高考人教版生物一轮复习讲义 选修3 第2讲 细胞工程Word格式文档下载.docx
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1.细胞工程的概念
2.植物细胞的全能性
(1)概念:
具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞,都具有发育成完整生物体的潜能。
(2)原理:
细胞内含有本物种的全套遗传信息。
(3)全能性表达条件:
具有完整的细胞结构,处于离体状态,提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。
3.植物组织培养技术
(1)理论基础:
植物细胞的全能性。
(2)填写操作过程图:
―→
图中①表示脱分化,②表示再分化,A表示愈伤组织,B表示丛芽或胚状体。
(3)培养条件:
①无菌:
培养基灭菌、培养材料和培养器械消毒。
②固体培养基:
大多由无机营养成分、有机营养成分、激素、琼脂四部分组成。
③光照:
脱分化阶段不需要光照。
④激素调控:
培养基中生长素和细胞分裂素的比例调控组织培养进程。
4.植物体细胞杂交技术
将不同种的植物体细胞,在一定条件下融合成杂种细胞,并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。
(2)操作流程
(3)流程分析
①过程a为去除细胞壁获得具有活力的原生质体,用到的酶是纤维素酶和果胶酶。
②过程b是原生质体的融合,其原理是细胞膜的流动性。
③诱导b融合的两种方法:
物理法包括离心、振动、电激等;
化学法一般用聚乙二醇作为诱导剂。
④过程c是原生质体融合后再生出细胞壁。
⑤过程d是组织培养技术,其原理是细胞的全能性。
(4)意义:
克服了远缘杂交不亲和的障碍、获得杂种植株。
5.植物细胞工程的实际应用
(1)
(2)作物新品种的培育:
①单倍体育种
②突变体的利用
③
[教材边角知识] 选修3 P36“小知识”,固体培养基中的无机营养成分和有机营养成分各有哪些物质?
试简要说明。
无机营养成分包括 ;
有机营养成分包括 等物质。
【提示】 水分、无机盐 小分子糖类、氨基酸、核苷酸
[理解—深化探究]
1.植物体未离体的组织、细胞并未表现出全能性,可能的原因是什么?
【提示】 在特定的时间和空间条件下,细胞中的基因会选择性表达出各种蛋白质,分化形成不同的细胞,从而构成生物体的不同组织。
2.植物组织培养与植物体细胞杂交在依据的原理、技术操作等方面有何不同?
【提示】
(1)前者依据的原理为细胞的全能性;
后者依据的原理,除细胞的全能性外,还有细胞膜的结构特性,即细胞膜具有一定的流动性。
(2)前者操作技术主要为脱分化、再分化等;
后者的操作技术:
除脱分化、再分化外,还要用酶解法去除细胞壁,用一定的方法诱导原生质体融合。
3.生长素和细胞分裂素的协同作用在组织培养中非常重要,人们常把它们称为“激素杠杆”。
简述它们在组织培养中各发挥何种作用?
