植物细胞工程的应用
摘要：使用细胞大规模培养技术可以在可控的和可重复的条件下生产天然产物，而不会受到病虫害、地理、气候、季节等因素的影响，并且产物分离、提取操作相对简单。同时也将对保护人类的生存环境起到重要作用。本文介绍了植物细胞工程在制药、食品、杀虫剂、化工、环境等方面的应用,主要介绍了植物
的次生代谢物质在上述一些方面所占的重要地位。
关键词：植物细胞工程植物的次生代谢物质生物制药植物性杀虫剂
细胞工程学是以细胞生物，组织或器官为研究对象，运用工程学原理，按照预定目标，改变生物形状，生产生物产品，为人类生产或生活服务的科学。植物细胞工程是在植物细胞全能性的基础上，以植物细胞为基本单位，在体外条件下进行培养，繁殖人为的精细操作，使细胞的某些生物学特性按照人们的意愿发生改变，从而改良品种或创制新种，或加速繁殖植物个体，或获得有用产物的过程统称植物细胞工程。
植物中含有大量的次生代谢物质，可为人类提供药品、色素、调味剂、香料、兴奋剂、杀虫剂等，仅就药物而言，美国现有一百二十多种处方药是植物药，欧洲也约有四分之一的处方药来自植物。这些天然产品与人类生活息息相关，有很大的实用价值；其中有部分具有特殊用途，且极难得到，价格昂贵。从植物中生产这些物质存在很多缺点，植物受气候地理和季节的限制，其质量和产量受不可预测的环境因素影响，分离过程复杂而耗资很大。植物细胞培养主要集中在制药工业中的一些价格高﹑产量低﹑需求量的的化合物上（如紫杉醇﹑长春碱﹑紫草宁等），其次是油料（如小豆蔻油﹑春黄菊油等）﹑食品添加剂（如生姜﹑洋葱﹑香子兰等）﹑色素（如番红花﹑姜黄等）﹑调味剂（胡椒﹑留兰香等）﹑饮料（咖啡﹑可可
等）﹑树胶（如阿拉伯树胶等）等。
二十世纪七八十年代以来,植物组织培养、植物原生质体培养等各种植物培养技术与植物细胞培养技术共同发展,在培养基配方、环境条件控制、悬浮培养技术等研究方面相互借鉴、相互促进;而大规模培养技术方面,得益于微生物发酵技术的飞速发展,各种各样的反应器如气升式、气泡柱式、模式等反应器相继得到应用,使得植物细胞大量培养的研究迅速得到借鉴发展。目前，利用细胞工程生产药物是细胞工程研究开发中最活跃、进展最快的一个产业。大规模植物细胞培养技术经过几十年的努力研究,已取得很大的进展,有些药用植物种类已实现工业化生产,如从希腊毛地黄细胞培养物通过生物转化生产地高辛细胞培养、从日本黄连物中生产黄连碱、从人参根细胞中生产人参皂甙等;相当种类的药用植物细胞大量培养已达到中试水平,如长春花生产吲哚生物碱、丹参生产丹参酮、青蒿生产青蒿素、红豆杉生产紫杉醇、紫草生产萘醌、三七生产皂甙等等。目前大多数植物细胞大规模培养生产药物距商业化生产还有一定差距,主要是由于:（1）植物细胞的生长周期长,易污染。（2）植物细胞对生物反应器的设计装置要求较高。（3）高产细胞株较难获得。目前据报道只有二十多种植物的细胞培养物,其次生产物含量超过原植物,原因被认为是培养细胞的形态分化受到抑制,而大多数次生产物要在分化了的细胞中产生。由于以上的问题,加上与之相比,直接提取法成本很低,所以在很大程度上限制了大规模植物细胞培养技术生产药物走上商业化生产的步伐。但是,对一些不易栽培、稀少、不能或难以化学合成、有很高应用价值的药物,如紫杉醇,用这种方法开展研究进行生产还是很有商业价值的,而且从长远和环境保护的角度看,它应该有非常广阔的商
业前景。
植物品种改良的主要目的是获得高产、优质和具有高抗性的优良品种。植物细胞工程在育种方面、通过单倍体育种技术，已培育出二百六十多种植物的单倍体植株；通过体细胞培养，筛选了多个具高抗性和高营养的体细胞突变体；通过体细胞杂交已获得多个种间、属间或科间的体细胞杂种植物。根据根瘤与
豆科植物根系有共生关系的原理．使用根瘤菌接种花生、玉米等旱生作物，试验根瘤菌能否与旱生作物有共生关系和共生条件；除豆科植物外，寻找在自然界中能与农作物有共生关系的固氮菌，并研究有利于共生的条件；通过适应性变异、原生质体融合等途径创造出能直接利用分子氮的谷类、蔬菜等作物，降低农业成本，提高粮食与蔬菜中的蛋白质含量。光合作用是绿色植物通过叶绿体把太阳能转换成化学能的生物合成过程。如果能通过改造叶绿体的生物功能，培育出在沙漠、山坡、水涝和高盐等不同自然条件下高效率转换太阳能的速生植物，将对发展畜牧业与生物能源产生巨大的作用。再者，利用细胞工程进行抗旱和抗盐作物的研究也具有十分诱人的前景。植物细胞工程是细胞工程中比较活跃、进展比较快的一个领域，它和其他植物育种技术密切结合，已形成了一条植物—细胞—植物的生产途径．加速了植物品种改良。
半个多世纪以来，有机合成杀虫剂的广泛使用，逐渐产生了严重的3R问题，即害虫抗药性、残留、害虫在猖濒。因此人们把目光转向了与环境有较高和谐度的植物性杀虫剂，由于利用植物细胞培养生产具有杀虫、杀菌活性成分的植物源农药与传统的化学农药相比有许多无可比拟的优点，所以细胞工程在这方面的应用也成为国内外研究的热点。近二十年来，国内外都投入了大量的人力、物力致力于植物园农药的研究与开发。国外对印柬、菖蒲、番荔枝等杀虫植物进行了较多的研究，其中尤以对印间的研究最为深入系统。国内在此方面的研究进展也较快，对川柬、苦皮藤、砂地柏、马桑、黄杜鹃、紫背金盘、苦参、八角茴香等多种植物都进行了详细的研究。应用细胞工程生产的新型农药在农作物病害的防治方而已取得一些可喜成果，番茄花叶病是一种较普遍的病害。人们将番茄花叶病病毒经亚硝酸诱变，培育成亚硝酸突变体N14，它是一种防治番茄花叶病病毒的弱毒疫苗。在番茄幼苗移栽前，只要把幼苗根部浸入含有该弱毒苗的液体中处理1min，移栽后长出的番茄植株就有抗病能力。这种新型的植物性杀虫基因期货形成分为天然物质，使用后以降解，对环境污染小；对害虫不易产生抗药性；对人和高等动物无害且开发成本低，故
可对当今的环境污染有一定的缓解作用。
当今食品使用的甜味剂主要是砂糖，由甘蔗与甜菜提取制备而成：如何通过细胞工程生产新型甜味剂以及食用天然色素、维生素已成为研究开发的重点。大规模培养植物细胞生产调味品、香料、维生素和有机酸等将会有较大发展。自1984年日本三进石油化学公司利用紫草宁细胞培养生产的紫草宁色素研制出壳世界第一支生物口红后，利用细胞培养生产色素及化妆品也有了很大的发展。如通过长春花植物细胞悬浮培养可获得用于化妆品原料的高质量的熊果苷，用人参细胞大规模培养生产的人参提取液及人参皂苷在化妆品中已广泛地用作营养添加剂，此外还有植物细胞培养的甘草提取物等都在化妆品中应用广泛。
石油成为化工原料的主要来源是不可再生的有限资源，各国对化工原料主要依靠石油的现状感到不安，而植物通过光合作用，合成糖，再转化为淀粉、维生素、木质素等，都是再生资源，取之不尽，用之不竭。人类日常生活和工农业生产上采用的能源主要有：①化石能源；③水力、风力和潮汐能源；③原子能；④再生能源。再生能源是指植物(包括农作物、树木、牧草和藻类等)利用太阳能进行光合作用所积累的有机物，主要组分为纤维素、半纤维素和木质素等，这是传统家庭生活的主要能源。也是今后值得重视并进行合理研究开发利用的能源。再生能源的开发利用是细胞工程的研究热点之一。细胞工程在再生能源开发利用上的作用表现在两个方面：①培育能高效转换太阳能的植物，即具有高效率光合作用的植物；②和基因工程相结合，培育出能高效发酵纤维素产生乙醇等替代能源的高效菌种。
如果说二十世纪的植物细胞工程主要是科学研究阶段的工作，产业建设尚处在初创阶段，那么。二十一世纪的植物细胞工程将进入广泛的大规模产业化阶段，是对人类社会做出贡献的时期。在农业上，植物细胞工程培育的高产、优质、抗逆的植物新品种，将与基因工程技术培育的新品种一样，不断拉进农业生产的发展。医药卫生方面。细胞工程药物(包括药物、疫苗和基因治疗等)将与化学药物和中医药物三足鼎立，有效地为人类健康、延年益寿服务。特别是以基因工程和细胞工程培育的动植物来大量生产药物、疫苗或其他生物产品，无疑将会使传统的制药等工业生产方式发生重大变革。细胞工程在解决环境和能源
