第6课时 植物细胞工程的实际应用
[目标导读] 1.阅读教材，概述植物繁殖的新途径及原理。2.概述人工种子的组成并和自然种子进行区别。3.概述作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产。
[重难点击] 1.植物繁殖的新途径及原理。2.人工种子的组成。
1．植物的繁殖方式
繁殖方式?
??????
有性繁殖种子植物用种子繁殖，动物用卵生、胎生等无性繁殖??
???
植物高等植物的营养繁殖、组织 培养，低等植物的孢子繁殖动物克隆细菌分裂繁殖真菌孢子繁殖病毒自我复制
2．植物的营养繁殖(属于无性生殖) [课堂导入]
如图是三倍体无子西瓜的培育过程，无子西瓜不能用种子繁殖，但是运用植物细胞工程技术就可以大量繁殖了。
探究点一 植物繁殖的新途径
植物细胞工程作为一门新兴的生物技术，已经普遍应用于社会生产的方方面面。下面图示都
是利用了植物组织培养，观察并回答问题。
1．微型繁殖
(1)概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
(2)特点：
①无性繁殖，能够保持种苗的优良遗传特性(如图1)。
②选取材料少；繁殖速度快，周期短；不受季节、气候、自然灾害等因素的影响。
③可实现工厂化生产。
小贴士微型繁殖是用于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，能保证亲、子代遗传特性不变。利用这种技术能高效快速地实现种苗的大量繁殖。
2．作物脱毒
(1)取材：无病毒的茎尖组织。
(2)图2所示脱毒草莓产品品质优良，要得到脱毒苗，材料选取的关键是选取植物的茎尖(或根尖)来作为植物组织培养的外植体。这是因为植物的分生组织细胞中一般是不含病毒的。如果将未被病毒感染的植株的分生组织用植物组织培养的方法培育幼苗，用于生产，可以避免病毒对作物的影响，大大提高作物的产量。
小贴士病毒是寄生性生物，在用种子繁殖或用植物根、茎无性繁殖过程中，种子、根、茎的细胞中可能携带着病毒并传给下一代，使其繁殖的子代感染病毒。
3．人工种子
(1)概念：以植物组织培养获得的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，外面包被上人工薄膜，在适宜的条件下以萌发长成幼苗的种子。
(2)结构：由胚状体、作为保护性外壳的人工种皮和提供发育所需营养的人工胚乳组成。如图所示：
(3)优点
①属于无性生殖，无天然种子因有性生殖引起的基因重组而发生性状分离的现象。
②生产上不受季节、气候和地域的限制。
③利于农业生产的规范化、标准化和机械化管理。 归纳提炼
作物脱毒、人工种子的培育过程均采用组织培养技术
(1)作物脱毒主要是强调组织培养的取材一定是无毒的(如茎尖、根尖)，才能繁殖出无毒的幼苗。
(2)人工种子的培育也是采用组织培养技术，但是只需培育得到胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料，包上人工种皮就可形成人工种子。它含有胚状体发芽所需要的营养成分或植物激素，还应含有杀菌剂，以防播种后微生物的侵害，相当于种子的子叶或胚乳。人工种子发芽得到的幼苗能保持亲本的优良性状，另外还不受气候、季节和地域的限制。 活学活用
1．下面为番茄植物组织培养过程的流程图解，以下相关叙述不正确的是( ) 植物叶片a,叶组织块b,愈伤组织c,有生根发芽能力的胚状体结构d,人工种子e,种苗
A ．脱分化发生在b 步骤，形成愈伤组织，在此过程中植物激素发挥了重要作用
B ．再分化发生在d 步骤，是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程
C ．从叶组织块到种苗形成的过程说明番茄叶片细胞具有全能性
D ．人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题
答案 B
解析 由愈伤组织形成胚状体结构的过程叫再分化，发生在c 过程，故选项B 错。b 过程是指植物组织形成愈伤组织的过程，叫脱分化；脱分化、再分化都是由培养基中不同激素及其浓度比决定的；植物组织培养技术的原理是植物细胞的全能性；人工种子的优点是可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。
探究点二 作物新品种的培育和细胞产物的
工厂化生产
1．单倍体育种
(1)原理：植物细胞的全能性。
(2)方法：植物的组织培养技术及染色体变异。
(3)过程：花药离体培养――→脱分化愈伤组织――→再分化单倍体植株――→染色体加倍正常植株。
(4)优点：单倍体经过染色体加倍，获得的后代为纯合子，可明显缩短育种年限(一般为2年)。 (5)缺点：技术相当复杂，需要与杂交育种结合，其中的花药离体培养过程需要组织培养技术的支持，多限于植物。
2．突变体育种
(1)原理：基因突变和植物细胞的全能性。
(2)过程
(3)优点：提高了愈伤组织的突变率，可以获得高抗、高产、优质、抗逆的新品种，加快了育种进程。 (4)缺点 ①突变不定向，需要处理大量突变材料。 ②突变少利多害，符合人们需要、有利的品种比较少。 3．细胞产物的工厂化生产
(1)写出细胞产物工厂化生产流程
外植体(离体的植物器官、组织或细胞)――→脱分化愈伤组织――→分散开细胞悬液――→发酵、提取细胞产物。
(2)完善下列工厂化生产人参皂甙的基本过程
①选择人参根作为外植体进行培养，产生愈伤组织，经过培养选择找到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株作为种子。
②将第一步选择的细胞株放在发酵罐中的适合培养液中进行液体培养，增加细胞数量。 ③将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。
小贴士 植物组织培养的目的不同，培养阶段也不同：若获得人工种子，则培养到胚状体阶段；若提取细胞产物，则培养到愈伤组织阶段；若获得新个体，则培养到试管苗阶段。 归纳提炼
植物组织培养与植物细胞培养的区别
(1)含义不同：植物组织培养是指在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，把植物离体的器官、组织或细胞培养成完整的植物体。而植物细胞培养是将组织培养过程中形成的愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中，进行悬浮培养，得到分散游离的悬浮细胞，通过继代培养使细胞增殖，从而获得大量的细胞群体的一种技术。
(2)目的不同：植物组织培养的目的是得到更多的植物体，而植物细胞培养的目的是获得人类所需要的细胞代谢产物。
活学活用
2．在植物组织培养过程中，容易获得突变体的主要原因是( )
A ．培养的细胞一直处于不断的分裂状态
B ．培养基营养丰富，易于植物生长
C ．纺锤丝的形成容易受抑制
D ．DNA 复制容易受抑制
答案
A
植物细胞工程的实际应用????
