袁老师任务4细胞工程材料.docx

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袁老师任务4细胞工程材料

　植物细胞工程

一、课前基础梳理：

1.细胞工程是指应用的原理和方法，通过某种工程学手段，在   

水平上的一门综合科学技术。

2.根据细胞类型的不同，可以把细胞工程分为 和两大类。

3.植物细胞工程通常采用的技术手段有和

等，这些技术的理论基础是。

4.生物体细胞具有发育成一个完整个体的潜能，其根本原因是该细胞中含有本物种的_______________________。

但生物体内，细胞并没有表现出全能性，而是分化为不同的组织和器官，这是由于基因____________________的结果。

只有当体细胞在_______________状态时才能表现出全能性。

5.植物组织培养过程一般经______________、_______________过程形成试管苗，然后移栽，利用植物组培可制造人工种子，人工种皮中包括______________、_______________。

6.不同种的生物由于存在______________而不能杂交，但可通过体细胞杂交进行，但杂交的实质是原生质体的融合，所以体细胞杂交之前首先要通过____________方法，除去______________，然后再通过—______________、_______________过程才能形成杂种的植物细胞。

二【学习要求】

简述植物的组织培养

简述细胞全能性的概念含义

简述植物组织培养的过程和方法

简述植物体细胞杂交技术

列举植物细胞工程的实际应用 

三【教学建议】

本部分内容是从分子水平和细胞水平了解植物细胞工程和动物细胞工程。

细胞的全能性是植物细胞工程的基础，植物组织培养技术是植物细胞工程的基本技术手段，也是植物体细胞杂交与单倍体育种的基础。

动物细胞培养技术是体细胞克隆、细胞融合与单克隆抗体等技术手段的基础。

本部分内容以必修1、必修2和必修3中的相关内容为基础，为后面胚胎工程、生物技术的安全性和伦理问题的学习打下基础，共同构成一个相对完整的知识体系。

教学中要注意不同知识的比较与综合，例如，植物组织培养与植物体细胞杂交的区别与联系，动物细胞培养与体细胞克隆的区别与联系，植物组织培养与动物细胞培养条件的区别等。

对克隆技术的原理不宜拓展过多，对克隆技术的操作环节也不宜介绍过细。

此外，教学中加强选修与必修内容的综合，既有利于促进学生理解这部分的内容，又可以提升学生融会贯通的能力。

教师要充分利用相关科学史，实现情感态度和价值观的教学目标。

例如，在进行克隆技术的专题讲座前，可让学生搜集有关动物体细胞核移植进行克隆动物的历史、成果等资料。

通过科学发展的具体实例，拓展学生的视野，激发学生的求知热情，让学生从中得到启迪，并进一步培养学生分析问题和解决问题的能力，以及交流与合作的能力。

教学中教师还应充分开发和利用其他课程资源。

例如，可以组织学生到附近高校参观克隆技术的实验室，增强感性认识。

也可以邀请克隆技术的研究专家到学校作专题报告，以丰富这部分的教学内容，拓宽知识领域，全面提高学生的生物科学素养。

四、导学提纲：

1、什么是细胞的全能性？

为什么细胞具有全能性?

生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分化成不同的组织器官？

2、细胞表现出全能性的必要条件是什么?

