高中生物 植物细胞工程的基本技术学案 新人教版选修3

高中生物植物细胞工程的基本技术学案新人教版选
修3
【学习目标】
1. 简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术。

2. 列举植物细胞工程的实际应用。

3. 尝试进行植物组织培养。

【晨背关键词】
1．细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。

2．理论上每个活细胞都具有全能性。

3．细胞全能性的大小依次是：受精卵>生殖细胞>体细胞。

4．植物组织培养的理论基础是细胞的全能性。

5．植物体细胞杂交的理论基础是细胞膜的流动性和细胞的全能性。

6．人工诱导原生质体融合的方法有物理法(离心、振动、电激)和化学法(聚乙二醇处理)。

【自学指导】
阅读课本P３１—P３７完成以下提纲。

注意在课本上勾画重难点及关键词。

一．细胞工程概念的理解
(1)应用原理：细胞生物学和____________学。

(2)操作水平：细胞水平或________水平。

(3)操作目的：按照人的意愿改变细胞内的____________或获得细胞产品。

(４)分类：根据操作对象的不同分为________工程和__________工程。

二、细胞的全能性和脱分化、再分化的含义
1、细胞脱分化：让的细胞，经过诱导后，失去其特有的而转变
成 . 的过程。

2、再分化：在一定的培养条件下，分化出，进而形成完整小植株的过程。

3、细胞的全能性
(1)含义：具有某种生物的任何一个细胞，都具有的潜能。

(2)影响全能性表达的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有地表
达出各种蛋白质，从而构成生物体的不同组织和器官。

三、植物细胞工程的基本技术（一）植物组织培养技术
1．实验：胡萝卜的组织培养
(1)实验原理：
植物的细胞一般都具有，在一定的条件下，可以形成。

将转接到含有不同激素成分的培养基上，就可以诱导其生
成胚状体或丛芽，进而发育成。

（2）实验步骤
取材：消毒后取胡萝卜的部位，切取1 cm３左右的小块。

接种：将接种到培养基上．
脱分化培养：将接种后的胡萝卜组织块，放在恒温条件下培养。

诱导出。

再分化培养：一段时间后，将生长良好的转接到培养基上，培养
一段时间后，胡萝卜的愈伤组织就可以诱导出。

移栽：将试管苗移栽到大田，培养成。

2．植物组织培养技术概念
在条件下，将的植物器官、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，最终形成完整的植株。

(二) 植物体细胞杂交
1．概念
将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成，并且把杂种细胞培养成
的方法。

2．过程
Ａ植物细胞Ａ植物细胞
杂种细胞再生出
Ｂ植物细胞Ｂ植物细胞
植株再生出小植株组织
(1)去除植物细胞壁：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：
①物理法：等。

②化学法：用诱导。

3、意义：克服不同生物的障碍。

【思考讨论】
1．请比较基因工程和细胞工程的概念，总结二者的不同。

2．理论上每种活细胞都具有全能性，请分析细胞具有全能性的原因。

3、结合胡萝卜的组织培养实验，思考下列问题：
(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？
(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？
(3)诱导愈伤组织的过程中是否都应避光培养？
(4)试从材料营养物质和外界条件分析实现植物体细胞全能性的条件有哪些？
4、结合教材P36图2­5思考下列问题：
原生质体融合的原理是什么？原生质体融合完成的标志是什么？植物体细胞杂交的原理是什么?
5、植物体细胞杂交产生的“白菜—甘蓝”，用传统的方法可否产生？
[跟随名师·解疑难]
1．细胞全能性的实质
已经分化的体细胞(或细胞核)仍具有本物种个体发育所需要的全套遗传物质，即每个细胞都有发育成个体所需要的全部基因。

2．细胞全能性大小的比较
(1)植物细胞>动物细胞(动物细胞只有细胞核具有全能性)。

(2)受精卵>生殖细胞(精子、卵细胞)>体细胞。

(3)体细胞：分化程度低的>分化程度高的；细胞分裂能力强的>细胞分裂能力弱的；幼嫩
的细胞>衰老的细胞。

(4)随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。

3．植物细胞表现全能性的条件
(1)全能性一定由一个细胞(或细胞核)发育成完整个体中体现出来，反之，不能称为全能
性。

如选择干细胞培育成某一器官，其过程不属于细胞的全能性。

(2)全能性的原理是细胞具有发育成完整个体所必需的“全套”基因而不是“全部”基
因，因此含一个染色体组的配子中也有全套基因，同样具有全能性。

4．植物组织培养的过程
离体的植物器官、组织、细胞――――――→
一定的营养、激素
脱分化愈伤组织――――――――→
不同激素成分的培养基
再分化胚状体或丛芽→试管苗。

5．植物组织培养中脱分化与再分化过程的比较
[特别提醒
来说，植物的花和幼嫩的组织脱分化相对比较容易，而植物的茎、叶和成熟的组织较难。

7．植物体细胞杂交的过程
①过程是原生质体的获取。

常用方法是酶解法去除细胞壁，所用到的酶是纤维素酶和果胶
酶。

这样可以获得具有活力的原生质体。

②过程是原生质体间的融合。

该过程必须要借助一定的技术手段进行人工诱导。

人工诱导
的方法基本分为两大类——物理法和化学法。

物理法包括离心、振动、电激等，化学法一般用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂来诱导细胞融合。