? 植物繁殖的新途径????? ①微型繁殖
②作物脱毒③制造人工种子作物新品种的培育????? 单倍体育种④突变体的利用细胞产物的工厂化生产
1．下列属于植物的微型繁殖技术的是( )
A ．兰花的茎尖组织培育成兰花幼苗
B ．水稻种子萌发并长成新个体
C ．扦插的葡萄枝长成新个体
D ．柳树芽发育成枝条
答案 A
解析 解答本题需要从两个方面入手，首先，水稻种子萌发并长成新个体、柳树芽发育成枝条均属于个体发育部分；其次，扦插的葡萄枝长成新个体属于无性生殖中的营养生殖。
2．对人工种子正确的解释是( )
A ．通过科学手段人工合成的种子
B ．利用植物组织培养技术获得的种子
C ．种皮能自我生成的种子
D ．人工种子发芽率低
答案 B
解析 人工种子就是以通过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。该种子在适宜条件下同样能萌发长成幼苗，因此人工种子的发芽率并不低。
3．下图表示某植物的培育过程，请据图判断下列说法中错误的是( )
A．A→F不能体现细胞的全能性
B．C中是高度液泡化的薄壁细胞
C．植株A和F中的染色体组数不同
D．植株F一般不能直接应用于生产
答案 A
解析图中所示B→F为花药离体培养得到单倍体幼苗，体现了生殖细胞也具有全能性。但F 与A中的染色体组数不同，一般需经人工诱导染色体数目加倍后才可应用于生产。
4．关于番茄—马铃薯杂种植株，下列叙述不正确的是( )
A．若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞内有n条染色体，则“番茄—马铃薯”细胞内含(m＋n)条染色体
B．过程②结束后需要淘汰自身融合的细胞
C．过程③不存在细胞分裂
D．这项技术已经广泛应用到杂种植物的培育中
答案 D
5．人工种子是人们模仿天然种子的结构制造出来的生命有机体，它能像天然种子一样萌发生长。人工种子的核心部分是被外层物包埋的具有类似种子胚功能的胚状体，胚状体不同于一般种子的胚，它是由非合子细胞分化形成的类似于胚的结构物，所以又称“体细胞胚”“花粉胚”。胚状体可从悬浮培养的单细胞中得到，也可以通过试管培养的茎尖、芽尖、子房、花粉等获得。将胚状体包埋在一个能提供营养的胶质中，经过人工薄膜包装，便成了所谓的“人工种子”。其培育过程如图所示：
请根据以上材料回答下列问题：
(1)人工种子依据的原理是______________________，经过________________技术培育而成。
(2)包埋胚状体的胶质可以看做是种子的哪部分结构？
________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________。
(3)某二倍体植物基因型为DdTt，利用这种生物技术采用花药离体培养的方法，可培育成“花粉胚”，也可制成人工种子，这种种子萌发形成的个体为________，基因型为__________________。
(4)如果外植体为植物的茎尖，通过①的处理可使细胞彼此分离，可加入________。A．15%的盐酸 B．淀粉酶
C．果胶酶 D．胰蛋白酶
(5)②表示脱分化过程，其实质是__________________；③表示再分化过程，其实质是________________________________________________________________________。
(6)从上面所述胚状体的类型分析，人工种子萌发长成的植株是否可育？
________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________。
答案(1)植物细胞的全能性植物组织培养(2)胚乳或子叶(3)单倍体DT、Dt、dT、dt (4)C (5)使细胞恢复分裂基因的选择性表达，导致细胞形态、结构和功能的改变(6)若是由花粉发育而来的则不可育，若是由茎尖、根尖等营养器官发育而来的则可育
解析(1)人工种子依据的原理是植物细胞的全能性，经过植物组织培养技术培育而成。(2)包埋胚状体的胶质可以看做是提供营养的胚乳或子叶。(3)某二倍体植物基因型为DdTt，采用花药离体培养的方法，可培育成“花粉胚”，也可制成人工种子，这种种子萌发形成的个体为单倍体，其基因型有DT、Dt、dT、dt。(4)如果外植体为植物的茎尖，通过①的处理可使细胞彼此分离，可加入果胶酶使细胞间的物质分解。(5)②表示脱分化过程，其实质是使细胞恢复分裂；③表示再分化过程，其实质是基因的选择性表达，导致细胞形态、结构和功能的改变。(6)人工种子萌发长成的植株是否可育主要看离体培养材料的来源。
基础过关
知识点一植物繁殖的新途径
1．下列属于微型繁殖的是( )
A．马铃薯的块茎繁殖 B．小麦的种子繁殖
C．一片花瓣的繁殖 D．柳树的扦插繁殖
答案 C
解析微型繁殖是利用植物组织培养技术，将离体的植物组织、器官、细胞进行培养，获得
大量相同子代的过程。
2．人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化生产，这是利用了该项技术的哪些特点( ) A．操作简单
B．使优良性状组合在一起
C．培育新的性状
D．高效性和保持种苗的优良遗传特性
答案 D
解析植物微型繁殖技术繁殖植物就是利用其优点：一是繁殖高效快速，二是能保持优良品种的遗传特性。植物微型繁殖技术的方法是植物的组织培养技术，是一种无性繁殖方式，后代与亲代性状相同，操作过程并不简单。
3．人工种子比天然种子有许多优越性，下列对其优越性的叙述，不正确的是( )
A．可使自然状态下不结子的植物得以繁殖
B．方便贮藏和运输
C．可以随意改变植物的遗传性状
D．可快速、大量繁殖
答案 C
解析人工种子是通过植物细胞工程完成的，所以可以使在自然条件下不结子或珍贵的植物得以繁殖。人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地贮藏和运输。人工种子的生产不受季节限制，而且快捷高效。人工种子可以保持物种优良的遗传性状。
知识点二作物新品种的培育
4．下列哪种生物不能通过突变体的利用而获得( )
A．抗除草剂的白三叶草
