2019屆江蘇專版高考生物一輪復(fù)習(xí)第十四單元細胞工程胚胎工程第43課時細胞工程概述和植物細胞工程講義

江蘇版生物第43課時細胞工程概述和植物細胞工程考綱內(nèi)容要求命題特點備考指南植物的組織培養(yǎng)B

考查內(nèi)容:植物組織培養(yǎng)技術(shù);植物體細胞雜交技術(shù)

考查形式:以選擇題的形式考查植物組織培養(yǎng)的過

程及應(yīng)用;以選擇題的形式

考查植物體細胞雜交的知

識(1)聯(lián)系細胞全能性的知識,

理解植物組織培養(yǎng)的原

理、條件和過程(2)結(jié)合流程圖,掌握植物體

細胞雜交的原理、過程考綱導(dǎo)學(xué)

考點一細胞工程概述一、細胞工程的概念和分類1.概念:是指應(yīng)用細胞生物學(xué)和①

的原理和方法,通過細胞

水平或②

水平上的操作,按照人的意愿來改變細胞內(nèi)的③

或獲得④

的綜合性技術(shù)。2.分類:(1)根據(jù)操作對象的不同,可以將細胞工程分為:⑤

和⑥

等。教材研讀分子生物學(xué)細胞器

遺傳物質(zhì)

細胞產(chǎn)品植物細胞工程動物細胞工程(2)根據(jù)所使用技術(shù)的不同,可以將細胞工程技術(shù)分為:⑦

、⑧

和細胞核移植技術(shù)等。二、細胞工程的基本技術(shù)1.植物組織培養(yǎng)技術(shù):是指依據(jù)⑨

原理,在無菌條件下,分離

植物的器官、組織、細胞或原生質(zhì)體,并在培養(yǎng)基上培養(yǎng),在適宜的條件下

使其發(fā)育成部分或完整植株的技術(shù)。2.細胞融合技術(shù):是采用自發(fā)或人工的方法使兩個或多個細胞融合為⑩

的技術(shù),常用的促融合方法有生物法、化學(xué)法和物理法等。植

物細胞融合前還需要用

等去除細胞壁。植物組織培養(yǎng)技術(shù)細胞融合技術(shù)細胞全能性

一個細胞纖維素酶3.細胞核移植技術(shù):動物細胞核移植技術(shù)是把一個動物細胞的細胞核移入

一個已經(jīng)

的卵母細胞中,使其重組并發(fā)育為一個新的胚胎,最終發(fā)育為一個動物個體的技術(shù)。去除細胞核

考點二細胞工程的應(yīng)用1.植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用(1)快速繁殖:植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以保持優(yōu)良植物品種的①

。植物組織培養(yǎng)時,需要嚴格執(zhí)行一定的程序,幼苗在實驗室的培養(yǎng)瓶中

生長發(fā)育,整個生產(chǎn)過程實現(xiàn)微型化、精密化,所以又稱為“微型繁殖技

術(shù)”。(2)培育無病毒植物:植物②

細胞中極少含有病毒甚至不含病

毒。采用培養(yǎng)莖尖③

的方法或結(jié)合熱處理法,通過組織培養(yǎng)除

去絕大多數(shù)植物的病毒,可以大量繁殖無病毒植物。遺傳特性分生組織生長點(3)人工種子:是指將在植物組織培養(yǎng)中得到的④

、不定芽、頂

芽或腋芽等,包埋在具有養(yǎng)分和保護功能的包被中,得到的在適宜的條件下

能夠生根發(fā)芽的⑤

。優(yōu)點是生產(chǎn)上不受⑥

的制

約;繁殖速度快;有利于保存該種系的優(yōu)良性狀;方便⑦

。2.植物細胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用(1)植物細胞代謝產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)利用植物細胞培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)具有生理活性的植物細胞次生代謝產(chǎn)物,不僅

⑧

,而且不受季節(jié)、外部環(huán)境等條件的限制。(2)單倍體育種通過花藥離體培養(yǎng)獲得單倍體,再經(jīng)過人工誘導(dǎo)獲得純合子,培育作物新品

