浙科版高三生物一輪復習選擇性必修3專題十八第1講植物細胞工程及其應用課件

專題十八細胞工程選擇性必修3

生物技術與工程明課標知考向4.1植物細胞工程包括組織培養(yǎng)和體細胞雜交等技術4.1.1

闡明植物組織培養(yǎng)是在一定條件下，將離體植物器官、組織和細胞在適宜的培養(yǎng)條件下誘導形成愈傷組織，并重新分化，最終形成完整植株的過程4.1.2

概述植物體細胞雜交是將不同植物體細胞在一定條件下融合成雜合細胞，繼而培育成新植物體的技術4.1.3

舉例說明植物細胞工程利用快速繁殖、脫毒、次生代謝產物生產、育種等方式有效提高了生產效率4.2

動物細胞工程包括細胞培養(yǎng)、核移植、細胞融合和干細胞的應用等技術4.2.1

闡明動物細胞培養(yǎng)是從動物體獲得相關組織，分散成單個細胞后，在適宜的培養(yǎng)條件下讓細胞生長和增殖的過程。動物細胞培養(yǎng)是動物細胞工程的基礎4.2.2

闡明動物細胞核移植一般是將體細胞核移入一個去核的卵母細胞中，并使重組細胞發(fā)育成新胚胎，繼而發(fā)育成動物個體的過程4.2.3

闡明動物細胞融合是指通過物理、化學或生物學等手段，使兩個或多個動物細胞結合形成一個細胞的過程4.2.4

概述細胞融合技術是單克隆抗體制備的重要技術4.2.5

簡述干細胞在生物醫(yī)學工程中有廣泛的應用價值4.3

對動物早期胚胎或配子進行顯微操作和處理以獲得目標個體4.3.1

簡述胚胎形成經過了受精及早期發(fā)育等過程4.3.2

簡述胚胎工程包括體外受精、胚胎移植和胚胎分割等技術第1講植物細胞工程及其應用精讀課本盤點基礎知識一、細胞工程的概念1．原理和方法：是指按照一定的________，借助工程學的方法或技術，以生物組織、細胞和細胞器為對象進行操作，在____水平上改造生物________，以獲得特定的細胞產物、細胞、組織、器官或新生物體的技術。2．操作水平：____水平、____水平、______水平。3．目的：獲得特定的________、細胞、組織、器官或________。4．分類(1)按技術類型劃分：細胞和組織培養(yǎng)、細胞融合、核移植技術等。(2)按生物類型劃分：____細胞工程和____細胞工程等。設計方案細胞遺傳特性組織細胞細胞器細胞產物新生物體植物動物二、植物細胞的全能性使離體組織發(fā)育成完整植株成為可能1．植物細胞的全能性(1)概念：已分化的細胞中遺傳物質一般不發(fā)生改變，植物體的每個生活細胞都具有該植物所包含的______________，因而具有發(fā)育成________的潛能。(2)物質基礎：細胞中含有個體發(fā)育成完整個體所需的________。(3)全能性表達的難易程度：______＞________＞體細胞；________＞動物細胞；能分裂分化細胞(分化程度__的細胞)＞不能分裂分化細胞(分化程度__的細胞)。全部的遺傳信息完整植株全套基因受精卵生殖細胞植物細胞低高(4)植物細胞全能性表達的條件①____植物器官、組織或細胞。②____、____和無菌操作(無菌環(huán)境)：排除雜菌污染，避免微生物與外植體競爭營養(yǎng)，更重要的是某些微生物會產生毒素，導致外植體死亡。③含有全部營養(yǎng)成分的培養(yǎng)基(如下表)，目前應用最廣泛的植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基是_________。