B．生产胰岛素的大肠杆菌
C．高产的水稻
D．蛋白质含量高的小麦
答案 B
解析突变体育种可通过基因突变或染色体变异而获得高产、高抗、有机物含量丰富的品种，但获得生产胰岛素的大肠杆菌不可能通过突变而获得，一般可通过基因工程(转基因技术)而获得。
5．下列应用不涉及植物组织培养技术的是( )
A．花药离体培养得到单倍体植株
B．秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株
C．人工种子培育
D ．“番茄—马铃薯”杂种植株培育
答案 B
解析 花药离体培养、人工种子培育和体细胞杂种植株的培育均需要植物组织培养作为技术手段，而秋水仙素诱导多倍体形成与植物组织培养没有直接关系。
6．马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农民希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳方法是( )
A ．选择优良品种进行杂交
B ．进行远缘植物体细胞杂交
C ．利用芽尖进行组织培养
D ．人工诱导基因突变
答案 C
解析 本题的关键词是“获得无病毒幼苗”，根据这一点，首先要想到作物脱毒这一技术。况且，马铃薯本身就是无性繁殖的，而作物脱毒时采用植物组织培养技术，形成的脱毒苗中遗传物质和亲本是完全相同的，只是少了原来的病毒，这也是无性繁殖。
7．植物组织培养的过程可以归纳为：①――→脱分化②――→再分化③―→④。对此叙述有错误的是( )
A ．②―→③的再分化过程中，当细胞分裂素与生长素的浓度比低时，有利于根的生长
B ．植物组织培养所依据的原理是细胞的全能性
C ．③―→④过程指植物的营养生长和生殖生长阶段
D ．②包裹上人造种皮可获得人工种子
答案 D
解析 只有将离体植物细胞或组织培养成具有生根发芽能力的胚状结构，再包上人造种皮，才能得到人工种子，而②是未分化的愈伤组织，不具有生根发芽能力，只有在分化培养基上培养后，才能用于制造人工种子。
知识点三 细胞产物的工厂化生产
8．对人参皂甙干粉进行工厂化生产，下列何种技术是必需的( )
A ．杂交育种
B ．植物组织培养
C ．多倍体育种
D ．单倍体育种
答案 B
解析 对人参皂甙干粉进行工厂化生产，必须先通过组织培养获得人参皂甙含量最高的细胞株，然后进行发酵大规模生产。 能力提升
9．下图是人工种子的结构简图，对其叙述不正确的是( )
A ．人工种子的胚乳中含有胚状体发育所需的营养物质，还可以添加农药和植物激素
B ．人工种子可以工业化生产，播种人工种子可节省大量的粮食
C ．人工种子克服了有些作物品种繁殖能力差或发芽率低等问题
D ．人工种子的胚状体还未分化出胚芽、胚轴和胚根等结构
答案 D
解析 人工种子是经植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，包裹上人工种皮而形成的种子。胚状体与正常受精卵发育形成的胚有类似的结构和发育阶段。在人工种子胚乳中，除了添加种子萌发所需的营养物质外，还可添加农药、植物激素、固氮菌等。
10．人工种子是人们模仿天然种子结构制造出来的生命有机体，它能像天然种子一样萌发生长。人工种子的核心部分胚状体可以由悬浮培养的芽尖细胞得到，也可以通过试管培养的花粉或胚囊获得，由此人们把胚状体分为“体细胞胚”和“花粉胚”。请据此判断下列说法中不正确的是( )
A ．人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难、发芽率低等问题
B ．培育胚状体利用了植物组织培养技术
C ．同一种植物“体细胞胚”和“花粉胚”的染色体的数目比为1∶1
D ．该项技术的成功应用体现了细胞的全能性
答案 C
解析 体细胞胚是由植物的体细胞经脱分化和再分化形成的，花粉胚是由花粉经脱分化和再分化形成的。同一种植物“体细胞胚”和“花粉胚”的染色体的数目之比为2∶1。
11．如图为植物组织培养的基本过程，则制造人工种子，及生产治疗烫伤、割伤的药物——紫草素，应分别选用编号( )
①――→脱分化②――→再分化③―→④
A.④、②
B.③、②,
C.④、③
D.②、③
答案 B
解析 人工种子是指已分化的胚状体等用合适的“人工种皮”进行包裹得到的种子，所以应为再分化后的③，而获取细胞产物紫草素则培养到具有产生此物质的细胞群体②即可，无需获得植株。
12.用单倍体育种方法可以明显缩短育种年限，下列有关其原因的说法正确的是
A.通过染色体加倍的可育植株，等位基因纯合，这样的植株自交后代不发生性状分离
B.单倍体植株只有一套染色体，不会出现等位基因，也就不会有杂合子，后代不会发生性状分离
C.两个单倍体交配后，后代都是纯合子，纯合子自交后代不会发生性状分离
D.以上三种说法均正确
答案 A
解析 单倍体育种是取花药培养获得单倍体植株后，用秋水仙素处理，使染色体数目加倍，基因组成纯合，所以自交后代不发生性状分离。
13.科学家从悬浮培养的单细胞、离体花粉或胚囊中，通过植物组织培养技术获得胚状结构胚状体。胚状体不同于一般的种子胚，它是由非合子细胞分化形成的类似于胚的结构物，所以，又称“体细胞胚”或“花粉胚”。胚状体在一定的条件下，可以通过个体发育过程形成植株。将其包埋在一个能提供营养的胶质中，外面包裹上人造种皮，便制成了“人工种子”。目前，我国科学家利用植物组织培养技术已在烟草、水稻、小麦和玉米等植物上成功诱导出胚状体，而美、法等各国正着手将人工种子市场化、商品化。 1简要归纳“离体的细胞”进行植物组织培养获得胚状体的过程：_____________________
_________________________________________________________________。 2“人工种子”大体由胚状体、包埋胚状体的胶质以及人造种皮三部分组成。包埋胚状体的胶质相当于自然种子中的 ，其中富含营养物质，这是因为________________ __________________________________________________________________。 为了满足胚状体代谢的需求，“人造种皮”还必须具有良好的 性能。
3由“人工种子”萌发出的植株是否可育？ ________________________________________