③过程是杂种细胞形成。

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
的细胞器是高尔基体。

④⑤过程是杂种植株的产生。

通过植物组织培养的方法将杂种细胞培育成杂种植株。

8．植物体细胞杂交过程中的注意事项
(1)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，目的是蔗糖不
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。

(2)体细胞融合成功后培养基中共有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)，而真正符合要求的是AB，因此要对融合细胞进行筛选。

(3)体细胞杂交过程中涉及遗传知识：
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，应属于无性生殖，
变异类型应是染色体数目的变异，但由于含有两个亲本的遗传物质，因此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采用直接
相加的方法。

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的遗传定律，只有在有性生殖进行
减数分裂过程中才符合遗传定律，而体细胞杂交没有此过程。

[当堂检测]
1、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( )
四倍体兰花叶片――→
①
愈伤组织――→
②
胚状体――→
③
植株
A．②和③阶段会发生减数分裂
B．①阶段需生长素而③阶段需细胞分裂素
C．①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
2、下列有关细胞全能性的叙述，正确的是( )
A．植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全套基因
B．高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性
C．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
D．紫色糯性玉米种子培育成植株，这反映植物种子具有全能性
3．以下为植物体细胞杂交技术流程图，其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞，所含有的染色体组分别是AA和BB。

据图分析不．正确的是( )
A．图中①过程发生的化学变化是纤维素和果胶水解
B．经过②和③过程形成的c细胞只有AABB这一种类型
C．过程②一般使用聚乙二醇作为诱导剂
D．过程④和⑤分别是脱分化和再分化
[课下练习]
1．下列植物组织细胞，在条件适宜的情况下，最能表达其全能性的是( ) A．茎韧皮部细胞 B．叶肉细胞 C．受精卵D．根尖分生区细胞2．下列属于组织培养的是( )
A．花粉培养成单倍体植株 B．植物的枝条插到土里发育成新的个体
C．根尖分生区发育成成熟区 D．未受精的卵发育成个体
3．用细胞工程技术将天竺葵与香茅草杂交产生了驱蚊香草，有关培育过程的叙述错误的是( ) A．需要用酶解法制备原生质体 B．愈伤组织是一群已经分化的薄壁细胞
C．克服了远缘杂交不亲和的障碍 D．包含了有丝分裂和细胞分化的过程
4．植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导的植物激素分别是( )
①体细胞全能性②离体植物器官、组织或细胞
③根、芽④生长素和细胞分裂素⑤生长素和乙烯
⑥愈伤组织⑦再分化⑧脱分化⑨植物体
A．①、②⑦⑥⑧③⑨、④ B. ①、②⑧⑥⑦③⑨、④
C．①、⑥②⑨⑧③⑦、⑤ D. ①、②⑨⑧⑥⑦③、⑤
5．基因型为Aa植株的花粉和基因型为Bb植株的花粉，除去细胞壁后，进行原生质体融合，可以得到多少种基因型不同的细胞(不考虑三个及三个以上的细胞融合)( ) A．6种 B．8种 C．10种 D．12种
6．利用植物体细胞杂交技术将白菜和甘蓝(均为二倍体)培育成“白菜—甘蓝”杂种植株(如图所示)，下列说法正确的是( )
A．图示“白菜—甘蓝”植株不能结子
B．植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种细胞
C．上述过程中包含着有丝分裂、细胞分化和减数分裂等过程
D．“白菜—甘蓝”杂种植株所具有的性状是基因选择性表达的结果
7、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
8．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，下列哪一项条件一般是不需要的( )
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
9、在植物细胞工程中，当原生质体融合成一个细胞后，需要诱导产生细胞壁，参与这一过程
的细胞器是 ( )
A、叶绿体、高尔基体
B、线粒体、高尔基体
C、叶绿体、线粒体
D、线粒体、内质网
10．下图表示胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下，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)此过程需要无菌操作，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。

11 据下图回答问题：
(1)过程①②是用________________________处理细胞的细胞壁，后经③过程诱导原生质
体融合，实际融合的过程中原生质体可能会形成________________________种细胞团(只考虑两个细胞融合的情况)。

④是______________的过程，与此过程密切相关的细胞器主要是________________________。

(2)在⑤过程培养中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外，还需要在培
养基中加入______________________________________________________________。

同时，在培养过程中，除必要的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程中必须保证________。

(3)若番茄细胞内含A条染色体，马铃薯细胞内含B条染色体，将番茄和马铃薯采用杂交
育种方法培育(假设能成功)，得到的后代应含________________________条染色体，还必须用________________________来处理幼苗，才能得到可育的“番茄—马铃薯”
植株，此时体细胞中含有________条染色体。

(4)若番茄是二倍体，马铃薯是四倍体，则杂种植株为________倍体。