生物學(xué)案：課堂探究植物細胞工程的基本技術(shù)

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精課堂探究探究點一細胞的全能性和植物組織培養(yǎng)技術(shù)·問題導(dǎo)引·蘭花是深受國人喜愛的一種花卉，自然情況下，蘭花的受精卵能夠發(fā)育成胚，在種子萌發(fā)過程中，胚可以繼續(xù)發(fā)育形成幼苗;而在人工條件下，蘭花的葉肉細胞經(jīng)組織培養(yǎng)也可以形成幼苗.思考:（1）解釋受精卵和葉肉細胞都能形成幼苗的根本原因。（2）受精卵和葉肉細胞發(fā)育成幼苗的條件是不同的，前者為自然條件,后者為人工條件，兩種條件的不同說明了什么？（3）討論將蘭花葉肉細胞培養(yǎng)成蘭花幼苗所提供的“人工條件"。提示：（1）受精卵和葉肉細胞具有滿足本物種發(fā)育所需的全套基因（遺傳信息)。（2）受精卵的全能性比葉肉細胞高。（3）“人工條件”包括離體、激素誘導(dǎo)、無菌操作、提供營養(yǎng)等?！っ麕熅v·1．細胞全能性的標(biāo)志：由細胞發(fā)育成完整的個體。2．細胞全能性的根本原因：具有本物種個體發(fā)育所需要的全部基因.3．不同細胞的全能性比較（1）受精卵（全能性最高）>卵細胞(具有較高的潛在全能性）>體細胞（全能性較低）。（2)未分化或分化程度低的細胞>分化程度高的體細胞.(3)植物細胞〉動物細胞;增殖細胞〉不增殖的細胞.（4）隨著細胞分化的程度不斷提高，細胞的全能性逐漸減小。4．植物細胞表達全能性的條件（1)具有完整細胞結(jié)構(gòu)，處于離體狀態(tài).(2）在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素（主要是生長素、細胞分裂素等）和其他外界條件的作用下,就可能表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株.特別提醒細胞全能性的針對對象是多細胞生物的細胞，而非單細胞生物的細胞。5．植物組織培養(yǎng)的過程分析(1）愈傷組織：細胞排列疏松而無規(guī)則，是一種高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁細胞.(2）脫分化：由高度分化的植物器官、組織或細胞產(chǎn)生愈傷組織的過程.（3）再分化：從愈傷組織分化出具有分生能力的根和芽的過程.特別提醒名稱過程形成體特點培養(yǎng)基中的主要激素光照條件脫分化由外植體成為愈傷組織排列疏松、高度液泡化的薄壁細胞團生長素或2,4D（生長素類似物）避光再分化由愈傷組織成為幼苗或胚狀體有根、芽或有生根發(fā)芽的能力生長素與細胞分裂素需光營養(yǎng)生長、生殖生長發(fā)育成完整的植物體由根、莖、葉、花、果實、種子組成自身產(chǎn)生的各種植物激素需光【例題1】以下不能說明細胞全能性的實驗是(）A．菊花花瓣細胞培育出菊花新植株B．紫色糯性玉米種子培育出植株C．轉(zhuǎn)入抗蟲基因的棉花細胞培育出植株D．番茄與馬鈴薯體細胞雜交后培育出植株解析：細胞全能性是細胞發(fā)育成完整生物體的潛能。種子本身就是一個幼體，種子培育成植株，是幼體生長、發(fā)育的過程。答案：B典型方法細胞全能性高低的決定因素包括:細胞的分化程度、細胞的分裂能力、細胞的組織類型、細胞的物種類屬等。變式訓(xùn)練蜜蜂的卵細胞能自然發(fā)育成雄蜂，而胡蘿卜的韌皮部細胞經(jīng)組織培養(yǎng)也能發(fā)育成植株。下列說法錯誤的是（)A．