種。胚狀體顆粒體環(huán)境因素貯藏和運輸

快速、高效

1.(2015江蘇單科,20A)胚狀體是外植體在培養(yǎng)基上脫分化形成的一團愈傷

組織。

()2.(2013江蘇單科,11D)采用幼葉、莖尖等部位的組織進行組織培養(yǎng)。

()3.棉花根尖細胞經(jīng)誘導(dǎo)形成幼苗能體現(xiàn)細胞全能性。

()4.花粉植株培育的原理是花粉粒細胞具有全能性,其技術(shù)是植物組織培

養(yǎng)。

()5.在脫分化和再分化過程中均需要進行光照。

()6.用人工薄膜將愈傷組織包裝,可制成人工種子。

()7.植物體任何部位的活細胞均可作為組織培養(yǎng)的外植體。

()?√√√???8.不同培養(yǎng)階段的培養(yǎng)基中生長素與細胞分裂素的比例應(yīng)不同。

()9.用酶解法將愈傷組織分離成單細胞時,常用的酶是纖維素酶和果膠酶。

()√√突破一植物組織培養(yǎng)

1.細胞全能性(1)原理:細胞內(nèi)含有本物種全部的遺傳信息。(2)體內(nèi)細胞全能性不表達的原因:基因在特定的時間和空間條件下選擇性

表達。(3)細胞全能性表達的條件:具完整細胞結(jié)構(gòu),離體,無菌,一定的營養(yǎng)、激素

和其他適宜的外界條件。(4)細胞全能性大小與細胞分化程度成反比。(5)全能性大小:考點突破受精卵>生殖細胞>體細胞。(動物細胞全能性受限制,但細胞核具有全能

性)。2.植物激素在組織培養(yǎng)中的作用在配制好的MS培養(yǎng)基中,常常需要添加植物激素,其中生長素和細胞分裂

素是啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵性激素。植物激素的濃度、

使用的先后順序以及用量的比例等,都會影響實驗結(jié)果。(1)按照不同的順序使用這兩類激素,會得到不同的實驗結(jié)果。使用順序?qū)嶒灲Y(jié)果先使用生長素,后使用細胞分裂素有利于細胞分裂,但細胞不分化先使用細胞分裂素,后使用生長素細胞既分裂又分化同時使用分化頻率提高生長素與細胞分裂素的用量比值植物細胞的發(fā)育方向比值高有利于根的分化、抑制芽的形成比值低有利于芽的分化、抑制根的形成比值適中促進愈傷組織的形成(2)當同時使用這兩類激素時,兩者用量的比例影響植物細胞的發(fā)育方向。

知能拓展

植物組織培養(yǎng)的條件①無菌:由于培養(yǎng)基的營養(yǎng)十分豐富,微生物極易在培養(yǎng)基上生長繁殖,因

此,需要對外植體采用酒精、過氧化氫等進行消毒,消毒后的外植體需要用

無菌水充分沖洗,以避免消毒劑對外植體生長分化產(chǎn)生影響。在整個植物

組織培養(yǎng)過程中都需要保持嚴格的無菌條件。②培養(yǎng)基:植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基無機營養(yǎng)包括水和無機鹽,有機營養(yǎng)包括

蔗糖、維生素和氨基酸等。激素包括生長素和細胞分裂素。當生長素∕

細胞分裂素這一比例大時,主要誘導(dǎo)根原基的形成;比例小時,主要誘導(dǎo)芽

原基的形成。因此激素的含量是培養(yǎng)基配制的關(guān)鍵所在。③選材:所選材料的組織細胞要具有分裂能力。④環(huán)境條件:在脫分化形成愈傷組織時,要在黑暗條件下培養(yǎng)。在有光條件

下容易分化產(chǎn)生維管組織,不利于產(chǎn)生大量的愈傷組織。而再分化時,則一

定要有光照,因為有光條件下植物才能進行光合作用,為植物提供營養(yǎng)?？枷蛞赃x擇題的形式考查植物組織培養(yǎng)過程(2015江蘇南通一調(diào),17,2分)科學(xué)家能利用胡蘿卜組織在實驗室中培育出完

整的胡蘿卜植株。此過程中不需要

(

)A.制備含蔗糖等有機營養(yǎng)物質(zhì)的固體培養(yǎng)基B.對離體的組織要進行快速消毒C.使用胰蛋白酶處理制備細胞懸液D.控制光照及培養(yǎng)基中植物激素的種類和含量分),如蔗糖和植物激素(生長素和細胞分裂素),而且需加入瓊脂制成固體培