_______________________________。
4写出“人工种子”商品化的意义两项：_________________________________________
_________________________________________________________________。
5培育胚状体利用了 这一项生物技术。在该过程中培养基中需要添加 和 两种激素，还需要对培养基进行严格的 。
6利用“人工种子”繁殖后代属于__________________________________________。 7该项技术的成功应用，反映了细胞的______________________________________性。
答案 1离体的细胞脱分化愈伤组织――→再分化胚状体
(2)胚乳或子叶 胚状体在萌发初期不能进行光合作用 透水、透气 (3)由花粉培养发育的植株一般不可育，由体细胞经组织培养发育的植株是可育的 (4)可用于苗木的快速繁育、无病毒植株培养、解决有些作物繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题(回答其中的两项即可)
(5)植物组织培养 生长素 细胞分裂素 灭菌 (6)无性繁殖 (7)全能
解析 (1)～(4)胚状体一般是利用愈伤组织分化形成的。利用胚状体制“人工种子”时，需包裹上“人造种皮”、胶质等，为了满足胚状体代谢的需求，“人造种皮”则必须具有良好的透水、透气性能，以利于胚状体吸收水分和氧气。包埋胚状体的胶质相当于自然种子中的胚乳或子叶，富含营养物质，能为胚状体的发育提供营养物质。一般来说，对于二倍体植物，若“人工种子”由花粉培养发育，得到的植株一般不可育；若由体细胞经组织培养发育，则
是可育的。“人工种子”的培养，可用于苗木的快速繁育，无病毒植株培养，解决有些作物繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。(5)～(7)培育胚状体利用了植物组织培养这一项生物技术。在该过程中，培养基中需要添加生长素和细胞分裂素两种激素，它们对培养分化的方向具有决定性作用。另外，还需要对培养基进行严格的灭菌，防止杂菌污染。由于“人工种子”只能获得一个亲本的性状，因此，利用“人工种子”繁殖后代属于无性繁殖。该项技术的成功应用，反映了细胞的全能性。
个性拓展
14．医学研究发现紫杉醇能有效治疗某些癌症。获得紫杉醇的传统方法是从红豆杉属植物的树皮中提取，但产量有限，也不利于濒危的红豆杉的保护。研究发现，红豆杉的其他组织细胞也能生产紫杉醇，有人尝试用细胞工程技术生产。下图为三种红豆杉细胞培养过程中细胞数量与紫杉醇产量的数据图。请据图回答下列问题：
(1)据图分析，获得高产紫杉醇应选________红豆杉为原料，培养后期紫杉醇产量出现下降的原因包括______________________等。
(2)将红豆杉细胞经组织培养形成________方可接种到培养基中。
(3)在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌的目的是______________________和________________________________________________________________________。
(4)利用组织培养技术生产紫杉醇与传统方法提取紫杉醇相比，前者具有________________________________________________________________________。
答案(1)云南活细胞数量减少，某些代谢产物的积累
(2)愈伤组织
(3)保证氧气供应充足使细胞与培养液及氧气充分接触
(4)产量高、节约资源、有利于生态保护等优点
解析(1)由紫杉醇含量数据图可知云南红豆杉产量最高，随着培养时间的加长，培养基中营养物质减少，某些有害代谢产物积累，使活细胞数量减少，从而紫杉醇产量下降。(2)培养是为了获得细胞产物，所以培养到愈伤组织即可。(3)通入无菌空气是保证氧气的供应，而搅拌
是为了让细胞与培养液及氧气充分接触。(4)利用组织培养提取紫杉醇具有产量高，耗材少，且不会对生态造成破坏等优点。
第1课时植物细胞工程的基本技术 课标内容要求 1.阐明植物组织培养是在一定的条件下，将离体植物器官、组织和细胞在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织，并重新分化，最终形成完整植株的过程。 2．概述植物体细胞杂交是将不同来源的植物体细胞在一定的条件下融合成杂种细胞，继而培育新植物体的技术。 核心素养对接 1.科学思维：说明植物组织培养和植物体细胞杂交的原理；以流程简图的形式表示植物组织培养技术和植物体细胞杂交的过程。 2．科学探究：查阅资料，尝试探究植物生长素和细胞分裂素使用比例对植物组织培养的影响。 自主学习 一、植物细胞的全能性 1．概念：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。2．生长发育过程中细胞没有表现全能性的原因 在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达。 二、植物组织培养技术 1．概念：将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。 2．全能性表达过程 (1)脱分化：让已经分化的细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能，转变成未分化细胞的过程。 (2)再分化：脱分化产生的愈伤组织，在一定的培养条件下，再分化出芽、根等器官，进而形成完整的小植株。 (3)激素的作用：植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。 3．操作流程 外植体的消毒：将流水冲洗后的外植体用酒精消毒30 s， 用无菌水清洗2～3次后，再用次氯酸钠溶液处理30 min，用无 菌水清洗2～3次。 ↓ 外植体的分割：用无菌滤纸吸去表面的水分，用解剖刀将外植 体切成0.5～1 cm长的小段。 ↓