蜜蜂的卵細胞和胡蘿卜的韌皮部細胞都含有本物種個體發(fā)育所需的全套基因B．蜜蜂的卵細胞發(fā)育成雄蜂不需要提供特殊的人工條件C．胡蘿卜的韌皮部細胞全能性比胡蘿卜的受精卵低D．無法確定蜜蜂的卵細胞和胡蘿卜的韌皮部細胞全能性的高低解析:比較蜜蜂的卵細胞發(fā)育成雄蜂和胡蘿卜的韌皮部細胞發(fā)育成植株的條件可知，蜜蜂的卵細胞全能性高.答案:D探究點二植物體細胞雜交技術(shù)·問題導(dǎo)引·白菜—甘藍提示：（1）不能，因為白菜和甘藍屬于兩個不同的物種，物種間存在生殖隔離。（2)植物體細胞雜交技術(shù)在遺傳育種方面的意義是能克服常規(guī)育種存在的生殖隔離問題，實現(xiàn)物種間的基因交流.(3）植物體細胞雜交技術(shù)離不開植物組織培養(yǎng)技術(shù)，因為獲得雜種細胞后,雜種細胞還需植物組織培養(yǎng)才能形成雜種植株.(4）制備原生質(zhì)體→不同來源的原生質(zhì)體融合→篩選雜種細胞→組織培養(yǎng)→獲得雜種植株。·名師精講·1．原理：細胞膜的流動性(植物原生質(zhì)體細胞融合)、植物細胞的全能性（植物組織培養(yǎng))。2．操作過程步驟方法原生質(zhì)體的獲得酶解法（纖維素酶、果膠酶)去除細胞壁，得到原生質(zhì)體雜種細胞的形成通過一定的技術(shù)手段（電激、聚乙二醇誘導(dǎo)等）進行人工誘導(dǎo)實現(xiàn)原生質(zhì)體的融合雜種植株的產(chǎn)生對雜種細胞用植物組織培養(yǎng)的方法進行培育3．優(yōu)點：克服了植物遠緣雜交不親和的障礙,在培育作物新品種方面具有廣闊的應(yīng)用前景,如科學(xué)家已經(jīng)培育出了白菜—甘藍、煙草—海島煙草等種間雜種。特別提醒①雜種細胞產(chǎn)生的標(biāo)志是新細胞壁的形成。②植物體細胞雜交技術(shù)包括植物細胞融合和植物組織培養(yǎng)兩個過程，結(jié)果是產(chǎn)生新的植株。③從生殖類型上看，植物體細胞雜交技術(shù)沒有有性生殖細胞的形成和結(jié)合，應(yīng)屬于無性生殖，變異類型應(yīng)是染色體數(shù)目的變異.④假設(shè)用于體細胞雜交的雙方細胞都有2個染色體組，則雜種細胞及由雜種細胞發(fā)育而來的雜種植株有4個染色體組,被稱為四倍體.4．植物組織培養(yǎng)和植物體細胞雜交項目植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交原理植物細胞的全能性細胞膜具有一定的流動性和植物細胞的全能性過程特別提醒植物體細胞雜交的終點是培育成雜種植株，而不是形成雜種細胞.【例題2】下圖為植物體細胞雜交過程。據(jù)圖回答問題。（1）①過程是__________，目前最常用的方法是______，需要的酶有______和______等.（2）②過程的發(fā)生需要進行__________,通常利用離心、振動、電激等______法，而化學(xué)法一般用______作誘導(dǎo)劑。（3）原生質(zhì)體融合的關(guān)鍵是______的融合，利用的原理是______________________.（4)融合后的原生質(zhì)體會生出細胞壁，新細胞壁的產(chǎn)生與細胞內(nèi)的__________（細胞器）有關(guān)。解析：植物體細胞融合前,首先要利用纖維素酶和果膠酶去掉細胞壁,形成原生質(zhì)體，即過程①.②過程為原生質(zhì)體融合，需要進行人工誘導(dǎo)，人工誘導(dǎo)有兩種方法:物理法和化學(xué)法。在化學(xué)法中常