【提示】 当生长素含量高于细胞分裂素时,主要诱导植物组织脱分化和根原基的形成;
而当细胞分裂素含量高于生长素时,则主要诱导植物组织再分化和芽原基的形成。
4.脱分化和再分化的比较
比较内容
脱分化
再分化
过程
外植体→愈伤组织
愈伤组织→幼苗
形成体特点
排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞
有根、芽
需要
条件
(1)离体
(2)适宜的营养
(3)生长素/细胞分裂素的比例适中
(4)不需光
(3)生长素/细胞分裂素的比例高或低诱导生根或生芽
(4)光照
[运用—考向对练]
考向1 植物组织培养过程分析
1.(2018·
武汉市高三调研)应用植物组织培养技术,不仅可实现种苗的快速繁殖、培育无病毒植株,也可加快作物及苗木育种。
下面是培育柑桔耐盐植株的实验流程:
茎段―→愈伤组织―→耐盐植株
回答下列问题:
(1)愈伤组织是由离体的茎段经________过程形成的,此时愈伤组织细胞________(填“具有”或“不具有”)细胞的全能性。
(2)对愈伤组织进行了两次处理,处理1中γ射线照射的目的是___________,用γ射线不直接处理茎段而是处理愈伤组织,原因是___________________;
处理2中添加的物质X为________。
(3)植物组织培养技术也被广泛应用于其他作物的育种中。
在培育白菜甘蓝、三倍体无子西瓜、农杆菌转化法获得抗虫棉中,必需用到植物组织培养技术的是________。
[解析] 由图可知,培育柑桔耐盐植株是利用了γ射线照射,使得发生基因突变,再利用一定浓度盐的培养基去选择耐盐植株。
(1)离体的茎段经过脱分化过程形成愈伤组织,此时愈伤组织具有未分化的特点,细胞依然具有细胞的全能性。
(2)对愈伤组织进行了两次处理,处理1中γ射线照射的目的是诱导基因突变。
愈伤组织细胞处于不断地分裂状态,易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变,因此通常用γ射线处理植物的愈伤组织能获得较好效果。
该技术最终培育柑桔耐盐植株,因此处理2中添加的物质X为氯化钠,起选择作用,具有能适应一定浓度盐的愈伤组织才可以生长,不适应的愈伤组织死亡。
(3)三倍体无子西瓜的培养过程是:
利用秋水仙素处理二倍体西瓜的幼苗,使之变成四倍体植株,再用二倍体西瓜给四倍体西瓜授粉,结出三倍体的种子。
第二年将此三倍体的西瓜种子种下去,授以二倍体的花粉,结出三倍体的无子西瓜。
整个过程中没有用到植物组织培养。
作物育种研究中常用农杆菌转化法将含抗虫基因的Ti质粒导入到植物体细胞中,再利用植物组织培养技术获得抗虫的农作物。
运用细胞工程培育白菜甘蓝杂种植株,需要采用植物组织培养技术将杂种细胞培养成杂种植株。
[答案]
(1)脱分化 具有
(2)诱发基因突变 愈伤组织细胞分裂能力强,易诱发基因突变 NaCl(或盐)
(3)白菜甘蓝、抗虫棉
1.具有全能性:
理论上,活细胞都具有全能性。
2.体现全能性:
只有发育成完整个体,才能说明体现了细胞的全能性。
植物组织培养技术被广泛应用于无病毒植株培育、育种及获得细胞产物的工厂化生产等。
结合下图中番茄植株的培育过程,回答相关问题:
(1)①过程中通常使用____________酶来获取植物细胞原生质体,此处使用的外界溶液浓度不宜过小,以防止细胞原生质体________。
(2)铺平板类似于微生物接种,平板培养基中添加蔗糖的目的除了调节渗透压外,还有________的作用。
(3)图中属于再分化的过程是________(填序号)。
(4)多倍体番茄植株所结果实中维生素含量更高,若想培育多倍体番茄,可选择在图中的过程③中添加________(填物质)进行处理,也可以选择在过程⑥中添加一定浓度的________(填物质)进行处理。
(5)植物组织培养技术不仅可以保持优良品种的________特性,还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。
(6)“人工种子”由胚状体、包埋胚状体的胶质以及人造种皮等3部分组成,包埋胚状体的胶质中富含有机营养,这是因为胚状体在萌发初期不能进行________,为了满足胚状体代谢的需求,“人造种皮”则必须具有良好的透水、________的性能。
[解析]
(1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,通常使用纤维素酶和果胶酶来获取植物细胞原生质体,此处使用的外界溶液不宜过小,以防止细胞原生质体渗透吸水涨破。
