選修3專題2.1.1植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)

您好，還記得我嗎“我”的誕生利用了什么生物技術(shù)？？綿羊“多莉”整個克隆過程如下：母綿羊A乳腺細(xì)胞

（體細(xì)胞）

母綿羊B未受精的卵細(xì)胞

母綿羊C新的卵細(xì)胞發(fā)育成胚胎去核卵細(xì)胞提取細(xì)胞核動植物細(xì)胞全能性的區(qū)別優(yōu)P56NO1優(yōu)化P56NO6應(yīng)用細(xì)胞融合胚胎移植“多莉”細(xì)胞工程

指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平上的操作，按照人的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。應(yīng)用的原理和方法研究的水平研究的目的細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平按照人的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品(定向改造）細(xì)胞工程植物細(xì)胞工程動物細(xì)胞工程植物細(xì)胞工程植物細(xì)胞工程常用的技術(shù)手段：植物組織培養(yǎng)技術(shù)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)：植物細(xì)胞的全能性（P33）細(xì)胞分化受精卵骨細(xì)胞上皮細(xì)胞肌肉細(xì)胞神經(jīng)細(xì)胞上皮組織肌肉組織神經(jīng)組織結(jié)締組織有絲分裂細(xì)胞分化細(xì)胞分化的概念

在個體發(fā)育中，由一個或一種細(xì)胞增殖產(chǎn)生的后代，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程，稱為細(xì)胞分化。①細(xì)胞增殖產(chǎn)生的后代細(xì)胞分化是建立在細(xì)胞增殖的基礎(chǔ)之上②持久的不可逆的變化分化后的細(xì)胞一直保持分化后的狀態(tài)直至死亡③穩(wěn)定性差異差異：形態(tài)、結(jié)構(gòu)、生理功能上的差異穩(wěn)定性：遺傳物質(zhì)不發(fā)生變化細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)受精卵血紅蛋白基因表達(dá)肌動蛋白基因關(guān)閉血紅蛋白基因關(guān)閉肌動蛋白基因表達(dá)基因選擇性表達(dá)細(xì)胞分化的意義(1)是生物個體發(fā)育的基礎(chǔ)(2)使細(xì)胞趨向?qū)ｉT化，提高了各種生理功能的效率

全職工人專職工人已經(jīng)分化的細(xì)胞，是否具有分裂、分化的能力？細(xì)胞的全能性已經(jīng)高度分化的細(xì)胞，能不能再分化成其他細(xì)胞？胡蘿卜的韌皮部一個細(xì)胞分裂形成的細(xì)胞團(tuán)*1958年斯圖爾德[美]實(shí)驗含有植物激素、無機(jī)鹽、糖類等培養(yǎng)液實(shí)驗表明，給予一定條件，高度分化的植物細(xì)胞仍具有發(fā)育成完整植株的能力。細(xì)胞的全能性1.概念:

具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細(xì)胞，都具有發(fā)育成完整生物體的潛能。

2.原因：生物的體細(xì)胞含有本物種個體發(fā)育所需的全套遺傳信息。3.體現(xiàn)全能性能力大小的比較：

①受精卵＞生殖細(xì)胞＞體細(xì)胞②植物細(xì)胞＞動物細(xì)胞③增殖細(xì)胞＞不增殖細(xì)胞細(xì)胞的分化程度越高，則細(xì)胞的分裂能力越低，細(xì)胞的全能性越難體現(xiàn)。4.應(yīng)用：

植物組織培養(yǎng)技術(shù)、動物細(xì)胞核移植技術(shù)（克?。?、植物組織培養(yǎng)的原理——

植物細(xì)胞的全能性一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)（一）植物組織培養(yǎng)的過程及原理2、材料胡蘿卜根、經(jīng)過滅菌的培養(yǎng)基等3、方法步驟4、討論P(yáng)35實(shí)驗胡蘿卜的組織培養(yǎng)P34（1）在組織培養(yǎng)實(shí)驗中，為什么要強(qiáng)調(diào)所用器械的滅菌和實(shí)驗人員的無菌操作？無菌：培養(yǎng)基一旦污染，迅速生長的各種雜菌不僅會與培養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)，而且還會產(chǎn)生大量對培養(yǎng)物有害的物質(zhì)。（2）在本實(shí)驗中，切取胡蘿卜塊強(qiáng)調(diào)要切取含有形成層部分，原因是這部分容易誘導(dǎo)形成愈傷組織。請思考一下，胡蘿卜的其它部分（如莖、葉、花），是否也能培養(yǎng)成小植株，你能用實(shí)驗的方法進(jìn)行驗證嗎？

