生物學(xué)案：課堂探究植物細(xì)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(diǎn)一細(xì)胞的全能性和植物組織培養(yǎng)技術(shù)·問(wèn)題導(dǎo)引·蘭花是深受國(guó)人喜愛(ài)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(guò)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(xì)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(xì)胞都能形成幼苗的根本原因。（2）受精卵和葉肉細(xì)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(shuō)明了什么？（3）討論將蘭花葉肉細(xì)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(xì)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(xì)胞高。（3）“人工條件”包括離體、激素誘導(dǎo)、無(wú)菌操作、提供營(yíng)養(yǎng)等?！っ麕熅v·1．細(xì)胞全能性的標(biāo)志：由細(xì)胞發(fā)育成完整的個(gè)體。2．細(xì)胞全能性的根本原因：具有本物種個(gè)體發(fā)育所需要的全部基因.3．不同細(xì)胞的全能性比較（1）受精卵（全能性最高）>卵細(xì)胞(具有較高的潛在全能性）>體細(xì)胞（全能性較低）。（2)未分化或分化程度低的細(xì)胞>分化程度高的體細(xì)胞.(3)植物細(xì)胞〉動(dòng)物細(xì)胞;增殖細(xì)胞〉不增殖的細(xì)胞.（4）隨著細(xì)胞分化的程度不斷提高，細(xì)胞的全能性逐漸減小。4．植物細(xì)胞表達(dá)全能性的條件（1)具有完整細(xì)胞結(jié)構(gòu)，處于離體狀態(tài).(2）在一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素（主要是生長(zhǎng)素、細(xì)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(xì)胞全能性的針對(duì)對(duì)象是多細(xì)胞生物的細(xì)胞，而非單細(xì)胞生物的細(xì)胞。5．植物組織培養(yǎng)的過(guò)程分析(1）愈傷組織：細(xì)胞排列疏松而無(wú)規(guī)則，是一種高度液泡化的呈無(wú)定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞.(2）脫分化：由高度分化的植物器官、組織或細(xì)胞產(chǎn)生愈傷組織的過(guò)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(guò)程.特別提醒名稱過(guò)程形成體特點(diǎn)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(xì)胞團(tuán)生長(zhǎng)素或2,4D（生長(zhǎng)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(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素需光營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、生殖生長(zhǎng)發(fā)育成完整的植物體由根、莖、葉、花、果實(shí)、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(shuō)明細(xì)胞全能性的實(shí)驗(yàn)是(）A．菊花花瓣細(xì)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(chóng)基因的棉花細(xì)胞培育出植株D．番茄與馬鈴薯體細(xì)胞雜交后培育出植株解析：細(xì)胞全能性是細(xì)胞發(fā)育成完整生物體的潛能。種子本身就是一個(gè)幼體，種子培育成植株，是幼體生長(zhǎng)、發(fā)育的過(guò)程。答案：B典型方法細(xì)胞全能性高低的決定因素包括:細(xì)胞的分化程度、細(xì)胞的分裂能力、細(xì)胞的組織類型、細(xì)胞的物種類屬等。變式訓(xùn)練蜜蜂的卵細(xì)胞能自然發(fā)育成雄蜂，而胡蘿卜的韌皮部細(xì)胞經(jīng)組織培養(yǎng)也能發(fā)育成植株。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（)A．蜜蜂的卵細(xì)胞和胡蘿卜的韌皮部細(xì)胞都含有本物種個(gè)體發(fā)育所需的全套基因B．蜜蜂的卵細(xì)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(xì)胞全能性比胡蘿卜的受精卵低D．無(wú)法確定蜜蜂的卵細(xì)胞和胡蘿卜的韌皮部細(xì)胞全能性的高低解析:比較蜜蜂的卵細(xì)胞發(fā)育成雄蜂和胡蘿卜的韌皮部細(xì)胞發(fā)育成植株的條件可知，蜜蜂的卵細(xì)胞全能性高.答案:D探究點(diǎn)二植物體細(xì)胞雜交技術(shù)·問(wèn)題導(dǎo)引·白菜—甘藍(lán)提示：（1）不能，因?yàn)榘撞撕透仕{(lán)屬于兩個(gè)不同的物種，物種間存在生殖隔離。（2)植物體細(xì)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(wèn)題，實(shí)現(xiàn)物種間的基因交流.(3）植物體細(xì)胞雜交技術(shù)離不開(kāi)植物組織培養(yǎng)技術(shù)，因?yàn)楂@得雜種細(xì)胞后,雜種細(xì)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(lái)源的原生質(zhì)體融合→篩選雜種細(xì)胞→組織培養(yǎng)→獲得雜種植株。·名師精講·1．原理：細(xì)胞膜的流動(dòng)性(植物原生質(zhì)體細(xì)胞融合)、植物細(xì)胞的全能性（植物組織培養(yǎng))。2．操作過(guò)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(xì)胞壁，得到原生質(zhì)體雜種細(xì)胞的形成通過(guò)一定的技術(shù)手段（電激、聚乙二醇誘導(dǎo)等）進(jìn)行人工誘導(dǎo)實(shí)現(xiàn)原生質(zhì)體的融合雜種植株的產(chǎn)生對(duì)雜種細(xì)胞用植物組織培養(yǎng)的方法進(jìn)行培育3．優(yōu)點(diǎn)：克服了植物遠(yuǎn)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(lán)、煙草—海島煙草等種間雜種。特別提醒①雜種細(xì)胞產(chǎn)生的標(biāo)志是新細(xì)胞壁的形成。②植物體細(xì)胞雜交技術(shù)包括植物細(xì)胞融合和植物組織培養(yǎng)兩個(gè)過(guò)程，結(jié)果是產(chǎn)生新的植株。③從生殖類型上看，植物體細(xì)胞雜交技術(shù)沒(méi)有有性生殖細(xì)胞的形成和結(jié)合，應(yīng)屬于無(wú)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(xì)胞雜交的雙方細(xì)胞都有2個(gè)染色體組，則雜種細(xì)胞及由雜種細(xì)胞發(fā)育而來(lái)的雜種植株有4個(gè)染色體組,被稱為四倍體.4．植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交項(xiàng)目植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交原理植物細(xì)胞的全能性細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性和植物細(xì)胞的全能性過(guò)程特別提醒植物體細(xì)胞雜交的終點(diǎn)是培育成雜種植株，而不是形成雜種細(xì)胞.【例題2】下圖為植物體細(xì)胞雜交過(guò)程。據(jù)圖回答問(wèn)題。（1）①過(guò)程是__________，目前最常用的方法是______，需要的酶有______和______等.（2）②過(guò)程的發(fā)生需要進(jìn)行__________,通常利用離心、振動(dòng)、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(huì)生出細(xì)胞壁，新細(xì)胞壁的產(chǎn)生與細(xì)胞內(nèi)的__________（細(xì)胞器）有關(guān)。解析：植物體細(xì)胞融合前,首先要利用纖維素酶和果膠酶去掉細(xì)胞壁,形成原生質(zhì)體，即過(guò)程①.②過(guò)程為原生質(zhì)體融合，需要進(jìn)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