下载文档原格式
新人教版生物学选择性必修3《生物技术与工程》知识梳理第二章 细胞工程 第一节 植物细胞工程细胞工程： 细胞工程是指应用细胞生物学 、分子生物学 和发育生物学 等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得 特定的细胞、组织、器官、个体 或其产品的一门综合性生物工程。
1．原理和方法：细胞 生物学和分子 生物学。
2．操作水平：细胞 水平或细胞器 水平。
3．目的：按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质 或获得细胞产品 。
一、植物细胞工程的基本技术1. 细胞的全能性：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_，即细胞具有_全能性_。
2. 细胞具有全能性的原因（物质基础）生物体的细胞中都含有该物种的全套遗传物质_，都有_发育成为完整个体所需的全部遗传信息_。
1. 生物体生长发育过程中细胞不表现全能性的原因（不离体的细胞无法表现出全能性的原因） 在特定的时间时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达 2. 全能性大小比较（1）受精卵、体细胞、生殖细胞 __受精卵＞生殖细胞＞体细胞____（2）分化程度高的细胞、分化程度低的细胞__分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞_____ （3）分裂能力强的细胞、分裂能力弱的细胞 __分裂能力强的细胞＞分裂能力弱的细胞____ （4）植物细胞、动物细胞__植物细胞＞动物细胞__________ （5）幼嫩的细胞、衰老的细胞__幼嫩的细胞＞衰老的细胞____ （一）植物组织培养技术1. 概念：植物组织培养是指将_离体_的植物_器官__、_组织_或_细胞_（称为_外植体_）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. 原理：__植物细胞的全能性__3. 生殖方式：_无性生殖__4. 分裂方式：__有丝分裂__5. 过程：外植体――愈伤组织―再分化胚状体或丛芽――→发育植株脱分化：在一定的_激素_和_营养_等条件的_诱导_下，_已经分化_的细胞_失去其特有的结构和功能__，转变成_未分化的细胞__的过程。
2．1.1 植物细胞工程的基本技术1．了解细胞工程的含义。
2．理解植物细胞的全能性。
(重点)3．掌握植物组织培养技术的过程及用途。
(重点)4．理解植物体细胞杂交技术的过程。
(重点)(一)细胞工程的概念与分类1．概念(1)原理和方法：细胞生物学和分子生物学。
(2)操作水平：细胞水平或细胞器水平。
(3)目的：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。
2．种类根据操作对象不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程。
(二)植物细胞的全能性1．概念：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，每个生物细胞都具有全能性的特点。
2．现实表现：在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官。
3．影响细胞全能性表现的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质，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．表达时两个重要的过程：(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而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，再分化出幼根和芽，形成完整的小植株。
[合作探讨]探讨1：请比较基因工程和细胞工程的概念，总结二者的不同。
提示：(1)操作水平：基因工程是分子水平的操作，细胞工程是细胞水平或细胞器水平的操作。
(2)目的：基因工程的目的是创造出符合人们需要的新的生物类型和生物产品，细胞工程的目的是按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。
探讨2：理论上每种活细胞都具有全能性，请分析细胞具有全能性的原因。
提示：活细胞都具有发育成该物种个体所需的全套遗传物质。
探讨3：植物的种子发育成完整植株，是否体现了细胞的全能性？为什么？提示：没有。
因为细胞的全能性是指已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能，而种子中的胚已完成了早期发育，相当于新植物体的幼体，没有体现细胞发育成完整植物体的能力。
第1课时植物细胞工程的基本技术课堂互动探究案课程标准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。
素养达成1.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。
(科学思维)2．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。
(科学探究)“春风欲擅秋风巧，催吐幽兰继落梅。