可以，只是誘導(dǎo)愈傷組織比較困難。（選材：根尖、莖尖、形成層等最容易誘導(dǎo)脫分化的部分）

愈傷組織的形成（P33圖）愈傷組織：離體的植物器官、組織或細(xì)胞，在培養(yǎng)一段時間以后，通過細(xì)胞分裂，形成愈傷組織。愈傷組織的細(xì)胞排列疏松而無規(guī)則，是一種高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞。脫分化（或去分化）：

讓已經(jīng)分化的細(xì)胞，經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過程。脫分化的實(shí)質(zhì)和結(jié)果分別是什么？實(shí)質(zhì)是恢復(fù)細(xì)胞的全能性。結(jié)果是形成愈傷組織。再分化：

脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)，又可以重新分化成根或芽等器官的過程。再分化形成的試管苗，移栽到地里，可以發(fā)育成完整的植物體。植物組織培養(yǎng)（試管苗的形成）從愈傷組織分化形成小植株離體的植物組織、器官或細(xì)胞（外植體）愈傷組織根、芽植物體脫分化再分化細(xì)胞分裂素生長素有機(jī)物無機(jī)鹽水分無光一定的光照排列疏松而無規(guī)則，高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞如：胡蘿卜的形成層、菊花幼莖段、月季的花藥…（3）根據(jù)上面的實(shí)驗過程，概括出植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程簡圖。問題：1、植物細(xì)胞在什么情況下可以實(shí)現(xiàn)全能性？植物細(xì)胞全能性實(shí)現(xiàn)的條件：①離體培養(yǎng)②一定的營養(yǎng)物質(zhì)

③一定的植物激素（生長素、細(xì)胞分裂素）④適宜的溫度、pH、光照等

問題：2、離體的器官、組織或細(xì)胞，如果不進(jìn)行脫分化處理，能否培養(yǎng)成完整的植物體？不能，生物體內(nèi)的活細(xì)胞盡管具有全能性，但受基因選擇性表達(dá)的調(diào)控，一般都要進(jìn)行定向的、不可逆轉(zhuǎn)的細(xì)胞分化，不能表現(xiàn)出全能性。3、決定植物脫分化、再分化的關(guān)鍵因素是什么？植物激素的種類、比例、使用順序問題：生長素/細(xì)胞分裂素的比值作用效果比值高時促進(jìn)根分化、抑制芽形成比值低時促進(jìn)芽分化、抑制根形成比值適中促進(jìn)愈傷組織形成使用順序?qū)嶒灲Y(jié)果先使用生長素，后使用細(xì)胞分裂素有利于細(xì)胞分裂，但細(xì)胞不分化先使用細(xì)胞分裂素，后使用生長素細(xì)胞既分裂也分化同時使用分化頻率提高

植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基成分：P36

以MS培養(yǎng)基為例①無機(jī)營養(yǎng)成分：無機(jī)鹽離子（大量元素、微量元素）②有機(jī)營養(yǎng)成分：如甘氨酸、煙酸、肌醇、維生素、蔗糖等（蔗糖提供碳源，同時能夠調(diào)節(jié)滲透壓）③植物激素：生長素、細(xì)胞分裂素④瓊脂問題：4、影響植物組織培養(yǎng)的因素有哪些？①植物材料的種類②植物材料的年齡、取材位置、保存時間的長短③培養(yǎng)基的成分、物理性質(zhì)④植物激素的濃度、使用順序、用量比例⑤pH、溫度、光照等條件（二）植物組織培養(yǎng)的概念P36