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）
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： ①② 外植体---- > A - > 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 ______________ 。
2.1.1植物细胞工程的基本技术 【学习目标】1、说出细胞全能性的含义，简述植物的组织培养 2、简述植物体细胞杂交技术 【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理 【基础回扣】细胞的全能性与细胞分化 1、细胞的全能性：细胞全能性的原因（内因）：生物体的每个细胞都含有遗传信息，都有发育成为所必需的。细胞在生物体内没有表现全能性的原因：在生物体内细胞不表现全能性，而是为不同的组织、器官，其原因在于。（1）实现细胞全能性的条件（外因）：（必要条件）、一定的（水、无机盐、维生素、氨基酸等）、激素（、）、适宜的条件（适宜的、）。（2）细胞全能性大小比较。①植物细胞动物细胞（动物细胞只有细胞核具有全能性）②受精卵生殖细胞（配子、精子、卵细胞）体细胞③体细胞：分化程度低的分化程度高的；细胞分裂能力强的细胞分裂能力弱的；幼嫩的细胞衰老的细胞。 （3）细胞全能性的应用：植物的组织培养，动物的核移植（即克隆）。 2、细胞分化是指在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在、和功能上发生稳定性差异的过程。分化的实质是：。 【预习导学】细胞工程是指应用生物学和生物学的原理和方法，通过水平或水平的操作，按照人们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科学技术。 一、植物组织培养技术：,在和人工控制的条件下，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，诱导其产生组织、丛芽，最终形成完整植株。原理：植物细胞具有。 1、过程,高度的组织脱分化组织再分化幼根和芽完整植株。 ①脱分化：的植物器官、组织或细胞产生的过程。②再分化：愈伤组织继续培养，重新分化成等器官的过程。③愈伤组织：排列疏松、无规则，高度液泡化的无定型状态的薄壁细胞。④激素使用：、共同使用能强烈刺激愈伤组织的形成；细胞分裂素、生长素浓度比影响再分化过程中根和芽的发生： 二、植物体细胞杂交技术：将不同种植物，在一定条件下融合成细胞，并把杂种细胞 1、图解 2、原理：和。 3、去除细胞壁的方法：。细胞融合的方法：。细胞融合的标志：。 【疑难解析】1、植物组织培养操作的特点：（1）外植体选择时，由于外植体的脱分化难易因植物种类、器官来源及生理状况的不同而有很大差异。花和幼嫩的组织脱分化较为容易，而植物的茎、叶和成熟的老组织则较难。另外制备外植体时应选取有形成层的部分，因为形成层细胞易脱分化。（2）消毒。如果培养基上有细菌等微生物存在时，它们比植物细胞生长、繁殖得更快，而且它们会产生毒素，使培养的植物细胞很快中毒死亡。因此在培养过程中要求进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作。（3）光照。离体的植物细胞、组织和器官脱分化形成愈伤组织时，需避光处理。愈伤组织再分化形成植物幼苗时，需光照处理。（4）激素调控：生长素含量高于细胞分裂素时，主要诱导植物组织脱分化和根原基的形成；当细胞分裂素的效应高于生长素时，主要诱导植物组织再分化和芽原基的形成。 【基础检测】 1、下列人体细胞中分化程度最低．的是（） A．胚胎干细胞B．造血干细胞C．胰腺细胞D．肌肉细胞 2、（06．北京）以下不能 ．．说明细胞全能性的实验是（） A．菊花花瓣细胞培育出菊花新植株B．紫色糯性玉米种子培育出植株 C．转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株D．番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株 3、（06．江苏）细胞分化是生物界普遍存在的一种生命现象，下列不．正确的是（） A．分化发生在生物体的整个生命进程中B．分化是基因在特定的时间和空间下选择性表达的结果C．未离体的体细胞不会表现出全能性D．分化过程中遗传物质发生了改变 【基础巩固】 1、在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的 A、消毒灭菌 B、适宜的温度 C、充足的光照 D、适宜的养料和激素 2、甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养方法快速繁殖脱毒种苗，以保证该品种品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得过程涉及细胞（） A、有丝分裂 B、分化 C、减数分裂 D、全能性 3、（04·广东）下面关于植物细胞工程的叙述，正确的是（） A、叶肉细胞脱分化后可形成无定形状态的薄壁细胞 B、叶肉细胞经再分化过程可形成愈伤组织 C、融合植物叶肉细胞时，应先去掉细胞膜 D、叶肉细胞离体培养时，可以表现出全能性 4、在植物体细胞杂交技术中，其技术的重要一环是将营养细胞的细胞壁除去，通常是采用纤维素酶和果胶酶的酶解破壁法处理。如将去掉了细胞壁的成熟植物细胞置于清水中，细胞将：（） A、皱缩 B、胀破 C、呈球形 D、保持原状 5、经诱导融合得到的杂种细胞还需经过下列哪项措施才能得到杂种植株 A、分离杂种细胞直接接种便可获得 B、筛选鉴定杂种细胞后，再经植物组织培养才能获得植株 C、让杂种细胞自交获纯系植株 D、杂种细胞经传代培养成植株 6、（多选）下列有关植物体细胞杂交的叙述，正确的是（） A、用酶解法去掉细胞壁，分离有活力原生质体 B、诱导两种植物原生质体融合，形成杂种细胞 C、植物体细胞杂交最终目的是获得细胞代谢产物 D、植物体细胞杂交可以打破生殖隔离 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， 则该杂种植株基因型是（） A、DDddYYyyRRrr B、DdYy C、DdYyRr D、DdddYYyyRRrr 8、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
