第三節(jié)植物細(xì)胞工程樣本

植物細(xì)胞工程主講：黃岡中學(xué)先進(jìn)生物教師嚴(yán)貽蘭一、知識概述1、細(xì)胞全能性；2、植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交；3、植物細(xì)胞工程實(shí)際應(yīng)用。二、重點(diǎn)知識歸納及解說（一）對細(xì)胞全能性理解1、概念：已經(jīng)分化細(xì)胞依然具備發(fā)育成完整個(gè)體潛能。2、細(xì)胞全能性大?。菏芫?gt;生殖細(xì)胞>體細(xì)胞；植物細(xì)胞>動(dòng)物細(xì)胞；分化限度低細(xì)胞＞分化限度高細(xì)胞。3、細(xì)胞全能性表達(dá)條件：（二）植物組織培養(yǎng)1、原理：植物細(xì)胞全能性，即具備某種生物所有遺傳信息任何一種細(xì)胞，都具備發(fā)育成完整生物體潛能。2、過程3、生物體細(xì)胞不能表達(dá)全能性因素：基因選取性表達(dá)。（三）植物體細(xì)胞雜交技術(shù)1、概念：將不同種植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞哺育成新植物體技術(shù)。2、過程3、融合成功標(biāo)志：雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁。4、意義：在克服不同種生物遠(yuǎn)緣雜交障礙上，獲得了巨大突破，從而擴(kuò)大了可用于雜交親本組合。5、未能解決問題：未能讓雜種植物按照人們需要體現(xiàn)出親代優(yōu)良性狀。重要因素是：生物體基因表達(dá)不是孤立，它們之間是互相調(diào)控、互相影響，因此馬鈴薯—番茄雜交植株細(xì)胞中雖然具備兩個(gè)物種遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)表達(dá)受到互相干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中遺傳物質(zhì)同樣有序表達(dá)，雜交植株不能地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯。6、植物組織培養(yǎng)與植物體細(xì)胞雜交比較植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交所屬范疇無性繁殖染色體變異、基因重組原理細(xì)胞全能性膜流動(dòng)性、細(xì)胞全能性環(huán)節(jié)①脫分化②再分化①去除細(xì)胞壁②融合形成雜種細(xì)胞③組織培養(yǎng)意義保持優(yōu)良性狀、繁殖速度快、大規(guī)模生產(chǎn)、提高經(jīng)濟(jì)效益克服不同種生物遠(yuǎn)源雜交障礙聯(lián)系雜交技術(shù)應(yīng)用了組織培養(yǎng)（四）植物細(xì)胞工程實(shí)際應(yīng)用1、植物繁殖新途徑（1）微型繁殖概念：迅速繁殖優(yōu)良品種植物組織培養(yǎng)技術(shù)。特點(diǎn)：保持優(yōu)良品種遺傳特性。意義：高效迅速地實(shí)現(xiàn)種苗大量繁殖。試管苗大規(guī)模培養(yǎng)運(yùn)用菊花花瓣微型繁殖培養(yǎng)菊花（2）作物脫毒選材：無病毒莖尖。成果：高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)脫毒苗。脫毒草莓（左）與沒有脫毒草莓（右）（3）人工種子①特點(diǎn)：后裔無性狀分離；不受氣候、季節(jié)和地區(qū)限制。②構(gòu)造：人工薄膜＋胚狀體或不定芽或頂芽或腋芽。③獲得辦法：植物組織培養(yǎng)。2、作物新品種哺育單倍體育種和突變體運(yùn)用。長處：穩(wěn)定遺傳，縮短育種年限。3、細(xì)胞產(chǎn)物工廠化生產(chǎn)：細(xì)胞產(chǎn)物有蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。