一種適合某種培養(yǎng)目的的培養(yǎng)基，一般是在已被廣泛使用的基本培養(yǎng)基如MS培養(yǎng)基的基礎上____________，再經過一系列實驗而確定的。在設計植物培養(yǎng)基時，最常改動的成分就是__________________________。離體消毒滅菌MS培養(yǎng)基調整某些成分植物激素類物質的種類和比例類型成分作用無機營養(yǎng)成分水生命活動必需的物質，參與多種生命活動N、P、S、K、Mg、Ca等大量元素和Fe、Mn、B、Zn、Cu等微量元素提供必需的礦質元素，合成重要化合物有機營養(yǎng)成分碳源最常用的是蔗糖，也有用葡萄糖、果糖等的為植物組培提供碳源和能源，同時可調節(jié)滲透壓，另外蔗糖不能被大多數微生物細菌所利用，減少微生物污染含N物質(包括維生素和氨基酸等)提供營養(yǎng)，維生素往往以輔酶的形式參與代謝過程植物激素生長素和細胞分裂素調控細胞的脫分化和再分化過程凝固劑瓊脂凝固，起支持作用④一定的溫度、空氣、適合的pH、適時光照等。2．植物組織培養(yǎng)(1)概念：是指在______________條件下，將離體的植物體________________等培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，使其生成________或使其細胞增殖并產生____________的技術。(2)類型：根據外植體的不同，可將植物組織培養(yǎng)分為____培養(yǎng)、____培養(yǎng)、____培養(yǎng)、________培養(yǎng)等。無菌和人工控制器官、組織或細胞完整植株細胞代謝產物器官組織細胞原生質體3．需要理解的幾個概念(1)愈傷組織：一種無組織結構、松散的__________。(2)脫分化：____條件下已分化的細胞經過誘導，失去特有的__________，重新獲得分裂能力。其實質是高度分化的細胞__________________的過程。(3)再分化：愈傷組織細胞在一定的條件下，可重新分化為________的細胞，進而形成______等，再生出新的植株的過程。(4)初代培養(yǎng)：是指從植物體上分離下來的外植體的__________。初代培養(yǎng)獲得的芽、胚狀體等數量都不多，需要進一步________。(5)繼代培養(yǎng)：將初代培養(yǎng)獲得的培養(yǎng)物轉移到新的培養(yǎng)基上繼續(xù)進行________稱為繼代培養(yǎng)。繼代培養(yǎng)又可以分為第二代培養(yǎng)、第三代培養(yǎng)等。薄壁細胞團離體結構和功能恢復分裂、分化能力各種類型芽或根第一次培養(yǎng)增殖培養(yǎng)擴大培養(yǎng)4．植物組織培養(yǎng)的途徑(1)分生組織培養(yǎng)：以植物的____或帶__的莖段為外植體進行培養(yǎng)時，腋芽或頂芽可____愈傷組織階段，直接萌生成一株幼苗；當培養(yǎng)基中細胞分裂素濃度較高時，則利于腋芽或頂芽形成______。(2)間接形態(tài)發(fā)生(如下圖)：外植體通過愈傷組織階段再生芽、根或產生胚狀體進而形成完整的植株。又可以分為兩種途徑：一種是________途徑，首先愈傷組織在一種培養(yǎng)基上誘導形成芽，再在另一種培養(yǎng)基上形成根，再生成植株；另一種是____________途徑，即由愈傷組織表面形成類似種子胚的結構(即胚狀體)，胚狀體繼續(xù)發(fā)育成完整的植株。莖尖芽不經叢狀苗器官發(fā)生體細胞胚發(fā)生[注意點]