養(yǎng)基;植物組織培養(yǎng)需要無菌無毒條件,需要對離體的組織要進行快速消

毒,對培養(yǎng)基進行滅菌;植物組織培養(yǎng)不需要制備細胞懸浮液;外植體的脫

分化和再分化與培養(yǎng)基中的植物激素的種類及其比例有密切關(guān)系,如細胞

分裂素和生長素的濃度和比例不同,誘導(dǎo)生根和發(fā)芽的能力不同,另外愈傷

組織的誘導(dǎo)往往需要暗培養(yǎng),再分化一定要有光照,D正確。?答案

C植物組織培養(yǎng)需在培養(yǎng)基中加入一定的營養(yǎng)(無機、有機成突破二植物體細胞雜交

1.概念:指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(shù)。2.原理:細胞膜的流動性和植物細胞的全能性。3.過程:

(1)過程①為去除細胞壁獲得具有活力的原生質(zhì)體,常用方法是酶解法,所用

到的酶是纖維素酶和果膠酶。(2)過程②是原生質(zhì)體的融合,人工誘導(dǎo)融合的物理法包括離心、振動、電

激等;化學(xué)法一般用聚乙二醇(PEG)作誘導(dǎo)劑。(3)過程③是原生質(zhì)體融合后再生出細胞壁,這是原生質(zhì)體融合成功的標

志。(4)植物體細胞雜交的意義:克服遠緣雜交不親和的障礙,培育作物新品

種。

知能拓展

植物體細胞雜交過程中雜種細胞類型及檢測方法(1)誘導(dǎo)產(chǎn)物(假設(shè)用于雜交的兩種植物細胞分別為A、B)①未融合的細胞:A和B;②兩兩融合的細胞:AA、BB和AB;③多細胞融合體。(2)檢測方法:對誘導(dǎo)產(chǎn)物中的細胞進行植物組織培養(yǎng),然后根據(jù)得到的植

物性狀進行判斷。①若只表現(xiàn)出一種植物的性狀,說明是未融合細胞。②若得到的是具有兩種親本性狀的植物,說明是雜種植株。③若得到的是兩種親本性狀的植物,且一種植物的性狀得到加強,則是多

細胞融合體。④若得到的是一種植物的性狀,但是效果得到加強,則是同種細胞融合的結(jié)

果。名稱植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交原理細胞的全能性細胞膜具有一定的流動性和細胞的全

能性4.植物體細胞雜交與植物組織培養(yǎng)的比較過程離體的植物器官、組織或細胞

愈傷組織

根、芽或胚狀體

植物體植物細胞A

原生質(zhì)體A原生質(zhì)體B?

融合的原生質(zhì)體AB

植物細胞B雜種細胞AB

雜種植株

愈傷組織注意事項(1)取材:選取有形成層的部位最容易

誘導(dǎo)形成愈傷組織(2)光照:在愈傷組織的誘導(dǎo)階段往往

要暗培養(yǎng),有利于細胞的脫分化產(chǎn)生

愈傷組織。當愈傷組織分化出芽和葉

時,一定要有光照,有利于葉片內(nèi)葉綠

素的合成(1)去壁方法:酶解法,所用的酶是纖維

素酶和果膠酶(2)人工誘導(dǎo)融合的方法:物理法:離心、振動、電激化學(xué)法:聚乙二醇

易混辨析

植物體細胞雜交和有性雜交的比較①植物體細胞雜交:若兩個不同品種的植物細胞A、B進行融合,A含有2X

條染色體,2個染色體組,基因型為Aabb,B含有2Y條染色體,2個染色體組,其

基因型為ccDd,則新植株應(yīng)為四倍體,其體細胞中染色體數(shù)為2X+2Y,基因型

為AabbccDd。從中不難看出,體細胞雜交即兩個細胞融合成一個細胞,不

管是染色體數(shù)、基因型還是染色體組都采用直接相加的方法。②植物的有性雜交:植物有性雜交是利用遺傳性狀不同的親本進行交配,以

組合兩個或多個親本的優(yōu)良性狀于雜種體中,并經(jīng)過基因的分離和重組,產(chǎn)

生各種性狀的變異類型,從中選擇出最需要的基因型,進而創(chuàng)造出對人類有

利的優(yōu)良品種。根據(jù)雜交親本間親緣關(guān)系的遠近,有性雜交又分為近緣雜

交和遠緣雜交兩大類。前者是指同一植物種內(nèi)的不同品種之間的雜交,后

者指在不同植物種或?qū)匍g進行的雜交,包括野生種和栽培種之間的雜交。③有性生殖過程中性狀的遺傳符合孟德爾遺傳規(guī)律,而植物體細胞雜交性

狀的遺傳不符合孟德爾遺傳規(guī)律。

考向以選擇題的形式考查植物體細胞雜交的知識1.如圖表示通過植物體細胞雜交技術(shù)培育番茄—馬鈴薯的流程圖.相關(guān)敘

述錯誤的是

(

)

