資源簡介

2.1 植物細胞工程的基本技術學案
班級： 姓名：
學習目標：
概述植物組織培養和植物體細胞雜交技術的原理和過程。
舉例說明植物細胞工程的應用有效提高了生產效率。
嘗試進行植物組織培養。
基礎學習
細胞的全能性：
定義：細胞經過分裂和分化后，仍然具有產生 生物體或分化成其他 細胞的潛能。
原因：生物體的每一個細胞都包含有該物種所特有的 遺傳物質。
標志：細胞→ 個體或其他 細胞。
實例：胡蘿卜韌皮部細胞發育成完整植株；受精卵發育成個體（動植物）；蜜蜂受精卵發育成工蜂，卵細胞發育成雄峰；用一片葉子、一粒花粉繁殖出新的植株。
一、植物組織培養技術
1、概念：指將 的植物器官、組織或細胞等，培養在 的
培養基上，給予 的培養條件，誘導其形成 植株的技術。
2、理論基礎：植物細胞的 。
3、大致過程：
探究 實踐菊花的組織培養
1.外植體：離體培養的植物器官、組織或細胞。
2.脫分化：
（1）概念：在一定的 和營養等條件的誘導下， 的細胞失去其特有的結構和功能，轉變為 的細胞，進而形成 （不定形狀態、薄壁細胞、高度液泡化、排列疏松、無規則）的過程。
（2）結果：形成愈傷組織
（3）光照條件：一般 光照。
3.再分化：
（1）概念：愈傷組織能重新分化成芽、根等器官的過程。
（2）光照條件： 給予適當時間和強度的光照。
為什么？誘導 的合成，使試管苗能夠進行光合作用。
細胞表現全能性的條件：
1.離體狀態。
2.種類齊全、比例適合的營養物質。
3.植物激素（主要是生長素和細胞分裂素）誘導和調節。
4.適宜的外界條件（溫度、pH、光照等）。
1.實驗原理：
①植物細胞一般具有 。
②在一定的激素和營養等條件的誘導下，已經分化的細胞可以經過 和 ，形成 ，長出芽和根，進而發育成 的植株。
③植物激素中 和 是啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關鍵激素，它們的 、 等都會影響植物細胞的發育方向。
2.實驗目的：
①了解植物組織培養的基本原理；
②了解生長素和細胞分裂素的濃度、用量的比例對菊花愈傷組織形成和分化的影響；
③嘗試進行植物組織培養。
3.材料用具
①外植體： 的菊花莖段(容易誘導形成愈傷組織)。
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無菌水:清洗外植體。
⑤培養基（參見本書P116附錄1）。
蔗糖的作用： 。
滅菌方法為： 。
4.方法步驟：
1.消毒：
①雙手和超凈工作臺臺面：用 擦拭
②外植體：流水沖洗→酒精消毒30s→立即用無菌水清洗2～3次→次氯酸鈉溶液處理30min→立即用無菌水清洗2～3次。
2.外植體切段：
將消過毒的外植體置于無菌的培養皿中→用無菌濾紙吸去表面的水分→用解剖刀將外植體切成
長的小段。
3.接種外植體： 火焰旁，將外植體的 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方向，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，定期觀察和記錄愈傷組織的生長情況。
注意：該過程一般 光照，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誘導 的培養基上，長出芽后再將其轉接到誘導 的培養基上，進一步誘導形成試管苗。
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培養基后，將幼苗移植到消過毒的蛭石或珍珠巖等環境中，待其長壯后再移栽入土。每天觀察并記錄幼苗的生長情況，適時澆水、施肥，直至開花。
二、植物體細胞雜交技術
1.概念：將 來源的植物細胞，在一定條件下融合成 細胞，并把雜種細胞培育成新植物體的技術。
2.過程：
(1)去除細胞壁
原因：細胞壁阻礙著細胞間的雜交
方法：酶解法
相關酶： 和 （利用酶的特性： ）。
思考：纖維素酶和果膠酶的酶溶液中一般加入一定濃度的無機鹽離子和甘露醇，試分析原因？
使溶液具有一定的滲透壓，防止原生質體吸水過多而漲破。
(2)原生質體間的融合
理論基礎：細胞膜具有
方法：物理方法：電融合法、離心法
化學方法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法
(3)植物細胞融合完成的標志： 。
思考：
1.驗證再生出新壁的實驗：
2.參與此過程中的主要細胞器是？
3.雜種細胞的染色體數是多少？兩親本染色體數之和
(4)植物體細胞雜交完成的標志：培育成新植物體。
