資源簡介

第1節　植物細胞工程
第1課時 植物細胞工程的基本技術
學習目標
1.概述植物組織培養和植物體細胞雜交技術的原理和過程。
2.概述植物組織培養的過程。
學習重點
1.植物組織培養的原理和過程。
2.植物體細胞雜交技術的原理。
學習難點
植物組織培養的實驗。
預學案--教材研讀（自主學習）
細胞工程是指應用 、 和 等多學科的原理和方法，通過 、 或 水平上的操作，有目的地獲得特定的 、 、 、 或其 的一門綜合性的生物工程。
一、植物組織培養技術
1.細胞的全能性
（1）概念：細胞經______和______后，仍然具有產生____________或分化成______________的潛能。
（2）原因：一般來說，生物體的每個細胞中都含有發育成為完整個體所需的全部___________。
（3）細胞全能性的比較：①受精卵＞______細胞（卵細胞＞精子）＞體細胞；②植物細胞＞動物細胞；③幼嫩的細胞＞衰老的細胞；④分化程度____的細胞＞分化程度_____的細胞；⑤分裂能力______的細胞＞分裂能力______的細胞。
（4）體內細胞不表現全能性的原因：基因在特定的時間和空間條件下 ，細胞分化形成不同的組織、器官。
2.植物組織培養
（1）概念：指將______的植物器官、組織或細胞（稱為_______）等，培養在____________的培養基上，給予 ，誘導其形成 的技術。
（2）原理：植物細胞的 。
（3）過程：
外植體 愈傷組織 根、芽 幼苗 完整植株
①愈傷組織： 的薄壁組織團塊。
②脫分化：在一定的______和______等條件的誘導下，已經分化的細胞失去其特有的______和______，轉變為未分化的細胞，進而形成 的過程。
③再分化：____________重新分化成______、______等器官的過程。
④適宜的培養條件：______、______條件、_____和_____適宜的營養物質、植物激素（主要是______和_________）的誘導和調節、適宜的外界條件（溫度、pH、______等）。
脫分化過程一般______光照、再分化過程______光照。生長素/細胞分裂素＞1，有利于______的分化；＜1，有利于______的分化；=1，促進_________的形成。
【探究·實踐·菊花的組織培養】
1.實驗原理：（1）植物細胞一般具有________。（2）在一定的______和______等條件的誘導下，已經分化的細胞可以經過______和______，形成______，長出芽和根，進而發育成完整的植株。（3）植物激素中______和____________是啟動細胞分裂、_________和_________的關鍵激素，它們的______、______等都會影響植物細胞的發育方向。
2.材料分析：（1）外植體：幼嫩的菊花莖段→容易誘導形成____________。（2）體積分數為70%的酒精：對手、超凈工作臺、外植體進行______。（3）質量分數為5%左右的次氯酸鈉溶液：對外植體進行______。（4）________：清洗外植體。（5）培養基：包括無機營養成分（水和無機鹽）、有機營養成分（蔗糖、氨基酸、維生素等）、特定濃度和比例的激素（主要是______和____________）。蔗糖的作用：提供______、調節_______。滅菌：______滅菌法。
3.方法步驟
（1）消毒
①用 擦拭雙手和超凈工作臺臺面。②外植體→流水沖洗→酒精消毒 →立即用
清洗2～3次→次氯酸鈉溶液處理 →立即用 清洗2～3次。
（2）外植體切段
將消過毒的外植體置于______的培養皿中→用____________吸去表面的水分→用解剖刀將外植體切成0.5～1cm長的小段。
（3）接種