A.圖中①至⑤過程涉及細胞的分裂和分化,但不涉及減數(shù)分裂B.②過程常用的方法有電激、PEG誘導(dǎo)和滅活病毒誘導(dǎo)C.激素的濃度和比例可以調(diào)控④⑤過程中細胞的脫分化和再分化D.圖中依據(jù)的生物學(xué)原理有細胞膜的流動性和植物細胞的全能性

答案

B圖中①至⑤過程表示植物體細胞雜交,涉及細胞的分裂和分化,但不涉及有性生殖過程的減數(shù)分裂,A正確;②過程常用的方法有電激、

PEG誘導(dǎo),但不采用滅活的病毒,B錯誤;生長素和細胞分裂素的濃度和比例

可以調(diào)控④⑤過程中細胞的脫分化和再分化,C正確;植物體細胞雜交技術(shù)

依據(jù)的原理有細胞膜的流動性和植物細胞的全能性,D正確。2.(2015江蘇徐州質(zhì)量檢測,19,2分)下面關(guān)于植物體細胞雜交技術(shù)的說法,不

正確的是

(

)A.必須有纖維素酶和果膠酶的存在B.要經(jīng)過組織培養(yǎng)的過程C.可以實現(xiàn)種間或種內(nèi)雜交D.原生質(zhì)體融合必須借助誘導(dǎo)劑

答案

D在進行植物體細胞雜交時,要除去細胞壁才能進行原生質(zhì)體的融合。植物細胞細胞壁的主要成分是纖維素和果膠,利用纖維素酶和果

膠酶就可除去細胞壁。植物體細胞雜交主要指種間雜交,也可以進行種內(nèi)

雜交。原生質(zhì)體融合時可以借助誘導(dǎo)劑,如聚乙二醇,也可以采用物理法,

如離心、振動、電激等。在完成體細胞雜交形成雜種細胞后,再通過組織

培養(yǎng)的過程,產(chǎn)生新個體。突破三植物細胞工程的應(yīng)用

1.微型繁殖:不僅可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性,還可以高效快速地實現(xiàn)種

苗的大量繁殖。2.脫毒植物的培養(yǎng)與檢測(1)培育脫毒植株的原因:生產(chǎn)上許多無性繁殖作物均受到病毒的侵染,從

而導(dǎo)致品種嚴重退化、產(chǎn)量降低和品質(zhì)變差。(2)培育方法:利用植物分生組織進行培養(yǎng),可以使新長成的植株脫除病毒。(3)原理:莖尖等新生組織中不帶病毒(病毒在植物體內(nèi)分布不均勻);植物細

胞的全能性。(4)檢測病毒存在的方法:①在分子水平上用DNA分子雜交技術(shù)檢測病毒的基因;②在分子水平上利用抗原—抗體的雜交反應(yīng)檢測病毒的蛋白,進而判斷病

毒是否存在;③在個體水平上通過采用病毒侵染、觀察個體是否發(fā)生病變的方法進行

檢測。3.人工種子下圖是人工種子的結(jié)構(gòu)示意圖。

(2)人工胚乳中可以加入適量的養(yǎng)分、無機鹽、有機碳源以及農(nóng)藥、抗生

素、有益菌等,以利于胚狀體生長發(fā)育成幼苗。(3)人工種子的優(yōu)點①解決了某些作物品種繁殖能力差、結(jié)子困難或發(fā)芽率低等問題。②固定雜種優(yōu)勢。天然種子由于在遺傳上具有因減數(shù)分裂引起的重組現(xiàn)

象,因而會造成某些遺傳性狀的改變,而人工種子則可以完全保持優(yōu)良品種

的遺傳特性。③快捷高效的繁殖方式。天然種子在生產(chǎn)上受季節(jié)的限制,一般每年只能

繁殖1~2次,有些甚至十幾年才繁殖一次,而人工種子生產(chǎn)不受季節(jié)限制,而

且快捷高效。(1)獲取方法:以植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料,用人工薄膜包裝。④可控制植物的生長發(fā)育與抗逆性。針對植物種類和土壤條件,在人工種

子的包裹中還可以加入適量的養(yǎng)分、無機鹽、有機碳源以及農(nóng)藥、抗生

素、有益菌等。⑤用人工種子播種