理化生《植物细胞工程》学案1.docx

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理化生《植物细胞工程》学案1

植物细胞工程2007-12-30

【学习要求】

简述植物的组织培养

说出细胞全能性的含义及其在植物组织培养中的应用

尝试进行植物组织培养,体验植物组织培养技术

简述植物体细胞杂交技术

列举植物细胞工程的实际应用

【自主学习】

一、细胞的全能性与细胞分化

1、细胞的全能性是指。

2、细胞全能性的原因（物质基础）

生物体的每个细胞都含有遗传信息，都有发育成为所必需的。

从理论上说，一个染色体组中含有发育为该物种的个体所必需的全部基因。

3、细胞全能性大小比较

（1）植物细胞动物细胞（动物细胞只有细胞核具有全能性）

（2）受精卵生殖细胞（配子、精子、卵细胞）体细胞

（3）体细胞：

分化程度低的分化程度高的

细胞分裂能力强的细胞分裂能力弱的

幼嫩的细胞衰老的细胞

4、细胞在生物体内没有表现全能性的原因

在生物体内细胞不表现全能性，而是为不同的组织、器官，其原因在于

5、实现细胞全能性的条件

（必要条件）、一定的（水、无机盐、维生素、氨基酸等）、激素（、）、适宜的条件（适宜的、）。

6、细胞全能性的应用

植物的组织培养，动物的核移植（即克隆）。

二、植物组织培养

植物组织培养的过程可以归纳为：

思考：

能否利用植物组织培养技术设计出一种植物花药组织培养和染色体加倍的实验流程？

【例题分析】

美国科学家将分离得到的成熟的胡萝卜根的韧皮部细胞进行培养，由单个细胞发育成了完整的新植株。

过程图解如下，回答与之有关的问题：

（1）科学家所用的这种生物技术叫做

。

依据的理论基础是植物细胞具有性。

B过程称为_____________，C过程称为_________

（2）通过B过程产生的愈伤组织的细胞与根的韧皮部细胞在染色体的数目上是否相同？

；染色体上所含的遗传物质是否相同？

；细胞的形态结构是否相同？

三．植物体细胞杂交：

1．概念：

用两个来自不同植物的体细胞成一个杂种细胞，并把杂种细胞培育成的方法。

酶

酶

2．杂交的时间：

植物细胞杂交是从细胞开始，到培育成结束。

用法去除细胞壁

原生质体制备：

3．过程：

：

融合

融合

：

原生质体融合：

过程

：

物理方法

化学方法

方法：

：

杂种细胞的筛选和培养：

杂种植株的再生与鉴定：

思考：

能否用简单图解表示？

4.优点：

，扩大杂交亲本范围，培养新品种。

四、植物细胞工程的实际应用

1、开辟植物繁殖的新途径：

（1）植物微型繁殖；

植物的微型繁殖技术指，

举例

（2）培养无毒植株；

获得脱病毒的植株的方法

。

（3）制作人工种子。

神奇的人工种子指。

2、改良作物：

（1）单倍体育种：

（2）突变体的利用。

3、细胞产物的工厂化生产：

生产人参皂甙干粉、生产紫杉醇等。

☆工厂化生产人参皂甙的基本过程：

第一步，选择人参根作为外植体进行培养，产生愈伤组织，经过培养选择找

到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株作为种质，其中一部分作为保存用，以备下一次生产用，一部分进行发酵生产。