危机方面，也将发挥更大的作用并形成产业化。
所谓细胞工程，是指以细胞为基本单位进行培养、增殖或按照人们的意愿改造细胞的某些生物学特性，从而创造新的生物和物种，以获得具有经济价值的生物产品。它主要由两部分构成，其一是上游工程，包含细胞培养、细胞遗传操作和细胞保藏三个步骤。另一个则是下游工程，是将已转化的细胞应用到生产实践中去，以生产生物产品的过程。顾名思义，植物细胞工程，当然就是针对植物细胞的细胞工程了，它是细胞工程的一个重要组成部分。
自1904年Hanning成功培养离体胚以来，伴随着相关理论与技术的飞速发展，植物细胞工程也取得了巨大的成就。现在，我们已经可以利用细胞融合及DNA 重组等现代生物技术从细胞和分子水平改良现有品种甚至于组建新品种。1983年转基因植物问世，并于1986年起被批准进入田间试验，美国APHIS到97年1月31日已批准多达两千五百八十四例田间试验。不仅如此，一些转基因植物已经开始进行商业化生产。从1994年Calgene公司的延熟番茄FLAVRSAVRTM 成为首例被批准进行商业化生产的转基因作物开始，其后截止至1997年1月，美国已批准十七例，加拿大十八例，澳大利亚四例，日本七例。我国农业部也已于97年上半年批准了转基因延熟番茄的商业化。由此可见，植物细胞工程将对我们的生活产生越来越大的影响，我们应对此加以重视，了解一些新的研究成果及新技术，以求在生物工程这个二十一世纪的龙头产业中占有一席之地。
植物细胞工程涉及诸多理论原理及实际操作技术，首当其冲的自然是培养技术，也就是将植物的器官、组织、细胞甚至细胞器进行离体地、无菌的培养。它是对细胞进行遗传操作及细胞保藏的基础。此类技术发展起步较早，相对而言已比较成熟，各种培养基制备及很多操作方法已经基本规范化。针对植物的培养主要有植物组织培养、植物细胞培养、花药及花粉培养、离体胚培养以及原生质体培养这几个大类，每一种都还可可以继续细分为更具体的小类。组织培养首先将外植体分离出来，然后在无菌及适当条件下培养以诱导出愈伤组织，另外在愈伤组织随外植体生长一段时间后还需要进行继代培养，以避免代谢产物积累及水分散失等因素的影响。细胞培养可分为悬浮细胞培养、平板培养、饲养层培养和双层滤纸植板几类，它们都是将选定的植物细胞于适当的条件下进行培养，以得到大量基本同步化的细胞，为遗传操作提供材料。花粉及花药培养主要是使花粉改变正常发育途径而转向形成胚状体和愈伤组织，从而产生单倍体植株。离体胚培养有幼胚与成熟胚培养两类，通过使用相应的培养基使离体胚正常的萌发生殖，以供研究和操作使用。原生质体的培养则是一切利用原生质体进行遗传操作的基础，它是将取得的植物细胞去除细胞壁形成原生质体后进行培养，具体方法与细胞培养有一定的相似之处。作为后继操作的基础，培养技术的选择是非常重要的。采用适当的培养方法可以更好地进行遗传操作和保存细胞，而错误的选择是有可能影响结果甚至导致试验和生产失败，造成时间和金钱的浪费。
仅仅对细胞进行培养是不够，要使培养的细胞能为人类服务，就要对其进行一定的改造，这就涉及到了细胞的遗传操作。可以说，遗传操作是整个细胞工程中最为重要也最具挑战性的一环。它极大的依赖于理论原理、操作技术以及设备的发展。随着基因组学的发展，各项基因组计划正在紧锣密鼓地进行，由于DNA 序列分析方法的革新，诸如高效毛细管自动化测序、DNA芯片法以及大规模平
行实测法的应用大大加快了基因组计划的进程。拟南芥基因组计划将于2004年完成，水稻、番茄和玉米基因组的测序也正在进行。是类计划所提供的信息将不断定位大量有价值的基因，而最近的研究还表明影响作物产量的可以是单基因的改变而不仅仅是多基因决定。所有这一切的基础研究都为遗传操作提供了更多、更准确的理论依据。实验技术的发展则使精确、高效的遗传操作变得更加方便。将外源DNA导入靶细胞的方法不断完善，除了以前经常使用的质粒载体、病毒载体、转座因子和APC（酵母人工染色体）等途径外，通过lipoplex\polyplex
介导、裸DNA、"基因枪"、超声波法和电注射法等非病毒方式转换细胞的方法也开始被广泛的使用；细胞融合方法已被不断的改进，融合率增大；细胞诱变也取得了较大的进展，诱变方式不断增加。这些理论和技术的发展都为更好的改造细胞创造了条件。
培养或改造好的细胞是进行研究和生产的基本材料，为了使其不致死亡并尽量保持优良的特性，就需要进行适当的保藏。一般是根据细胞的特点，人工创造条件使其生长代谢活动尽量降低，处于休眠状态，以抑制增殖和减少变异。作为世界上最大的细胞库，ATCC早在92年就已经有了三千两百多个细胞系入库，而且数量还在不断增加。此外还有CSH(美)、NCTC(英)、NRRL(英)、KCC(日)等著名的保藏机构，国内也有一些较为大型的机构，足见各国对细胞保藏的重视。由于植物细胞有其自身的特点，因而其保藏方法不可能与微生物完全相同。通常采用的方法是液氮超低温保藏方法。这种方法利用液氮的温度可以达到零下一百九十六是使度，远远低于一般细胞新陈代谢作用停止的温度（零下一百三十摄氏度）从而使细胞的代谢活动停止，化学作用随之消失，达到长期保藏的目的。操作时要注意从常温到低温的过渡，以使细胞内的自由水通过膜渗出，避免其产生冰晶而损害细胞。另外还有低温冻藏法及其他一些保藏方法，但多用于短期保藏。细胞工程的目的，是得到人们所需要的生物产品。要使已经改造好的细胞产生大量具有经济价值的产物，就必须依靠下游加工过程，也就是我们常说的下游工程。它的作用就是大量培养细胞，并从培养液中分离、精制出有关的生物化工产品。由于植物细胞的高度易碎性，对剪切力的敏感、细胞有去分化和聚集作用，增殖时间长等独特性，使其大规模培养技术明显比微生物和动物细胞的发展缓慢。但通过不懈的努力，现在已经具备在2万升规模的生物反应器中培养烟草细胞的能力。而日本的三井石化也已经在使用七百五十升发酵罐通过培养植物细胞而生产紫草宁，且产量较高，可满足全日本百分之四十上的需要。相信随着理论以技术的不断完善，植物细胞的大规模的培养将会很快的成为一种常规的生产手段。培养后的培养物经过处理后被分离、提纯。分离和精制过程所需的费用在整个生产过程中的占有很大的比例，一般为百分之六十，有些甚至高达百分之八十至百分之九十，而且还有继续加剧的取向。因此该过程的落后也可能阻碍细胞工程的发展。世界各国现在已经都比较重视这个问题，英国早在83年就发起了生物分离计划(BIOSEP)，专门研究分离与精制，我国也曾经召开过专门会议。分离与精制的困难是由于培养液自身的理化特性所决定，这就需要在上游工程时就考虑到这方面的问题，同时不断推出新的分离纯化技术及方法，从而简化过程、降低成本，这在实际生产中是很重要的。
诚然，细胞工程的伟大和神奇确实令人惊叹不已，但随着这一类技术的迅猛发展，基因产品的广泛应用，其安全性已引起了人们的广泛关注。虽然从本质上来
讲，转基因植物和常规育成的品种是一样的，两者都是在原有品种的基础上对其一部分进行修饰，或增加新特性，和消除原来的不利性状，但是，以前所用的有性杂交仅仅局限于种类和近缘种之间，而转基因植物却大胆突破了这一局限，其外源基因可以来自植物、微生物甚至动物。在这种情况下，人们对可能出现的新组合、新性状是否会影响人类健康和生物环境还缺乏足够的认识和经验。至少从目前来说，我们还不可能很精确的预测某一个外源基因在新的遗传背景中会产生什么样的相互作用。并且，转基因植物还可以对它所在的环境产生一定的影响。比如现在应用最多的抗除草剂基因就可能通过同属野生植物异花传粉而逐渐扩散进入自然界，从而使杂草的控制变得更加困难；而抗虫、抗病基因也有可能通过类似的途径转移到环境，给野生种群带来选择优势而变得无法收拾。虽然现在一般通过生殖隔离（设置缓冲作物带和隔离区）来防止基因漂流至临近作物，但若进行大规模生产和推广时就会难于加以控制。另外，转基因作物还可能造成对微生物的影响，Hoffman等就曾发现转基因油菜中的基因可转至黑曲霉中，虽然机制还不明确，但至少存在这个事实。自然界中存在着植物病毒间异源重组，病毒的异源包装（转移包装）可以改变其宿主范围。转基因植物表达的病毒外壳蛋白在体外实验中可以包装入侵的另一种病毒的核酸，产生一种新病毒，虽然在小规模的田间实验中并未发现这种情况，但长期的大规模生产应用中是否也是怎样呢？此外，公众对转基因植物的接受性和标签问题得到也是我们应该考虑的问题。
