学年高中生物浙科版浙江专版选修3教学案第.docx

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学年高中生物浙科版浙江专版选修3教学案第

第一节

植物的克隆

1.植物克隆的技术基础是植物组织培养。

2.植物体的每个生活细胞都具有遗传上的全能性，因而都具有发育成完整植株的潜能。

3.植物组织培养的基本过程：

4.与动物细胞相比，植物细胞的全能性更易体现。

5.去除细胞壁制备原生质体用到的酶是纤维素酶和果胶酶。

6.植物细胞工程的概念和操作过程：

培养植物细胞，借助基因工程方法，将外源遗传物质导入受体细胞中，或通过细胞融合、显微注射等将不同来源的遗传物质重新组合，再通过对这些转基因细胞或重组细胞进行培养，获得具有特定性状的新植株。

1．植物细胞的全能性

（1）含义：

植物体的每个生活细胞都具有遗传上的全能性，因而都具有发育成完整植株的潜能。

（2）原理：

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

2．植物组织培养程序

（1）理论基础：

植物细胞的全能性。

（2）一般程序：

配制一定的半固体培养基―→取一些消毒的植物组织块―→放在半固体培养基上培养，获愈伤组织―→培养愈伤组织到新植株。

（3）基本过程：

图中①过程为脱分化，②过程为再分化，A表示愈伤组织，B表示胚状体。

3．植物细胞全能性的体现

（1）较高：

植物的每个细胞，即使已经高度成熟与分化的细胞通过诱导，也可再生为新植株。

（2）表达的程度（由易到难）：

受精卵＞生殖细胞＞体细胞。

（3）差异：

不同种类植物及同种植物不同基因型个体之间全能性表达的程度可能不同。

（4）植物克隆成功条件：

①探讨植物全能性表达条件。

②选择性状优良，全能性表达充分的基因型。

4．植物细胞培养和器官培养

（1）细胞培养：

①过程：

单个植物细胞经过培养基中成分的诱导，依次发育成细胞团、球形胚、心形胚和胚状体，最后再生出完整的植株。

②诱导方法：

主要通过平衡植物激素配比进行调控。

例如，适量的激动素和细胞分裂素配比可以诱导芽的分化；适量的吲哚乙酸（IAA）及适当减除其他植物激素，则可以诱导生根。

（2）器官培养：

在植物器官培养方面，雌性花器官的培养成果显著。

5．原生质体培养和植物细胞工程

（1）植物原生质体的获取方法：

酶解法即在0.5～0.6mol/L的甘露醇溶液环境（较高渗透压）下用纤维素酶和果胶酶混合液处理，获得球形原生质体。

（2）植物细胞工程的概念和操作过程：

培养植物细胞（包括原生质体），借助基因工程方法，将外源遗传物质（DNA）导入受体细胞（包括原生质体受体）中，或通过一定的方法将不同来源的遗传物质重新组合，再通过对这些转基因细胞或重组细胞进行培养，获得特定性状的新植株。

6．多途径的植物克隆实践

（1）开辟植物繁殖的新途径：

如培养产生出遗传变异的新植株。

（2）改良作物：

如单倍体育种；突变体的利用。

（3）细胞产物的工厂化生产。

1．细胞的全能性是指（　　）

A．已经分化的细胞全部能进一步分化

B．已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能

C．细胞既能分化，也能恢复到分化前的状态

D．细胞具有全面的生理功能

解析：

选B　细胞的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。

2．植物组织培养的理论根据是（　　）

A．培养基中营养物质全面　　　B．细胞的全能性

C．细胞的分裂D．细胞的分化

解析：

选B　植物细胞只有保持其全能性，才能发育成完整的植株，因此，植物组织培养的理论根据是细胞的全能性。

3．植物组织培养过程中的脱分化是指（　　）

A．植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞的过程

B．未成熟的种子经过长期培养，长出幼苗的过程

C．植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程

D．取植物的枝芽培育成一株新个体的过程

解析：

选C　植物细胞的脱分化就是让已分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能，而转变为未分化的细胞——愈伤组织的过程。

1．细胞具有全能性的原因

一般生物体的每一个细胞都包含该物种所特有的全套遗传物质，都具有发育成为完整个体的潜能。

2．细胞全能性大小的比较

（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（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。

3．植物细胞表现全能性的条件

（1）离体状态。

（2）营养物质：

种类齐全、比例合适。

（3）植物激素：

生长素、细胞分裂素。

（4）外界条件：

适宜的温度、pH和光照（愈伤组织的形成和生长需要避光培养，分化培养需见光）等。

（5）无菌操作。

[题组冲关]