第二步，将第一步选择到的细胞株在发酵罐中的适合培养液中进行液体培养，增加细胞数量。

第三步，将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。

4.优点：

克服远缘杂交不亲和的障碍，扩大杂交亲本范围，培养新品种。

【巩固练习】

1．植物细胞表现出全能性的必要条件是

A、给予适当的营养和外界条件B、导入其他细胞的基因

C、脱离母体后，给予适当的营养和外界条件D、将成熟筛管的细胞移植到去核的卵细胞内

2．用高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误的是

A．该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的B．该愈伤组织的细胞没有全能性

C．该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成

D．该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构

3．下列过程中，没有发生膜融合的是

A、植物体细胞杂交B、受精过程C、氧进入细胞中的线粒体D、单克隆抗体的产生

4．生物体内细胞没有表现出全能性，原因是

A、细胞丧失了全能性B、基因表达有选择性C、基因发生了变化D、不同细胞基因不同

5．植物组织培养是指

A、离体的植物器官或细胞培育成愈伤组织B、愈伤组织培育成植株

C、离体的植物器官、组织或培养成完整的植物体D、愈伤组织形成高度液泡化组织

6．（06．北京）以下不能说明细胞全能性的实验是

A．菊花花瓣细胞培育出菊花新植株　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

7．（06．江苏）细胞分化是生物界普遍存在的一种生命现象，下列不正确的是

A．分化发生在生物体的整个生命进程中

B．分化是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果

C．未离体的体细胞不会表现出全能性　　　D．分化过程中遗传物质发生了改变

8．经诱导融合得到的杂种细胞还需经过下列哪项措施才能得到杂种植株

A、分离杂种细胞，直接接种便可获得

B、筛选鉴定杂种细胞后，再经植物组织培养才能获得植株

C、让杂种细胞自交获纯系植株D、杂种细胞经传代培养成植

9．英国生物学家首次用羊的体细胞成功地克隆出小羊“多利”。

克隆羊的生殖方式属于

A．分裂生殖　B．孢子生殖　　C．无性生殖　　　D．有性生殖

10．将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是

A．具有完整细胞核的细胞B．一定的营养物质和植物激素

C．离体状态D．导入特定基因

11．在下列选项中，没有采用植物组织培养技术的是

A．利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，得到多倍体植株

B．利用花药离体培养得到单倍体植株　C．利用基因工程培育抗寒的番茄植株

D．利用细胞工程培育“番茄—马铃薯”杂种植株

12．在进行植物组织培养时，培养基中的某种化合物被3H标记。

一段时间后，发现3H只集中在愈伤组织细胞的细胞核、线粒体和叶绿体。

则培养基中被标记的化合物最可能是

A．氨基酸B．核苷酸C．葡萄糖D．水

13．下列人体细胞中分化程度最低的是

A．胚胎干细胞　B．造血干细胞

C．胰腺细胞　D．肌肉细胞

14．右图表示AaBb的水稻单倍体育种过程，下列说法正确的是:

