《植物细胞工程学案》

《植物细胞工程学案》

张建尚/江苏

【学习目标】站得高——明确学习目标。

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。

3.尝试植物组织培养技术。

【重点和难点】

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。

3.植物细胞工程应用的实例。

难点：植物组织培养的实验。

【学法提示】

1.学习植物组织培养技术时，首先理清组织培养的脱分化和再分化过程，细胞全能性的概念，然后进行胡萝卜组织培养的实际操作，该过程的关键是无菌操作，注意哪些需要灭菌，哪些需要消毒。最后总结植物组织培养的概念。

2.植物体细胞杂交技术重在理解和记忆去壁、原生质体融合的方法、意义及概念。植物细胞工程的实际应用中，重点关注作物脱毒、人工种子和细胞产物的工厂化生产的原因。

【课前预习】起步稳——知识源于生活。

1.细胞脱分化就是让已经 ① 的细胞，经过诱导后，失去其特有的 ② 而转变为 ③ 的过程。愈伤组织是经过 ④ 后形成的具有 ⑤ 能力的无定形状态的___⑥____细胞，它可以再分化出 ⑦ ，形成完整的小植株。

2．具有某种生物 ① 的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的 ② ，即每个生物细胞都具有全能性的特点。在理论上，生物的任何一个细胞都具有 ③ ，但在生物的生长发育过程中，细胞并不表现 ④ ，-而是分化成各种 ⑤ 。这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有 ⑥ 地表达出各种 ⑦ ，从而构成生物体的不同 ⑧ 。

3.植物组织培养是在 ① 和 ② 条件下，将 ③ 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 ④ 、丛芽，最终形成完整植株。在进行胡萝卜组织培养实验中，制备外植体首先要 ⑤ ，其次要选取有 ⑥ 的部分，因形成层细胞易脱分化。培养基包括所有操作工具都应进行

⑦ ，谨防杂菌污染，接种要在 ⑧ 内进行，整个过程都需在 ⑨ 条件下操作。

4.植物体细胞杂交就是将不同种的植物 ① 细胞，在一定条件下融合成 ② 细胞，并把这种细胞培育成新的 ③ 的技术。进行植物体细胞杂交时首先要用

④ 去掉细胞壁，然后进行 ⑤ 间的融合。人工诱导融合的物理方法有 ⑥ 等，化学方法一般是用 ⑦ 诱导细胞融合。

5.通过 ① 技术可以实现种苗的大量快速繁殖，利用 ② 组织培养技术可以脱除病毒，以获得脱毒苗，因为植物 ③ 附近的病毒极少，甚至无病毒。利用植物组织培养获得的 ④ 等，经过 ⑤ 包装可以获得人工种子。与常规种子的生产相比，人工种子的生产不受 ⑥ 的限制，也不占用大量的 ⑦ 。单倍体育种的优点是 ⑧ 。

答案1. ①分化②结构和功能③未分化细胞④脱分化⑤分生⑥薄壁⑦幼根和芽2. ①全部遗传信息②潜能③发育成完整植株的潜力④全能性⑤组织和器官⑥选择性⑦蛋白质⑧组织和器官3. ①无菌②人工控制③离体④愈伤组织⑤消毒⑥形成层⑦消毒和灭菌⑧接种箱⑨无菌4.①体②杂种③植物体④纤维素酶和果胶酶⑤原生质体⑥离心、振动、电激⑦聚乙二醇5. ①植物组织培养②茎尖③分生区④胚状体、不定芽、顶芽和腋芽⑤人工薄膜⑥季节、气候和地域⑦土地⑧明显缩短育种年限

【课堂探究】走得欢——探索成长快乐。

一、植物细胞全能性

以下是利用菊花花瓣培育菊花的过程图解。

（1）图中①是 ① ，②是 ② 。该过程说明植物细胞具有 ③ 。

（2）植物细胞具有全能性的根本原因是 ① ，生物体的内的细胞没有表现出全能性而是分化成不同的组织器官的原因是 ②

，植物细胞表现出全能性的条件是 ③ 。

（3）全能性最高的细胞是 ① ，克隆羊“多莉”的诞生说明 ② 。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？ ③