1．下列植物组织细胞，在条件适宜的情况下，最易表达其全能性的是（　　）

A．茎韧皮部细胞　　　　B．叶肉细胞

C．受精卵D．根尖分生区细胞

解析：

选C　细胞的全能性由大到小依次是受精卵、生殖细胞、体细胞。

2．下列有关细胞全能性的叙述，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套基因

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

D．紫色糯性玉米种子培育成植株，这反映植物种子具有全能性

解析：

选B　细胞具有全能性的原因是细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因，而配子也具有这样的全套基因，同样具有全能性；植物体内细胞没有表现出全能性，这是细胞内基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果；种子是具有胚性结构的植物幼体，其发育成植株，不属于细胞全能性；细胞全能性的表达前提是离体培养的细胞、组织或器官。

1．植物组织培养的过程

（1）过程图示：

（2）分化、脱分化及再分化的比较：

含义

形成的结构

条件

分化

基因在特定时间和空间条件下选择性表达

形成不同组织或器官

生物体生长发育中

脱分化

已经分化的细胞转变成未分化细胞

形成排列疏松、高度液泡化的愈伤组织

①离体

②提供激素

③提供营养物质

④提供适宜的外界条件

再分化

由愈伤组织分化出胚状体（幼苗）

形成具根、芽的胚状体

2．植物组织培养技术的注意事项

（1）外植体的选择与制备：

①外植体的选择：

外植体脱分化的难易因植物种类、器官来源及生理状况的不同而不同。

一般来说，植物的花和幼嫩的组织脱分化相对比较容易，而植物的茎、叶和成熟的组织较难。

②制备外植体首先要消毒，其次要选取有形成层的部分，因为形成层细胞易脱分化。

（2）无菌操作：

植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染，所有实验用具要严格灭菌，接种过程要进行严格的无菌操作。

（3）光照的控制、植物激素的使用、组织培养过程中使用的培养基对培养过程的影响等。

[题组冲关]

3．下列有关植物克隆的叙述中，正确的是（　　）

A．适宜条件下，花粉经再分化可产生愈伤组织

B．植物细胞经多次传代培养后全能性的表达程度不变

C．同一植物个体所有具细胞核的活细胞全能性表达程度相同

D．可将愈伤组织移至液体培养基中并放在摇床上悬浮培养来获取单个植物细胞

解析：

选D　植物组织培养中，脱分化可以形成愈伤组织；植物细胞经多次细胞分裂后，可能会发生细胞分化，细胞全能性的表达程度会发生改变；同一植物个体不同分化程度的细胞全能性表达程度不同，分化程度低的细胞全能性较高。

4．下图为某二倍体植株花药中未成熟的花粉在适宜培养基上形成完整植株的过程。

有关叙述正确的是（　　）

A．过程①②表示脱分化，过程③表示再分化

B．过程①②需要避光，过程③需要光照

C．过程①②③说明花粉细胞具有全能性

D．过程③获得的完整植株自交后代不会发生性状分离

解析：

选C　过程①表示脱分化，过程②表示再分化，过程③表示诱导生根和细胞增殖；过程①需要避光，过程②③需要光照，以利于芽中形成叶绿素；过程③获得的单倍体植株具有高度不育的特点。

1．植物组织、细胞、器官培养和原生质体培养的关系

2．原生质体培养过程

3．植物细胞工程的操作流程

[题组冲关]

5．下列关于植物克隆的叙述，错误的是（　　）

A．通过花药离体培养可获得单倍体

B．通过平衡植物激素种类就能实现器官发生

C．可利用细胞培养生产人参皂甙等中药成分

D．对植物愈伤组织进行诱变、培育和筛选可获得新品种

解析：

选B　通过平衡植物激素的种类及配比可调控器官发生和形态建成。

6．苦荞富含黄酮类化合物等营养物质，在降血糖、降血脂等方面功效显著。

查尔酮合成酶（CHS）是黄酮类化合物合成的关键酶，下图为将CHS基因导入苦荞，培育高产黄酮苦荞品系示意图。

（1）基因工程的核心是________________________。

（2）可利用________________、___________________方法获取CHS基因。

（3）过程①中切开质粒的酶是__________。

它能在质粒特定的部位切割的原因是________________________________________________________________________。

（4）过程②、③分别是______________。

苦荞细胞能培养成植株的根本原因是________________________________________________________________________。