”素有“天下第一香”之称的兰花(如图所示)，其优美高雅的叶片和芳香艳丽的花朵，自古以来就是文人墨客吟诗作赋的对象。
但是，兰花在自然条件下播种繁殖的难度很大，需要较长时间才能获得少量幼苗。
如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖、从而走入寻常百姓家呢？探究点一植物细胞的全能性【师问导学】资料科学家曾经应用植物组织培养技术，将菊花茎段韧皮部的一些细胞进行离体培养，最终发育成完整的新植株(如图)。
1．这一科学实验证明了植物细胞具有____________。
2．上述菊花幼嫩的茎段细胞能发育成完整新植株的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
3．利用菊花的花药能培养成完整的植株吗？【智涂笔记】[特别提醒](1)细胞表达全能性的标志是发育成完整个体或分化成其他各种细胞。
(2)细胞具有全能性是因为细胞中具有发育成完整个体所必需的“全套基因”而不是“全部基因”，配子中有全套基因，因此仍然具有全能性。
【师说核心】1．细胞的全能性(1)植物细胞具有全能性的原因：一般生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传信息。
(2)现实体现：在生物的生长发育过程中，生物体内的细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官，这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞内的基因会选择性地表达。
2．细胞全能性大小的比较(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(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．植物细胞表现全能性的条件(1)离体状态。
(2)营养物质：种类齐全、比例合适。
(3)植物激素：生长素、细胞分裂素。
(4)外界条件：适宜的温度、pH和光照(愈伤组织的形成和生长需要避光培养，分化培养需照光)等。
(5)无菌操作。
【检测反馈】1．下列有关细胞全能性的叙述，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．生物体内的体细胞由于细胞分化，全能性不能表达C．卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性最高D．植物细胞在一定条件下通过离体培养能表现出全能性2．在植物体内，茎的顶端分生组织的细胞具有细胞周期，但不能表现出全能性，这是因为( )A．细胞核失去了全能性B．不同细胞的基因是不同的C．细胞中基因的表达有选择性D．细胞核中的基因发生了不同的变异3．植物细胞表现出全能性的必要条件和增殖方式分别是( )A．脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件；减数分裂B．导入其他植物细胞的基因；有丝分裂C．将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内；减数分裂D．脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件；有丝分裂探究点二植物组织培养技术【师问导学】下图为植物组织培养的过程，请据图回答问题。
1．①→②过程为__________，对光的要求是________；②→③过程为__________，对光的要求是________。
2．①→②与②→③的培养基不同，最大差异是____________和________________的比值不同。
3．①→④过程在生殖方式上属于________生殖。
4．在植物组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？5．在组织培养过程中，诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基的成分有什么不同？6．诱导愈伤组织期间一般不需要光，后续培养过程中，为什么每日要给予适当时间和强度的光照？7．若培养物取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，愈伤组织中是否会含有叶绿体？【智涂笔记】[知识拓展](1)由愈伤组织进行细胞分化时，一般要先诱导其生芽，然后诱导其生根，可通过控制培养基中生长素和细胞分裂素的比例来实现。
(2)生长素和细胞分裂素用量的比例可影响植物细胞的发育方向。
【师说核心】1．植物组织培养的过程(1)外植体：用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。
(2)脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能，转变成未分化细胞的过程。
(3)愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞团。
(4)再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出根或芽等器官的过程。
2．植物组织培养技术的注意事项(1)外植体的选择与制备①外植体的选择：外植体脱分化的难易因植物种类、器官来源及生理状况的不同而不同。