在酒精燈火焰旁，將外植體的1/3～1/2插入____________的培養基中。用封口膜或瓶蓋封蓋瓶口，并在培養瓶上作好標記。注意：接種時注意外植體的______，不要______！
（4）脫分化
將接種了外植體的錐形瓶或植物組織培養瓶置于____________℃的培養箱中培養。在培養過程中，定期觀察和記錄____________的生長情況。注意：該過程一般不需要_____，有______易形成維管組織，不易形成愈傷組織。
（5）再分化
培養15～20d后，將生長良好的愈傷組織轉接到____________的培養基上→長出芽后→將其轉接到____________的培養基上，進一步誘導形成______。注意：注意順序，先誘導生______，再誘導生______；該過程每日需要給予適當時間和強度的______！
（6）移栽培養
移栽前先打開封口膜或瓶蓋，讓試管苗在培養箱內生長幾日。用流水清洗掉根部的______后，將幼苗移植到______的蛭石或珍珠巖等環境中，待其長壯后再______入土。每天觀察并記錄幼苗的生長情況，適時澆水、施肥，直至開花。
4.結果分析與評價
5.進一步探究
（5）若想探究生長素與細胞分裂素的使用比例對植物組織培養的影響，則應如何設計對照實驗？
①空白對照：不加任何激素；
②實驗組1：生長素用量與細胞分裂素用量的比值______1；
③實驗組2：生長素用量與細胞分裂素用量的比值______1；
④實驗組3：生長素用量與細胞分裂素用量的比值______1。
特殊的植物組織培養——花藥離體培養：該過程涉及的生殖方式是____________，經秋水仙素加倍之后，獲得的植株一般為____________。
二、植物體細胞雜交技術
1.概念：植物體細胞雜交是指將不同來源的植物體細胞，在一定條件下融合成___________，并把____________培育成____________的技術。
2.過程：植物____________、植物____________。
3.去除細胞壁的方法：______法。（1）所用酶：______酶和______酶。（2）去壁的原因：______阻礙了原生質體間的融合（阻礙著細胞間的雜交）。
4.原生質體間的融合（關鍵環節）
（1）原理：細胞膜具有____________。（2）誘導融合的方法：物理法（______法、______法）和化學法（__________________融合法、__________________融合法）。
5.植物細胞融合和植物體細胞雜交完成的標志
（1）植物細胞融合完成的標志：再生出新的______。
（2）植物體細胞雜交完成的標志：培育成____________。
6.實例：白菜—甘藍、普通小麥—長穗偃麥草等。
7.意義：植物體細胞雜交技術在打破____________，實現____________育種，培育植物新品種等方面展示出獨特的優勢。
【導學案】
一、植物組織培養和植物細胞培養的比較
知識拓展：
（1）由愈傷組織進行細胞分化時，一般要先誘導其生芽，然后誘導其生根，可通過控制培養基中生長素和細胞分裂素的比例來實現。
（2）生長素和細胞分裂素用量的比例影響植物細胞的發育方向。
生長素用量/細胞分裂素用量 結果
比值高 有利于根的分化，抑制芽的形成
比值低 有利于芽的分化，抑制根的形成
比值適中 促進愈傷組織的形成
二、植物組織培養和植物體細胞雜交的比較
名稱 植物組織培養 植物體細胞雜交
原理 植物細胞的全能性 細胞膜具有一定的流動性和植物細胞的全能性
過程
選材 選取根尖、莖尖、形成層部位最容易誘導脫分化 不同植物細胞融合后形成的雜種細胞
技術操作 脫分化、再分化等 除脫分化、再分化外，還要用酶解法去除細胞壁，用一定的方法誘導細胞融合