（5）为培育转基因苦荞植物，还可将该植物幼叶消毒后，用__________________混合液处理，获得了原生质体。

混合液中含有适宜浓度的甘露醇，其作用是__________。

将目的基因导入到原生质体，经培养形成愈伤组织，再通过____________得到分散的胚性细胞，发育成________，生长发育后获得该转基因植株。

（6）愈伤组织继代次数过多会丧失细胞全能性的表达能力，下列原因错误的是________。

（填选项编号）

A．愈伤组织发生遗传变异

B．愈伤组织不能分散成单细胞

C．愈伤组织中激素平衡发生改变

D．愈伤组织对外源激素敏感性发生改变

答案：

（1）构建重组DNA分子

（2）从基因文库获取　化学方法合成（或PCR合成）

（3）限制性核酸内切酶（限制酶）　能识别特定的核苷酸序列并在特定的切点上切割DNA分子

（4）脱分化、再分化　植物细胞的全能性（细胞中含冇发育成完整个体所必需的全部基因）

（5）纤维素酶和果胶酶（写全才可）　维持渗透压

液体悬浮培养　胚状体　（6）B

[随堂基础巩固]

1．植物细胞表现全能性的必要条件是（　　）

A．给予适宜的营养和外界条件

B．导入其他植物细胞的基因

C．脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件

D．将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内

解析：

选C　高度分化的植物细胞处于离体状态时，在一定的营养物质和外界条件下才能表现全能性。

2．下列说法错误的是（　　）

A．若要获得玫瑰花的原生质体需用纤维素酶和果胶酶去掉细胞膜

B．利用植物细胞工程技术，可获得抗病虫害、抗干旱、抗盐碱和优质高产作物新品种

C．在植物细胞工程中运用了基因工程技术

D．原生质体的培养结合基因工程操作，为遗传学、植物生理学和细胞生物学问题提供了良好的研究系统

解析：

选A　原生质体的结构不包括细胞壁，故要获得玫瑰花的原生质体去掉的应为细胞壁，而非细胞膜。

3．下列有关植物细胞工程的叙述，错误的是（　　）

A．通过培养植物细胞，可获取大量的细胞代谢产物

B．在培养基中加入不同浓度的氯化钠溶液，可诱发和筛选出抗盐植株

C．原生质体培养结合基因工程技术，可获得具有特定性状的新植株

D．由于植物细胞具有全能性，同种植物的不同基因型个体，它们细胞全能性的表达程度相同

解析：

选D　如果植物细胞培养仅培养到愈伤组织阶段，则可利用愈伤组织增殖能力强、种类单一等特点，生产细胞代谢产物；改变外界条件，既可进行筛选也可进行诱变；基因工程可以定向改造生物性状；对于同种植物的不同基因型的个体，它们的细胞会发生分化，而细胞分化的程度不同，直接导致细胞全能性的表达程度不同。

4．下图为将胡萝卜的离体组织在一定条件下培育形成试管苗的过程示意图。

有关叙述错误的是（　　）

A．①②过程都会发生细胞的增殖和分化

B．这种技术利用了植物细胞全能性

C．适当配比的营养物质和生长调节剂会调节过程①②

D．过程①②需严格控制无菌无毒环境

解析：

选A　图示为植物组织培养的流程，过程①表示脱分化，过程②表示再分化，脱分化过程不存在细胞的分化。

5．下列实例中能体现细胞全能性的是（　　）

①用培养基培养的胡萝卜单个细胞发育成可育的植株　②植物用种子进行繁殖　③烟草花药离体培养得到了单倍体植株

A．①②　　　　　　　　B．①③

C．②③D．①②③

解析：

选B　用培养基培养的胡萝卜单个细胞发育成可育的植株及烟草花药离体培养得到了单倍体植株都采用植物组织培养技术，都体现了植物细胞的全能性。

而种子是绿色开花植物的一种器官，是通过有性生殖形成的，因此，植物用种子进行繁殖没有体现植物细胞的全能性。

[课时跟踪检测]

1．下列有关细胞全能性的叙述，错误的是（　　）

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．生物体内的体细胞由于细胞分化，全能性不能表达

C．卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性最高

D．植物细胞在一定条件下离体培养能表现出全能性

解析：

选C　受精卵是个体发育的起点，在自然条件下，通过细胞的分裂、分化形成完整的个体，所以受精卵的全能性最高；体细胞是由受精卵通过有丝分裂形成的，但由于细胞分化，基因在不同的细胞中进行选择性表达，因而体细胞并没有表现出全能性；卵细胞在一定条件下，全能性比体细胞高，但与受精卵不同，卵细胞的分化程度也很高；分化的植物细胞如果全能性要表达出来，需在一定条件下进行离体培养。