典型例題例1、下圖為將胡蘿卜離體組織在一定條件下哺育形成試管苗過程示意圖，關(guān)于論述對的是（）A．運(yùn)用此過程獲得試管苗也許為雜合子B．①②過程中都會(huì)發(fā)生細(xì)胞增殖和分化C．多倍體植株哺育需通過如上圖所示過程D．此過程根據(jù)生物學(xué)原理是細(xì)胞膜具備流動(dòng)性解析：植物組織培養(yǎng)過程是無性繁殖過程，如果離體組織來自純合子，將來得到試管苗是純合子，如果離體組織來自雜合子，將來得到試管苗是雜合子；①為脫分化，②為再分化，脫分化過程沒有細(xì)胞分化；用秋水仙素解決萌發(fā)種子和幼苗培養(yǎng)就可獲得多倍體植株，不需組織培養(yǎng)過程；植物組織培養(yǎng)技術(shù)理論基本是細(xì)胞全能性而不是細(xì)胞膜流動(dòng)性。答案：A例2、如下圖為“白菜－甘藍(lán)”雜種植株哺育過程。下列說法對的是（）A．圖示“白菜－甘藍(lán)”植株不能結(jié)籽B．愈傷組織代謝類型是自養(yǎng)需氧型C．上述過程中包括著有絲分裂、細(xì)胞分化和減數(shù)分裂等過程D．“白菜－甘藍(lán)”雜種植株具備性狀是基因選取性表達(dá)到果解析：白菜和甘藍(lán)都是二倍體，它們體細(xì)胞雜交后哺育“白菜－甘藍(lán)”雜種植株中2個(gè)染色體組來自白菜，2個(gè)染色體組來自甘藍(lán)，因而“白菜－甘藍(lán)”屬于異源四倍體，是可育，能結(jié)籽；愈傷組織不能進(jìn)行光合伙用產(chǎn)生有機(jī)物，因而愈傷組織代謝類型是異養(yǎng)需氧型；上述過程涉及去壁、原生質(zhì)體融合、植物組織培養(yǎng)等過程，其成果是形成“白菜－甘藍(lán)”幼苗，并未發(fā)育到性成熟個(gè)體，因而整個(gè)過程中有有絲分裂和細(xì)胞分化，沒有減數(shù)分裂過程；對個(gè)體來說，任何性狀都是基因選取性表達(dá)到果。答案：D例3、請回答下列關(guān)于問題：（1）植物微型繁殖技術(shù)屬于植物組織培養(yǎng)范疇。該技術(shù)可以保持品種__________，繁殖種苗速度__________。離體葉肉細(xì)胞在適當(dāng)條件下培養(yǎng)，最后可以形成完整植株，闡明該葉肉細(xì)胞具備該植物所有__________。（2）把試管苗轉(zhuǎn)接到新培養(yǎng)基上時(shí)，需要在超凈工作臺上進(jìn)行，其因素是避免__________污染。（3）微型繁殖過程中，適當(dāng)濃度生長素單獨(dú)使用可誘導(dǎo)試管苗__________，而與__________配比適當(dāng)時(shí)可增進(jìn)芽增殖。若要抑制試管苗生長，促使愈傷組織產(chǎn)生和生長，需要使用生長調(diào)節(jié)劑是__________（脫落酸、2，4—D）。（4）將某植物試管苗培養(yǎng)在含不同濃度蔗糖培養(yǎng)基上一段時(shí)間后，單株鮮重和光合伙用強(qiáng)度變化如圖。據(jù)圖分析，隨著培養(yǎng)基中蔗糖濃度增長，光合伙用強(qiáng)度變化趨勢是__________，單株鮮重變化趨勢是__________。（5）據(jù)圖推測，若要在誘導(dǎo)試管苗生根過程中提高其光合伙用能力，應(yīng)__________（減少，增長）培養(yǎng)基中蔗糖濃度，以便提高試管苗自養(yǎng)能力。解析：本題考查植物微型繁殖技術(shù)（植物組織培養(yǎng)）原理、特點(diǎn)以及培養(yǎng)過程中對試管苗生長、發(fā)育、生理過程控制。（1）植物微型繁殖技術(shù)可以保持品種遺傳特性，具備繁殖速度快特點(diǎn)。根據(jù)原理是植物細(xì)胞全能性。（2）植物組織培養(yǎng)過程中應(yīng)避免微生物污染，操作過程需在超凈工作臺上進(jìn)行。（3）生長素具備增進(jìn)生根作用，與細(xì)胞分裂素配比適當(dāng)時(shí)可增進(jìn)芽增殖。