细胞的全能性大小是否相同？

比较全能性的大小。

3、植物组织培养的过程、原理、条件、目的、培养基类型及应用各是什么？

解释脱分化、再分化、愈伤组织、胚状体、外植体、分化。

4、植物体细胞杂交的过程、依据的原理、包括哪两个阶段、去除细胞壁的方法、人工诱导的方法、融合完成的标志、优点、缺点各是什么？

比较原生质体和原生质层。

五、教学过程、

知识整合一　植物组织培养及细胞全能性

1.操作流程及培养条件

（1）操作流程

学生默写

（2）培养条件：

学生讨论回答

营养物质（水、无机盐、蔗糖、氨基酸和有机酸等）、激素（如细胞分裂素、生长素等）及其他条件（无菌、适宜的温度和pH等）。

教师提醒　①幼嫩的组织脱分化较为容易，如茎尖、根尖、形成层细胞易脱分化，而植物的茎、叶和成熟的组织则较难。

②对外植体要进行消毒处理，而对各种器械要彻底灭菌。

③植物组织培养中用到的有机碳源一般为蔗糖，用葡萄糖也可以，但后者的成本高。

④诱导愈伤组织再分化形成胚状体或丛芽及生根的过程中，要进行换瓶处理，以改变培养基中的激素配比及浓度。

2.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

a.离体

b.适宜的营养

c.生长素/细胞分裂素的比例适中

d.不需光

a.离体

b.适宜的营养

c.生长素/细胞分裂素的比例高或低诱导生芽或生根

d.光照

教师提醒　①愈伤组织再分化形成植物幼苗时，需光照处理，以便诱导叶绿素的形成。

②生长素和细胞分裂素在植物体内含量很低，因此植物组织培养中常用人工合成的生长素类似物和细胞分裂素类似物。

细胞分裂素/生长素的比例适中，有利于外植体脱分化，比例升高有利于愈伤组织再分化形成丛芽，比例降低则有利于生根。

3.原理：

全能性

（1）含义：

生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能。

（2）物质基础：

生物的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成完整个体所必需的全部基因。

（3）在生物体内细胞并没有表现出全能性的原因

基因在特定的时间和空间条件下选择性表达，细胞分化形成不同的组织、器官。

（4）全能性的实例：

花药的离体培养、植物的组织培养、克隆技术等。

例1.（2010·浙江理综，6）将无根的非洲菊幼苗转入无植物激素的培养基中，在适宜的温度和光照等条件下培养一段时间后，应出现的现象是（　　）

解析　细胞分裂素促进细胞分裂，诱导芽的分化；生长素可以促进不定根、侧根的形成；此题中虽然培养基中没有植物激素，但是植物幼苗叶片本身可以产生生长素，而细胞分裂素的产生部位在根尖，所以细胞分裂素不能产生，所以植物能够在一段时间后长出少量的根而没有出芽。

答案　B

例2.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　细胞全能性是指已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能。

能体现细胞全能性的最好实例是植物组织培养，即离体的植物的器官、组织或细胞经过脱分化和再分化最终能形成一个完整的植株。

A、C、D三项都要用到植物组织培养技术，故B项符合题意。

答案　B

例3.下面关于植物细胞工程的叙述，正确的是（　　）

①不同种植物叶肉细胞融合时，应先去掉细胞膜

②叶肉细胞脱分化后，可形成无定形状态的薄壁细胞

③叶肉细胞经过再分化过程，可形成愈伤组织

④叶肉细胞离体培养时，可以表现出细胞全能性

　A.①③B.②④

C.①②④D.①②③④

解析　①应先去掉细胞壁；③脱分化形成愈伤组织，故①③错。

答案　B

知识整合二　植物组织培养技术的应用

1.植物繁殖的新途径

（1）微型繁殖：

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。

（2）作物脱毒：

生产上许多无性繁殖作物均受到病毒的侵染，从而导致品种严重退化、产量降低和品质变差。

利用植物分生组织（如茎尖、根尖）进行培养，可以使新长成的植株脱除病毒。

（3）人工种子：

植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽，包上人工种皮就可以形成人工种子。

下图是人工种子的结构示意图。

注意　人工胚乳中可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等，以利于胚状体生长发育成幼苗。

2.作物新品种的培育

（1）单倍体育种：

花药离体培养过程就是植物组织培养过程。

花药单倍体幼苗纯合子

单倍体育种的优点是后代不发生性状分离，都是纯合子，能够稳定遗传，明显缩短了育种年限。

（2）突变体的利用：

在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，因此容易受到培养条件和外界压力（如射线、化学物质等）的影响而发生突变。

