1、2.1.1 植物细胞工程的基本技术,专题2 2.1 植物细胞工程,1.以胡萝卜的组织培养为例，简述植物组织培养技术的原理和过程。 2.结合教材图25，描述植物体细胞杂交技术的原理和过程。,目标导航,重难点击,1.植物组织培养技术的原理和过程。 2.植物体细胞杂交技术的原理和过程。,方式一：“君子”兰的快速繁殖,课堂导入,“春风欲擅秋风巧，催吐幽兰继落梅”，素有“天下第一香”之称的兰花，以其优美高雅的叶片和芳香艳丽的花朵，成为自古以来文人墨客吟诗作赋的对象。但是，兰花在自然条件下播种繁殖的难度很大，需要较长时间才能获得少量幼苗。如何才能满足人们对兰花的需求呢？科学家在细胞全能性的理论基础上发现了
2、兰花快速繁殖的技术植物组织培养。植物组织培养是植物细胞工程的核心技术，植物细胞工程的基本技术还有哪些？这些基本技术的一般操作程序是怎样的？让我们通过本节来学习探讨吧！,方式二：山东省金乡县是全国闻名的大蒜之乡。该县农科所与中国农科院联合成功开发和培育出的品质好、产量高的新品种脱毒大蒜，是植物细胞工程的又一成果。什么是细胞工程？细胞工程是如何发展起来的？包括哪些基本技术？在哪些方面得到了应用？,一、细胞工程和细胞的全能性,二、植物组织培养技术,三、植物体细胞杂交技术,内容索引,对点训练 当堂检测 自查自纠,一、细胞工程和细胞的全能性,1.细胞工程的含义,细胞,知识梳理,答案,分子,细胞,细胞器,
3、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)表达时两个重要的过程 脱分化：让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的 而转变成未分化细胞的过程。 再分化：脱分化产生的 在一定的培养条件下，再分化出 ，形成完整的小植株。,全部遗传信息,答案,完整生物体,结构和功能,愈伤组织,幼,根和芽,1.理论上每种植物的活细胞都具有全能性，原因是什么？,答案 正常的植物细胞具有发育成该物种个体所需的全部遗传物质。,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
4、，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。,答案,合作探究,3.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。,答案,(3)紫色糯性玉米种子培育成植株。,答案 否。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。,活学活用,1.判断正误 (1)植物体的细胞发育成完整个体才体现了全能性( ) (2)高度分化的植物细胞只有处于
5、离体状态时才有可能表现出全能性( ) (3)植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所含基因不同( ) (4)随着细胞的生长，细胞的全能性越来越强( ),答案,2.植物细胞的全能性是指( ) A.具有核、膜、质，细胞结构完整，能进行各种生理活动 B.只具有膜和质，同样能进行各种生理活动 C.植物体细胞所具有的发育成完整个体的潜能 D.具有本物种全套遗传物质的特定细胞,C,解析答案,解析 具有某种植物全套遗传信息的任何一个细胞，都有发育成完整新植物体的潜能，也就是说，每个植物细胞都具有全能性。,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
6、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。,返回,归纳总结,二、植物组织培养技术,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_ 条件。 4.结果：脱分化形成愈伤组织，再诱导其再分化生成胚状体或丛芽，最终形成完整植株。,植物细胞的全能性,知识梳理,答案,离体,无菌,营养,消毒后选取根的 部位，切取1 cm3左右的小块，因为该 部位容易诱导形成愈伤组织,5.胡萝卜的组织培养过程,形成层,答案,将组织块接种到诱导培养基上，诱导
7、出_,在2326 恒温 条件下培养一段时间，再将愈伤组织转接到 培养基上培养诱导出试管苗,将试管苗移栽到大田，培养成正常植株,愈伤组织,避光,分化,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？,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。,2.为什么切取胡萝卜根的形成层？其他部分也能培养成小植株吗？,答案 胡萝卜根的形成层容易诱导形成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。,答案,合作探究,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？,答案 培养物经过诱导后，失去其特有的结构和功