由此可见，细胞工程是一柄双刃剑，在造福于人类的同时也可能毁灭人类，甚至整个地球。这就要求我们在大力发展的同时注意其安全性，不断完善理论以技术，使其更好地为人类服务
选修三植物细胞工程习题 一、单选题 1.下列有关植物细胞全能性的叙述，不正确的是（） A．植物体内某些体细胞没有表现出全能性，原因是所含基因在特定的时空条件下选择性表达各种蛋白质 B．高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性 C．植物细胞的全能性是植物体细胞杂交的理论基础 D．植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全部基因 2.植物细胞工程中的叙述中不正确的是是指（） A．植物组织培养是指离体的植物器官、组织或细胞培养成完整植物体 B．植物体细胞杂交的结果是产生杂种细胞 C．重压方法是不能人工诱导原生质体融合的． D．用植物组织培养技术，可以培养或生产出食品添加剂、无病毒植物、人工种子 3.如图是“白菜一甘蓝”杂种植株的培育过程。下列说法正确的是（） 甘蓝—”植株不能结子A．图示“白菜B．愈伤组织有叶绿体，代谢类型是自养需氧型．上述过程中包含着有丝分裂、减数分裂和细胞分化等过程C 杂种植株具有的性状是细胞全能性表达的结果—甘蓝”D．“白菜）（ 4.在植物细胞工程中原生质体融合成一个细胞后，需诱导产生细胞壁，参与该过程的细胞器是．线粒体、高尔基体 B ．叶绿体、高尔基体 A D．线粒体、内质网C．叶绿体、线粒体 科学家把天竺葵的原生质体和香茅草的原生质体进行诱导融合，培育出的驱蚊草含有香茅醛，能散发出5. ）（一种特殊的达到驱蚊且对人体无害的效果。下列关于驱蚊草培育的叙述中，错误的是 A．驱蚊草的培育属于细胞工程育种，其优点是能克服远源杂交不亲和的障碍 等试剂或离心、振动、电刺激等方法．驱蚊草培育过程要用到纤维素酶、果胶酶、BPEG ．驱蚊草培育过程是植物体细胞杂交，不同于植物组织培养，无愈伤组织和试管苗形成C ．驱蚊草不能通过天竺葵和香茅草杂交而获得是因为不同物种间存在生殖隔离D ）植物组织培养过程中的脱分化是指（6. A.植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞B．未成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程．植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程 C 取植物的枝芽培育成一株新植物的过程D.两种植物细胞去掉细、AB 显示细胞核），将B7. A种植物的细胞和种植物细胞的结构如右图所示（仅组织培养后得到了杂种植株，则胞壁后，诱导二者的原生质体融合，形成单核的杂种细胞，若经过 ）该杂种植株是 （
植物细胞工程知识点清单 （一）植物组织培养 1.理论基础（原理）：细胞全能性 2.全能性概念：具有某生物发育所需全部遗传信息的细胞，都具有发育成完整个体的潜能。 3、过程：外植体—脱分化—愈伤组织—再分化—丛芽、不定根—新植株 4、相关概念及实验注意事项 ①外植体：离体植物器官、组织、细胞 ②愈伤组织：高度液泡化，无固定形态的薄壁细胞。全能性高，分化程度低 ③外植体消毒：70%酒精30s—无菌水冲洗—次氯酸钠30min—无菌水冲洗 ④取材：选取形成层部位 ⑤脱分化：23~26o C，避光 ⑥再分化：将愈伤组织转接到分化培养基，光照下培养 ⑦生长素/ 细胞分裂素：比值高—促进生根；比值低—促进发芽 5、植物组织培养概念：在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官，组织，细胞培养在人工配置的培养基上，诱导其产生愈伤组织，丛芽，最终形成完整的植株。 6、地位：是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。 （二）植物体细胞杂交 1、植物体细胞杂交概念：将不同种的植物细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的过程。 2、过程及注意事项： ①去除细胞壁：酶解法（纤维素酶、果胶酶），获得原生质体 ②原生质体融合方法：物理法（离心、震荡、电刺激）；化学法：聚乙二醇 ③细胞融合成功的标志：杂种细胞再生细胞壁 3、融合结果：获得杂种细胞，进而获得杂种植株。 A细胞+B细胞所得杂种植株遗传物质=A+B 4、成功例子：番茄—马铃薯；烟草—海岛烟草；胡萝卜—羊角芹；白菜—甘蓝 5、优点：克服远缘杂交不亲和障碍 6、局限性：不能按照人的要求表达性状 （三）植物细胞工程应用 1、微型繁殖：可以高效快速地实现种苗的大量繁殖（观赏植物，经济林木，无性繁殖作物） 2、作物脱毒：采用茎尖等分生区组织培养来除去病毒（因为分生区附近的病毒极少或没有） 如：马铃薯；草莓；甘蔗；菠萝、香蕉等经济作物 3、人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经人工薄膜包装得到的种子。优点：完全保持优良品种的遗传特性，不受季节的限制；方便储藏和运输 4、作物新品种培育：单倍体育种 5、突变体利用：在组织培养中会出现突变体，通过从有用的突变体中选育出新品种（如筛选抗病、抗盐、含高蛋白的突变体） 6、细胞产物的生产：通过能够产生对人们有利的产物的细胞进行组织培养，从而让它们能够产生大量的细胞产物。 如：生产人参皂甙，三七，紫草，银杏等。 （定向诱导愈伤组织细胞分化为产生特定物质的细胞，提纯产物）
1 2.1.1植物细胞工程基本技术 【内容与解析】 本节课要学的内容植物细胞工程基本技术指的是植物组织培养，其核心是植物组织培养的原理和过程,由于它还与植物体细胞杂交的原理、植物细胞工程应用的实例等有…紧密的联系,所以在本学科有…重要的地位，。教学的重点是植物组织培养的原理和过程，解决重点的关键是植物组织培养的实验。 【教学目标与解析】 1．教学目标 （1）简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术 （2）列举植物细胞工程的实际应用 2．目标解析 （1）简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术就是要学生知道组培过程中的每一个步骤且要明白每个过 程中的特点，植物体细胞杂交技术是要学生知道它的定义和如何实现这个过程中的每一步骤。 【问题诊断分析】 在本节课的教学中，学生可能遇到的问题是植物体细胞杂交的原理不理解，产生这一问题的原因是…学生对这类问题的认识尚浅。要解决这一问题，就要…给予学生一定的理论知识，及事例分析。 【教学过程】 问题一： 为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢？ 设计意图：…通过此问题引出植物组织培养 师生活动; 1、什么是细胞的全能性？表现全能性的条件？ 2、为什么运用植物组织培养技术能把植物离体器官、组织或细胞培养成完整植物体？ 3、克隆羊“多莉”的诞生说明了什么？ 4、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分化成不同的组织器官？ 问题二：植物组织培养技术： 问题1．植物组织培养技术的概念是什么？ 问题2．植物组织培养技术的原理是什么？ 问题3．植物组织培养技术通常选用的材料有哪些？ 问题4 ．植物组织培养的培养基含有哪些成分？ 问题5．分析图2—5，概述植物组织培养技术的基本过程。 问题6．什么是脱分化？什么是再分化？什么是愈伤组织？ 展示马铃薯——番茄杂种植株的图片，根据设想来引出植物体细胞杂交 问题三：植物体细胞杂交技术： 问题1．什么是植物体细胞杂交技术？它具有什么优点？ 问题2．在进行植物体细胞杂交之前，为什么要去除细胞壁？通常用什么方法去除细胞壁？去除细胞壁以后的植物细胞叫什么？ 问题3．怎样诱导两个不同原生质体的融合？原生质体融合完成的标志是什么？这与细胞中哪种细胞器有关？ 问题4．为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？ 问题5．如果两个来源不同的原生质体发生了融合，下一步该做何处理？ 问题6．如何将杂种细胞培育成杂种植株？ 问题7．分析图2—9，概述植物体细胞杂交的基本过程。
