生物素材：教材梳理植物細胞工程的基本技術

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精庖丁巧解牛知識·巧學一、植物組織培養(yǎng)技術1.植物組織培養(yǎng)：在無菌和人工控制條件下,將離體的植物器官、組織、細胞,培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件,誘導其產生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。要點提示注意此處空半格與植物和低等細胞相比，高等動物體細胞的發(fā)育潛能有顯著差異。雖然在胚胎發(fā)育中,早期胚胎細胞具有發(fā)育的全能性,但隨著分化程度的提高，細胞的發(fā)育潛能也逐漸變窄,細胞的生理活動也逐漸發(fā)生了不同的變化，如細胞的分裂能力逐漸降低，直至失去分裂能力成為末端分化細胞.但是通過細胞核移植技術能使高等動物的體細胞核去分化,重新獲得較高的發(fā)育能力。2.胡蘿卜的組織培養(yǎng)的實驗原理：植物體的根、莖、葉細胞一般都具有全能性,在一定的營養(yǎng)和激素條件下，可以脫分化形成愈傷組織.將愈傷組織轉接到含有不同激素成分的培養(yǎng)基上，就可以誘導其再分化生成胚狀體或叢芽，進而發(fā)育成完整的小植株。植物組織培養(yǎng)的全過程,證明了分化的植物細胞,仍具有形成完整植株所需要的全部基因。疑點突破（1）全能性的含義:生物體的細胞具有使后代細胞形成完整的個體的潛能.（2)全能性的基礎：每個體細胞都含有該物種所特有的全套遺傳物質，都有發(fā)育成為完整個體的全部基因。(3）全能性程度：由高到低依次是,受精卵→生殖細胞→體細胞。(4）生物體內的細胞沒有表現(xiàn)出全能性的原因：基因在特定的時間和空間條件下選擇表達的結果.（5）使其表現(xiàn)全能性的條件：①離體；②營養(yǎng)物質；③激素。知識拓展影響脫分化的一個重要因素是植物激素。當細胞分裂素與生長素共同使用時，能強烈促進愈傷組織的形成，而兩者不同的濃度配比在再分化過程中，分別對誘導根或芽的產生起關鍵作用。當細胞分裂素與生長素濃度比高時，有利于芽的發(fā)生；濃度比低時，有利于根的發(fā)生。二、植物體細胞雜交技術1978年，梅爾切斯等人首次獲得了番茄與馬鈴薯的屬間雜種，他們將培育的二倍體馬鈴薯品系和番茄葉片細胞進行融合，所產生的雜交株被稱為“番茄—馬鈴薯雜種植株”。疑點突破馬鈴薯—番茄沒有像人們預想的那樣，地上長番茄、地下結馬鈴薯，主要原因是：生物基因的表達不是孤立的，它們之間是相互調控、相互影響的，所以馬鈴薯—番茄雜交植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質,但這些遺傳物質的表達受到相互干擾,不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質一樣有序表達，雜交植株不能地上長番茄、地下結馬鈴薯就是很自然的了。植物體細胞雜交就是將不同種的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞,并把雜種細胞培育成新的植物體的技術.體細胞雜交是克服植物有性雜交障礙、打破物種之間的生殖隔離、擴大遺傳重組范圍的一種手段。操作過程包括：原生質體制備、原生質體融合、雜種細胞篩選、雜種細胞培養(yǎng)、雜種細胞再生以及雜種植株鑒定等步驟。要點提示要進行原生質體間的融合，必須要借助一定的技術手段進行人工誘導，方法基本可以分為物理方法(包括離心、振動、電刺激等）和化學方法（一般是用聚乙二醇)兩大類。問題·探究問題1分化的細胞為什么具有全能性？探究：分化的細胞具有全能性，可以從理論上分析細胞的來源——有絲分裂,形成的子細胞核應與受精卵的完全相同：含有該物種所特有的全套遺傳物質，都有發(fā)育成為完整個體必需的全部基因，應該具有全能性。實際上，在體內分化的細胞沒有表達出全能性，原因是基因的選擇性表達.但離體培養(yǎng)時,脫離母體的限制，在一定條件下就能表達.問題2植物組織培養(yǎng)中的愈傷組織是如何形成及再分化的?探究:植物組織培養(yǎng)中使用的外植體一般是高度分化了的細胞，在植物體中是不會再分裂繁殖的,只是執(zhí)行某種功能直至死亡。這些細胞在培養(yǎng)基上培養(yǎng)時會由原來的分化狀態(tài)，變成分生狀態(tài)的細胞，分裂產生愈傷組織，這個過程稱為脫分化過程.