8、能而转变成未分化细胞，故愈伤组织中不会含有叶绿体。,4.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？为什么？,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。,答案,5.植物组织培养所用的培养基中，在脱分化和再分化过程中起关键作用的激素是什么？,答案 生长素和细胞分裂素。,答案,3.判断正误 (1)植物组织培养的培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压 ( ) (2)胡萝卜的组织培养只能选择韧皮部部分，其他部分如茎、叶则不能用于组织培养( ) (3)同一植物的不同体细胞经植物组织培养产生的植株基因不同( ) (4)生物体内的
9、细胞分化和植物组织培养过程中的再分化的实质是一样的，都是基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果( ),活学活用,答案,4.下图表示四倍体兰花叶片通过植物组织培养形成植株的过程，相关叙述中正确的是( ),C,答案,问题导析,A.和阶段会发生减数分裂 B.阶段需生长素而阶段需细胞分裂素 C.阶段有细胞增殖但无细胞分化 D.此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体,(1)图中是 ，、是 。和阶段会发生 分裂。 (2)阶段和阶段都需 ，只是二者比例不同。 (3)此兰花的花药离体培养所得植株为 。,脱分化,问题导析,答案,返回上页,再分化,有丝,生长素和细胞分裂素,单倍体,归纳总结,植物组织培养中的五点
10、注意事项 (1)取材：植物组织培养时应该选择幼嫩的植物组织，如根尖、茎尖、形成层细胞等，易于脱分化。 (2)无菌：植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染，所有实验用具要严格灭菌，接种过程进行严格的无菌操作。 (3)营养比：培养基中必须含有植物生长发育所需要的全部营养物质，其中生长素和细胞分裂素用量的比例对器官的生成起决定作用。,比值高 促进根的分化、抑制芽的形成 比值适中 促进愈伤组织的形成 比值低 促进芽的分化，抑制根的形成,返回,(4)光照时期：脱分化产生愈伤组织时需要避光培养，愈伤组织再分化时需要在光照条件下培养。 (5)培养顺序：要先进行生芽培养，再进行生根培养，试管苗培养要在光照条
11、件下进行。,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 ，并把_ 培育成新的 的技术。 2.过程,杂种细胞,知识梳理,答案,杂种细胞,植物体,细胞壁,细胞壁,杂种细胞,(1)去壁：用 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： 等。 化学法：用 诱导。 3.意义：克服了不同生物 的障碍。,纤维素酶和果胶酶,答案,离心、振动、电激,聚乙二醇(PEG),远缘杂交不亲和,1.去除植物细胞壁为什么要用纤维素酶和果胶酶？,答案 因为植物细胞壁的化学成分主要是纤维素和果胶；酶具有专一性，纤维素酶和果胶酶能够催化分解细胞壁，而对细胞膜没有破坏作用。
12、,2.将两个不同种的植物细胞A和B去除细胞壁后，经一定的方法促融，只考虑两两融合，可以形成几种融合细胞？哪种融合细胞才是符合要求的？,答案 三种。AB才是符合要求的。,答案,合作探究,3.回答下列关于植物体细胞杂交产生的“白菜甘蓝”的相关问题： (1)用传统的杂交方法可否产生“白菜甘蓝”？,答案 不能，因为不同物种之间存在生殖隔离。,(2)“白菜甘蓝”为什么能表现出两种植物的遗传性状？,答案 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。,答案,(3)融合成的杂种细胞内染色体组成有何特点？,答案 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
13、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。,4.与传统有性杂交相比，植物体细胞杂交技术的优点是什么？,答案 克服植物远缘杂交不亲合的障碍，打破了物种之间的生殖隔离。,答案,5.利用体细胞杂交技术获得了“番茄马铃薯”杂种植株，实验过程如图所示，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”。请依据材料分析回答下列问题：,活学活用,(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)图中步骤所示为用_除去植物细胞细胞壁，分离出有活力的原生质体。 (3)图中过程细胞融合时，可出现_种融合细