专题2细胞工程 2.1植物细胞工程 2.1.1植物细胞工程的基本技术 课时训练5植物细胞工程的基本技术 1.植物细胞表现出全能性的必要条件是()。 A.给予适宜的营养和外界条件 B.导入其他植物细胞的基因 C.脱离母体后,给予适宜的营养和外界条件 D.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内 解析:植物细胞全能性是指具有细胞核的高度分化的植物细胞,在离开母体后,在适宜的营养和外界条件下,细胞首先发生脱分化,然后恢复细胞分裂形成愈伤组织,再在一定的诱导因素作用下发生分化,最后形成具有根、茎、叶的完整植株。高度分化的植物细胞的全能性只有在离开母体后才能表现出来。成熟筛管细胞无细胞核,D项错误。B项中,导入其他植物细胞的基因属于基因工程,与细胞的全能性没有必然的联系。 答案:C 2.可以成为植物组织培养条件的是()。 ①CO2②有机物③生长素④细胞分裂素⑤水⑥矿质元素 A.①③⑤⑥ B.②③⑤⑥ C.②③④⑤⑥ D.①②⑤⑥ 解析:植物组织培养的条件是营养物质、激素和其他适宜条件,在愈伤组织形成之前不能进行光合作用,不需要CO2。 答案:C 3.植物体细胞杂交是利用不同物种的两个细胞融合成一个杂种细胞的过程。该过程是指()。 A.不同植物的精子与卵子的融合 B.不同植物原生质体的融合 C.完整的两个体细胞的融合 D.植物花粉细胞的两两融合 解析:植物体细胞杂交是不同植物的原生质体融合为一个杂种细胞的过程。精、卵结合过程为受精作用,花粉细胞不是体细胞。 答案:B 4.在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中,下列哪一项条件是不需要的?() A.消毒灭菌 B.适宜的温度 C.充足的光照 D.适宜的养料和激素 解析:形成愈伤组织,需要在消毒灭菌条件下进行是肯定的,因为只有在消毒灭菌条件下,才能保证培养出的组织细胞不被感染,否则培养基内将长出许多霉菌,与离体细胞争夺营养与生存空间,不能形成愈伤组织。由于此阶段形成的是愈伤组织,并没有形成具有根、茎、叶的植物体,因此不需要光照。 答案:C 5.不能用于人工诱导原生质体融合的方法是()。
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。 1
专题2细胞工程 2．1植物细胞工程 2.1.1植物细胞工程的基本技术
一、细胞工程的概念与分类 1．概念：都具有发育成8完整生物体的潜能。 2 3 操作(防止杂菌污染)；提供一定的营养、激素()和其他适宜外界条件。 三、植物组织培养技术 1 2
3的培养条件。 4．培养结果：诱导产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。 5．实验：胡萝卜的组织培养 (1)原理 离体的植物组织、器官、细胞――――――――――→一定的营养、激素脱分化 愈伤组织 ――→ (2)过程 取材：切取1 cm 3左右的小块，因为该部位容易诱导形成愈伤组织 ↓ 接种：将组织块接种到诱导培养基上，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 ↓ 移栽：将试管苗移栽到大田，培养成正常植株 四、植物体细胞杂交技术 1 2．过程
3 1．判断下列叙述的正误。 (1)细胞工程是按照人的意愿来改变细胞的结构或获得细胞产品的一门综合科学技术。( ×) (2)生物体内的细胞分化和植物组织培养过程中的再分化的实质是一样的，都是基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果。( √) (3)脱分化和再分化是植物组织培养的重要过程。( √) (4)任何细胞都具有全能性，任何细胞都能表现出全能性。( ×) (5)植物体细胞杂交技术的最终目的是得到杂种细胞。( ×)
(6)植物体细胞杂交过程中，细胞融合成功的标志是产生新的细胞壁。( √) (7)利用物理法或化学法，可以直接将两个植物细胞进行诱导融合。( ×) (8)将基因型为Aa植株的花粉和基因型为Bb植株的花粉，除去细胞壁后，进行原生质体融合(仅考虑两两融合)，可以得到6种基因型不同的融合细胞。( ×) (9)同一株绿色开花植物不同部位的细胞经组织培养获得的愈伤组织基因型不一定相同。( √) (10)与传统育种相比，植物体细胞杂交在培育作物新品种方面的重大突破表现在证明杂种细胞具有全能性。( ×) 2．(2019·伊市期末)下列有关植物细胞全能性的叙述，正确的是( ) A．植物体只有高度分化的体细胞才具有发育成完整个体的潜能 B．植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所含基因不同 C．植物细胞的全能性是植物体细胞杂交技术的理论基础 D．高度分化的植物细胞随时可能表现出全能性 解析：选C 植物体的体细胞和生殖细胞都具有发育成完整个体所必需的全部基因，都具有发育成完整个体的潜能，A错误；植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是基因的选择性表达，B错误；植物细胞的全能性是植物体细胞杂交技术的理论基础，C正确；高度分化的植物细胞只有在离体的条件下才可能表现出全能性，D错误。