關系 植物組織培養是植物體細胞雜交的基礎，植物體細胞雜交所用的技術更復雜
【固學案】達標練習
1.在植物體內,莖頂端分生組織的細胞具有細胞周期,但不能表現出全能性,是因為 (　 　)
A.細胞核失去了全能性 B.不同的細胞基因是不同的
C.細胞中基因的表達有選擇性 D.細胞核中的基因發生了變異
2.下列有關細胞全能性的敘述,不正確的是 (　 　)
A.受精卵在自然條件下能發育成完整個體,因此全能性最高
B.生物體內的體細胞由于細胞分化,全能性不能表達
C.小麥種子萌發長成新植株體現了細胞全能性
D.植物細胞在一定條件下通過離體培養形成完整植株的過程表現出全能性
3.下列關于植物組織培養的敘述中,錯誤的是 (　 　)
A.其原理是細胞的全能性 B.必須在無菌條件下進行
C.再分化的過程中需要一定光照 D.一般需用培養液進行培養
4.下列關于植物組織培養的描述,錯誤的一項是 ( 　　)
A.植物種子是植物組織培養的理想材料 B.愈傷組織是一團未分化的細胞
C.植物組織培養的原理是植物細胞具有全能性 D.調整激素配比可以誘導脫分化過程
5.下列現象屬于植物細胞脫分化的是 (　 　)
A.將胡蘿卜根薄片放在培養基上培養成愈傷組織 B.由愈傷組織形成植物芽、根的過程
C.受精卵形成種子中胚的過程 D.由種子發育成植株
6.科學家應用植物組織培養技術,將二倍體胡蘿卜韌皮部的一些細胞進行離體培養,最終培育成一株完整的新植株(見圖)。關于這一科學事實,下列哪一項敘述是錯誤的 ( 　　)
A.培育成的新植株是單倍體植株 B.這種生殖方式屬于無性生殖
C.細胞數目的增多是通過有絲分裂實現的 D.證明了植物細胞具有全能性
7.菊花的組織培養需要嚴格的無菌操作,下列說法不正確的是 (　 　)
A.外植體首先在誘導愈傷組織的培養基上生長一段時間,然后轉接到誘導生根的培養基上,長出根后,再將其轉接到誘導生芽的培養基上,進一步誘導形成試管苗
B.幼苗要先移植到消過毒的蛭石或者珍珠巖等環境下生活一段時間
C.材料的年齡、保存時間的長短等都會影響植物組織培養的效果
D.將菊花莖段插入時應注意方向,不應倒插
8.一些名貴花卉常用植物組織培養來繁殖,下列有關敘述正確的是　 (　 　)
A.新植株的形成過程是細胞分裂和分化的結果
B.損傷的組織塊不能發育成植株是細胞凋亡的結果
C.在培育新植株的過程中沒有細胞的衰老
D.由于細胞分化,根尖分生區細胞中已經不存在葉綠體基因
9.如圖為菊花組織培養過程圖解,下列相關敘述,錯誤的是 ( 　　)
A.實驗中使用的培養基和所有器械都要滅菌
B.從嫩枝組織細胞到試管苗形成的過程說明植物細胞具有全能性
C.菊花組織的培養過程中,培養基中必須添加植物激素
D.pH、溫度、光照等條件對植物組織培養很重要
10.紅豆杉屬于珍稀植物,從紅豆杉樹皮中提取的紫杉醇具有獨特的抗癌作用,但產量低、成本高。科學家利用植物組織培養的方法解決了這一問題,培養紅豆杉的流程如圖。
紅豆杉組織愈傷組織長出叢芽和根移栽成活
回答下列問題。
(1)①過程的目的是讓已經分化的細胞失去其特有的 而轉變成未分化的細胞。②過程的實質是 。
(2)愈傷組織的特點是　　　　　　　　　　　　　　　　。從脫分化到再分化需要更換新的培養基,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
11.科研工作者通過體細胞雜交技術獲得“番茄—馬鈴薯”雜種植株,但“番茄—馬鈴薯”并沒有在地上結番茄、地下長馬鈴薯,下列最可能的原因是 (　 　)
A.實驗中不宜采用聚乙二醇促進細胞融合 B.在植物組織培養操作中細胞被微生物感染
C.兩種生物的基因直接或間接相互作用的結果 D.在植物組織培養中激素的種類及比例設計不合理
12.應用植物體細胞雜交技術可獲得白菜—甘藍,下列有關說法不正確的是 ( 　　)