2.1.1植物细胞工程的基本技术知识点 一、细胞工程的含义及分类： 1、含义：应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合性科学技术。 （1）原理和方法： 。 （2）操作水平： 水平或 水平 （3）目的：改变细胞内的 或 。 2、种类： 根据操作对象分： 细胞工程和 细胞工程 植物细胞工程包括：植物组织培养、植物体细胞杂交。 动物细胞工程包括：动物细胞培养、动物细胞融合、动物细胞核移植、单克隆抗体技术 二、细胞的全能性： 1、概念：已经分化的细胞，仍具有发育成完整个体的潜能。 2、细胞全能性的原因：一般生物体的每一个细胞都包含该种生物的 。 3、现实表现：在生物的生长发育的过程中，细胞 全能性，而是 。 原因：在特定时间和空间条件下，细胞中的基因会 表达出各种 ，分化形成不同的细胞，从而构成生物体的不同组织和器官。 4、全能性的高低： ①受精卵＞配子＞体细胞 ②植物细胞＞动物细胞（动物细胞核具有全能性） ③具有分裂能力的细胞＞不分裂的细胞 ④分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞。 三、植物组织培养技术 （一）过程： 1、原理： 的原理 2、条件：①离体的植物细胞、组织、器官（外植体）。②无菌。③人工配置的培养基（固体培养基，含有琼脂）。④适宜的条件：水、矿物质、有机物。⑤植物激素：生长素（诱导细胞分裂和根的分化）和细胞分裂素（促进细胞分裂和不定芽的分化）。⑥早期避光，后期光照。 3、愈伤组织：由排列疏松、无一定形态、高度液泡化的薄壁细胞组成。 4、脱分化：让 的细胞，经过诱导后，失去其 而转变成 细胞的过程。 5、再分化：愈伤组织在一定的培养条件下，分化出 ，形成完整的小植株。 一定的营养、激素 （ ） 离 体的植物细胞、 组织、器官 愈伤 组 织 完整 植 新植株
精品文档用心整理 人教版高中生物选修三 知识点梳理 ）巩固练习 重点题型（ 常考知识点 植物细胞工程（植物克隆技术） 【学习目标】 1、简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术。 2、体验植物组织培养技术。 3、列举植物细胞工程的实际应用。 【要点梳理】 要点一：克隆——无性繁殖系【植物细胞工程（植物克隆技术）369167克隆】 1.分子水平的克隆: DNA复制很多碱基序列相同的DNA 2.细胞水平的克隆 细胞细胞分裂很多遗传物质相同的细胞 3.个体水平的克隆 组织、器官细胞分裂遗传背景相同的新个体 要点二：植物细胞工程的基本技术 1.细胞的全能性 （1）遗传基础 生物体细胞一般都是由受精卵经有丝分裂形成的，因而都含有生物体的一整套遗传物质，都具有发育成完整 个体的潜能。 （2）不能表现的原因 在生物体上不能表现出其全能性，只能通过细胞分化形成不同的组织、器官，这是因为在特定的环境、激素等的影响下基因选择性表达的结果。 2.植物细胞表现其全能性的条件 （1）脱离母体。 （2）植物组织培养时，培养基中除含有一定的水分、无机盐外，还要添加一定的植物激素（如生长素、细胞分裂素），这有助于愈伤组织分化为不同组织和器官。 （3）在植物组织培养的前期对光照无需求，在后期需要光照条件，这有利于细胞生长、分化。 3．植物组织培养 （1）过程： 在无菌条件下，将植物体的器官或组织片段（如芽、根尖或花药）切下来，放在适当的人工培养基上进行离体培养，这些器官或组织就会进行细胞分裂，形成新的组织。这种组织的细胞排列疏松而无规则，是一团无定形的薄壁细胞——愈伤组织。原来已经分化，并且具有一定功能的体细胞（或性细胞）丧失了原有的结构和功能，又重新恢复了分裂功能，叫做细胞的脱分化。将处于脱分化状态的愈伤组织，移植到合适的培养基上继续培养（在适当的光照、温度等条件下）愈伤组织就会重新进行分化，产生出植物的各种组织和器官（如根、茎、叶等），进而发育成一棵完整的植株，这个过程叫做植物细胞的再分化。
植物细胞工程测试题 一、单选题 1．下列有关植物细胞全能性的叙述，不正确的是（） A．植物体内某些体细胞没有表现出全能性，原因是所含基因在特定的时空条件下选择性表达各种蛋白质 B．高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性 C．植物细胞的全能性是植物体细胞杂交的理论基础 D．植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全部基因 2．植物细胞工程中的叙述中不正确的是是指（） A．植物组织培养是指离体的植物器官、组织或细胞培养成完整植物体 B．植物体细胞杂交的结果是产生杂种细胞 C．重压方法是不能人工诱导原生质体融合的． D．用植物组织培养技术，可以培养或生产出食品添加剂、无病毒植物、人工种子 3．如图是“白菜一甘蓝”杂种植株的培育过程。下列说法正确的是（） A．图示“白菜—甘蓝”植株不能结子 B．愈伤组织有叶绿体，代谢类型是自养需氧型 C．上述过程中包含着有丝分裂、减数分裂和细胞分化等过程 D．“白菜—甘蓝”杂种植株具有的性状是细胞全能性表达的结果 4.在植物细胞工程中原生质体融合成一个细胞后，需诱导产生细胞壁，参与该过程的细胞器是 （） A．叶绿体、高尔基体B．线粒体、高尔基体 C．叶绿体、线粒体D．线粒体、内质网 5．科学家把天竺葵的原生质体和香茅草的原生质体进行诱导融合，培育出的驱蚊草含有香茅醛，能散发出一种特殊的达到驱蚊且对人体无害的效果。下列关于驱蚊草培育的叙述中，错误的是（） A．驱蚊草的培育属于细胞工程育种，其优点是能克服远源杂交不亲和的障碍 B．驱蚊草培育过程要用到纤维素酶、果胶酶、PEG等试剂或离心、振动、电刺激等方法 C．驱蚊草培育过程是植物体细胞杂交，不同于植物组织培养，无愈伤组织和试管苗形成D．驱蚊草不能通过天竺葵和香茅草杂交而获得是因为不同物种间存在生殖隔离6．植物组织培养过程中的脱分化是指（） A.植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞 B．未成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程 C．植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程 D.取植物的枝芽培育成一株新植物的过程 7. A种植物的细胞和B种植物细胞的结构如右图所示（仅显示细胞核），将A、B两种植物细胞 去掉细胞壁后，诱导二者的原生质体融合，形成单核的 杂种细胞，若经过组织培养后得到了杂种植株，则该杂 种植株是（） A．二倍体；基因型是DdYyRr B．