(2)培养基中添加蔗糖的目的除了调节渗透压外,还有提供营养的作用。
(3)由愈伤组织形成试管苗的过程需经过再分化,即图示的⑨⑩。
(4)若想培育多倍体番茄,可在培养基中添加聚乙二醇,促使植物体细胞融合;
也可以在植物体细胞脱分化后进行有丝分裂时,用秋水仙素处理,使得染色体加倍。
(5)植物组织培养技术属于无性繁殖,不仅可以保持优良品种的遗传特性,还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。
(6)胚状体在萌发初期不能进行光合作用,因此包埋胚状体的胶质中富含有机营养,以供胚状体在萌发初期细胞生命活动的需要。
胚状体细胞要进行细胞呼吸等代谢活动,因此“人造种皮”则必须具有良好的透水、透气的性能。
[答案]
(1)纤维素酶和果胶(答纤维素酶也可以) 吸水涨破(或破裂)
(2)提供营养 (3)⑨⑩(答⑨或⑩均可) (4)聚乙二醇 秋水仙素 (5)遗传 (6)光合作用 透气
考向2 植物体细胞杂交过程分析
2.植物细胞杂交可以培养杂种植物,下列是某科研小组的操作。
请回答相关问题。
【导学号:
67110096】
(1)将甲、乙两个不同品种的植株进行杂交,首先要去掉植物细胞的细胞壁,采用的酶是________________,得到原生质体甲和原生质体乙,然后进行人工诱导形成细胞团,通常采用的促融剂是________。
(2)甲细胞的基因型为Gg,乙细胞的基因型为Hh(两对基因位于不同对的同源染色体上)两两融合后所形成细胞的基因型为________________________。
(3)经研究发现,在光照强度大于800Lux时,只有同时存在G和H基因的细胞才能分化形成丛芽,可据此筛选出杂种细胞。
丛芽进一步培养长大为植株,该植株自交后代中,继续在大于800Lux的光照下培养,能长成植株个体的基因型为_______________________________________________________。
(4)在进行分化培养时需要换瓶操作,换瓶的主要目的是
________________________________________________________________。
(5)植物体细胞杂交的优点是_______________________________________。
[解析]
(1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,因此用酶解法去除植物细胞的细胞壁所需的酶为纤维素酶和果胶酶。
人工诱导原生质体融合的过程,常用的化学试剂是聚乙二醇。
(2)甲、乙两细胞融合时,可以发生甲、乙细胞的自身融合,也可以发生甲和乙之间的融合,由此可知两两融合后所形成细胞的基因型为GGgg,HHhh,GgHh。
(3)由信息“只有同时存在G和H基因的细胞才能分化形成丛芽”,则其自交后代中能长成植株个体的基因型中必须同时含有G和H基因,由此可知符合题意的基因型为GGHH,GgHh,GGHh,GgHH。
(4)在进行分化培养时需要换瓶操作,换瓶的主要目的是更换营养物质,改变激素的浓度比例。
(5)与传统的有性杂交相比,植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍,能够打破物种生殖隔离的限制。
[答案]
(1)纤维素酶和果胶酶 聚乙二醇
(2)GGgg,HHhh,GgHh (3)GGHH,GgHh,GGHh,GgHH (4)改变培养基中的激素浓度配比 (5)可以打破不同物种之间的生殖隔离(或答“克服了远缘杂交不亲和的障碍”)
1.植物体细胞杂交:
若两个不同品种的植物细胞A、B进行融合,A含有2X条染色体,2个染色体组,基因型为Aabb,B含有2Y条染色体,2个染色体组,其基因型为ccDd,则新植株应为四倍体,其体细胞中染色体数为2X+2Y,基因型为AabbccDd,从中不难看出,体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞,不管是染色体数、基因型还是染色体组都采用直接相加的方法。
2.植物有性杂交:
有性杂交的子代细胞中染色体数为X+Y、基因型为AbcD或abcD或Abcd或abcd,即先减半再相加。
(2018·
潍坊市调研)科学家以番茄(2N)和马铃薯(4N)为材料利用