下图是利用三倍体香蕉的茎尖培养脱毒香蕉植株的过程示意图，下列叙述正确的是（　　）

A．①～③过程中发生了有丝分裂和减数分裂

B．①阶段需要生长素，而③阶段仅需要细胞分裂素

C．①阶段细胞增殖能力强，细胞分化速度快

D．X阶段的细胞高度液泡化，排列疏松而无规则

解析　①～③过程中只发生了有丝分裂，没有发生减数分裂，A错误；

③阶段需要细胞分裂素、生长素，B错误；

①阶段仅有细胞增殖，没有细胞分化，C错误；

X是经过①脱分化过程形成的愈伤组织，细胞高度液泡化，排列疏松而无规则，D正确。

题组三　细胞培养和器官培养

6．紫草素是紫草细胞的代谢产物，可作为生产治疗烫伤药物的原料。

研究人员欲用植物组织培养技术通过培养紫草细胞生产紫草素。

下列相关操作不合适的是（　　）

A．对作为外植体的紫草叶片进行消毒处理既保证其活性也可减轻污染

B．培养基中要加入植物激素以保证已分化的植物细胞脱分化形成愈伤组织

C．调节植物激素的种类和比例以保证愈伤组织再分化为胚状体

D．在培养细胞的过程中要不断通入无菌空气以保证氧气的充足供应

解析　植物组织培养需要无菌无毒的条件，对作为外植体的紫草叶片进行消毒处理既可保证细胞活性也可减轻污染，A正确；

决定植物脱分化和再分化的关键因素是植物激素的种类和比例，所以培养基中加入植物激素可以保证已分化的植物细胞脱分化形成愈伤组织，B正确；

本题植物组织培养的目的是获得细胞代谢产物，而不是完整植株，培养到愈伤组织阶段就可以，C错误；

植物细胞培养过程需要充足的氧气，D正确。

7．植物组织培养，一般取植物的芽、茎尖或根尖的组织细胞进行培养。

下列不属于取材理由的是（　　）

A．植物的芽、茎尖或根尖的组织细胞一般没有病毒积累

B．植物的芽、茎尖或根尖的组织细胞具有较强的分裂能力，全能性高

C．植物的芽、茎尖或根尖的组织细胞的分化程度相对较低，容易脱分化

D．植物的芽、茎尖或根尖的组织细胞进行分裂形成了愈伤组织

解析　进行植物组织培养时，一般选择植物的根尖、茎尖或芽的组织细胞进行培养，是因为该部位的细胞一般没有或者很少有病毒积累，且分裂能力较强，分化程度较低，全能性较高，A、B、C正确；

除芽、茎尖或根尖外，植物其他细胞也能经脱分化形成愈伤组织，D错误。

题组四　原生质体培养与植物细胞工程

8．下列关于原生质体培养和植物细胞工程的说法错误的是（　　）

A．若要获得玫瑰花的原生质体需要用纤维素酶和果胶酶去掉细胞膜

B．利用植物细胞工程技术，可获得抗病虫害、抗干旱、抗盐碱和优质高产作物新品种

C．在植物细胞工程中运用了基因工程技术

D．原生质体的培养结合基因工程操作，为遗传学、植物生理学和细胞生物学问题提供了良好的研究系统

解析　植物细胞经过纤维素酶和果胶酶混合液去掉细胞壁后成为原生质体，A错误；

利用植物细胞工程技术，可获得抗病虫害、抗干旱、抗盐碱和优质高产作物新品种，B正确；

在植物细胞工程中运用了基因工程技术，C正确；

原生质体的培养结合基因工程操作，为遗传学、植物生理学和细胞生物学问题提供了良好的研究系统，D正确。

9．下列有关植物克隆技术的叙述中，错误的是（　　）

A．诱