三倍体；基因型是DdYyRr C．四倍体；基因型是DdYyRr D．四倍体；基因型是DDddYYyyRRrr 8．植物组织培养过程的顺序是（） ①离体的植物器官、组织或细胞②根、芽③愈伤组织 ④脱分化⑤再分化⑥植物体 A．①④③⑤②⑥B．①④③②⑤⑥C．①⑤④③②⑥D．⑥①④③⑤② 9．下列有关细胞工程的叙述不正确的是（） A. 在细胞整体水平上定向改变遗传物质 B．在细胞器水平上定向改变遗传物质 C．在细胞器水平上定向改变细胞核的遗传物质 D．在细胞整体水平上获得细胞产品 10．有关全能性的叙述，不正确的是( ) A．受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高 B．生物体内细胞由于分化，全能性不能表达 C．卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高 D．植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性 11植物繁殖的新途径中正确的理解是（） A植物的微型繁殖技术是指植物体细胞杂交技术． B．马铃薯获得无病毒幼苗的最佳办法是利用芽尖进行组织培养 C．人工种子种皮是能自我生成 D．植物的微型繁殖的优点是取材多、培养周期短、繁殖率高 12下图是植物组织培养的简略表示。据此回答不正确的是（） 脱分化再分化 ①——→②——→③——→④
植物细胞工程的基本技术导学案 一、三维目标： （一）知识与技能： 1、掌握植物细胞工程的理论基础 2、简述并设计植物组织培养过程 （二）过程与方法: 自主学习与合作交流相结合，培养学生的合作精神及发散性思维。 （三）情感态度与价值观： 1、体验生命的奥妙并增强热爱生命的情感 2、认同植物细胞工程离不开理论研究和技术创新 二、教学重点： 植物组织培养理论基础及过程 三、教学难点: 植物组织培养的实验设计 自主学习 (一)、细胞工程 1．概念：应用和的原理和方法，通过或上的操作，按照人的意愿来改变细胞的或获得的一门综合科学技术。2．分类：根据操作对象不同，可分为、。 （二）、植物细胞的全能性 1、植物细胞的基本结构包括、、、。 2、植物细胞主要的增殖方式是，细胞分化是指，_____________________________________________________________________________ 原因是_____________________ 。 3、细胞全能性 的细胞具有发育成为一个新的生物个体的。因为每个细胞都含有该物种的，具有发育成完整个体所必需的。 全能性的表现条件：①②适宜的 全能性大小： 全能性表达的难易程度：受精卵＞生殖细胞＞干细胞＞体细胞；植物细胞＞ 动物细胞 4．在理论上，生物的任何一个细胞都，但在生物的生长发育过程中，细胞 并不表现，-而是分化成各种。 5．特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有地表达出各种，分化形成不同的细胞，从而构成生物体的不同。 （三）、植物组织培养技术 1．原理：植物细胞具有，具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成的潜能。 2．过程
植物细胞工程知识梳理 一、植物组织培养技术 1．原理： 植物细胞的＿＿＿＿＿，即具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。 2．过程： ＿＿＿＿＿的组织 形成＿＿＿＿＿ 幼根和芽 完整植物体 （1）细胞脱分化：已＿＿＿＿＿＿的细胞，经过诱导后，失去其特有的＿＿＿＿＿而转变成未分化细胞的过程。 （2）生物的体细胞不能表达全能性的原因：植物体细胞内的＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 3．概念： 在＿＿＿＿和人工控制的条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、＿＿＿＿，最终形成完整的植株。 二、植物体细胞杂交技术 1．概念： 将不同种植物的＿＿＿＿＿，在一定条件下融合成＿＿＿＿＿，并把＿＿＿＿＿培育成新的植物体的技术。 2．过程： ＿＿＿＿＿细胞 不同细胞＿＿＿＿＿ 原生质体融合 杂种细 胞 杂种植株 3．融合成功的标志：杂种细胞再生出＿＿＿＿＿＿。 4．意义：克服不同种生物＿＿＿＿＿的不亲和性。 三、植物繁殖的新途径 1．微型繁殖： （1）概念：快速＿＿＿＿＿优良品种的植物组织培养技术。 （2）特点：保持优良品种的＿＿＿＿＿。 （3）意义：高效快速地实现种苗的＿＿＿＿＿＿。 2．作物脱毒： （1）选材：无病毒的茎尖。 （2）结果：高产优质的＿＿＿＿＿。 3．人工种子： （1）特点： ①后代无＿＿＿＿＿。 ②不受气候、季节和地域限制。 （2）结构：人工薄膜＋＿＿＿＿＿＿＿或不定芽或顶芽或腋芽。 （3）获得方法：植物＿＿＿＿＿＿＿＿。 四、作物新品种的培育 1．单倍体育种： （1）方法：＿＿＿＿＿的离体培养。 （2）优点： ＿＿＿＿ 再分化 纤维素酶 人工诱导 果胶酶
高中生物选修3植物细胞工程知识点 1.细胞脱分化：就是让已分化的细胞，经过诱导后，失去特有的结构和功能而 转变成未分化细胞的过程。 2.愈伤组织：细胞排列疏松而无规则，高度液泡化的成无定形状态的薄壁细胞 团。 3.外植体：用于植物组织培养的离体器官组织或细胞。 4.具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜 能，也就是说，每个细胞都具有全能性的特点。 5.全能性的原理：细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因，而不是全部基 因。 6.全能性表达的标志：已分化的细胞形成完整的个体，若只是形成某种组织器 官，则不能体现全能性。 7.全能性的高低比较： （1）受精卵>生殖细胞>体细胞 （2）体细胞:植物细胞>动物细胞 （3）分化程度低的细胞>分化程度高的细胞 （4）幼嫩细胞>衰老细胞 （5）分裂能力强的细胞>分裂能力弱的细胞 8.外植体经过脱分化形成愈伤组织;愈伤组织经过再分化形成芽和根;芽和根进 而形成植株。 9.脱分化过程进行有丝分裂；再分化过程进行有丝分裂的同时也进行分化。 10.植物组织培养：就是在无菌和人工控制的条件下，将离体的植物器官、组织、 细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。 11.植物细胞杂交：就是将不同的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞， 并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。目的：获得杂种植物体。用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁；杂交过程的关键：原生质体间的融合；人工诱导的方法：包括物理法和化学法，物理法包括：离心、振动、电激；化学法包括：聚乙二醇。 12.植物细胞杂交的优点： （1）打破了物种之间的生殖隔离，实现了远源杂交。 （2）扩大了遗传重组的范围。 13.微型繁殖技术：把用于繁殖优良品种的植物组织培养技术，叫做植物的微型 繁殖技术。 14.人工种子：就是以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材 料，经过人工薄膜包装得到的种子。 15.作物新品种的培育： （1）单倍体育种（有性生殖）优点：极大地缩短了育种的年限。 （2）突变体的利用优点：能够产生新性状。