：就是在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細(xì)胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。植物組織培養(yǎng)產(chǎn)生新個體不屬于有性生殖，而屬于無性繁殖。1、下面所列過程是植物組織培養(yǎng)的簡略過程。請據(jù)此回答：①→脫分化→②→再分化→③→④⑴①表示

，它能被培養(yǎng)成④的理論基礎(chǔ)是

。⑵②表示

，它的細(xì)胞特點(diǎn)是。外植體植物細(xì)胞的全能性

愈傷組織

細(xì)胞排列疏松而無規(guī)則，是一種高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞2、下列關(guān)于運(yùn)用植物組織培養(yǎng)技術(shù)產(chǎn)生新個體的敘述錯誤的是（）A.屬于無性生殖，主要理論依據(jù)是植物細(xì)胞具有全能性B.愈傷組織可作為基因工程的受體，其細(xì)胞特點(diǎn)是排列疏松、無規(guī)則、高度液泡化C.整個培養(yǎng)過程都不需要光照的條件D.人工培養(yǎng)基中含植物生長發(fā)育所需的全部營養(yǎng)物質(zhì)，包括礦質(zhì)元素、糖、維生素等C請同學(xué)們討論如何實(shí)現(xiàn)？

1、概念：

P37將不同種的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的技術(shù)。二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)細(xì)胞壁如何去除？原生質(zhì)層如何融合？融合的基礎(chǔ)是什么？雜交完成的標(biāo)志是什么？最后通過什么手段得到新個體？(1)(1)(2)(3)(4)P36植物體細(xì)胞雜交技術(shù)流程圖馬鈴薯細(xì)胞番茄細(xì)胞馬鈴薯原生質(zhì)體番茄原生質(zhì)體正在融合的原生質(zhì)體雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁愈傷組織再生出小植株(5)(6)（1）脫分化再分化2、過程①②③④⑤融合的原生質(zhì)體原生質(zhì)體B原生質(zhì)體A去壁去壁植物A細(xì)胞植物B細(xì)胞誘導(dǎo)融合再生出細(xì)胞壁雜種細(xì)胞脫分化愈傷組織再分化雜種植株植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞融合植物體細(xì)胞雜交2、過程：植物A細(xì)胞植物B細(xì)胞去壁原生質(zhì)體A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體融合融合體再生壁雜種細(xì)胞細(xì)胞分裂愈傷組織雜種植株①去壁的常用方法：酶解法（纖維素酶、果膠酶等）②人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法：物理法：離心、振動、電激等化學(xué)法：聚乙二醇（PEG）2、植物體細(xì)胞雜交過程示意圖③雜種細(xì)胞形成的標(biāo)志是：

在此過程中活躍的細(xì)胞器是：雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁高爾基體④體細(xì)胞融合成功后培養(yǎng)基中共有

種細(xì)胞類型，分別是：

，其中，融合細(xì)胞類型有

種：

，而真正符合要求的是

，因此要對融合細(xì)胞進(jìn)行

。⑤植物體細(xì)胞雜交即兩個細(xì)胞融合成一個細(xì)胞，不管染色體數(shù)、基因組數(shù)還是染色體組數(shù)都采用直接相加的方法。53篩選A、B、AA、BB、ABAA、BB、ABAB3、理論基礎(chǔ)：細(xì)胞膜的一定的流動性和細(xì)胞的全能性克服了不同生物遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，大大擴(kuò)展了可用于雜交的親本組合的范圍。4、優(yōu)勢：P38思考與探究為什么“番茄—馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學(xué)家所想像的那樣，地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯？主要原因是：生物基因的表達(dá)不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，馬鈴薯—番茄雜交植株的細(xì)胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達(dá)。5、未解決的問題：不能讓雜交植物按照人們的要求表現(xiàn)出親代的性狀。白菜甘藍(lán)白菜－甘藍(lán)“白菜－甘藍(lán)”同普通白菜相比，具有生長期短、耐熱性強(qiáng)和易于貯藏等優(yōu)點(diǎn)。植物體細(xì)胞雜交技術(shù)舉例三、植物組織培養(yǎng)與植物體細(xì)胞雜交的比較3、下圖為植物體細(xì)胞雜交過程示意圖，據(jù)圖回答：

