2020学年高中生物 第二章 克隆技术 第一节 什么是克隆

第一节什么是克隆(略) 第二节植物的克隆

1．简述植物细胞全能性的含义。 2.简述植物组织培养的程序。(重点) 3.举例说明植物细胞全能性的体现。

4．简述植物细胞、器官培养的方法和意义。(重点) 5.简述植物原生质体获得的方法及理解植物细胞工程的概念、操作过程和应用。(难点) 6.简述多途径的植物克隆实践。

一、植物组织培养

1．理论基础——植物细胞的全能性

(1)含义：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)特点

①不同种类植物或同种植物的不同基因型个体的细胞全能性的表达程度大不相同。

②长期培养中，培养物的胚胎发生和器官形成能力下降。

2．程序

(1)半固体培养基的配制：培养基中含有适当营养物质、植物生长调节剂及0.7%～1%的琼脂；把培养基倒入灭菌试管中凝固成半固体。

(2)小组织块的切取：从消毒的根、茎、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，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将愈伤组织分散成单个细胞，再在适宜培养基上培养发育成胚状体，进而发育成新的植株。

3．成功的条件

(1)深入探讨特定植物细胞全能性的表达条件。

(2)在植物克隆试验研究中，尽量选择性状优良、细胞全能性表达充分的基因型。

1．植物组织培养过程中，应如何操作才能成功？

提示：离体条件；无菌操作。

二、细胞培养和器官培养

1．措施：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。

2．意义

(1)利于植物的受精过程、胚胎发育过程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的研究。

(2)通过遗传工程的操作，研究与植物生长发育有关的重要基因或影响因素。

(3)培育植物新品种。

三、原生质体培养与植物细胞工程

1．原生质体的获得方法

在0.5～0.6 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，除去细胞壁。

2．植物细胞工程

(1)操作过程

外源遗传物质

――→

基因工程技术受体植

物细胞

―→转基因细胞――→

培养

新植株

(DNA) (包括原生质体受体)

(2)应用

①培育作物新品种。

②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。

2．利用紫草细胞经植物组织培养，一般到哪一阶段，便可大量生产提取中药紫草素？

提示：愈伤组织阶段。

细胞全能性及其表现条件

1．生物细胞的全能性

生物体细胞一般都是由受精卵经有丝分裂形成，因而都含有生物一整套的遗传物质，都具有发育成完整个体的潜能。但在生物体上时不能表现出全能性，只能通过细胞分化形成不同的组织、器官，这是在特定的环境、激素等的影响下基因选择性表达的结果。

2．细胞表现全能性的条件

(1)首要条件是脱离母体。

(2)植物组织培养时，培养基中除含有一定的水分、无机盐外，还要添加一定的植物激素(如生长素、细胞分裂素)，这有助于愈伤组织分化为不同组织、器官。

(3)在植物组织培养的前期对光照无需求，在后期需要光照条件，这有利于细胞生长、分化。

(4)动物细胞由于受到某些因素的制约，其全能性不易表达，但其核仍具有全能性。

3．细胞全能性高低的比较

(1)植物细胞>动物细胞。

(2)受精卵>生殖细胞(精子、卵细胞)>体细胞。

(3)幼嫩细胞>衰老的细胞。

(4)分化程度低>分化程度高(体细胞)。

以下不能说明细胞全能性的实验是( )

A．胡萝卜韧皮部细胞培育出植株

B．紫色糯性玉米种子培育出植株

C．转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株

D．番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株

[解析] 细胞的全能性应是离体的已分化的细胞在一定条件下培养，具有发育成完整个体的潜能。玉米种子有完

整的胚，自然条件下种植即可发育成新个体，不能说明细胞具有全能性。

[答案] B

[思维升华]

(1)有人说只要找到秋海棠的一个细胞，就能再生出秋海棠，这依据的生物学原理是什么？

提示：能让一个细胞发育成一个个体，依据的是细胞的全能性。

(2)全部基因等同于全套基因吗？

提示：全套基因≠全部基因：细胞具有全能性是因为细胞中具有发育成完整个体所必需的“全套基因”而不是“全部基因”，配子中有全套基因，因此仍然具有全能性。

(1)只有由单个细胞发育成完整个体，才算是体现出了细胞的全能性，仅发育成一部分，不能体现出全能性。例如，壁虎断尾之后，仍可长出，就不是全能性的体现。

(2)全能性降低的因素

①由于染色体畸变、细胞核变异或非整倍体产生；

②激素平衡被打破或细胞对外源生长物质的敏感性发生改变；

③缺乏成胚性的细胞系。

下列关于植物细胞全能性的叙述，错误的是( )

A ．植物细胞表达全能性的根本原因是细胞核内含有本物种的全套基因

B ．植物细胞的全能性比动物细胞更容易体现

C ．不同个体之间细胞全能性的表达程度不同

D ．培养物可无限制地长期克隆

解析：选D 。在长期培养过程中，培养物由于染色体畸变、细胞核变异或非整倍体产生等，而且这些变异皆不可逆，从而导致培养物的胚胎发生和器官形成受阻，因此，培养物不可能无限制地克隆下去。

植物组织培养

1．原理：植物细胞具有全能性。

2．过程

外植体(离体的植物器官、组织或细胞)――→脱分化愈伤组织――→再分化根、芽―→植物体。

3．培养过程中应注意的问题

(1)所有实验用具要严格灭菌。

(2)接种过程要求无菌操作。

(3)适宜的温度和光照。愈伤组织培养最初避光培养，后期见光培养。

(4)激素：主要是细胞分裂素和生长素。

(5)试管苗培养：要先进行生芽培养，再进行生根培养；试管苗的培养需要在光照条件下进行。

4．与植物细胞培养的区别

(1)含义不同

①植物组织培养：指在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，把植物离体的器官、组织或细胞培养成完整的植物体。

②植物细胞培养：是将组织培养过程中形成的愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中，进行悬浮培养，得到分散游离的悬浮细胞，通过继代培养使细胞增殖，从而获得大量的细胞群体的一种技术。

(2)目的不同

①植物组织培养：得到更多的植物体。

②植物细胞培养：获得人类所需要的细胞代谢产物。

5．植物克隆的应用

(1)培育抗逆、高产及优质的转基因植株。

(2)细胞重要次生代谢产物(如某些中药)的工业化生产。

(3)在培养基中加入不同浓度的NaCl 或病原体的毒蛋白，诱发和筛选抗盐或抗病突变