2.1.1植物细胞工程的基本技术 【学习目标】1、简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术。 2、尝试进行植物组织培养。 【学习重点】1、植物组织培养的原理和过程 2、植物体细胞杂交的原则 【学习难点】植物组织培养的实验 课 前 案 读课本，独立完成下列问题 （要求：能准确写出关键词与句，以课本为准） 一、细胞工程 1．概念：应用 和 的原理和方法，通过 或 上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的 或获得 的一门综合科学技术。 2．分类：根据操作对象不同，可分为 、 。 二、植物细胞的全能性 1、植物细胞的基本结构包括 、 、 、 。 2、植物细胞主要的增殖方式是 ，细胞分化是指 ，_____________________________________________________________________________原因是 。 3、全能性是指 ，表现为全能性的原因是 。 4．在理论上，生物的任何一个细胞都具有 ，但在生物的生长发育过程中，细胞并不表现 ，而是分化成各种 。 5．特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有 地表达出各种 ，分化形成 不同的细胞，从而构成生物体的不同 。 三、植物组织培养技术 1．原理：植物细胞具有 ，具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成 的潜能。 2．过程: 离体植物的 ??→ ?脱分化 _ 组织??→ ?再分化幼根和芽或 胚状体 ??→ ?发育 完整植株。 3．细胞脱分化：已 的细胞经过诱导后，失去其特有的 而转变成未分化 细胞的过程。 4．植物组织培养：在 和 的条件下，将 的植物器官、组织、细 胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生 、丛芽，最终形 成完整植株。 四、胡萝卜的组织培养实验 1、实验原理 生物体细胞一般都是由受精卵经过有丝分裂形成的，因而都含有该生物的全套的遗传信息，都 具有发育成完整个体的潜能。因此，植物体的根、茎、叶细胞都具有 ，在一定的营养和激素条件下，可以脱分化形成 。将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上，就可以诱导其再分化生成胚状体或丛芽，进而发育成 。 2、实验步骤 ①．将 用自来水充分洗净，削去外皮，并切成段。用酒精棉球擦手 。 ②．在超净工作台(或接种箱)上将胡萝卜段用酒精溶液消毒30s 后，立即用 清洗2～3次，再用 处理30min 后，立即用无菌水清洗2～3次。 ③．用 的滤纸吸去胡萝卜段表面的水分。然后，在 瓷砖上，用无菌的解剖刀将胡萝卜段切成1 cm 厚的横切片，再选取有 的部位，切取1 cm 。左右的小块。 ④．将 接种到培养基上，用锡箔纸封盖瓶口，并用橡皮筋扎紧。然后，在培养瓶上贴上标签，写明材料名称、接种日期和小组号。 ⑤．将接种后的胡萝卜组织块，放在 恒温避光条件下培养。4d 后，检查培养材料的污染情况；14d 后，观察愈伤组织的生长状况。然后，在恒温箱中继续避光培养。在培养过程中，注意定期观察和记录愈伤组织的生长情况。 ⑥．培养一段时间后，将生长良好的 转接到分化培养基上，培养一段时间后，胡萝卜的愈伤组织就可以诱导出 。然后将试管苗移栽到大田，培养成 。 五、植物体细胞杂交技术 1．概念：不同种植物的 ，在一定条件下融合成 ，并把杂种细胞培育成新的 的技术。 2．过程 离体的细胞果胶酶纤维素酶???→ ?不同细胞原生质体--------→原生质体融合 →杂种细胞→杂种植株。 【预习自测】 1、下列细胞的全能性最高的是 ( ) A 、植物的卵细胞 B 、植物的花粉 C 、被子植物的受精卵 D 、被子植物的叶肉细胞 2．下列属于组织培养的是 ( ) A ．花粉培育成单倍体植株 B ．芽发育成枝条 C ．根尖分生区发育成成熟区 D ．未受精的卵细胞发育成个体 3．组织培养的理论根据是 ( ) A ．培养基中营养物质全面 B ．细胞的全能性 C ．细胞的分裂 D ．细胞的分化 4．愈伤组织细胞在一种包含所有必需物质的培养基中培养了几个小时，其中一种化合物具有放射性(氚标记)。当这些细胞被固定后镜检．利用放射自显影技术发现放射性物质集中于细胞核、线粒体和叶绿体。可以肯定标记的化合物是 （ ） A 一种氨基酸 B ．尿嘧啶核苷酸 C ．胸腺嘧啶脱氧核苷酸 D ．葡萄糖
专题2细胞工程 2.1.2植物细胞工程的实际应用 寄语：世事洞明皆学问，人情练达即文章。 【学习目标】1、理解微型繁殖技术的应用。 2、了解单倍体育种过程和优点。 【课题重点】植物细胞工程应用的实例。 【课题难点】列举植物细胞工程的实际应用。 【学习过程】 一、植物繁殖的新途径 1.微型繁殖 （1）微型繁殖技术：用于优良品种的技术。 （2）特点：①保持优良品种的。 ②高效快速地实现种苗。 （3）实例：20世纪60年代，荷兰的科学家就成功地实现了利用 来培育兰花。 2.作物脱毒 （1）材料：植物的（如）。分生区附近的病毒极少，甚至。 （2）脱毒苗：切取（例如茎尖）进行组织培养获得的。 （3）优点：使农作物。 3.人工种子 （1）概念：一植物组织培养得到的、、顶芽和等为材料，经过人工包装得到的种子。（2）特点：①后代无。 ②不受、和限制。 (3)人工种子的制备，如图人工种子主要由三部分组成，一是胚状体 (分生组织)，它相当于天然种子的胚，是有生命的物质结构；二是 供胚状体维持生命力和保证其在适宜的环境条件下生长发育的人工胚乳； 三是具有保护作用的“人工种皮”。 二、作为新品种的培育 1.单倍体育种 染色体加倍 （1）方法：离体培养植株纯合子植株。 （2）优点：①后代是纯合子，能。②明显缩短了。 2.突变体的利用 （1）产生原因：在植物的组织培养过程中，易受和
（如、等）的影响而。 （2）利用：筛选出对人们有用的，进而培育成。 三、细胞产物的工厂化生产 1.细胞产物种类：、脂肪、糖类、、香料、生物碱等。 2.技术：植物技术。 3.实例：我国利用植物组织培养技术实现了大量生产；另外，三七、紫草和银杏的也都已经实现了工厂化生产。 课堂小结 1.微型繁殖技术 微型繁殖是快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，实际上是无性生殖的一种。在繁殖的过程中，细胞进行有丝分裂，因此亲、子代细胞内DNA相同，具有相同的基因，因此能保证亲、子代遗传特性不变。利用这种技术能高效快速实现种苗的大量繁殖。 优点：选材少、培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理。 组织培养（微型繁殖）主要是一种无性繁殖。如果培养的是体细胞，得到的植株同亲代基因型完全相同，所得个体能保持母体的一切性状；但如果培养的是生殖细胞，如花药，得到的植株是单倍体，应为有性生殖中的单性生殖。 2.作物脱毒、人工种子与单倍体育种 作物脱毒主要是强调微型繁殖的取材一定是无毒的（如茎尖、根尖），才能繁殖出无毒的幼苗。 人工种子采用的也是微型繁殖的技术，但是只需培育得到胚状体、不定芽、顶芽和腋芽，包上人工种皮就可以形成人工种子。人工种子与微型繁殖得到的幼苗一样能保持亲本的优良性状，另外还可不受气候、季节和地域的限制。胚状体的获取途径：①由已脱分化的外植体直接产生②由愈伤组织产生③由悬浮细胞培养产生。 单倍体育种的优点是后代无性状分离，后代都是纯合子，能够稳定遗传，明显缩短育种年限。应用染色体变异的原理。 【习题巩固A级】 1．植物的微型繁殖技术，是指( ) A．植物体细胞杂交技术B．嫁接C．营养繁殖D．植物组织培养 2．下列育种措施，可以增加植物突变体出现的是( ) A．采用嫁接方法培育苹果新品种 B．将鱼的抗冻蛋白基因导入烟草受精卵中，培育抗冻烟草 C．用紫外线对组织培养中的愈伤组织进行照射
