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体。

(4)在培养基中加入不同浓度的赖氨酸类似物，筛选出抗赖氨酸类似物突变体。

脱分化、再分化和细胞分化(1)脱分化：由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(分化程度较高→分化程度较低)。

(2)再分化：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、芽等器官，这个过程叫做再分化(针对于脱分化，分化程度较低→分化程度较高)。

(3)细胞分化：指在个体发育过程中，细胞在形态、结构和功能上的特化过程(分化程度较低→分化程度较高)。

如图表示植物组织培养过程，据图回答下列问题：(1)图中①过程获得的细胞是正常植物体经__________形成的，在这一过程中的染色体的变化是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(2)要顺利完成③过程，除了需要各种无机营养物质外，还需要在培养基中加入________、________(两类不同功能的物质)。

该过程形成的细胞与正常体细胞相比，具有____________________________的特点。

(3)从过程④的结果看，它的实质是____________________________________________________________________。

(4)某人在探究细胞脱分化和再分化的实验中，得到了如下结果：①只有细胞分裂素时，组织块产生愈伤组织；②细胞分裂素＝生长素时，愈伤组织不分化；③细胞分裂素>生长素时，愈伤组织分化出芽；④细胞分裂素<生长素时，愈伤组织分化出根。

由实验结果，你能得出什么结论？[解析] (1)单倍体性细胞是经减数分裂形成的，其特点是染色体复制一次，细胞分裂两次，子细胞中染色体数目减半。

(2)图中③是脱分化，在培养基中除需加入无机营养物质外，还需加入有机营养物质和植物激素，形成的愈伤组织是高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞。

(3)图中④是再分化，从结果上看是基因的选择性表达。

(4)分析实验结果可得出的结论是：细胞分裂素与生长素含量不同，对愈伤组织的形成和分化的影响不同。

[答案] (1)减数分裂 染色体复制一次，细胞分裂两次，子细胞中染色体数目是亲代细胞的一半(2)有机营养物质 植物激素 排列疏松、高度液泡化、细胞壁薄(3)基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果(4)植物激素的种类和含量不同，对愈伤组织的形成和分化的影响不同。

[思维升华](1)若题干④过程只分裂，但没有根和茎的分化，可能的原因是什么？提示：植物激素的配比不对。

(2)由该胚状体产生的个体都是纯合子吗？提示：是否是纯合子，取决于亲本。

(1)植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物组织细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、根、芽，最终形成完整的植株。

(2)愈伤组织再分化产生新植株的途径中其中的两条是：可以直接诱导出芽和根，也可以诱导出胚状体，再发育成植株，取决于培养基中激素的配比。

植物组织培养过程可以归纳为①――→脱分化②――→再分化③―→④，下列相关叙述错误的是( )A ．通常选取根尖、茎叶、形成层等诱导形成愈伤组织B ．②――→再分化③过程中，细胞增殖的方式为有丝分裂C ．①―→③培养过程中，应在培养基中加入水、无机盐、蔗糖、氨基酸、植物激素等物质D ．将①经脱分化培养成②时，得到胚状体或丛芽解析：选D 。

外植体通常选用根尖、茎尖、形成层等容易诱导形成愈伤组织的部位，A正确；②――→再分化③过程中，细胞增殖的方式为有丝分裂，B 正确；①―→③培养过程中，应在培养基中加入水、无机盐、蔗糖、氨基酸、植物激素等物质，C 正确；将①经脱分化培养成②时，得到愈伤组织，将②经再分化培养成③时，得到胚状体或丛芽，D 错误。

[随堂检测]1．细胞的全能性是指( )A．生物体内的细胞形成完整个体的特性B．生物体的细胞具有细胞膜、细胞质和细胞核的特性C．生物体的细胞能完成各种生理活动的特性D．生物体内的高度成熟和分化的细胞形成完整个体的潜能解析：选D。