這種轉變在細胞的形態(tài)結構和生理生化上都會產生一系列變化.組織培養(yǎng)的研究結果表明分化細胞的脫分化需要兩個條件，即創(chuàng)傷和外源激素。當細胞脫分化形成愈傷細胞后，經過一段時期的分裂，細胞群體又會產生分化，形成分生細胞或分生細胞團,由此再生成植株有兩條途徑：一是形成體細胞胚（功能類似于受精過程產生的胚），通過體細胞胚形成再生植株。二是走器官發(fā)生的途徑再生植株，分生細胞在一定的誘導條件下重建芽的分生組織,分化出芽后再生根，成為完整的植株。問題3植物體細胞雜交過程中,為什么要對獲得的雜種細胞進行篩選?應選擇什么樣的細胞？探究：番茄和馬鈴薯的原生質體融合后,將原生質體轉移到適當?shù)呐囵B(yǎng)基上培養(yǎng)，使原生質體再生出細胞壁。這時，在細胞混合物中不僅有番茄—馬鈴薯雜種細胞，還有番茄細胞、馬鈴薯細胞、番茄—番茄細胞、馬鈴薯—馬鈴薯細胞。而只有番茄-馬鈴薯雜種細胞才同時具有雙親的遺傳物質。典題·熱題例1要將胡蘿卜韌皮部細胞培養(yǎng)成完整植株，下列哪項是不需要的…（）A。具有完整細胞核的細胞B.離體狀態(tài)C。導入外源基因D。一定的營養(yǎng)物質和激素解析：植物組織培養(yǎng)的原理是植物細胞的全能性,全能性必須有全套遺傳物質,即有完整的細胞核.植物細胞只有在脫離了植物體,在一定的外部因素的作用下，經細胞分裂形成愈傷組織，才能表現(xiàn)出全能性，由愈傷組織細胞發(fā)育、分化形成新的植物體.但該植物的組織培養(yǎng)不需導入外源基因。答案：C拓展延伸進行細胞培養(yǎng)時,在離體的植物器官、組織或細胞脫分化增殖的過程中，離體培養(yǎng)條件應與機體基本相同或相似；即需要消毒滅菌、適宜的溫度、pH、適宜的養(yǎng)料和激素等。例2下列有關植物體細胞雜交的敘述，正確的是(）A.植物體細胞雜交的過程實際是細胞核融合的過程B.兩種體細胞的雜交相當于有性雜交C。能夠讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀D。克服了不同生物遠緣雜交不親和的障礙解析：植物體細胞雜交過程是原生質體的融合（包括細胞質的融合、細胞核的融合和細胞膜的融合），以及把雜種細胞培育成新的植物體.植物體細胞不同于生殖細胞，因此體細胞雜交不同于有性雜交，并且由于兩個物種遺傳物質混合后的表達相互干擾，因此雜種植物不能按人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀,這一點與基因工程不同。答案：D例3下列四個選項中，沒有采用植物組織培養(yǎng)技術的一項是（)A。花藥離體培養(yǎng)得到單倍體植株B。秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗得到多倍體植株C?；蚬こ膛嘤目姑掴徬x的棉花植株D。細胞工程培育“番茄—馬鈴薯”雜種植株解析:花藥離體培養(yǎng)是單倍體育種的一項基礎技術,其基本原理就是組織培養(yǎng)?；蚬こ膛嘤瓜x棉的過程中，把目的基因導入受體細胞后,要誘導其分裂、分化，最后發(fā)育為一個植物體,必須經過組織培養(yǎng)才能實現(xiàn).細胞工程培育“番茄—馬鈴薯”雜種植株的過程中，對融合的雜種細胞，也必須經過組織培養(yǎng)才能形成雜種植株?？梢?，組織培養(yǎng)是生物工程中的基礎技術手段.而利用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗得到多倍體植株，沒有利用到組織培養(yǎng)技術。答案：B例4在離體的植物器官、組織或細胞脫分化形成愈傷組織的過程中，下列哪一項條件是不需要的()A。消毒滅菌B。適宜的溫度C.適宜的養(yǎng)料和激素D。充足的光照解析：形成愈傷組織,需要在消毒滅菌的條件下進行，因為只有在消毒滅菌的條件下,才能保證培養(yǎng)出的組織細胞避免感染，否則培養(yǎng)基內將長出許多霉菌，與離體細胞爭奪營養(yǎng)與生存空間，不能形成愈傷組織。由于此階段形成的是愈傷組織，并沒有形成具有根、莖、葉的植物體，因此不需要光照。答案：D誤區(qū)警示對于植物組織培養(yǎng)來說，光照條件非常重要,包括光照強度、時間和波長.但在愈傷組織的誘導階段往往要暗培養(yǎng)，而在分化再生的過程中一定要有光照.愈傷組織誘導階段的暗培養(yǎng)有利于細胞的脫分化產生愈傷組織,如果在