2，4-D具備增進(jìn)愈傷組織產(chǎn)生和生長作用。（4）依照圖示，光合伙用強(qiáng)度隨蔗糖濃度增長而下降，單株鮮重隨蔗糖濃度增長，先增長，隨后下降。（5）在誘導(dǎo)試管苗生根過程中提高其光合伙用能力，應(yīng)減少蔗糖濃度，以提高試管苗自養(yǎng)能力。答案：（1）遺傳特性快遺傳信息（2）微生物（3）生根細(xì)胞分裂素2，4—D（4）逐漸減小先增長后下降（5）減少-返回-同步測試一、選取題1、既有甲、乙兩種植物（均為二倍體純種），其中甲種植物光合伙用能力高于乙種植物，但乙種植物很適當(dāng)在鹽堿地種植，且有關(guān)性狀均為核基因控制。要運(yùn)用甲、乙兩種植物優(yōu)勢，哺育出高產(chǎn)、耐鹽植株，有各種生物技術(shù)手段可以運(yùn)用。下列所采用技術(shù)手段中，不可行是（）A．運(yùn)用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)，可獲得滿足規(guī)定四倍體雜種目植株B．將乙種植物耐鹽基因?qū)氲郊追N植物受精卵中，可哺育出目植株C．兩種植物雜交后，得到F1再運(yùn)用單倍體育種技術(shù)，可較快獲得純種目植株D．誘導(dǎo)兩種植物花粉融合，并哺育成幼苗，幼苗用秋水仙素解決，可哺育出目植株2、要想通過體細(xì)胞雜交技術(shù)獲得雜種植物，下列各環(huán)節(jié)中對的是（）A．分離原生質(zhì)體→誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合→再生細(xì)胞壁→組織培養(yǎng)→雜種植株B．分離原生質(zhì)體→原生質(zhì)體自然融合→再生細(xì)胞壁→組織培養(yǎng)→雜種植株C．病毒誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合→組織培養(yǎng)→雜種植株D．分離原生質(zhì)體→脫分化→再分化→雜種植株3、將胡蘿卜韌皮部細(xì)胞培養(yǎng)成幼苗時(shí)，下列條件中不需要是（）A．具備完整細(xì)胞核細(xì)胞B．一定營養(yǎng)物質(zhì)和植物激素C．離體狀態(tài)D．導(dǎo)入批示基因4、下列四個(gè)選項(xiàng)中沒有采用植物組織培養(yǎng)技術(shù)是（）A．采用花藥離體培養(yǎng)得到單倍體植株B．用秋水仙素解決萌發(fā)種子或幼苗得到多倍體植株C．人工種子哺育過程D．運(yùn)用細(xì)胞工程哺育“番茄—馬鈴薯”雜種植株5、下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)論述中，錯(cuò)誤是（）A．培養(yǎng)基中添加蔗糖目是提供營養(yǎng)和調(diào)節(jié)滲入壓B．培養(yǎng)基中生長素和細(xì)胞分裂素影響愈傷組織生長和分化C．離體器官或組織細(xì)胞都必要通過脫分化才干形成愈傷組織D．同一株綠色開花植物不同部位細(xì)胞經(jīng)培養(yǎng)獲得愈傷組織基因相似6、離體植物組織或細(xì)胞在恰當(dāng)培養(yǎng)條件下發(fā)育成完整植株，離體動(dòng)物細(xì)胞卻沒有發(fā)育成動(dòng)物成熟個(gè)體，因素是（）A．動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)沒有成套遺傳物質(zhì)B．動(dòng)物細(xì)胞全能性隨分化限度提高而受到限制，分化潛能變?nèi)魿．動(dòng)物細(xì)胞細(xì)胞核太小D．動(dòng)物細(xì)胞全能性低于植物細(xì)胞7、關(guān)于當(dāng)代生物技術(shù)應(yīng)用論述，錯(cuò)誤是（）A．蛋白質(zhì)工程可以合成自然界不存在蛋白質(zhì)B．體細(xì)胞雜交技術(shù)可用于克隆動(dòng)物和制備單克隆抗體C．