2.1植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)（第1課時(shí)）

第二章細(xì)胞工程第1節(jié)第1課時(shí)植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)（課前+課中+課后，三案一體）課前案【預(yù)習(xí)新知】一、細(xì)胞工程的概念1.原理方法：細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)等多學(xué)科的原理和方法。2.操作水平：細(xì)胞器、細(xì)胞或組織水平。3.目的：獲得特定的細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體或其產(chǎn)品。二、植物細(xì)胞的全能性1.概念：細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細(xì)胞的潛能。2.物質(zhì)基礎(chǔ)：細(xì)胞中具有本物種的全部遺傳信息。3.體內(nèi)細(xì)胞全能性不能表達(dá)的原因：在特定的時(shí)間和空間條件下，細(xì)胞中的基因會(huì)選擇性表達(dá)。三、植物組織培養(yǎng)技術(shù)1.原理：植物組織細(xì)胞的全能性。2.條件：無(wú)菌和人工配制的培養(yǎng)基、適宜的培養(yǎng)條件。3.過(guò)程：四、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)1.概念：將不同來(lái)源的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新植株的技術(shù)。2.原理：細(xì)胞膜的流動(dòng)性和植物細(xì)胞的全能性。3.過(guò)程：過(guò)程①：用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁。過(guò)程②：用物理法或化學(xué)法誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合，物理法包括電融合法、離心法等，化學(xué)法包括PEG融合法、高Ca+—高pH融合法等。過(guò)程③：再生出新的細(xì)胞壁。4.結(jié)果：培育成雜種植物體。5.意義：打破生殖隔離，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種?！绢A(yù)習(xí)自測(cè)】1.細(xì)胞工程可以通過(guò)在分子水平上的操作，按照人的意愿來(lái)改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)。（X）2.植物的每個(gè)細(xì)胞在植物細(xì)胞內(nèi)和體外都能表現(xiàn)出細(xì)胞的全能性。（X）3.在植物組織培養(yǎng)過(guò)程中，細(xì)胞的遺傳物質(zhì)一般都發(fā)生改變。（X）4.在植物組織培養(yǎng)過(guò)程中需要給予光照，以誘導(dǎo)脫分化過(guò)程。（X）5.植物體細(xì)胞雜交要先去除細(xì)胞壁的原因是細(xì)胞壁阻礙了原生質(zhì)體的融合。（√）第1課時(shí)植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)課中案【導(dǎo)】我國(guó)人民都把蘭花看作高潔、典雅的象征，很多人喜歡養(yǎng)蘭花但是，蘭花種子通常發(fā)育不全，在自然條件下萌發(fā)率極低；傳統(tǒng)分株繁殖的方法又存在繁殖周期長(zhǎng)、繁殖率低等問(wèn)題，如果靠自然繁殖，蘭花的價(jià)格可想而知了，如何讓名貴的蘭花大量、快速地繁殖，走入尋常百姓家呢？利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以大量、快速地培育蘭花。蘭花是觀賞植物中最常見(jiàn)的一類，依靠植物組織培養(yǎng)繁育種苗的植物，其組培苗的數(shù)量約占觀賞植物組培苗總量的40%?！舅肌?.植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)是什么？2.什么是植物組織培養(yǎng)技術(shù)和植物體細(xì)胞雜交技術(shù)？3.怎樣進(jìn)行菊花的組織培養(yǎng)？【議】1.若培養(yǎng)物取自植物的幼莖、葉片等含有葉綠體的部位，愈傷組織中是否會(huì)含有葉綠體？為什么？培養(yǎng)物經(jīng)過(guò)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，因此，愈傷組織中不含有葉綠體。2.為什么誘導(dǎo)愈傷組織的過(guò)程中應(yīng)避光培養(yǎng)？有光時(shí)，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。3.培育的試管苗能直接移栽露地嗎？生根苗移栽的關(guān)鍵是既要充分清洗根系表面的培養(yǎng)基，又不能傷及根系。一般使用無(wú)土栽培方法。培養(yǎng)基質(zhì)要提前消毒并用塑料薄膜覆蓋12h，掀開(kāi)塑料薄膜24h后才能移栽。新移栽的組培苗在溫室?guī)滋欤L(zhǎng)壯后再移植到大田或盆中。