从这些产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。

（3）细胞产物的工厂化生产：

可以利用植物组织培养技术大量生产某些细胞产物，如蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。

例4.某优良品种水稻的基因型为AaBb，其花药通过组织培养形成了试管苗。

下列对这一培养过程的叙述中，错误的是（　　）

A.花粉形成试管苗要经过脱分化和再分化的过程

B.试管苗有四种基因型，其体细胞含有一个染色体组

C.通过该过程培养出的试管苗还不能直接用于生产

D.这些试管苗自交，后代性状不发生分离

答案　D

例5.（2010·江苏生物，24）明党参是我国珍稀药用植物，对其进行保护性开发利用的方法有（多选）（　　）

A.设计细胞培养反应器，实现药用成分的工厂化生产

B.大量培养愈伤组织，直接提取药用成分

C.大规模栽培组织培养苗，获取药用成分

D.利用组织培养获得胚状体，制成人工种子

解析　植物细胞工程的应用主要表现在以下几个方面：

用于植物繁殖（如植物的微型繁殖、脱毒作物的培育、制作人工种子等）、培育作物新品种及细胞产物的工厂化生产等。

答案ABCD

知识整合三　植物体细胞杂交

1.概念：

植物体细胞杂交就是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.图示过程

学生据图分析回答

3.考点解读

（1）植物体细胞杂交的障碍

①植物细胞都有细胞壁。

根据酶的专一性原理，用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。

②原生质体融合。

人工诱导方法包括物理法，如离心、振动、电激；化学法，如聚乙二醇（PEG）等。

（2）杂种细胞的类型

有三种：

AA、BB、AB，符合要求的只有AB，需要进行筛选。

（3）杂种细胞AB形成的标志：

新的细胞壁的生成。

（4）杂种植株遗传物质的变化：

细胞融合属于染色体变异，杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，形成异源多倍体。

（5）植物体细胞杂交的原理：

原生质体融合的过程利用了细胞膜的流动性，杂种细胞发育成杂种植株利用了细胞的全能性。

4.该技术的目的

植物体细胞杂交的终点是培育成杂种植株，而不是形成杂种细胞就结束。

杂种植株特征：

具备两种植物的遗传特征，原因是杂种植株中含有两种植物的遗传物质。

5.该技术在育种上应用时最大的优点

克服远缘杂交不亲和的障碍。

6.未解决的问题

目前还不能让杂种植物完全按人们的需要去表达亲代的优良性状，如番茄——马铃薯。

例6.通过细胞杂交获得一个杂种植株需要的步骤是（　　）

A.分离原生质体→诱导原生质体融合→组织培养→得

到杂种植株

B.分离原生质体→原生质体融合→组织培养→得到杂种植株

C.获取细胞→原生质体融合→组织培养→得到杂种植株

D.获取细胞→原生质体直接融合→组织培养→得到杂种植株

解析　植物体细胞杂交过程中首先获得原生质体，其次是原生质体的融合需要在人为诱导下完成。

答案A

7.通过细胞工程技术，利用甲、乙两种植物的各自优势，培育高产、耐盐的杂种植株。

请完善下图实验流程并回答问题：

（1）A是______________；B是______________；C是具有____________性状的幼芽。

（2）若目的植株丢失1条染色体，不能产生正常配子而高度不育，则可用______（试剂）处理幼芽，以获得可育的植株。

解析　植物体细胞杂交的第一个步骤就是用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞使其去壁，得到原生质体，然后再诱导原生质体融合，诱导再生细胞壁，得到杂种细胞，然后进行植物组织培养，经过脱分化得到愈伤组织，再经过再分化得到幼苗，最后发育成杂种植株。

若植株丢失1条染色体，则减数分裂时联会紊乱，无法形成正常的生殖细胞，即表现为不育。

若用秋水仙素处理幼苗可以得到染色体加倍的植株，使其可育。

答案　

（1）纤维素酶和果胶酶　融合的原生质体　耐盐

（2）秋水仙素

知识整合四组织培养在实践中的应用

考纲能力　利用所学知识解决生产实践的能力

例题7　（2010·课标全国理综，38）请回答：

（1）植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴。

该技术可以保持品种的________，繁殖种苗的速度________。

离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养，最终能够形成完整的植株，说明该叶肉细胞具有该植物的全部________。

（2）把试管苗转接到新的培养基上时，需要在超净工作台上进行，其原因是避免________的污染。

（3）微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗________，而与________配比适宜时可促进芽的增殖。

若要抑制试管苗的生长，促进愈伤组织产生和生长，需要使用的生长调节剂是________（脱落酸、2,4－D）。

（4）将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养基上一段时间后，单株鲜重和光合作用强度的变化如图。

据图分析，随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作用强度的变化趋势是________，单株鲜重的变化趋势是________。

据图判断，培养基中不含蔗糖时，试管苗光合作用产生的有机物的量________（能、不能）满足自身最佳生长的需要。

（5）据图推测，若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用能力，应________（降低，增加）培养基中蔗糖浓度，以便提高试管苗的自养能力。