2.1.1植物细胞工程的基本技术知识点 一、细胞工程的含义及分类： 1、含义：应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合性科学技术。 （1）原理和方法： 。 （2）操作水平： 水平或 水平 （3）目的：改变细胞内的 或 。 2、种类： 根据操作对象分： 细胞工程和 细胞工程 植物细胞工程包括：植物组织培养、植物体细胞杂交。 动物细胞工程包括：动物细胞培养、动物细胞融合、动物细胞核移植、单克隆抗体技术 二、细胞的全能性： 1、概念：已经分化的细胞，仍具有发育成完整个体的潜能。 2、细胞全能性的原因：一般生物体的每一个细胞都包含该种生物的 。 3、现实表现：在生物的生长发育的过程中，细胞 全能性，而是 。 原因：在特定时间和空间条件下，细胞中的基因会 表达出各种 ，分化形成不同的细胞，从而构成生物体的不同组织和器官。 4、全能性的高低： ①受精卵＞配子＞体细胞 ②植物细胞＞动物细胞（动物细胞核具有全能性） ③具有分裂能力的细胞＞不分裂的细胞 ④分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞。 三、植物组织培养技术 （一）过程： 1、原理： 的原理 2、条件：①离体的植物细胞、组织、器官（外植体）。②无菌。③人工配置的培养基 一定的营养、激素 （ ） 离体的植物细胞、 组织、器官 伤 织 完 小植株 新 植株
（固体培养基，含有琼脂）。④适宜的条件：水、矿物质、有机物。⑤植物激素：生长素（诱导细胞分裂和根的分化）和细胞分裂素（促进细胞分裂和不定芽的分化）。⑥早期避光，后期光照。 3、愈伤组织：由排列疏松、无一定形态、高度液泡化的薄壁细胞组成。 4、脱分化：让 的细胞，经过诱导后，失去其 而转变成 细胞的过程。 5、再分化：愈伤组织在一定的培养条件下，分化出 ，形成完整的小植株。 （二）实验：胡萝卜的组织培养： 1、方法步骤： 取材：消毒后选取根的形成层部位，切取1cm 3左右的小块，因为该部位容易诱导形 成 。 ↓ 接种：将组织块接种到 培养基上诱导出愈伤组织 ↓ 培养：在23℃～26℃恒温、避光条件下培养一段时间，再将愈伤组织转接到 培养基上。 ↓ 移栽：将试管苗移栽到大田，培养成正常植株。 （三）概念：在 和 条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配置的 上，给予 的条件，诱导其产生 、 ，最终形成完整植株。 四、植物体细胞杂交： （一）概念：将 的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培养成新的植物体的技术。 （二）过程： 1、去掉细胞壁的方法：纤维素酶和果胶酶处理细胞壁。（酶解法） 2、诱导原生质体融合的方法：物理法（ 、 、 ）、化学法（用 做诱导剂诱导） 乙种植物体细胞 、 酶 去掉细胞壁 质 、 法 诱导 融合后的 原生质体 再生出 细胞壁 （ ） 小植株 杂种植株
高二生物周周练（二） 专题1 基因工程 一、基因工程的基本工具 1.“分子手术刀”——__________________________ （1）来源：主要是从_____________中分离纯化出来的。 （2）功能：能够识别双链DNA分子的某种_____ _的核苷酸序列，并且使每一条链中______ _部位的两个核苷酸之间 的_____________断开，因此具有_____ 性。 （3）结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式： ________ _和_______ 2.“分子缝合针”——_________ (1)两种DNA连接酶（和）的比较： ①相同点：都缝合_______ __键。 DNA连接酶②区别：E·coliDNA连接酶来源于_______ __，只连接；而T 4 能缝合_______ ，但连接平末端的之间的效率较_ 。(2)与DNA聚合酶作用的异同：DNA聚合酶只能将______ ___加到已有的 核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接____ _____的末端，形成磷酸二酯键。 3.“分子运输车”——______ ___ （1）载体具备的条件： ①___________________________，以便 ②___________________________，以便 ③___________________________，以便 （2）最常用的载体是___ __,它是一种裸露的、结构简单的、独立于
，并具有__ 能力的_____ ____DNA分子。 （3）其它载体：_______________________ ____ 二、基因工程的基本操作程序 第一步：_________________ _ 1.目的基因是指：。 2.获取目的基因的方法： 。 3.人工合成目的基因的常用方法有________ _和______ ___。 4.PCR（）技术扩增目的基因 （1）原理：_______ __ （2）过程： ①，加热至90～95℃使______ __； ②，冷却到55～60℃，____________ _____； ③，加热至70～75℃，热稳定酶 从起始互补链的合成。 5.cDNA不含，它是以为模板，经得到的。 第二步：______________（核心步骤） 1.目的：使目的基因在受体细胞中______________ _，并且可以，使目的基因 能够。 2.组成：________ __＋____ ______＋______ ____＋________ __（1）启动子：是一段有特殊结构的，位于基因的_______ __， 是______ __酶识别和结合的部位，能驱动基因， 最终获得所需的。 （2）终止子：也是一段有特殊结构的，位于基因的。 （3）标记基因的作用：是为了鉴定受体细胞中，从而将筛选出来。常用的标记基因是_______ ___。 第三步：____________________ 1.转化的概念：是进入内，并且在受体细胞内 _________ _和_______ ___的过程。 2.常用的转化方法： （1）将目的基因导入植物细胞：
题一 植物组织培养是指( ) A.离体的植物器官或细胞培育成愈伤组织 B.愈伤组织培育成植株 C.离体的植物器官、组织或细胞培养成完整植物体 D.愈伤组织形成高度液泡化组织 题二： 用植物组织培养技术，可以培养或生产出( ) A.食品添加剂 B.无病毒植物 C.人工种子 D.前三项都是 题三： 用高度分化的植物细胞、组织或器官进行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误的是( ) A．该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的 B．该愈伤组织的细胞没有全能性 C．该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成的 D．该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构
题四： 下图是植物组织培养过程的示意图。下列四项有关的叙述中，不正确的是( ) A．将①经脱分化培养成②时，再植上人造种皮即可获得人造种子 B．植物组织培养所依据的原理是植物细胞的全能性 C．③→④过程指植物的营养生长和生殖生长阶段 D．②→③的再分化过程中，诱导②生根的激素为生长素