4.在植物組織培養(yǎng)過(guò)程中，為什么要進(jìn)行一系列的消毒、滅菌，并且要求無(wú)菌操作？避免雜菌在培養(yǎng)基上迅速生長(zhǎng)消耗營(yíng)養(yǎng)，且有些雜菌會(huì)危害培養(yǎng)物的生長(zhǎng)。5.植物體細(xì)胞雜交技術(shù)應(yīng)用了哪兩種技術(shù)？以上兩個(gè)技術(shù)對(duì)應(yīng)的原理是什么？原生質(zhì)體融合技術(shù)的原理是：細(xì)胞膜的流動(dòng)性；植物組織培養(yǎng)技術(shù)的原理是：植物細(xì)胞的全能性6.獲得的所有細(xì)胞一定是需要的雜交細(xì)胞嗎？若只考慮兩兩融合，原生質(zhì)體A和原生質(zhì)體B可以形成幾種融合細(xì)胞？不一定，誘導(dǎo)融合后的產(chǎn)物有三類：①未融合的細(xì)胞②兩兩融合的細(xì)胞③多細(xì)胞融合體可以形成三種：AA、AB、BB，其中AB融合細(xì)胞是符合要求的。7.細(xì)胞融合完成的標(biāo)志與植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志相同嗎？為什么？不相同。細(xì)胞融合完成的標(biāo)志是雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁，而植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志是培育出雜種植株，而不是形成雜種細(xì)胞?！菊埂繉W(xué)生展示討論結(jié)果【評(píng)】有關(guān)植物體細(xì)胞雜交的三個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)①兩個(gè)不同品種的植物細(xì)胞A、B進(jìn)行雜交，錯(cuò)認(rèn)為融合的原生質(zhì)體只有AB類型。其實(shí)還有可能有AA融合的和BB融合的，需要經(jīng)過(guò)篩選,選出AB融合的原生質(zhì)體。②錯(cuò)認(rèn)為植物體細(xì)胞雜交屬于有性生殖。植物體細(xì)胞雜交過(guò)程中沒(méi)有有性生殖細(xì)胞的結(jié)合，因此不屬于有性生殖，應(yīng)為無(wú)性生殖。③錯(cuò)認(rèn)為雜種植株的變異類型屬于基因重組。雜種植株的變異類型屬于染色體變異，其染色體數(shù)通常是兩親本細(xì)胞染色體數(shù)目之和，雜種植株屬于異源多倍體?！緳z】引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)本節(jié)課內(nèi)容【練】完成課后案第1課時(shí)植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)課后案1．植物組織培養(yǎng)技術(shù)可用于植物脫毒，組織培養(yǎng)技術(shù)獲得脫病毒苗的關(guān)鍵是（

）A．進(jìn)行無(wú)性繁殖 B．培養(yǎng)基中添加抗生素C．選用莖尖、芽尖作外植體 D．外植體消毒處理【答案】C【分析】感病植株并非每個(gè)部位都帶有病毒。人們?cè)缭?943年就發(fā)現(xiàn)植物生長(zhǎng)點(diǎn)附近的病毒濃度很低甚至無(wú)病毒。如果利用組織培養(yǎng)方法，取一定大小的莖尖進(jìn)行培養(yǎng)，再生的植株有可能不帶病毒，從而獲得脫病毒苗，再用脫病毒苗進(jìn)行繁殖，則種植的作物就不會(huì)或極少發(fā)生病毒。【詳解】人們?cè)缭?943年就發(fā)現(xiàn)植物生長(zhǎng)點(diǎn)附近的病毒濃度很低甚至無(wú)病毒。如果利用組織培養(yǎng)方法，取一定大小的莖尖進(jìn)行培養(yǎng)，再生的植株有可能不帶病毒，從而獲得脫病毒苗，再用脫病毒苗進(jìn)行繁殖，則種植的作物就不會(huì)或極少發(fā)生病毒，可見(jiàn)組織培養(yǎng)技術(shù)獲得脫病毒苗的關(guān)鍵是選用莖尖、芽尖作外植體，ABD錯(cuò)誤，C正確。故選C。2．紫杉醇能抑制細(xì)胞的有絲分裂，具有良好抗癌作用。紫杉醇是紅豆杉細(xì)胞的次級(jí)代謝產(chǎn)物，可以通過(guò)植物組織培養(yǎng)技術(shù)獲取紫杉醇，相關(guān)生產(chǎn)過(guò)程如圖所示。下列敘述正確的是（

）A．過(guò)程②中需要對(duì)紅豆杉根組織塊進(jìn)行滅菌B．幼苗和紅豆杉植株的基因組成不相同C．從X細(xì)胞中提取紫杉醇，不需要經(jīng)過(guò)再分化過(guò)程D．過(guò)程②和過(guò)程③用的是同一種培養(yǎng)基【答案】C【分析】植物組織培養(yǎng)的過(guò)程：離體的植物組織，器官或細(xì)胞（外植體）脫分化形成愈傷組織，愈傷組織再分化形成胚狀體，進(jìn)一步發(fā)育植株（新植體）?！驹斀狻緼、紅豆杉根組織塊為外植體，在植物組織培養(yǎng)中，需要對(duì)外植體進(jìn)行消毒處理，不能滅菌，否則會(huì)殺死外植體，A錯(cuò)誤；B、植物組織培養(yǎng)的原理是植物細(xì)胞的全能性，因此培育出的幼苗與紅豆杉植株的基因組成相同，B錯(cuò)誤；C、紫杉醇為紅豆杉細(xì)胞的次級(jí)代謝產(chǎn)物，因此從X細(xì)胞中提取紫杉醇，不需要經(jīng)過(guò)再分化過(guò)程，C正確；D、脫分化②和再分化③所用的激素種類相同，比例不同，因此培養(yǎng)基種類不同，D錯(cuò)誤。