A.用植物組織培養技術把雜種細胞培養成雜種植株
B.該過程使用的技術可打破生殖隔離,實現遠緣雜交育種
C.用胰蛋白酶或者膠原蛋白酶去除細胞壁以獲得原生質體
D.可通過離心法、電融合法誘導白菜和甘藍的原生質體融合
13.通過植物體細胞雜交可以獲得“煙草—菠菜”——一種新型的煙草品種。如圖為培育雜種植株過程的示意圖,下列操作錯誤的是 (　 　)
A.在融合之前先去除兩種細胞的細胞壁 B.原生質體先進行脫分化處理再融合
C.原生質體融合后篩選出雜種細胞繼續培養 D.應先誘導雜種細胞形成愈傷組織再誘導分化
14.下列有關植物體細胞雜交和植物組織培養的比較,不正確的是 (　 　)
A.兩者原理都涉及細胞的全能性 B.兩者過程都涉及嚴格無菌培養
C.兩者都涉及細胞壁的去除與重建 D.兩者都可用于培育優良作物品種
15.實驗人員利用矮牽牛(二倍體,2n=14)的紅色花瓣細胞(液泡呈紅色)與枸杞(四倍體,4n=48)的葉肉細胞,制備了相應的原生質體,并誘導其融合,經篩選、培養獲得雜種植株。下列有關敘述錯誤的是 (　 　)
A.獲得該雜種植株時不用考慮兩種高等植物間的生殖隔離問題
B.可利用聚乙二醇、離心等方法誘導植物原生質體融合
C.可利用光學顯微鏡觀察,篩選出雜種細胞
D.若原生質體均為兩兩融合,則融合后的細胞中染色體均為62條
16.如圖為A、B不同物種間體細胞雜交示意圖,請回答下列問題。
(1)去除細胞壁而不損傷細胞可用 、 處理。在用促融劑處理時,使用的促融劑主要是 。
(2)融合細胞中可能包括　　　　種類型,細胞融合成功的標志是　。
(3)雜種細胞經人工誘導培養,經 分裂增加細胞數目并不斷分化,逐漸發育成C植株。該植株的性狀與D親本植物的性狀區別是 。
(4)整個培養過程應用了植物細胞工程的 和 兩大技術,培育雜種植株的意義是 。
【課后作業】
1.紫杉醇是存在于紅豆杉屬植物體內的一種次生代謝物,能抑制細胞的有絲分裂,具有良好的抗癌作用。利用植物組織培養技術,可從紅豆杉的愈傷組織中提取紫杉醇。用MS培養基培養紅豆杉愈傷組織時需加入IAA和6-BA(細胞分裂素),兩種激素對細胞內紫杉醇含量的影響如表。下列說法錯誤的是 (　 　)
IAA (mg·L-1) 6-BA (mg·L-1) 紫杉醇含量 (10-6mol·L-1)
4 2 350
6 360
8 190
A.植物的愈傷組織是具有分生能力的薄壁細胞
B.外植體經脫分化過程形成愈傷組織
C.細胞內紫杉醇的積累利于愈傷組織細胞的快速增殖
D.相對而言,IAA和6-BA濃度比為3∶1時利于紫杉醇的合成
2.(不定項)如圖表示應用植物組織培養技術培育優質玉米的過程。對此過程的相關描述錯誤的是 (　 　)
A.B→E過程中細胞全能性的高低發生了改變
B.C試管中形成的是高度液泡化的薄壁細胞
C.A植株和F植株體細胞中的染色體組數相同
D.培養出的F植株就可以直接應用于擴大種植
3.獼猴桃是原產我國的野生藤本果樹,營養價值較高。毛花獼猴桃為二倍體,果實大,維生素C含量高;軟棗獼猴桃為四倍體,極耐寒,在-40 ℃下可安全越冬。某農科所利用這兩種獼猴桃體細胞,通過植物細胞工程的方法培育出了獼猴桃新品種,培育過程如圖所示。下列說法不正確的是 (　 　)
A.過程①需用纖維素酶和果膠酶進行去壁處理
B.過程②利用了細胞膜的流動性原理實現a和b的融合
C.獼猴桃新品種的培育體現了植物細胞的全能性
D.新品種的培育屬于雜交育種
4.自然條件下蘭花雜交后代不易萌發?？蒲腥藛T用四倍體品種綠寶石和二倍體品種春劍進行雜交,獲得大量優質雜交蘭,并對其進行染色體觀察與計數,培育過程如圖。下列分析不正確的是 (　　)
A.調整培養基中植物激素的比例可影響原球莖的分裂與分化