(1)由愈傷組織進行細胞分化時，一般要先誘導其生芽，然后誘導其生根，可通過控制培養(yǎng)基中生長素和細胞分裂素的比例來實現。(2)體內細胞未表現全能性的原因：基因的表達具有選擇性。(3)細胞的全能性指的是細胞的一種潛在能力，這種潛在能力只有在特定的環(huán)境中才能表現出來，而不是指細胞在任何條件下都能發(fā)育成完整的生物體。(4)植物組織培養(yǎng)中所需的碳源一般為蔗糖，少數為葡萄糖和果糖，原因是蔗糖既可提供充足的碳源，又可維持相對適中的滲透壓，而葡萄糖和果糖在與蔗糖提供相同數量碳源的前提下，其造成的滲透壓可能過高。三、植物組織培養(yǎng)通過多種途徑有效地提高生產效率項目具體應用原理技術手段關鍵步驟優(yōu)點植物繁殖的新途徑快速繁殖優(yōu)良作物植物細胞的全能性植物組織培養(yǎng)要進行多次____培養(yǎng)①高效、快速地實現種苗的大量繁殖；②保持優(yōu)良品種的遺傳特性；③便于自動化管理，可以連續(xù)實驗和生產脫毒作物的培育植物細胞的全能性植物組織培養(yǎng)選擇植物____(分生組織)細胞進行培養(yǎng)可以避免病菌對作物的影響，大大提高作物的產量人工種子的培育植物細胞的全能性植物組織培養(yǎng)，胚狀體的包埋技術需要將外植體培養(yǎng)到______；需要提供人工____①大量、快速繁殖優(yōu)良品種；②實現種子的工廠化生產，不受季節(jié)限制；③與試管苗相比，人工種子便于儲藏和運輸繼代莖尖胚狀體胚乳項目具體應用原理技術手段關鍵步驟優(yōu)點培育作物新品種轉基因植物的克隆植物細胞的全能性、基因重組轉基因技術、植物組織培養(yǎng)利用農桿菌轉化或顯微注射等方法將目的基因導入植物細胞①能定向改造生物的遺傳性狀；②克服遠緣雜交的不親和性；③縮短育種時間單倍體育種植物細胞的全能性、________、__________植物組織培養(yǎng)、誘導染色體數目加倍技術花藥離體培養(yǎng)、________誘導染色體數目加倍①能明顯縮短育種年限；②可以避免顯隱性的干擾基因重組染色體畸變秋水仙素項目具體應用原理技術手段關鍵步驟優(yōu)點培育作物新品種細胞突變體的篩選植物細胞的全能性、________植物組織培養(yǎng)對培養(yǎng)物誘變處理，并進行篩選提高愈傷組織的突變率，可以獲得高產、優(yōu)質、抗逆的新品種，加快了育種進程植物體細胞雜交細胞膜的______、植物細胞的______原生質體的培養(yǎng)與融合、植物組織培養(yǎng)制備原生質體，并誘導融合，篩選出雜種細胞進行組織培養(yǎng)克服遠緣雜交的不親和性基因突變流動性全能性項目具體應用原理技術手段關鍵步驟優(yōu)點細胞代謝產物的工業(yè)化生產植物細胞可以大量增殖植物組織培養(yǎng)、細胞代謝產物的提取與分離純化將植物外植體培養(yǎng)到愈傷組織階段，制成細胞懸液，利用發(fā)酵罐進行大規(guī)模培養(yǎng)不占用耕地，幾乎不受季節(jié)、天氣等的限制，可以大規(guī)模生產四、通過體細胞雜交可獲得新的植物體1．概念：將兩個來自不同種植物的體細胞融合成一個________，并將雜種細胞培育成新的植物體的技術，稱為植物體細胞雜交。2．原理：體細胞雜交利用了細胞膜的______，雜種細胞培育成雜種植株利用了植物細胞的______。3．過程(1)植物原生質體的獲得方法：在0.5～0.6

mol/L的______(或一定濃度的____)溶液環(huán)境(較高滲透壓)下，用________________混合液處理根尖、葉片、愈傷組織或懸浮培養(yǎng)細胞，消化除去細胞壁，獲得球形的________。雜種細胞流動性全能性甘露醇蔗糖纖維素酶和果膠酶原生質體(2)誘導融合的方法：物理法包括電刺激、____、____等；化學法一般是用_______________作為誘導劑。4．意義：______________________。問題與思考1．較高滲透壓甘露醇溶液的作用是什么？[提示]

使植物細胞處于微弱的質壁分離狀態(tài)，這樣有利于完整的原生質體的釋放，防止原生質體被破壞。離心振蕩聚乙二醇(PEG)克服遠緣雜交的不親和性2．為什么在植物體細胞雜交過程中要對雜種細胞進行鑒定與篩選？對雜種植株進行鑒定與選育是必要過程嗎？[提示]