故選C。3．野生石斛是一種珍貴的蘭科藥用植物，種子小而多，不含胚乳，因此自然繁殖率低，但市場(chǎng)需求量大?？衫檬~片進(jìn)行組織培養(yǎng)形成大量試管苗。下列敘述錯(cuò)誤的是（）A．組織培養(yǎng)前，需要用纖維素酶或果膠酶處理石斛葉片B．野生石斛的葉片作為外植體，需先進(jìn)行清洗和消毒處理C．利用組織培養(yǎng)技術(shù)獲得試管苗能保持優(yōu)良品種的遺傳特性D．對(duì)石斛葉片進(jìn)行組織培養(yǎng)需要經(jīng)過(guò)脫分化和再分化過(guò)程【答案】A【分析】植物組織培養(yǎng)技術(shù)：1、過(guò)程:離體的植物組織，器官或細(xì)胞(外植體)→愈傷組織→胚狀體→植株(新植體)；2、原理：植物細(xì)胞的全能性；3、條件：①細(xì)胞離體和適宜的外界條件(如適宜溫度、適時(shí)的光照、pH和無(wú)菌環(huán)境等)；②一定的營(yíng)養(yǎng)(無(wú)機(jī)、有機(jī)成分)和植物激素(生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素)；4、植物細(xì)胞工程技術(shù)的應(yīng)用：植物繁殖的新途徑(包括微型繁殖，作物脫毒，人工種子等)，作物新品種的培育(單倍體育種、突變體的利用)、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。【詳解】A、進(jìn)行植物組織培養(yǎng)前，石斛葉片無(wú)需酶解去壁，A錯(cuò)誤；B、誘導(dǎo)愈傷組織形成時(shí)，取野生石斛的葉、莖等組織作為外植體，需先進(jìn)行清洗和消毒處理，B正確；C、利用組織培養(yǎng)技術(shù)獲得試管苗屬于無(wú)性繁殖，能保持優(yōu)良品種的遺傳特性，C正確；D、組織培養(yǎng)經(jīng)過(guò)脫分化形成愈傷組織和再分化兩個(gè)關(guān)鍵步驟，D正確。故選A。4．如圖表示通過(guò)植物細(xì)胞工程技術(shù)，利用馬鈴薯細(xì)胞和番茄細(xì)胞培育出雜種植株的實(shí)驗(yàn)流程，下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（）A．c過(guò)程表示再分化，需要適當(dāng)時(shí)間和強(qiáng)度的光照B．經(jīng)a過(guò)程處理后的細(xì)胞可置于清水中保存待用C．b過(guò)程依賴于細(xì)胞膜的流動(dòng)性D．甲是呈不定形的薄壁組織團(tuán)塊【答案】B【分析】題圖分析，過(guò)程a代表植物細(xì)胞去壁，過(guò)程b代表誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合，過(guò)程c代表再分化形成胚狀體而后發(fā)育成植株的過(guò)程?！驹斀狻緼、c過(guò)程表示再分化，需要適當(dāng)時(shí)間和強(qiáng)度的光照，有利于葉綠素的合成和葉綠體的形成，A正確；B、經(jīng)a過(guò)程處理后獲得的是原生質(zhì)體，此時(shí)失去了細(xì)胞壁的保護(hù)，不能將細(xì)胞置于清水中，否則會(huì)由于外界溶液濃度小于細(xì)胞液濃度而導(dǎo)致細(xì)胞吸水漲破，B錯(cuò)誤；C、b表示誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合，依賴于細(xì)胞膜的流動(dòng)性，C正確；D、甲表示愈傷組織，呈不定形的薄壁組織團(tuán)塊，具有全能性，D正確。故選B。5．原生質(zhì)體“供－受體”雙失活融合模式是指供體親本的原生質(zhì)體經(jīng)輻射處理使細(xì)胞核失活，受體親本的原生質(zhì)體經(jīng)代謝抑制劑處理使細(xì)胞質(zhì)失活，經(jīng)過(guò)處理的雙親原生質(zhì)體融合并培育為雜種細(xì)胞的過(guò)程。這種模式被廣泛用于培育雜種植株。下列相關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．可用物理或化學(xué)方法誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合B．雜種細(xì)胞可通過(guò)脫分化和再分化發(fā)育成雜種植株C．可用纖維素酶和果膠酶處理，獲得雙親的原生質(zhì)體D．雜種植株的染色體數(shù)目為雙親之和，表現(xiàn)出雙親所有的性狀【答案】D【分析】植物體細(xì)胞雜交要將不同種的植物細(xì)胞誘導(dǎo)融合成一個(gè)雜種細(xì)胞，再利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)將雜種細(xì)胞培育成植株，體現(xiàn)的生物學(xué)原理為細(xì)胞膜的流動(dòng)性和植物細(xì)胞的全能性；在融合之前需先用纖維素酶和果膠酶去除植物的細(xì)胞壁獲得原生質(zhì)體，雜種細(xì)胞再生出新的細(xì)胞壁是細(xì)胞融合完成的標(biāo)志。【詳解】A、人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法基