版 选修3 第2讲 细胞工程.docx

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版选修3第2讲细胞工程

第2讲　细胞工程

考纲要求

全国卷五年考情

1.植物的组织培养（Ⅱ）

2019·卷ⅡT40

2.动物细胞培养与体细胞克隆（Ⅱ）

2019·卷ⅢT38,2019·卷ⅡT40

3.细胞融合与单克隆抗体（Ⅱ）

2019·卷ⅠT40

考点一|植物细胞工程

（对应学生用书第252页）

[识记—基础梳理]

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

（1）概念：

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

（1）离体

（2）适宜的营养

（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．（2019·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。

　（2019·潍坊市调研）科学家以番茄（2N）和马铃薯（4N）为材料利用下图技术得到“番茄—马铃薯”植株。

请回答下