是必要過程，由于原生質體融合是在一定密度的細胞群體下進行的，兩個不同親本的原生質體混合后經誘導融合，實際上得到的是各種原生質體的混合物，包括未融合的、部分融合的、同種細胞融合的、不同種細胞融合的原生質體。所以，一個融合體系中的細胞并非均為雜種細胞，同一體系中再生的植株也并非均為雜種植株。即使得到了雜種細胞，培養(yǎng)過程中也可能出現染色體的丟失、結構異常等情況，因此，雜種細胞的鑒定和篩選，雜種植株的鑒定和選育，是獲得真正雜種的必要過程。五、活動：菊花的組織培養(yǎng)及幼苗的移栽次氯酸鈉1～3生芽培養(yǎng)10～12生根培養(yǎng)單株4～510～12試管苗內化知識突破重點難點一、植物組織培養(yǎng)與植物體細胞雜交的比較項目植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交原理植物細胞全能性植物細胞膜的流動性，植物細胞全能性過程項目植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交選材器官、組織、細胞等外植體不同植物體細胞技術操作植物組織培養(yǎng)原生質體的培養(yǎng)與融合、植物組織培養(yǎng)關系植物組織培養(yǎng)是植物體細胞雜交的基礎，植物體細胞雜交所用的技術更加復雜例1

(2021·湖北選擇性考試)月季在我國享有“花中皇后”的美譽。為了建立月季某新品種的快速繁殖體系，以芽體為外植體，在MS培養(yǎng)基中添加不同濃度的6-BA和IBA進行芽體增殖實驗，芽分化率(%)結果如表。關于上述實驗，下列敘述錯誤的是(

)A．6-BA濃度大于4.0mg·L-1時，芽分化率明顯降低B．6-BA與IBA的比例為10∶1時芽分化率均高于其他比例C．在培養(yǎng)基中同時添加適量的6-BA和IBA，可促進芽分化D．2.0mg·L-16-BA和0.2mg·L-1IBA是實驗處理中芽分化的最佳組合√6-BA/(mg·L-1)IBA/(mg·L-1)0.10.20.30.40.51.031635849412.040957669503.037756454414.025353130255.08211284[解析]

據表可知，6-BA濃度為4.0～5.0mg·L-1時，芽分化率降低非常明顯，故6-BA濃度大于4.0mg·L-1時，芽分化率明顯降低，A正確；據表可知，當6-BA與IBA的比例為10∶1時，芽分化率分別為31%、95%、64%、30%、4%，因此6-BA與IBA的比例為10∶1時，芽分化率不一定都高于其他比例，B錯誤；據表可知，6-BA與IBA的比例會影響芽分化率，因此在培養(yǎng)基中同時添加適量的6-BA和IBA，可促進芽分化，C正確；據表可知，芽分化率為95%是最高的，此時6-BA和IBA分別為2.0mg·L-1、0.2mg·L-1，是實驗處理中芽分化的最佳組合，D正確。二、植物體細胞雜交和有性雜交的比較設兩個不同品種的植物細胞為A、B，植物細胞A含有2x條染色體，2個染色體組，基因型為Aabb，植物細胞B含有2y條染色體，2個染色體組，基因型為ccDd，列表如下：項目植物體細胞雜交植物有性雜交生殖方式無性繁殖有性繁殖變異類型染色體畸變基因重組是否遵循孟德爾定律不遵循遵循雜交后細胞中染色體數(條)2x＋2yx＋y項目植物體細胞雜交植物有性雜交基因型AabbccDdAbcD或abcD或Abcd或abcd兩者的區(qū)別體細胞雜交即兩個細胞融合成一個細胞，不管是染色體數、染色體組數還是基因型都采用直接相加的方法，而植物有性雜交則為先減半再相加例2

(2021·江蘇選擇性考試)植物組織培養(yǎng)技術常用于商業(yè)化生產，其過程一般為：無菌培養(yǎng)物的建立→培養(yǎng)物增殖→生根培養(yǎng)→試管苗移栽及鑒定。下列相關敘述錯誤的是(

)A．為獲得無菌培養(yǎng)物，外植體要消毒處理后才可接種培養(yǎng)B．組織培養(yǎng)過程中也可無明顯愈傷組織形成，直接形成胚狀體等結構C．提高培養(yǎng)基中生長素和細胞分裂素的比值，有利于誘導生根D．用同一植株體細胞離體培養(yǎng)獲得的再生苗不會出現變異[解析]