A．图中所得二倍体水稻的基因型可能为aaBBB．单倍体育种通常比杂交育种年限长

C．对基因型是AaBb的水稻进行单倍体育种，可育出4种基因型的二倍体水稻

D．试管苗高度不育

15．下列有关细胞结构和功能的叙述，正确的是

A．水稻主动吸收Si需要根细胞膜上的载体提供能量

B．甲状腺细胞能够接受促甲状腺激素的调节与其细胞膜土的糖蛋白有关

C．与甲状腺激素的合成和分泌有关的细胞器有核糖体、内质网、高尔基体、线粒体

D．核孔是核膜与内质网相连的部位

16．（多选）细胞分化是生物界普遍存在的一种生命现象，下列不正确的是（多选）

A．老年动物体内没有细胞的分化

B．分化是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果

C．愈伤组织的形成是离体的植物细胞分化的结果

D．分化后的不同细胞中信使RNA的种类和数量仍然相同

17．（多选）下列有关植物体细胞杂交的叙述，正确的是

A．用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体

B．诱导两种植物的原生质体融合，进而形成杂种细胞

C．植物体细胞杂交的最终目的是获得细胞代谢产物

D．植物体细胞杂交技术可以克服不同种间远缘杂交不亲和的障碍

18．（多选）下列有关植物细胞全能性的叙述，正确的是

A．植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全部基因

B．高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性

C．植物细胞的全能性是植物体细胞杂交的理论基础

D．植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所含基因不同

19．“白菜——甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长期短和耐储藏等优点。

下图是“白菜——甘蓝”的培育过程示意图，他们的基因型分别为AaBB、ccDd，请回答下列问题：

在上述过程中，实现①②过程常用的物质为　　　　　　　　　　。

如果将已去除细胞壁的植物细胞放入等渗溶液中，细胞呈现什么形？

。

过程③叫做_______技术，该过程的诱导方法有物理法和化学法两大类过程。

若用化学法，所用化学试剂名称　　　，该过程中获得的融合细胞的基因型　。

⑷过程④是细胞壁的再生过程，与此过程密切相关的细胞器是_________。

⑸已知白菜细胞中含2M条染色体，甘蓝细胞中含有2N条染色体，则杂种植株体细胞染色体数为　　。

若对白菜和甘蓝采用杂交育种方法能成功的话，得到的后代应含

条染色体。

⑹通常情况下，白菜和甘蓝有性杂交是不能成功的，原因是　　　　。

若使有性杂交的后代可育，请写出培育的大致过程？

。

其基因型分别是　　　　　　　　　　　，属于　　　　倍体。

⑺⑤过程中进行的细胞分裂方式是，该过程先诱导细胞分裂形成，再由它分化形成杂种植物幼苗。

⑻植物体细胞杂交方法的优点是。

植物细胞工程参考答案2007-12-30

1-5CBCBC6-10BDBCD11-15ABACB16ACD17ABD18BC

例题

（1）植物组织培养全能性脱分化再分化

（2）相同相同不同

19．答案：

纤维素酶和果胶酶

呈圆球形[失去细胞壁的保护，在等渗液中由于其细胞表面张力的作用形成]　⑶原生质体融合　聚乙二醇（PEG）AAaaBBBB、AaBBccDd、ccccDDdd　

⑷高尔基体　　⑸2M+2NM+N　　⑹存在生殖隔离取白菜和甘蓝杂交所得的F1种子播种，待幼苗长出后，用一定浓度的秋水仙素处理使之染色体加倍AABBccDD、AABBccdd、aaBBccDD、aaBBccdd多（异源四倍体）⑺有丝分裂愈伤组织　　⑻克服远缘杂交不亲合的障碍，在培育作物新品种方面有重大突破

植物细胞工程参考答案2007-12-30

1-5CBCBC6-10BDBCD11-15ABACB16ACD17ABD18BC

例题

（1）植物组织培养全能性脱分化再分化

（2）相同相同不同

19．答案：

纤维素酶和果胶酶

呈圆球形[失去细胞壁的保护，在等渗液中由于其细胞表面张力的作用形成]　⑶原生质体融合　聚乙二醇（PEG）AAaaBBBB、AaBBccDd、ccccDDdd　

⑷高尔基体　　⑸2M+2NM+N　　⑹存在生殖隔离取白菜和甘蓝杂交所得的F1种子播种，待幼苗长出后，用一定浓度的秋水仙素处理使之染色体加倍AABBccDD、AABBccdd、aaBBccDD、aaBBccdd多（异源四倍体）⑺有丝分裂愈伤组织　　⑻克服远缘杂交不亲合的障碍，在培育作物新品种方面有重大突破