14、胞(只考虑细胞两两融合的情况)，要促进杂种细胞分裂生长，培养基中应有_和_两类激素。,答案,植物组织培养,植物细胞的全能性,纤维素酶和果胶酶,3,细胞分裂素,生长素,(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_处理之后也可得到可育的“番茄马铃薯”杂种植株。,脱分化,答案,问题导析,再分化,叶绿体,花药离体培养,秋水仙素,(1)植物体细胞杂交要应用 技术才能得到杂种植株，其理论基础是植物细胞的 。 (2)细胞壁的主要成分是 ，因
15、此用 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， 融合，其中 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有两种： 和 。,植物组织培养,答案,返回上页,问题导析,全能性,纤维素和果胶,纤维素酶和果胶酶,甲、乙,甲、乙,生长素,细胞分,裂素,(4)杂种细胞经 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)利用 得到的二倍体的单倍体植株一般不可育，需用_处理使染色体加倍才可育。,脱分化和再分化,答案,返回上页,花药离体培养,秋水,仙素,依据上图判断： (1)植物体细胞杂交的最大优
16、点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍( ) (2)杂种细胞经过和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)若马铃薯的基因型为Rr，番茄的基因型为Yy，则最终形成的杂种植株的基因型为RrYy( ) (5)杂种细胞形成的标志是杂种细胞再生出细胞壁，在此过程中活跃的细胞器是核糖体( ),答案,一题多变,植物细胞的全能性,返回,答案,课堂小结,脱分化、再分化,对点训练 当堂检测 自查自纠,1.下列哪种细胞的全能性最容易得到表达( ) A.青蛙的皮肤细胞 B.胡萝卜的韧皮部细胞 C.小白鼠的肝脏细胞 D.人皮
17、肤的生发层细胞,解析 细胞分化程度越高，全能性越低，皮肤细胞和生发层细胞是高度分化的细胞，全能性较低。动物细胞实现全能性的能力比植物细胞低，所以全能性最高的细胞是胡萝卜的韧皮部细胞。,B,1,2,3,4,5,解析答案,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.AB的过程不需要光照 D.AD的细胞分裂方式都是有丝分裂,2.如图为植物组织培养过程，有关说法不正确的是( ),解析 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。,B,解析答案,1,2,3,4,5,3.1858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
18、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。下列关于这一科学事实的叙述中，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。,B,解析答案,1,2,3,4,5,4.植株甲是二倍体水稻，利用植株甲获得了植株乙，而后利用植株甲和乙又获得植株丙和丁。培养过程如图所示。下列有关叙述正确的是( ),解析答案,1,2,3,4,5,A.用秋水仙素处理植株甲的雌蕊柱头可获得植株乙 B.植
19、株丙与植株丁的体细胞中染色体组的数目相同 C.植株甲与植株乙正交和反交所得种子的胚乳的基因型不同 D.获得植株丙和植株丁的过程都属于有性生殖,解析 用秋水仙素处理植株甲萌发的种子或幼苗可得到植株乙；图示丙植株体细胞中染色体组数应为3，而丁植株体细胞中染色体组数应为6；获得植株丙的过程为有性生殖，获得植株丁的过程为无性生殖。 答案 C,1,2,3,4,5,5.科学家利用细胞工程培育了“白菜甘蓝”杂种植株，如图所示，请据图回答下列问题：,1,2,3,4,5,(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。,解析 DF的过程说明细胞具有全能性，杂种植株具有
20、的性状是基因选择性表达的结果。,细胞的全能性,1,2,3,4,5,解析答案,基因选择性表达,(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。,解析 凡是由未受精的配子发育而成的个体都是单倍体。,单,(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。,1,2,3,4,5,返回,解析答案,解析 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 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(、其他答案合理即可),1,2,3,4,5,返回,本课结束,