植物組織培養(yǎng)過程中應注意無菌操作，為獲得無菌培養(yǎng)物，外植體要經過表面消毒處理后，才能進行培養(yǎng)，所用的培養(yǎng)基必須徹底滅菌，A正確；組織培養(yǎng)過程中也可無明顯愈傷組織形成，直接形成胚狀體等結構，胚狀體若包裹上人工種皮，可制作成人工種子，B正確；生長素和細胞分裂素的比值高時，有利于根的分化、抑制芽的形成，因此提高培養(yǎng)基中生長素和細胞分裂素的比值，有利于誘導生根，C正確；用同一植株體細胞離體培養(yǎng)獲得的再生苗會出現變異，如在愈傷組織的培養(yǎng)過程中可能發(fā)生基因突變等變異，D錯誤。√例3

(2023·浙江1月選考)甲植物細胞核基因具有耐鹽堿效應，乙植物細胞質基因具有高產效應。某研究小組用甲、乙兩種植物細胞進行體細胞雜交相關研究，基本過程包括獲取原生質體、誘導原生質體融合、篩選融合細胞、雜種植株再生和鑒定，最終獲得高產耐鹽堿再生植株?；卮鹣铝袉栴}：(1)根據研究目標，在甲、乙兩種植物細胞進行體細胞雜交前，應檢驗兩種植物的原生質體是否具備__________的能力。為了便于觀察細胞融合的狀況，通常用不同顏色的原生質體進行融合，若甲植物原生質體采用幼苗的根為外植體，則乙植物可用幼苗的__________為外植體。再生葉(2)植物細胞壁的主要成分為__________和果膠，在獲取原生質體時，常采用相應的酶進行去壁處理。在原生質體融合前，需對原生質體進行處理，分別使甲原生質體和乙原生質體的____________________失活。對處理后的原生質體在顯微鏡下用_______________計數，確定原生質體密度。兩種原生質體1∶1混合后，通過添加適宜濃度的PEG進行融合；一定時間后，加入過量的培養(yǎng)基進行稀釋，稀釋的目的是___________________________________。纖維素細胞質和細胞核血細胞計數板降低PEG濃度，使其失去融合作用(3)將融合原生質體懸液和液態(tài)的瓊脂糖混合，在凝固前倒入培養(yǎng)皿，融合原生質體分散固定在平板中，并獨立生長、分裂形成愈傷組織。同一塊愈傷組織所有細胞源于__________________________。下列各項中能說明這些愈傷組織只能來自雜種細胞的理由是哪幾項？________。A．甲、乙原生質體經處理后失活，無法正常生長、分裂B．同種融合的原生質體因甲或乙原生質體失活而不能生長、分裂C．培養(yǎng)基含有抑制物質，只有雜種細胞才能正常生長、分裂D．雜種細胞由于結構和功能完整可以生長、分裂(4)愈傷組織經________可形成胚狀體或芽。胚狀體能長出________，直接發(fā)育形成再生植株。同一個雜種融合原生質體ABD再分化根和芽(5)用PCR技術鑒定再生植株。已知甲植物細胞核具有特異性DNA序列a，乙植物細胞質具有特異性DNA序列b；M1、M2為序列a的特異性引物，N1、N2為序列b的特異性引物。完善實驗思路：Ⅰ.提取純化再生植株的總DNA，作為PCR擴增的______。Ⅱ.將DNA提取物加入PCR反應體系，__________為特異性引物，擴增序列a；用同樣的方法擴增序列b。Ⅲ.得到的2個PCR擴增產物經__________后，若每個PCR擴增產物在凝膠中均出現了預期的______個條帶，則可初步確定再生植株來自雜種細胞。模板M1、M2凝膠電泳1延伸遷移實現融會貫通考向1結合植物組織培養(yǎng)，考查科學思維素養(yǎng)1．(2024·浙江新陣地教育聯盟聯考)下列關于菊花組織培養(yǎng)的敘述，正確的是(

)A．用自然生長的莖段進行組培須用適宜濃度的乙醇和次氯酸鈉的混合液消毒B．可取菊花芽尖進行培養(yǎng)獲得不帶病毒的抗病毒苗C．組培苗鍛煉時采用蛭石作為栽培基質的原因是蛭石帶菌量低且營養(yǎng)豐富D．不帶葉片的菊花幼莖切段可通過器官發(fā)生途徑形成完整的菊花植株243題號165√D