题五：某二倍体植物是杂合体，图为其花药中未成熟花粉在适 宜的培养基上培养产生完整植株的过程。据图回答： 过程，②表示的是⑴图中①表示的是该花粉培养过程中 的 ④表示的是诱过程，③表示的是，过程，X代表的是 导过程。 ⑵图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条，具体通过那一条最后获途径主要取决于培养基成分中的种类及其浓度配比，植株（甲）。得的来源于为成熟花粉的完整植株都称为 未成熟花粉经培养能形成完整植株，说明为成熟花粉具 有。，才能使其结实产生后代（乙），否⑶对 植株进行____________ 的方式才能产生后代（丙）。乙、丙两种植株则植株甲只有通过 植株，该植株群体中每一植株中，能产生可育花粉的是
专题二 细胞工程知识点梳理填空 概念：应用 和 的原理和方法，通过 或 上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的 或获得 的一门综合科学技术。 分类：根据操作对象不同，可分为 、 。 一、植物细胞工程 理论基础（原理） 。 1、概念：具有某种生物 的任何一个细胞，都具有发育成 的潜能。 全能性表达的难易程度： ＞ 生殖细胞＞ ； ＞ 动物细胞； 2．在理论上，生物的任何一个细胞都具有 ，但在生物的生长发育过程中，细胞并不表现 ，而是分化成各种 。 3．特定的___________条件下，细胞中的基因会有 地表达出各种 ，分化形成不同的细胞，从而构成生物体的不同 。 （一）植物组织培养技术 植物组织培养：在 和 的条件下，将 的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的 上，给予适宜的培养条件，诱导其产生 、丛芽，最终形成完整植株。 1.操作过程： 外植体――→①A ――→② B ―→植物体 图中① ，② ，A 表示 ，B 表示 。 2．细胞脱分化：已 的细胞经过 后，失去其特有的 而转变成未分化细胞的过程。 3.胡萝卜的组织培养实验 1）实验原理 植物体的根、茎、叶细胞都具有 ，在一定的 和 等条件下，可以脱分化形成 。将愈伤组织转接到含有不同 成分的培养基上，就可以诱导其再分化生成胚状体或丛芽，进而发育成 。证明了分化的植物细胞仍具有 。 2）实验步骤 ①将 用自来水充分洗净，削去外皮，并切成段。用酒精棉球擦手 。 ②在超净工作台(或接种箱)上将胡萝卜段用 消毒30s 后，立即用 清洗2～3次，
再用处理30min后，立即用无菌水清洗2～3次。 ③用的滤纸吸去胡萝卜段表面的水分。然后，在瓷砖上，用无菌的解剖刀将胡萝卜段切成1 cm厚的横切片，再选取有的部位，切取1 cm3左右的小块。 ④将接种到培养基上，用锡箔纸封盖瓶口，并用橡皮筋扎紧。然后，在培养瓶上贴上标签，写明材料名称、接种日期和小组号。 ⑤将接种后的胡萝卜组织块，23~26℃恒温条件下培养。4d后，检查培养材料的污染情况；14d后，观察愈伤组织的生长状况。然后，在恒温箱中继续培养。在培养过程中，注意定期观察和记录愈伤组织的生长情况。 ⑥培养一段时间后，将生长良好的转接到培养基上，培养一段时间后，胡萝卜的愈伤组织就可以诱导出。然后将试管苗移栽到大田，培养成。※注意事项：培养基的物理性质是，由成分、成分、、四部分组成。 生长素与细胞分裂素的协同调控作用在组织培养中非常重要，人们常把它们称为。例如，当生长素与细胞分裂素的比例适中，且生长素含量细胞分裂素素时，主要诱导植物组织脱分化和的形成；而当细胞分裂素的效应生长素时，则主要诱导植物组织和的形成。 （二）植物体细胞杂交技术 1．概念：不同种植物的，在一定条件下融合成，并把杂种细胞培育成新的的技术。生殖方式为。 2．过程 离体的细胞-→不同细胞 -→融合→细胞→杂种植株。 3．目前最常用的去细胞壁的方法是，也就是在温和条件下用酶、酶去除植物细胞的细胞壁，获得具有活力的___________。利用酶作用的性特点。 诱导植物体细胞原生质体融合，物理方法有：、、等促使原生质体融合。化学法是用 ( )作为诱导剂来诱导融合。完成融合的标志是。此技术的原理是。 从理论上讲，杂种植株的育性为。因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于。原生质体A和原生质体B含有两个染色体组，那么杂种植株含有个染色体组，是倍体。 （三）应用 1．植物繁殖的新途径
植物细胞工程重点，老师上课时指点的。 题型为：名词解释，填空，单选，判断，简答。 0.绪论 1细胞工程（cell engineering）：应用细胞生物学和分子生物学方法，借助工程学的试验方法或技术，在细胞水平上改造生物遗传特性和生物学特性，已获得特定的细胞、细胞产品或新生物体的有关理论和技术方法的学科。 细胞工程的核心技术：细胞培养与繁殖。 目的：获得新形状，新个体，新物质。 2为什么细胞工程是现代生物技术的桥梁和纽扣？ 细胞工程把蛋白质工程，基因工程，生物制药等学科和代谢工程，动植物改良，组织工程等学科联系在一起。 3细胞工程研究范畴： 细胞工程研究范畴涉及细胞，组织，器官，胚胎的培养，细胞融合和亚细胞操作技术。4细胞工程与相关学科的关系 （1）细胞工程的建立依赖于相关学科理论的发展； （2）细胞工程为生物学研究提供了新的实验体系，从而又促进了生物科学的迅速发展；（3）细胞工程必须与其他的生物技术相结合才能更好的发挥作用。 5细胞工程的应用和意义： （1）改善农业生产技术：动植物品种改良与繁殖； （2）保护生态环境：生物工业避免化学工业污染；名贵药物的细胞生产保护自然资源；（3）生物医药、生物材料的开发与应用：以生物技术为依托的新型产业具有极大的商业潜力，也是本世纪各国几句竞争的领域之一。 6本章小结 现代生物技术是一个综合技术体系； 细胞工程在现代生物技术中起着桥梁和纽带作用； 细胞工程的产生和发展依赖于生物科学相关领域的理论和技术发展； 细胞工程技术在现代农业、医学以及工业生产中具有广泛的应用前景。 1.第一章 1基本实验室包括：准备室，无菌室，培养室。
2灭菌 （1）接种室灭菌：紫外灯照射(无菌室、超净台)；熏蒸灭菌(无菌室)；喷雾消毒(超净台; 无菌室)。 （2）接种工具、容器的灭菌：干热灭菌或湿热灭菌。在无菌操作时，把镊子、剪刀、解剖刀等浸入95%的酒精中，使用之前取出在酒精灯火焰上灼烧灭菌。冷却后，立即使用。（3）培养基：一般用高温蒸汽灭菌。 （4）不耐热类物质的灭菌。过滤除菌：某些激素（如天然生长素IAA、玉米素ZT、赤霉素GA等）、维生素、抗生素等不耐热或射线照射的物质。 3培养基基本成分：水，无机盐（大量元素和微量元素）；有机成分，激素和其他。 培养基其他成分：琼脂糖，活性炭，附加复合成分（碳水化合物，维生素，肌醇，天然复合物）。（注：加粗字体部分的答案不确定是否如此） 4常用的植物激素：生长素（Auxins）；细胞分裂素（Cytokinins）；赤霉素(GA)。 生长素/细胞分裂素。高：有利于根的形成和愈伤组织的形成；适中：有利于根芽的分化；低：有利于芽的形成 5常用培养基：MS培养基，White培养基，B5培养基，N6培养基。其中，N6培养基是中国人朱至靑发明的培养基。 6植物离体培养类型：组织培养，器官培养，细胞培养。 7外植体取材原则。 根据培养需求选择植物部位； 多年生植物注意树龄和季节； 在不影响培养目的的前提下尽可能选择自然繁殖器官作为外植体。 8外植体灭菌：外植体-清洗整理-杀菌剂灭菌-无菌水清洗。 外植体无菌处理：组织清洗-70%酒精浸10～30s-灭菌剂处理-无菌水涮洗。（此步骤应在超净台上完成） （住：这两个知识点好像说的是同一个意思，大家自己看着办） 9本章小结。 细胞工程的核心是无菌操作和培养； 实验室建立在满足技术要求的同时要经济高效和实用； 设备配置应根据工作性质而定； 培养基是细胞生长的必需营养，根据细胞类型确定适宜配方；