　12．

　21．（04·广东）下面关于植物细胞工程的叙述，正确的是

A．叶肉细胞脱分化后可形成无定形状态的薄壁细胞B．叶肉细胞经再分化过程可形成愈伤组织

C．融合植物叶肉细胞时，应先去掉细胞膜D．叶肉细胞离体培养时，可以表现出全能性

　22．甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。

目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。

这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程涉及细胞的：

A．有丝分裂B．分化C．减数分裂D．全能性

　23．愈伤组织进行分化并产生出植物的各种组织和器官，进而发育成完整的植株，通常需要适合的

A．光照　B．温度　C．营养物质　D．激素

　25．

　26．在植物体细胞杂交实验中，如果要获得性状优良的作物新品种，必须考虑

A．两种高等植物间的生殖隔离B．选择具有期望的某些优良性状的亲本

C．亲本细胞的融合技术D．愈伤组织形成和再分化

　28．

3．

☆细胞工程中的一些技术手段的比较

1、植物组织培养和动物细胞培养的比较

项目

主要原理

培养基

结果

培养目的

植物组织培养

细胞全能性

固体：

营养物质、激素

培育成植株

快速繁殖培育无病毒植株

动物细胞培养

细胞增殖

液体：

营养物质、动物血清

培育成细胞株或细胞系

获得细胞或细胞产品等

2、植物体细胞杂交和动物细胞融合

项目

原理

融合方法

诱导手段

用途

植物体细胞杂交

细胞膜的流动性

去细胞壁后诱导原生质体融合

离心、振动、电刺激、聚乙二醇诱导

获得杂种植株

动物细胞融合

细胞膜的流动性

使细胞分散后诱导细胞融合

（同上）再加上灭活的病毒诱导

制备单克隆抗体

3、植物体细胞杂交（番茄马铃薯植株）和动物细胞融合

植物细胞杂交（番茄马铃薯植株）

动物细胞融合（单克隆抗体制备）

过程

第1步

原生质体的制备（酶解法）

正常小鼠的处理（注射灭活抗原）

第2步

原生质体的融合（物化法）

动物细胞融合（物化生法）

第3步

杂种细胞的筛选和培养

杂交瘤细胞的筛选和培养

第4步

杂种植株鉴定

提纯单克隆抗体（特异性强、灵敏度高）

原理/理论基础

细胞膜的流动性、植物细胞的全能性

细胞膜的流动性、细胞增殖

融合前处理

酶解法除去细胞壁：

纤维素酶、果胶酶

注射特定抗原法免疫处理正常小鼠

促融因子

物理法：

电刺激、离心、振动

化学法：

聚乙二醇

物化法：

与植物相同

生物法：

灭活的仙台病毒

意义和用途

（1）克服有性远缘杂交不亲和性障碍

（2）培育作物新品种

有助于疾病的诊断、治疗、预防

4、受精作用、原生质体融合、动物细跑融合

受精作用

原生质体融合

动物细跑融合

 不

 同

 点

细胞类型不同

精子与卵细胞

体细胞

体细胞

细胞来源不同

来自同一生物个体

一般来自不同种的生物个体

一般来自不同种的生物个体

染色体数目变化不同

2N

2N+2N不一定是2N×2

2N+2N不一定是2N×2

融合条件不同

不需人工诱导

需人工诱导

需人工诱导

同

都有两个细胞融合成一个细胞，并且融合成这个细胞的遗传物质都是由原来的两个细胞决定的

5、植物体细胞杂交和多倍体育种

植物体细胞杂交

多倍体育种

不

同

点

基本原理不同

原生质体融合和组织培养

染色体数目的变异

方法不同

原生质体融合

秋水仙素处理萌发的种子和幼苗

染色体来源和数目不同

一般来自不同种的生物，染色体不一定是倍数关系（2N+2N）

来自同种生物，加倍的是同源染色体

同

都是通过改变细胞的染色体数目来改变遗传物质，从而改变生物的性状。

习题：

1、右图为细胞融合的简略过程，请据图回答：

（1）若A、B是植物细胞，在细胞融合之前已用_____________处理，除去了_______；由A、B到细胞C的过程中，常用的物理方法是____________________。

融合完成的标志是________。

（2）若A、B是植物细胞，则形成的D细胞还要应用___________

____________技术把D培养成植株。

（3）若A、B是动物细胞，一般取自_____，然后用使其分散开来；由A、B到C的过程中，常用的不同于植物细胞融合的手段是_________，所形成的D称为__________，A、B融合为C的过程说明了细胞膜具有。

（4）若该过程是制备单克隆抗体，A为小鼠效应B细胞，那么，在获得此细胞之前，小鼠已经被注射了。

注射后小鼠身体发生了相应的免疫反应，生成了_______

________________________________________，图中B为____________。

（5）若该过程仍是制备单克隆抗体，在A、B到C的过程中，所形成的C有种，用来培养的D细胞应该是_____________。

从中选择出它的方法是___________培养，获得D后，常用的培养方法是培养液中培养和_________________________。

答案：

纤维素酶和果胶酶细胞壁产生新的细胞壁植物组织培养幼龄动物的组织或器官或胚胎胰蛋白酶灭活的病毒诱导杂种细胞流动性抗原效应B细胞、记忆细胞、抗体骨髓瘤细胞3杂交瘤细胞用特定选择培养基小鼠腹腔内增殖

2.1.1植物细胞工程的基本技术

教学过程

教学内容

教学手段和方法

预期目标

1、克隆羊“多莉”的诞生导入专题2:

细胞工程

2、细胞工程的具体内容及分类

3、实例引入标题——植物细胞工程的基本技术

4、细胞全能性

师：

1996年7月，世界上第一只克隆羊多莉（Dolly）在英国诞生。

这样的生物技术应属于何种生物工程？

生：

细胞工程。

师：

什么是细胞工程？

包括哪两大领域？

生：

细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产生的一门综合科学技术。

根据操作对象不同，可分为植物细胞工程或动物细胞工程两大领域。

师：

植物的繁殖，大多都是通过种子播种，大家也听说过“无心插柳柳成荫”，柳树的嫩枝插入土中就能成话，并能逐渐长成一株枝繁叶茂的大树，那么，植物的一片叶、一段根、一瓣花瓣，甚至一粒花粉，是否也能长成一个完整的植株呢？

