1、第第 4 课时课时 植物的克隆植物的克隆 学习目标 1.简述植物细胞全能性的含义和植物组织培养的程序。2.举例说明植物细胞全能 性的体现。 3.简述植物细胞培养和器官培养的方法和意义。 4.简述植物原生质体获得的方法及 植物细胞工程的概念、操作过程和应用。5.简述多途径的植物克隆实践。 一、植物细胞全能性 1.植物细胞的全能性 (1)概念： 植物体的每个生活细胞都具有遗传上的全能性， 因而都具有发育成完整植株的潜能。 (2)全能性的体现 已经高度成熟和分化的细胞，都保持了恢复到分生状态的能力，都具有遗传上的全能性。 由于个体之间遗传性的差异，细胞全能性的表达程度大不相同。 植物细胞的全能性更容
2、易体现，植物的组织培养比动物更方便。 特别提醒 细胞全能性的大小与细胞分化的关系 (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。 2.植物组织培养 (1)理论基础：植物细胞全能性。 (2)一般程序： 配制半固体培养基获取消毒的植物组织块组织培养， 获得愈伤组织(创伤组 织)以适当配比的营养物质和生长调节剂诱导愈伤组织，直到再生出新植株。 (3)愈伤组织：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。 (
3、4)胚性细胞的特征：将含有愈伤组织培养物的试管放在摇床上，通过液体悬浮培养可以分散 成单细胞。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。 3.细胞培养和器官培养 (1)过程 单个植物细胞细胞团球形胚心形胚胚状体完整的植株。 (2)方法或措施 主要通过平衡的植物激素配比进行调控。 适量的生长素和细胞分裂素配比，可诱导芽的分化。 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 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
4、过程的环境因素、遗传基础和分子及生理生化机理研究。 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。 可以方便地通过实验手段培育植物新品种。 例 1 (2019 嘉兴高二检测)下列有关细胞全能性的叙述，错误的是( ) 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.生物体内的体细胞由于细胞分化，全能性不能表达 C.卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性最高 D.植物细胞在一定条件下离体培养能表现出全能性 答案 C 解析 受精卵是进行有性生殖的生物个体发育的起点，在自然条件下，通过细胞的分裂、分 化形成完整的个体，所以受精卵的全能性最高，A 项正确；
5、生物体内的体细胞由于细胞分化， 分别形成具有特定功能的组织细胞，因而其全能性不能表达，B 项正确；卵细胞在一定条件 下，全能性比体细胞高，但与受精卵不同，卵细胞的分化程度也很高，C 项错误；分化的植 物细胞如果全能性要表达出来，需在一定条件下进行离体培养，D 项正确。 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 离体状态必要，无菌操作防止杂菌的污染 有一定的营养物质 植物生长调节剂 一定的外界环境条件温度、酸碱度、光照的控制等 (2)下降原因 遗传物质变化 染色体畸变 细胞核变异 非整倍体产生 生长发育条件变化 激素平衡被打破 对外源生长物质敏感 性发生改变 其他原因产生了缺乏
6、成胚性的细胞系 例2 (2018 浙江淳安中学检测)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
7、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的表达能力，C 正确；紫杉醇是细胞的 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。 二、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 0.50.6 mol/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，将细胞壁消化除去，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
8、。 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维持渗透压。 (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 3 (2018 宁波高二检测)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.过程需在适宜条件下用纤维素酶和果胶酶处理 B.过程能定向改变原生质体的遗传特性 C.过程需要通过液体悬浮培养 D.过程需用适宜浓度的生长调节剂处理 答案 C 解析 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； 过程为转基因技术，能定向改变原生质
9、体的遗传特性，B 正确；过程需要在固体培养基 上培养，C 错误；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 4 (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 0.5 mol/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
10、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
11、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，然后再生出完整的植株；为快速诱 导芽的分
12、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。 方法技巧 植物细胞培养、器官培养和原生质体培养的关系 1.判断正误： (1)培养形成愈伤组织和形成新植株所用的培养基生长调节剂的配比不同( ) (2)一般植物的每个细胞都具有发育成完整植株的潜能( ) (3)愈伤组织是一种由相对分化的薄壁细胞团组成的新生组织( ) (4)胚性细胞细胞质丰富、液泡小而细胞核大( ) (5)同一植物个体所有具细胞核的活细胞全能性表达程度相同( ) (6)有的植物(如风信子)可以在愈伤组织的基
13、础上直接发育出花器官( ) (7)获得大量重要次生代谢产物，需通过植物组织培养技术获得再生植株才可实现( ) (8)配制植物组织培养基时，需要先灭菌，再加入适当营养物质和植物生长调节剂( ) (9)植物组织培养所用的小组织块需要消毒( ) (10)将植物组织块放在培养基上经再分化可形成愈伤组织( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 2.(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 答案 A 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
14、(维持渗透压)、 蔗糖(提供能量)等，不含有血清。 3.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。 4.紫草素是紫草细胞的代
15、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 答案 C 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；决定植物细胞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
16、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 段即可，C 错误；植物细胞培养过程需要充足的氧气，D 正确。 5.(2018 金华高二检测)下图中的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)途径和需要用到_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_
17、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，途径和均借助了摇床，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。同时途径和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。