B.從雜交蘭組織中選擇有絲分裂中期的細胞觀察染色體并計數
C.所得雜交蘭植株的體細胞染色體數目為120
D.通過植物組織培養技術從雜種胚繁殖得到的大量雜交蘭性狀一致
5.同源四倍體的紫花苜蓿被譽為“牧草之王”,其營養價值位列各種牧草之首,但耐酸性差,青飼易造成家畜臌脹病;二倍體的百脈根又稱“瘠地苜?！?耐酸性強,因富含縮合單寧飼喂時可防止家畜臌脹病的發生。某研究人員設計了下列技術路線,以期獲得抗臌脹病的新型苜蓿?；卮鹣铝袉栴}:
(1)步驟①為 的過程。步驟②可采用化學法進行誘導,化學法除聚乙二醇融合法外,還有 法等。
(2)步驟④為 過程。步驟⑤得到的雜種植株,理論上是否可育 請簡要闡述理由:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)實驗發現,生長素與細胞分裂素的使用比例會影響愈傷組織的再分化。請結合所學知識嘗試設計實驗來探究促進愈傷組織分化成芽時所需的生長素與細胞分裂素的用量比值,要求簡要寫出實驗思路?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?
答案：
預學案
一、細胞生物學 分子生物學 發育生物學 細胞器 細胞 組織 細胞 組織 器官 個體 產品
1．（1）分裂 分化 完整生物體 其他各種細胞（2）遺傳信息 （3）生殖 卵細胞 精子 低 高 強 弱 （4）選擇性表達
2.（1）離體 外植體 人工配制 適宜的培養條件 完整植株（2）全能性
（3）①不定形 ② 激素 營養 結構 功能 愈傷組織 ③ 愈傷組織 芽 根 ④ 離體 無菌 種類 比例 生長素 細胞分裂素 光照 不需要 需要 根 芽 愈傷組織
【探究·實踐·菊花的組織培養】
1.（1）全能性（2） 激素 營養 脫分化 再分化 胚狀體 （3） 生長素 細胞分裂素 脫分化 再分化 濃度 比例
2.（1） 愈傷組織（2） 消毒（3）消毒（4）無菌水（5） 生長素 細胞分裂素 能量 滲透壓 濕熱
3.（1）①酒精 ② 30s 無菌水 30min 無菌水 （2） 無菌 無菌濾紙 （3）誘導愈傷組織 方向倒插（4）18～22℃ 愈傷組織 光照 光（5）誘導生芽 誘導生根 試管苗 芽 根 光照（6）培養基 消過毒 移栽
5. （5） ②等于 ③大于 ④小于 有性生殖 純合子
二、 1. 雜種細胞 雜種細胞 新植物體 2. 細胞融合 組織培養3.酶解（1）纖維素 果膠 （2） 細胞壁 4.（1）一定的流動性（電融合 離心 聚乙二醇（PEG） 高Ca2+-高pH 5. （1）細胞壁
（2）新植物體。
7.生殖隔離 遠緣雜交
固學案：
1.C 2.C 3.D 4.A 5.A 6.A 7.A 8.A
9.C 11.C 12.C 13.B 14.C 15.D
10.答案　(1)結構和功能　基因的選擇性表達　(2)具有分生能力、高度液泡化的薄壁細胞　誘導愈傷組織形成和誘導愈傷組織分化形成試管苗所需的生長素和細胞分裂素的比例不同
16.答案　(1)纖維素酶　果膠酶　PEG(或聚乙二醇)　(2)3　雜種細胞形成新的細胞壁　(3)有絲　具有A和B兩種植物的性狀　(4)植物體細胞雜交　植物組織培養　打破生殖隔離,實現遠緣雜交育種,培育植物新品種等
課后作業：
1.C 2.CD 3.D 4.C
5.答案　(1)用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁　高Ca2+—高pH融合　(2)脫分化　可育。雜種植株細胞中含有成對的同源染色體　(3)設置生長素與細胞分裂素用量比值由低到高的一系列培養基,用于培養愈傷組織,觀察其分化狀況

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