3.原理： （原生質體融合）；
（雜種細胞培養成雜種植株）
實例：白菜—甘藍、普通小麥—長穗偃麥草等。（變異類型：染色體數目變異）
5.意義：打破 ，實現遠緣雜交育種，培育植物新品種等。
植物細胞工程的應用
一、植物繁殖的新途徑
1.快速繁殖
（1）概念：用于快速繁殖優良品種的 技術。也叫 。
（2）過程：
（3）生殖方式：
分裂方式是 ，親、子代細胞DNA相同，所以可以保持親代優良的遺傳特性。
（4）原理： 。
（5）優點：
①高效、 地實現種苗的大量繁殖。
②保持優良品種的 。
③不受自然生長季節的限制，培養周期 。
④選材 ，繁殖率 ，便于自動化管理。
2.作物脫毒（不是抗病毒）
（1）原因：無性繁殖的作物，容易將病毒傳染給后代。病毒積累，導致作物產量降低、品質變差。
（2）選材部位： 附近。
(選材原因：該部位的病毒 ，甚至 。)
（3）方法：切取一定大小的莖尖 進行 。
（4）優點：提高作物的產量和品質。
（5）結果：獲得 。
二、作物新品種的培育
1.單倍體育種
（1）過程：
（2）原理： 變異、植物細胞的全能性。
（3）優點： 了育種的年限；后代都是 ，能穩定遺傳；
作為體細胞誘變育種和研究遺傳突變的理想材料。
（4）實例：單育1號煙草、水稻、玉米、油菜、甘藍和甜椒等作物。
2.突變體的利用
（1）產生原因：在植物組織培養過程中，由于培養細胞一直處于不斷 的狀態，因此它們容易受到培養條件和誘變因素(如射線、化學物質等)的影響而產生 。
（2）過程：
（3）原理： 和植物細胞的全能性。
（4）優點： 變異的頻率，加速育種進程。大幅度地改良某些性狀。
（5）缺點：難以控制突變方向，有利性狀比較 ，需要 處理實驗材料。
（6）實例：抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的野生煙草等。
三、細胞產物的工廠化生產
1.次生代謝物：
（1）概念：植物代謝產生的一些一般認為不是植物基本生命活動所必需的產物。
（2）本質：一類小分子 化合物(如酚類、萜類和含氮化合物等)。
（3）作用：在植物抗病、抗蟲等方面發揮作用，也是很多藥物、香料和色素等的重要來源。
（4）缺點：植物細胞的次生代謝物含量很低。有些產物不能或難以通過化學途徑得到。
2.植物細胞培養：
（1）概念：在離體條件下對 植物細胞或 進行培養使其增殖的技術。
（2）優點：快速高效，不占用耕地，幾乎不受季節、天氣等的限制。
（3）意義：對于社會、經濟環境保護具有十分重要的意義。
（4）植物細胞培養和植物組織培養的區別
項目 植物細胞培養 植物組織培養
原理 細胞增殖 植物細胞的全能性
目的 獲得細胞產物 獲得植物體
過程
應用 細胞產物的工廠化生產，如紫草寧、紫杉醇、人參皂苷等。 快速繁殖、作物脫毒等。
【習題鞏固】
1．1.如圖是利用某植物(基因型為AaBb)產生的花粉進行單倍體育種的示意圖，據圖判斷錯誤的是(　　)
A.過程②通常使用的試劑是秋水仙素，作用時期為有絲分裂前期
B.通過過程①得到的植株既有純合子又有雜合子
C.過程①屬于植物的組織培養，在此過程中必須使用一定量的植物激素
D.與雜交育種相比，該育種方法的優點是能明顯縮短育種年限
2．植物代謝會產生一些一般認為不是植物基本的生命活動所必需的產物——次生代謝物。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．次生代謝物是一類小分子有機物(如酚類、萜類和含氮化合物等)
B．植物細胞的次生代謝物含量很低，有些產物不能或難以通過化學合成途徑得到
C．細胞產物的工廠化生產是指利用植物組織培養來獲得目標產物的過程
D．植物細胞培養是指在離體條件下對單個植物細胞或細胞團進行培養使其增殖的技術
3．紫草素是紫草細胞的次生代謝產物，可作為生產治療燙傷藥物的原料。研究人員欲通過植物細胞培養技術生產紫草素，下列相關操作不合適的是(　　)
A．對作為外植體的紫草葉片進行消毒處理既可保證細胞活性也可減輕污染
B．培養基中要加入植物激素保證已分化的植物細胞脫分化形成愈傷組織
C．調節植物激素的種類和比例以保證愈傷組織再分化并得到完整的植株
D．在培養細胞的過程中要不斷通入無菌空氣以保證氧氣的充足供應
4.下列關于農作物脫毒苗的制備和應用的敘述錯誤的是( )
A.長期進行有性繁殖的作物易感染和積累病毒
B.制備作物脫毒苗的原理是植物細胞具有全能性
C.取頂端分生組織進行組織培養可制備脫毒苗
D.脫毒苗的使用可顯著提高作物的產量和品質

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