[自然生長莖段的消毒屬于外植體消毒，先用75%酒精消毒30s，再用流水沖洗，再用10%次氯酸鈉消毒處理，最后再用無菌水沖洗，A錯誤；可取菊花芽尖進行培養(yǎng)獲得不帶病毒的脫毒苗而非抗病毒苗，B錯誤；組培苗鍛煉時采用蛭石作為栽培基質的原因是蛭石比較松軟，持水性也較好，有利于幼苗的生根和葉片的生長，C錯誤；不帶葉片的菊花莖的切段可通過植物組織培養(yǎng)分化出芽和根這種器官發(fā)生的途徑形成完整的菊花植株，D正確。]243題號165243題號1652．(2023·金華高三模擬考試)下圖為某植物原生質體的培養(yǎng)過程示意圖。下列敘述正確的是(

)A．過程①通常用鹽酸解離細胞壁B．過程②可使原生質體再生出細胞壁C．過程③培養(yǎng)基中細胞分裂素濃度相對較低D．過程④表示為提高適應外部環(huán)境能力的煉苗過程B

[①為去壁過程，根據酶的專一性原理，需用纖維素酶和果膠酶溶液處理，A錯誤；懸浮的原生質體經過②可再生出細胞壁，B正確；過程③表示誘導生芽的過程，需要提高細胞分裂素的比例以促進芽的分化，C錯誤；過程④為植物個體發(fā)育的過程，將試管苗移植到消過毒的蛭石和珍珠巖等環(huán)境中生長，為煉苗過程，D錯誤。]√243題號65考向2圍繞植物體細胞雜交技術，考查科學思維素養(yǎng)3．(2024·浙江9＋1高中聯盟期中考試)某研究人員設計了下圖所示技術路線，以期獲得甘藍和蘿卜體細胞雜交植株。下列說法正確的是(

)A．可用無菌水洗滌去除圖中所用的酶來純化原生質體B．原生質體A和原生質體B誘導融合前需要調整密度比例C．誘導融合體出芽通常使用兩類植物激素，其中生長素起主要作用D．取材選用植株生長點附近細胞進行培養(yǎng)將增大再生植株品質退化的概率√1243題號65B

[由于原生質體沒有了細胞壁的保護作用，因此應該用等滲溶液洗滌去除圖中所用的酶來純化原生質體，A錯誤；收集了原生質體A和原生質體B后，在誘導融合前需要調整密度比例，B正確；誘導融合體出芽通常使用兩類植物激素，即生長素和細胞分裂素，其中細胞分裂素促進芽的分化起主要作用，C錯誤；感染病毒后，該植物會發(fā)生退化，取生長點附近組織進行培養(yǎng)獲得脫毒苗可降低再生植物感染病毒后品質退化的概率，D錯誤。]1243題號654．兩種遠緣植物的細胞融合后會導致一方的染色體被排出。若其中一個細胞的染色體在融合前由于某種原因斷裂，形成的染色體片段在細胞融合后可能不會被全部排出，未排出的染色體片段可以整合到另一個細胞的染色體上而留存在雜種細胞中。依據該原理，將普通小麥與耐鹽性強的中間偃麥草進行體細胞雜交獲得了耐鹽小麥新品種，過程如下圖所示。下列說法錯誤的是(

)A．過程①需使用纖維素酶和果膠酶處理細胞B．過程②的目的是使中間偃麥草的染色體斷裂C．過程③中常用滅活的病毒誘導原生質體融合D．耐鹽小麥的染色體上整合了中間偃麥草的染色體片段√1243題號65C

[過程①是獲得植物細胞的原生質體，需要用纖維素酶和果膠酶將細胞壁分解，A正確；根據題干信息分析可知，“將其中一個細胞的染色體在融合前斷裂，形成的染色體片段在細胞融合后可能不會被全部排出，未排出的染色體片段可以整合到另一個細胞的染色體上而留存在雜種細胞中，將普通小麥與耐鹽性強的中間偃麥草進行