植物细胞工程综合大实验（一） ——培养基配制和无菌操作 一、实验目的与要求 熟练掌握器皿的洗涤 MS培养基的配制分装 培养基和物品的高压灭菌 实验室的消毒灭菌 植物材料的取材及流水冲洗 无菌操作 材料的培养观察 二、实验原理 植物细胞的全能性。 三、仪器设备与器具 电子天平、移液枪、冰箱、高压锅、超净工作台、 三角瓶、烧杯、容量瓶、培养皿、搪瓷缸、镊子、 解剖刀、酒精灯、试剂瓶、玻璃棒、线绳、pH试纸、封口膜、试管刷、洗涤剂、打火机等。 四、实验材料 彩云阁茎段（用于诱导愈伤组织） 茎节（用于诱导芽） 五、实验方法与步骤 （一）器皿的洗涤
一般器皿 有培养物但未污染的器皿 有培养物且污染的器皿 （二）MS培养基的配制分装 1、MS培养基母液的配制 母液A-F，每组配制A-E 100ml、F 50ml 0.1%升汞的配制 75%酒精的配制 6-BA NAA 2、MS培养基的配制 按每人配制100ml，分5小瓶。 过程如下；每组按1L配制，先取容器内加70%的蒸馏水； 加入蔗糖30g/L；量取母液A-F；加入PGR（自己设计）；用容量瓶定容；用0.1-1N NAOH或HCl调整pH5.6-5.8；每人分100ml；加琼脂粉8g/L；分装到5个小三角瓶中、封口。 （三）培养基和物品的高压灭菌 培养基、无菌水（每组至少5瓶）、空瓶（每组至少2个）、烧杯（每组至少1个）、培养皿（每组至少一套）、接种工具（2套），包好或者分好以备高压灭菌。 高压锅的使用。 （四）实验室的消毒灭菌
75%的酒精擦拭超净工作台内表面，新洁尔灭水进行超净工作台外表面、培养架表面、墙壁及其他房间表面的擦拭。 （五）植物材料的取材及流水冲洗 选取适宜的彩云阁茎节及茎段，切割成适宜大小后放在流水下冲洗。 （六）无菌操作 演示。 （七）材料的培养观察 接种完的材料放在培养室的培养架上进行培养。培养初期每天观察一次，持续1周。之后每2-3天观察一次。 统计指标： 污染率（%）= （污染的外植体个数／接种外植体的总数）×100%。 愈伤组织诱导率（%）= （长愈伤外植体个数／接种外植体总数）×100%。 芽诱导率（%）= （长芽外植体个数／接种外植体的总数）×100%。（八）结果与分析
专题 2 细胞工程 2．1植物细胞工程 2.1.1植物细胞工程的基本技术 [学习目标] [核心素养] 1.简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术。 2.理解植物组织培养的原理和过程，植物体细胞杂交的原理。 3.尝试进行植物组织培养。1.科学探究：结合具体实验，与同学交流讨论，尝试设计植物组织培养技术的流程简图。 2.科学思维：结合“胡萝卜的组织培养”实验，了解组织培养技术已取得的进展和尚未解决的问题，认同科学是一个不断发展的过程，激发探索科学奥秘的兴趣。 一、细胞工程的概念与分类 原理和方法应用1细胞生物学和2分子生物学的原理和方法 操作水平细胞水平或细胞器水平 目的按照人的意愿来改变细胞内的3遗传物质或获得4细胞产品 分类5植物细胞工程和6动物细胞工程 1．概念：7遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成8完整生物体的潜能。 2．原理：9全套遗传信息。 3．全能性表达条件：10离体状态；11无菌操作(防止杂菌污染)；提供一定的营养、激素(12生长素和细胞分裂素等)和其他适宜外界条件。 三、植物组织培养技术 1．13植物细胞的全能性。 2．14离体的植物器官、组织或细胞。
3．培养条件：在15无菌和人工控制条件下、人工配制的培养基上、适宜的培养条件。 4．培养结果：诱导产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。 5．实验：胡萝卜的组织培养 (1)原理 离体的植物组织、器官、细胞――――――――――→一定的营养、激素脱分化 愈伤组织――――――――――→含有不同激素成分的培养基16再分化 17胚状体或丛芽→试管苗。 (2)过程 取材：消毒后选取有18形成层的部位，切取1 cm 3左右的小块，因为该部位容易诱导形成愈伤组织 ↓ 接种：将组织块接种到诱导培养基上，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19分化培养基上培养诱导出试管苗 ↓ 移栽：将试管苗移栽到大田，培养成正常植株 四、植物体细胞杂交技术 1．概念：将不同种的植物20体细胞，在一定条件下融合成21杂种细胞，并把杂种细胞培育成22新的植物体的技术。 2．过程 3．意义：克服了不同生物26远缘杂交的障碍。
HUAZHONG AGRICULTURAL UNIVERSITY 烟草叶片愈伤组织诱导与植株再生的研究Research on Callus Induction and Plant Regeneration of Tobacco Leaves 姓名: 黄金波 CANDIDATE：Huang-Jin Bo 学号: 2012304200510 STUDENT ID：2012304200510 课程: 植物细胞工程实验CURRICULUM：Plant Cell Engineering Experiment 班级: MAJOR: 生技1201班Biotechnology 1201 指导老师：SUPERVISOR：柳俊齐迎春陈浩 Liu-Jun Qi-Ying Chun Chen-Hao 中国武汉 WUHAN， CHINA
二○一四年十二月DEC, 2014
烟草叶片愈伤组织诱导与植株再生的研究 黄金波 华中农业大学生命科学技术学院生技1201班 [摘要] [目的]以烟草叶片为材料，通过这次实验，基本掌握植物愈伤组织诱导与植株再 生的原理和方法，熟练掌握相关实验操作技术；另外，通过本次实验，完成烟草植株再生，并对比光照和黑暗等不同方法，对诱导愈伤组织状态和诱导率的影响，进行结果分析。 [方法]在无菌条件下，把烟草叶片剪成1cm2大小的小方块，先通过含0.25mg/L NAA和0.25mg/L BA的MS诱导培养基在光照和黑暗条件下诱导培养；三周后，转接到含0.25mg/L NAA和1.0mg/L BA的MS分化培养基中光照培养；两个月后，观察结果，统计分析。 [结果]诱导培养后，在光照条件下和在黑暗条件下培养的均有67.7%的被污染了；用剩下的33.3%全部接种到分化培养基上培养。结果表明分化率在光照条件下和在黑暗条件下无差别；每个愈伤组织分化芽数在光照条件下明显多于在黑暗条件下诱导；分化芽状态在黑暗和光照条件有一定的区别，分化植株苗在光照和黑暗条件下诱导没有明显区别。 [结论]光照条件和在黑暗条件下诱导可以影响愈伤分化芽数和分化芽状态。 [关键词] 烟草叶片；愈伤组织；细胞工程；分化；诱导；植株再生 Research on Callus Induction and Plant Regeneration of Tobacco Leaves Huang-Jin Bo Huazhong Agriculture University , College of Life Science and Technology , Biotechnology 1201 [Abstract] [Objective]Using tobacco leaves as materials, through the experiment, we should handle the basic principle and method of plant callus induction and plant regeneration，master related experiments’technology; In addition, through this experiment, to complete the tobacco plant regeneration, and compared different methods of callus induction, such as light and dark state, and the effects to the state and induction rate, then analyzing the results. [Method]The tobacco leaf was cut into 1 cm2 size small squares under aseptic conditions. Firstly induced in the MS induction medium with 0.25 mg/L NAA and 0.25 mg/L BA, under the condition of light and dark, respectively; Three weeks later, transferred to MS differentiation medium with 0.25 mg/L NAA and 1.0 mg/L BA culturing under light; Two months later , observing the results, and analyzing the statistics. [Results]After the induction culturing, 67.7% materials were polluted both under the condition of light and dark; rest 33.3% materials were inoculated to the differentiation medium, continuing to cultivate. As a result, it was successfully. The results show that there are no obvious differences between with the light condition and dark condition. Each number of callus bud differentiation under the condition of the light induced significantly more than in the
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 1．培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是( ) A ．组织培养 B ．细胞杂交 C ．显微注射 D ．核移植 解析：本题主要考查现代生物技术应用的相关知识。由于植物分生组织中病毒很少或没有病毒，常用茎尖通过组织培养技术培育脱毒苗；细胞杂交通常用于培育杂种个体；显微注射技术常用于基因工程，培育转基因生物；核移植技术常用于培养克隆动物。故只有A 选项符合题意。 答案：A 2．以下不能说明细胞全能性的实验是( ) A ．胡萝卜韧皮部细胞培育出植株 B ．紫色糯性玉米种子培育出植株 C ．转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株 D ．番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株 解析：细胞的全能性是指已经分化的细胞仍然具有发育成完整生物体的潜能。能体现细胞全能性的最好实例是植物组织培养，离体的植物器官、组织或细胞经过脱分化和再分化最终能形成一个完整的植株。A 、C 、D 三项都要用到植物组织培养技术，故B 项符合题意。 答案：B 3．下列属于植物组织培养的是( ) A ．花粉培养成单倍体植株 B ．芽发育成枝条 C ．根尖分生区发育成成熟区 D ．受精卵发育成植株 解析：将花粉培养成单倍体植株，即花药离体培养，属于植物组织培养，A 正确；芽发育成枝条是自然生长过程，不属于植物组织培养，B 错误；根尖分生区发育成成熟区是自然生长过程，不属于植物组织培养，C 错误；植物组织培养包括脱分化和再分化等过程，而受精卵是个体发育的起点，发育成植株无脱分化等过程，D 错误。 答案：A 4．如图是四倍体兰花的叶片通过植物组织培养形成植株的示意图。 四倍体兰花叶片――→①愈伤组织――→②胚状体――→③植株
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
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
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。