解析　本题主要是考查植物组织培养的过程、方法等知识点。

题目考查知识点较为基础，植物组织培养是一种无性繁殖（克隆），其主要依据是植物细胞的全能性，即每一个细胞含有本物种全部的遗传信息，植物组织培养所培养出的种苗与亲本的遗传特性相同，保持了亲本的遗传特性；植物组织培养时，培养基应是杀菌消毒的，还应在无菌环境中培养，以防止微生物的污染；由于愈伤组织可以持续培养，不断分化，因此能够快速大量地得到种苗。

由愈伤组织再分化形成根与芽的过程中，要通过调节生长素与细胞分裂素含量比例才能实现；生长素浓度较高时，则易分化生成根，细胞分裂素较高时易分化生成芽。

较高浓度的2,4－D能够抑制细胞的生长；培养基中加入蔗糖，是为植物组织或幼苗提供能源物质，加大蔗糖的浓度，幼苗得到较多的能源物质，能源充足，单株幼苗的鲜重会增加，光合作用会下降，随着蔗糖浓度的增加，会抑制幼苗对水分的吸收及代谢，则幼苗的鲜重会下降，如果培养基中不含蔗糖，光合作用又很弱，不能满足幼苗的生长需要。

要提高幼苗的自养能力，应适当降低蔗糖的供应。

答案　

（1）遗传特性　快　遗传信息　

（2）微生物　（3）生根　细胞分裂素　2,4－D　（4）逐渐下降　先增加后下降　不能　（5）降低

知识整合五植物组织培养的实验探究

考纲能力　实验探究能力

例题8　（2009·上海卷，36）回答下列有关植物组织培养的问题。

（1）用于植物组织培养的植物材料称为____________。

（2）组织培养中的细胞，从分化状态转变为未分化状态的过程称为____________。

（3）在再分化阶段所用培养基中，含有植物激素X和植物激素Y。

逐渐改变培养基中这两种植物激素的浓度比，未分化细胞群的变化情况如下图所示。

据图指出两种激素的不同浓度比与形成芽、根、愈伤组织的关系：

①当植物激素X与植物激素Y的浓度比等于1时，________________________________________________；

②_______________________________________________；

③________________________________________________________________________________________________。

（4）若植物激素Y是生长素，在植物组织培养中其主要作用是____________________________；则植物激素X的名称是____________。

（5）生产上用试管苗保存植物优良性状，其原因是________________________________________________。

错因分析　本题易做错第（3）小题，错误的原因是不能正确理解图中所示植物激素X的浓度和植物激素Y的浓度之间的关系。

本题实际是命题者有意违背一般人的看图习惯，根据图示植物激素X的浓度越高，对应于坐标图中的位置应该越向右，植物激素Y的浓度越高，对应于坐标图中的位置应该越向上。

解析　

（1）植物组织培养的材料叫外植体；

（2）植物组织培养的核心过程是脱分化与再分化，脱分化指由分化状态变为未分化状态，再分化指由未分化状态变为分化状态；（3）仔细分析所给示意图，可知植物激素X与植物激素Y浓度比为1时，利于愈伤组织的形成，大于1时利于细胞群分化出芽，小于1时利于细胞群分化出根；（4）生长素在植物组织培养中主要作用是促进细胞生长、分裂和分化，植物组织培养过程中除需要生长素外还必需细胞分裂素，二者共同起作用；（5）植物组织培养是一种无性繁殖技术，利用试管苗繁殖后代不发生性状分离。

答案　

（1）外植体　

（2）脱分化（去分化）

（3）①未分化细胞群经分裂形成愈伤组织　②当植物激素X与植物激素Y的浓度比大于1时，未分化细胞群分化形成芽　③当植物激素X与植物激素Y的浓度比小于1时，未分化细胞群分化形成根

（4）促进细胞的生长（伸长）、分裂和分化　细胞分裂素

（5）组织培养形成试管苗的过程属于无性生殖，后代不发生性状分离

易错警示

对植物体细胞杂交和有性杂交混淆不清

例9　关于番茄和马铃薯杂交过程，回答下列问题。

（1）若番茄细胞内含A条染色体，马铃薯细胞内含B条染色体，将番茄和马铃薯采用杂交育种方法培育（假设能成功），得到的后代应含____________条染色体，还必须用____________来处理幼苗，才能得到可育的“番茄—马铃薯”植株，此时体细胞中含有________条染色体。