生：

完全可以。

师：

那么，植物的花瓣是怎样长成一株完整植株的呢？

请同学们带着3个问题仔细阅读课本p33第二、三小节。

生：

首先要通过细胞的脱分化过程，培养成愈伤组织，然后再从愈伤组织分化形成小植株。

师：

这里所说的脱分化就是让已经分化的细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。

投影：

专题2，细胞工程

开门见山，直接进入专题2的学习

投影相关内容

投影，抓住关键词语进行解释

投影：

微型繁殖的菊花

投影标题：

2.1植物细胞工程，2.1.1植物细胞工程的基本技术

投影问题：

1、什么是细胞的全能性？

2、克隆羊“多莉”的诞生说明了什么？

3、菊花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？

学生带着问题看书、思考。

让学生初步了解细胞工程所涵盖的原理、方法、操作、目的及相关领域

激发学生学习兴趣

以提问方式引入本节第一个内容——细胞的全能性及分化，培养学生的阅读能力。

教学过程

教学内容

教学手段和方法

预期目标

自我评价

4、植物组织培养技术、实验：

胡萝卜的组织培养

师：

在植物中，一些分化的细胞，经过激素的诱导，可以脱分化为具有分生能力的薄壁细胞，进而形成植物的愈伤组织。

而愈伤组织在一定的培养条件下，又可以再分化出幼根和芽，形成完整的小植株。

师：

为什么植物的一瓣花瓣就可以培育出完整的植株呢？

请回忆必修1中细胞全能性的相关知识回答。

生：

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，也就是说，每个生物细胞都具有全能性的特点。

师：

菊花体内的细胞为什么没有表现出全能性？

生：

因为在特定的时间、空间条件下，细胞中的基因含有选择性地表达出各种蛋白质，从而构成生物体的不同组织和器官。

学生进行课堂练习，教师适当点拨，并讲析。

师：

为什么运用植物组织培养技术能把植物离体器官组织，或细胞培养成完整植物体？

生：

植物体细胞具有全能性，在一定的营养和激素条件下，可以脱分化形成愈伤组织。

将愈伤组织转接到培养基上可以诱导其再分化成胚状体或丛芽，再发育为完整的小植株。

师：

那么植物细胞表现出全能性的必要条件是什么？

生：

细胞离体，一定的营养物质，激素和其他外界条件。

师：

由于实验室条件的制约，只能播放实验录像，请大家仔细观看。

投影某植物的愈伤组织

投影愈伤组织分化

板书：

外植体脱分化——愈伤组织——再分化——幼根、芽——完整小植株

投影问、答

要求学生在看实验教材的基础上回答。

教师讲解和学生讨论的方法相结合，以突出本节课的重点。

学生观看实验录像片

图文结合，使学生对抽象知识有直观的认识

复习旧知识，为学习新知识奠定基础

提醒学生思考

通过自我评价，反馈学生学习新知识的效果

培养学生的思维和观察能力

教学过程

教学内容

教学手段和方法

预期目标

师：

在观看录像的基础上，我们来讨论书本上的几个问题。

（讨论题，题目略）

学生讨论：

1、避免杂菌在培养基上生长，因为各种杂菌不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌生长的过程会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物死亡。

师：

回答得很好，所以在组培实验中用到的植物材料和各种器械都要进行彻底地灭菌，操作要规范，避免带入杂菌。

生：

讨论2，因为形成层部分容易诱导形成愈伤组织，胡萝卜的其他部分（如茎，叶，花）也能培养再生形成小植株。

师：

非常好。

（强调）胡萝卜根的含形成层部分，属于分生组织，所以容易诱导形成愈伤组织，而胡萝卜的茎、叶、花也能培养出小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。

实验过程可以参考利用胡萝卜的根进行组织培养的实验，那么我们一起来小结实验过程。

师：

通过观看实验录像，结合课本中的实验原理、实验目的、材料用具、方法步骤，我们来总结一下究竟什么是植物组织培养技术？

生（齐）：

植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织细胞培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整植株。

师：

那么请大家思考离体的器官、组织、细胞，如果不进行脱分化处理，能否培养成完整的植物体？

生：

不能。

必须要经历脱分化过程，才能培养成完整的植物体。

师：

那么决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？

生：

影响植物细胞脱分化、再分化的关键因素可能是植物激素。

教师在学生讨论的基础上进行适当点拨和讲解

在学生讨论基础上，投影植物组织培养技术的流程简图

投影

激发学生的思维

教学过程

教学内容

教学手段和方法

预期目标

6．植物体细胞杂交技术

（1）植物体细胞杂交过程

师：

回答得不错。

这位同学已经注意到P36“小知识”中培养基的组成。

确实，根据科学家的实际操作发现，当细胞分裂素与生长素共同使用时，能刺激愈伤组织的形成。

植物激素还会影响到再分化中芽和根的发生。

早在20世纪50年代初，我国植物生理学家崔徵等人就发现细胞分裂素与生长素之间的浓度比，可以调控植物细胞培养过程中芽和根的形成。

师：

大家都知道，马铃薯块茎生长在地下，番茄在地上生长，那我们是否想象过培育出一种地上长番茄、地下结马铃薯的“超级作物”？

生：

当然想，可是用传统的有性杂交的方法不可能。

师：

为什么？

生：

因为不同的两种生物之间，存在着生殖隔离。

师：

你们的生物学知识掌握得不错。

那科学家采用何种美妙的方法最终得到了“番茄——马铃薯”杂种植株呢？

生：

植物体细胞杂交技术。

师：

大家预习得不错。

下面请大家带着以下问题认真阅读P36~P37教材，来了解植物体细胞杂交技术。

1、