⑴步驟①是去掉

，使植物細(xì)胞成為

，最常用的方法是

。⑵步驟②一般常用的化學(xué)試劑是

，目的是

。⑶在利用雜種細(xì)胞培育成為雜種植株的過程中，運(yùn)用的技術(shù)手段是

，其中步驟④相當(dāng)于

，步驟⑤相當(dāng)于

。細(xì)胞壁原生質(zhì)體

酶解法

聚乙二醇誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合

植物組織培養(yǎng)

脫分化

再分化⑷植物體細(xì)胞雜交的目的是獲得新的雜種植株，使兩株植物的性狀能夠在新的植物體上有所表現(xiàn)，其根本原因是

。⑸從理論上講，雜種植株的育性為

。若運(yùn)用傳統(tǒng)有性雜交方法能否實(shí)現(xiàn)？

因此，這項研究對于培養(yǎng)作物新品種方面的重大意義在于

。⑹利用植物體細(xì)胞雜交的方法培育作物新品種的過程，是否屬于有性生殖？雜種細(xì)胞具有兩個親本的遺傳物質(zhì)

可育

不能克服不同生物遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙

植物體細(xì)胞雜交屬于無性生殖。4、下圖所示為科學(xué)家利用番茄葉細(xì)胞和馬鈴薯葉細(xì)胞雜交培育“番茄-馬鈴薯”植株的過程,請回答下列問題。（1）①②過程使用了

酶,以使植物原生質(zhì)體相互分離,此處使用的溶液濃度較大,以保證植物細(xì)胞會發(fā)生

,以保護(hù)原生質(zhì)體不被破壞.（2）過程

屬于脫分化,過程

屬于再分化,細(xì)胞發(fā)生分化的根本原因是

。（3）過程⑤⑥⑦的細(xì)胞工程技術(shù)是

,其培養(yǎng)時選用的材料通常是分生組織,原因是

。纖維素和果膠質(zhì)壁分離⑤⑥基因的選擇性表達(dá)植物組織培養(yǎng)技術(shù)全能性高,易培養(yǎng)形成愈傷組織1、在生物體內(nèi)，細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化為不同的組織、器官，是因為()A．基因的表達(dá)有選擇性B．不同的細(xì)胞內(nèi)基因不完全相同C．細(xì)胞喪失了全能性D．在個體發(fā)育的不同時期，細(xì)胞內(nèi)的基因發(fā)生了變化2、下列細(xì)胞全能性最高的是(

)A.玉米的卵細(xì)胞B.哺乳動物的精子C.綠色開花植物的受精卵D.裸子植物的葉肉細(xì)胞3、在離體的植物器官、組織或細(xì)胞脫分化形成愈傷組織的過程中，下列各項中為非必要條件的是()A.培養(yǎng)基需消毒滅菌B.給予適宜的溫度C.給予充足的光照D.給予適宜的養(yǎng)料和激素4、下列關(guān)于運(yùn)用植物組織培養(yǎng)技術(shù)產(chǎn)生新個體的敘述錯誤的是()A.屬于無性生殖，主要理論依據(jù)是植物細(xì)胞具有全能性B.愈傷組織可作為基因工程的受體，其細(xì)胞特點(diǎn)是排列疏松、無規(guī)則、高度液泡化C.整個培養(yǎng)過程都不需要光照的條件D.人工培養(yǎng)基中含植物生長發(fā)育所需的全部營養(yǎng)物質(zhì)，包括礦質(zhì)元素、糖、維生素等5、在不損傷高等植物細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，下列哪種物質(zhì)適合于除去細(xì)胞壁()A．蛋白酶B．鹽酸C．淀粉酶D．纖維素酶和果膠酶6、植物體細(xì)胞融合完成的標(biāo)志是()A．產(chǎn)生新的細(xì)胞壁B．細(xì)胞膜發(fā)生融合C．細(xì)胞質(zhì)發(fā)生融合D．細(xì)胞核發(fā)生融合7、在植物細(xì)胞工程中，當(dāng)原生質(zhì)體