（2）若番茄是二倍体，马铃薯是四倍体，则杂种植株为________倍体。

错因分析　将有性杂交和体细胞杂交混为一谈。

解析　有性杂交指先减数分裂染色体数目减半再精卵结合，

因无同源染色体一般是不育的，要可育必须用秋水仙素处理让其加倍；而体细胞杂交则是简单的直接相加。

答案　

（1）

　秋水仙素　A＋B　

（2）六

纠错笔记　

（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，不管染色体数、基因组数还是染色体组数都采用直接相加的方法。

（2）植物有性杂交

有性杂交的结果：

子代细胞中染色体数、基因型分别为“X＋Y”、“AbcD”或“abcD”或“Abcd”或“abcd”，即先减半再相加。

（3）有性生殖过程符合孟德尔遗传定律，而植物体细胞杂交则不符合孟德尔遗传定律。

六题组训练

1.下列关于植物体细胞杂交或植物细胞质遗传的叙述，错误的是（　　）

A.利用植物体细胞杂交技术可克服生殖隔离的限制，培育远缘杂种

B.不同种植物原生质体融合的过程属于植物体细胞杂交过程

C.两个不同品种的紫茉莉杂交，正交、反交所得F1的表现型一致

D.两个不同品种的紫茉莉杂交，F1的遗传物质来自母本的多于来自父本的

2.下列有关细胞全能性的叙述中，不正确的是（　　）

A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高

B.生物体内细胞由于分化，全能性不能表达

C.卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高

D.植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性

3.下面为植物组织培养过程流程图解，以下相关叙述不正确的是（　　）

有生根发芽能,

力的胚状结构

人工种子

A.上述过程中脱分化发生在b步骤，在此过程中植物激素发挥了重要作用

B.再分化发生在d步骤，是愈伤组织重新分化根或芽等器官的过程

C.从叶组织块到种苗形成的过程说明植物叶片细胞具有全能性

D.人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题

4.下列关于植物细胞培养的说法，错误的是（　　）

A.植物细胞培养的原理是植物细胞的全能性

B.植物细胞培养的对象是分散得到的悬浮细胞

C.植物细胞培养的目的是获得大量细胞或细胞次生代谢产物

D.培养过程中需要筛选出次生代谢量高、生长迅速的单细胞无性繁殖系

5.下图为植物细胞融合及组织培养过程示意图，下列说法不正确的是（　　）

A.植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远源杂交不亲和的障碍

B.杂种细胞经过④和⑤过程可以培育成杂种植株，说明杂种细胞具有全能性

C.尽管愈伤组织可以进行光合作用，但其培养基中仍需要糖类、氨基酸等有机营养

D.若A的基因型为Rr，B的基因型为Yy，则最终形成的杂种植株的基因型为RrYy

6.下列关于植物体细胞杂交的叙述，不正确的是（　　）

A.需用适当的酶除去细胞壁获得原生质体

B.需用物理或化学的方法促使两个原生质体融合

C.杂种细胞需通过脱分化与再分化过程才能形成杂种植株

D.两个二倍体体细胞杂交所获得的杂种植株还是二倍体

7.下列有关人工种子的培育生产过程的叙述中，正确的是（　　）

A.离体组织细胞不形成愈伤组织就能表现出全能性

B.人工种子一般用离体的植物细胞通过组织培养技术获得

C.同一批次的人工种子其基因型不同

D.胚状体是由未分化的、具有分裂能力的细胞构成

8.下列有关植物细胞与组织培养的叙述中，错误的是（　　）

A.花药、胚不能作为组织培养的材料

B.植物细胞具有全能性

C.外植体是指用于培养的植物组织或器官

D.外植体可诱导出愈伤组织

9.野生马铃薯品种的植株具有较强的抗病、抗虫、抗盐碱、抗寒能力，但块茎不能食用。

俄、德、芬兰专家共同做实验研究，用野生马铃薯与马铃薯的体细胞进行杂交，培育出了生活能力强的杂交系马铃薯。

据图分析回答问题：

（1）①过程植物细胞原生质体的分离需经过酶解，其中“酶解”所用的酶应该包括________________。

（2）②过程可用聚乙二醇（PEG），其目的是_______________________________________。

（3）请用文字和箭头表示出④⑤技术过程的实验流程：

________________________________________________________________________。

由此过程可以看出植物细胞有形成完整个体的可能性，这是的表现。

（4）在培养基上培养一段时间后，原生质体会再生出细胞壁。

可以取样，通过　　　　　　　　　　　　实验来鉴别细胞壁是否已经再生。

（5）请说明运用植物体细胞杂交法的最大好处：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

10.通过植物组织培养