植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以用于植物莖尖脫毒D．動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)可用于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物培養(yǎng)8、科學(xué)家把天竺葵原生質(zhì)體和香茅草原生質(zhì)體進(jìn)行誘導(dǎo)融合，哺育出驅(qū)蚊草具有一種能驅(qū)蚊且對人體無害香茅醛。下列關(guān)于驅(qū)蚊草哺育論述中，錯(cuò)誤是（）A．驅(qū)蚊草哺育屬于細(xì)胞工程育種，其長處是能克服遠(yuǎn)源雜交不親和障礙B．驅(qū)蚊草哺育過程要用到纖維素酶、果膠酶、PEG等試劑或離心、振蕩、電刺激等辦法C．驅(qū)蚊草哺育過程是植物體細(xì)胞雜交，不同于植物組織培養(yǎng)，無愈傷組織和試管苗形成D．驅(qū)蚊草不能通過天竺葵和香茅草雜交而獲得是由于不同物種間存在生殖隔離9、明黨參是國內(nèi)珍稀藥用植物，對其進(jìn)行保護(hù)性開發(fā)運(yùn)用辦法不對的是（）A．設(shè)計(jì)細(xì)胞培養(yǎng)反映器，實(shí)現(xiàn)藥用成分工廠化生產(chǎn)B．大量培養(yǎng)愈傷組織，直接提取藥用成分C．大規(guī)模栽培組織培養(yǎng)苗，獲取藥用成分D．運(yùn)用組織培養(yǎng)獲得愈傷組織，直接制成人工種子10、細(xì)胞工程是一門綜合科學(xué)技術(shù)。下列哪項(xiàng)技術(shù)不屬于細(xì)胞工程（）A．有性雜交B．體細(xì)胞雜交C．組織培養(yǎng)D．細(xì)胞核移植顯示提示提示：1、C解析：兩種植物存在著生殖隔離，無法完畢雜交，雖然可以雜交，所得F1也不能產(chǎn)生正?？捎渥?，因而不能用于單倍體育種。2、A3、D解析：植物細(xì)胞具備全能性，即每一種細(xì)胞中都具有本物種體細(xì)胞全套遺傳物質(zhì)。在進(jìn)行組織培養(yǎng)時(shí)，需要離體組織或細(xì)胞（具備完整細(xì)胞核），需要一定營養(yǎng)物質(zhì)和植物激素（細(xì)胞分裂素、生長素），不需要導(dǎo)入批示基因。4、B解析：用秋水仙素解決萌發(fā)種子或幼苗得到多倍體植株屬于多倍體育種，該過程解決是植物雛體或幼苗，解決對象為獨(dú)立個(gè)體，無需再進(jìn)行組織培養(yǎng)。5、D解析：此題考查學(xué)生對植物組織培養(yǎng)技術(shù)掌握。培養(yǎng)基中加入蔗糖目一方面可以提供營養(yǎng)，另一方面可以調(diào)節(jié)滲入壓；在整個(gè)組織培養(yǎng)過程中影響再分化核心是生長素和細(xì)胞分裂素使用比例和使用順序；組織培養(yǎng)過程中第一種核心環(huán)節(jié)是脫分化，從而形成愈傷組織；組織培養(yǎng)對象既可以是體細(xì)胞也可以是生殖細(xì)胞，因而獲得愈傷組織基因構(gòu)成不一定相似。6、B7、B解析：克隆動(dòng)物應(yīng)用是細(xì)胞核移植技術(shù)，因此B選項(xiàng)論述錯(cuò)誤。8、C解析：植物體細(xì)胞雜交獲得雜種植株長處是克服遠(yuǎn)緣雜交不親和障礙。詳細(xì)辦法是，先進(jìn)行植物體細(xì)胞雜交，再對融合后細(xì)胞進(jìn)行組織培養(yǎng)。9、D10、A二、簡答題11、玉米是雌雄同株異化單子葉植物，是生產(chǎn)和科研好材料。既有兩個(gè)玉米品種，其基因型分別為yyRr和Yyrr?？茖W(xué)家將它們花粉除去細(xì)胞壁后進(jìn)行原生質(zhì)體融合，再把這些融合細(xì)胞進(jìn)行組織培養(yǎng)，哺育出了玉米新品種。（1）上述育種辦法采用了___________技術(shù)，其生物學(xué)原理是______________。這項(xiàng)研究意義是_______________。