2．如图为植物组织培养过程，有关说法错误的是（　　）

A．b试管中细胞全能性最高

B．d试管中培育出的个体都是纯合子

C．a→b的过程需要激素的刺激

D．a→d的细胞分裂都是有丝分裂

解析：

选B　植物组织培养能保持亲本的优良性状。

a→b不需要光照，b→c则需要一定的光照。

a→d只发生有丝分裂，不发生减数分裂。

d试管中是否为纯合子取决于亲本。

3．下列发生了细胞分化且能体现体细胞全能性的生物学过程是（　　）

A．玉米种子萌发长成新植株

B．小鼠骨髓造血干细胞形成各种血细胞

C．小麦花粉经离体培养发育成单倍体植株

D．胡萝卜根韧皮部细胞经组织培养发育成新植株

解析：

选D　种子萌发长成植株是由幼体到成体的正常生长发育过程，虽有细胞分化，但不能体现细胞的全能性；骨髓造血干细胞形成各种血细胞，仅仅是细胞分化的过程，没有形成完整的个体，不能体现细胞的全能性；花粉经离体培养发育成单倍体植株，经历了细胞分化，体现的是花粉（生殖细胞）的全能性，没有体现体细胞的全能性；胡萝卜根韧皮部细胞经植物组织培养发育成新植株能体现出体细胞的全能性。

4．下图表示植物组织培养过程。

据图分析下列叙述正确的是（　　）

A．⑤植株根尖细胞的全能性比①植株根尖细胞的强

B．②试管的培养基中含有植物生长调节剂，不含有机物

C．③试管中的细胞具有细胞质丰富、细胞核和液泡都大的特性

D．调节④培养基中植物生长调节剂的比例可诱导产生不同的植物器官

解析：

选D　由于⑤是由①上的组织经培养形成的个体，故二者的全能性应该相同；由①到②的过程中植物细胞不能进行光合作用，因而②试管中含有有机物如蔗糖等；③试管中细胞为愈伤组织细胞，液泡小。

5．植物细胞培养是在植物组织培养技术的基础上发展起来的，下列有关植物细胞培养的叙述，错误的是（　　）

A．植物细胞培养技术的目的是为了获得大量有生理活性的次级代谢产物

B．植物细胞培养技术快速、高效，不受季节、自然环境等条件的限制

C．利用生物反应器悬浮培养人参细胞，提取人参皂甙，用于生产保健药品和美容护肤用品

D．植物细胞培养需要在一定的温度、pH等条件下进行，但不需要进行无菌操作

解析：

选D　植物细胞培养和植物组织培养一样，整个培养过程必须在无菌条件下进行，否则培养基内将长出许多杂菌，与离体细胞争夺营养与生存空间，影响细胞增殖和细胞次级代谢产物的获得。

6．下图表示利用棉花叶肉细胞原生质体进行培养、遗传改良的过程，据图分析错误的是（　　）

A．①过程需在适宜条件下用纤维素酶和果胶酶处理

B．②过程能定向诱导原生质体产生优良性状的突变

C．③过程中叶肉细胞失去了原来特有的结构和功能

D．④过程需用适宜浓度的生长素和细胞分裂素处理

解析：

选B　生物的变异是不定向的。

7．下图为将胡萝卜的离体组织在一定条件下培育形成试管苗的过程示意图。

有关叙述正确的是（　　）

A．利用此过程获得的试管苗可能为杂合子

B．①②过程所需的培养基成分相同

C．多倍体植株的培育需经过如图所示过程

D．此过程依据的生物学原理是细胞膜具有流动性

解析：

选A　植物的组织培养过程是无性繁殖的过程，如果离体的组织来自纯合子，将来得到的试管苗是纯合子，如果离体的组织来自杂合子，将来得到的试管苗是杂合子；①为脱分化，②为再分化，所需培养基成分不同；用秋水仙素处理萌发的种子和幼苗培养就可获得多倍体植株，不需组织培养过程；植物组织培养技术的理论基础是细胞的全能性而不是细胞膜的流动性。

8．用细胞工程技术将天竺葵与香茅草杂交产生了驱蚊香草，使有驱蚊作用的香茅醛随天竺葵的蒸发作用散发到空气中，达到驱蚊的效果。

有关驱蚊香草培育过程的叙述，错误的是（　　）

A．需要用酶解法制备原生质体

B．愈伤组织的代谢类型是自养需氧型

C．克服了远缘杂交不亲和的障碍

D．包含了有丝分裂和细胞分化的过程

解析：

选B　愈伤组织还没有形成叶绿体，它的代谢类型是异养需氧型。

9．下图所示为培育农作物新品种的一种方法。