一般来说，植物的花和幼嫩的组织脱分化相对比较容易，而植物的茎、叶和成熟的组织较难。
②制备外植体首先要消毒，其次要选取有形成层的部分，因为形成层细胞易脱分化。
(2)无菌操作植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染，所有实验用具要严格灭菌，接种过程要进行严格的无菌操作。
(3)光照的控制对于植物组织培养来说，光照条件非常重要。
在愈伤组织的诱导阶段往往要避光培养，有利于细胞脱分化产生愈伤组织(如果是在光照条件下，容易分化产生维管等组织，不利于产生大量的愈伤组织)。
当愈伤组织分化出芽和叶时，一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成。
(4)植物激素的使用 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性激素，两类激素的浓度及用量的比例等都会影响实验结果。
3．菊花组织培养实验的注意事项(1)条件控制：植物组织培养过程中光照条件的控制非常重要，包括光照强度、光照时间和波长等。
在形成愈伤组织的脱分化阶段往往需要暗培养，而在再分化的过程中一定要有光照。
脱分化阶段的暗培养有利于细胞的脱分化，产生愈伤组织，因为在光照条件下细胞容易分化产生维管组织，不利于产生大量的愈伤组织。
再分化阶段要有光照，这样有利于诱导形成叶绿素。
(2)取材：取幼嫩茎段。
外植体的遗传特性、取材的位置都会影响愈伤组织的再分化能力。
(3)接种：菊花茎段插入培养基时应注意方向，将形态学下端插入培养基，不要倒插。
(4)消毒和灭菌：培养基中含有丰富的营养物质，不仅有利于培养物的生长，也有利于各种杂菌的生长。
一旦污染，迅速生长的各种杂菌不仅会与培养物争夺营养，而且还会产生大量对培养物有害的物质，导致培养物死亡。
【检测反馈】1．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的过程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 2．下面是植物组织培养过程示意图，相关说法正确的是( ) 外植体――→①愈伤组织――→②长出丛芽――→③生根――→④移栽成活A ．上述植物组织培养的过程依据的生物学原理是植物细胞具有全能性B ．需要对外植体进行严格的灭菌处理，以防止杂菌污染C ．外植体若是月季的花药，则图中的①过程需要光照D ．外植体若是菊花的根尖组织，因细胞中没有叶绿体，故培养成的新植株叶片无色3．为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力，某研究小组的实验过程如下图。
下列叙述正确的是( )A ．过程①获得的原生质体需悬浮在30%蔗糖的溶液中B．过程②需提高生长素的比例以促进芽的分化C．过程③需用秋水仙素处理，以诱导细胞壁再生D．原生质体虽无细胞壁，但仍保持细胞的全能性探究点三植物体细胞杂交技术【师问导学】1．从结果上看杂种植株在遗传上有何特点？从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？2．从新品种培育的角度分析，植物体细胞杂交技术最大的优点是什么？3．科学家采用体细胞杂交的方法得到了“番茄—马铃薯”杂种植物，但这种植物并没有地上结番茄，地下长马铃薯。
你如何解释这一现象？4．以下为植物体细胞杂交技术的流程图，其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞，二者所含有的染色体组分别是AA和BB。
请据图分析并回答问题。
(1)①过程的目的是______________________，所用的酶为________________________。
(2)将若干a和b等量混合后转移到培养基上培养，再经过②和③，c的细胞类型有__________________________________________(不考虑三个或三个以上细胞的融合，用染色体组成表示)。
(3)在采用化学法进行②过程时，一般是用__________作为诱导剂。
(4)植物体细胞杂交与自然状况下的杂交相比，前者的重要意义是____________________________________。
【智涂笔记】[方法技巧]1．体细胞杂交后细胞内染色体数目、染色体组数目及基因型的判断体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管染色体、基因型、还是染色体组都是两亲本之和。
若一植物细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体为(2x＋2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。
2．植物体细胞杂交过程中的注意事项(1)植物体细胞杂交的培养基中要添加蔗糖溶液且浓度略大于植物细胞质浓度，不仅为原生质体提供营养，而且还能维持一定的渗透压，使原生质体保持正常的形态。
(2)体细胞两两融合细胞类型有3种(AA、BB、AB)，而真正符合要求的是AB，因此要对融合细胞进行筛选。
(3)体细胞杂交过程中涉及的遗传知识①从生殖类型上看，植物体细胞杂交技术没有生殖细胞的形成和结合，属于无性生殖，变异类型是染色体数目的变异，形成的是异源多倍体，由于含有两个亲本的遗传物质，因此理论上应具有两个亲本的遗传性状。