（2）在組織培養(yǎng)培養(yǎng)基中除了必要營養(yǎng)物質(zhì)外，還必要添加________。培養(yǎng)過程中，融合細(xì)胞一方面通過細(xì)胞分裂形成________，這個(gè)過程叫做________。（3）在植物組織培養(yǎng)一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)不同細(xì)胞所含蛋白質(zhì)種類和數(shù)量有明顯差別，其因素是__________________。（4）兩個(gè)品種花粉進(jìn)行原生質(zhì)體融合后，可產(chǎn)生________種基因型融合細(xì)胞（僅考慮兩兩融合），這些融合細(xì)胞再通過組織培養(yǎng)可以得到________種不同于親本體現(xiàn)型玉米新品種。顯示答案11、（1）植物體細(xì)胞雜交生物膜流動(dòng)性和細(xì)胞全能性克服遠(yuǎn)緣雜交不親和障礙（2）植物激素（細(xì)胞分裂素和生長素）愈傷組織脫分化（去分化）（3）基因選取性表達(dá)到果（4）62解析：運(yùn)用兩個(gè)植物細(xì)胞融合哺育新植株技術(shù)為植物體細(xì)胞雜交，該技術(shù)可解決不同物種間因存在生殖隔離而不能自然雜交問題。在細(xì)胞分化過程中，由于細(xì)胞內(nèi)基因選取性表達(dá)，合成了不同種類蛋白質(zhì)。植株yyRr可產(chǎn)生基因構(gòu)成為yR和yr兩種花粉，植株Yyrr可產(chǎn)生基因構(gòu)成為Yr和yr兩種花粉，考慮同種和不同花粉間兩兩融合，可獲得6種基因構(gòu)成融合細(xì)胞，即yyRR、yyrr、YYrr、yyRr、YyRr、Yyrr，這些細(xì)胞通過培養(yǎng)后得到新品種中，共有四種體現(xiàn)型，其中有2種與親本不同。-END-課外拓展植物組織培養(yǎng)技術(shù)是如何發(fā)展起來？技術(shù)和理論是一對孿生兄弟，相輔相成，技術(shù)手段創(chuàng)造會(huì)增進(jìn)理論創(chuàng)新，理論創(chuàng)新又會(huì)指引技術(shù)實(shí)踐活動(dòng)。植物組織培養(yǎng)也是如此。早在19，哈伯蘭特（Haberlandt）提出高等植物器官和組織可以不斷地分割，直至單個(gè)細(xì)胞觀點(diǎn)，預(yù)言植物體細(xì)胞在適當(dāng)條件下，有發(fā)育成完整植株潛力，提出了植物細(xì)胞全能性設(shè)想，并且用植物細(xì)胞組織進(jìn)行了培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。她雖然未能獲得再生植株，卻是植物組織培養(yǎng)開創(chuàng)者。19她刊登了知名論文《植物細(xì)胞離體培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)》，論文中提出植物細(xì)胞全能性理論是植物組織培養(yǎng)理論基本。從哈伯蘭特提出植物細(xì)胞全能性理論，到1958年斯圖爾德（F.C．Steward）等人第一次用胡蘿卜根韌皮部細(xì)胞證明了植物細(xì)胞全能性，用了整整56年。56年中許多科學(xué)家做事情歸納起來都是在摸索哈伯蘭特提出“植物細(xì)胞在適當(dāng)條件下，有發(fā)育成完整植株潛力”中適當(dāng)條件。20世紀(jì)60年代后來，植物組織培養(yǎng)進(jìn)入了迅速發(fā)展階段，并逐漸走向生產(chǎn)應(yīng)用，如快繁脫毒、單倍體育種、種質(zhì)資源保存、生產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物等，也為人工種子、細(xì)胞融合、轉(zhuǎn)基因植物等奠定了基本。

-END-高考解析例1、下列技術(shù)中不能獲得抗銹高產(chǎn)小麥新品種是（）A．誘變育種B．細(xì)胞融合C．花粉離體