。

答案一、（1）①脱分化②再分化③全能性（2）①生物体的每个细胞都含有本物种的全部遗传信息（全套基因）②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，从而构成生物体的不同组织和器官（或基因选择性表达的结果）③离体、一定的营养物质和激素、适宜的外界条件（3）①受精卵②动物的细胞核具有全能性③没有，因为种子中的胚已完成了早期发育，相当于新植物体的幼体

二、植物组织培养技术

以下是胡萝卜组织培养的操作基本流程。

材料消毒→制备外植体→接种→愈伤组织→转接→幼苗→移栽

（1）用于胡萝卜切断消毒的化学物质是 ① ，操作者的双手用 ② 消毒，而解剖刀等器械和培养基都要进行 ③ 处理。

（2）外植体是指 ① ，该实验中的外植体最好带有形成层，因为形成层细胞容易 ② 。胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）是否也能培养成小植株？

③ 。

（3）接种操作要在 ① 进行，并且每次使用器械后都要用 ② 灭菌。初次接种的培养基属于 ③ 培养基，转接的培养基属于 ④ 培养基。

（4）接种后的外植体在 ① ℃恒温 ② 条件下培养。一段时间后转接培养形成试管苗，再将试管苗移栽至大田，培养成植株。

二、（1）①酒精和次氯酸钠②酒精③灭菌（2）①用于离体培养的植物器官或组织片段②脱分化③胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难（3）①酒精灯②火焰灼烧③诱导④分化（4）①23~26℃②避光

三、植物体细胞杂交技术

“白菜—甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长期短和耐储藏等优点。下图是“白菜—甘蓝”的培育过程示意图，他们的基因型分别为aaBB、ccDD，请回答下列问题：

菊花花瓣—→愈伤组织—→胚状体—→菊花 ① ②

白菜细胞

甘蓝细胞 ①

② ③ ④ ⑤ 杂种植株

（1）在上述过程中，实现①②过程常用的物质为 ① 。过程③叫做 ② 技术，诱导方法有物理法和化学法两大类过程，物理法有 ③

等，若用化学法，所用化学试剂名称 ④ 。

（2）过程④是细胞壁的再生过程，与此过程直接相关的细胞器是 ① 。

（3）⑤过程中进行的细胞分裂方式是 ① ，该过程先诱导细胞分裂形成 ② ，再由它分化形成杂种植物幼苗。

（4）通常情况下，白菜和甘蓝有性杂交是不能成功的，原因是 ① 。植物体细胞杂交方法的优点是 ② 。

三、（1）①纤维素酶和果胶酶②原生质体融合③离心、振动、电激④聚乙二醇(PEG)（2）①高尔基体（3）①有丝分裂②愈伤组织（4）①存在生殖隔离②克服远缘杂交不亲合的障碍，培育作物新品

四、植物细胞工程的实际应用

人参是一种名贵中药材，其有效成分主要是人参皂苷。为达到既保护人参资源又能充分利用资源的目的，可以采取以下措施：

大量繁殖人参幼苗的途径有：a～e属于 ① ； f→g→c→d→e属于 ②

，e处所采取的措施是 ③ ；制备人工种子时需培养到

④ 阶段，人工种子的生产与自然种子的生产相比，其优点有

⑤ ；若培育人参新品种，可以从组织培养中筛选 ⑥ 。若利用组织培养获得人参皂苷则需培养至 ⑦ ，然后用少量果胶酶处理，获取单细胞或小细胞团，在液体培养基中进行悬浮培养，可有效提高人参皂苷合成量。

四、①植物组织培养②单倍体育种③用秋水仙素处理人参幼苗④胚状体⑤不受季节、气候和地域的限制，也不占用大量土地资源⑥突变体⑦愈伤组织

【知识体系】

人参根切块 愈伤组织 人参

幼苗 c

人参植株

花药 胚状体

a b d

e

f

g

植物组织培养技术 细胞全能性

实验

概念 植物细胞工程 概念

概念

原因

去细胞壁

原生质体融合

培养 植物体细胞杂交技术 过程

概念

植物繁殖的新途径

作物新品种的培育

细胞产物的工厂化生产 植物细胞工程的应用

【课堂巩固】跑得快——善于学习，手不释卷！

下图是对基因型为Aabb的玉米所作的处理，据图回答问题。

（1)图中a所采取的技术手段是 ，b是用 处理单倍体幼苗，其结果可以得到 种基因型的玉米。

（2)图中c是 过程，d是 过程，其结果可以得到基因型为 的玉米。

（3）图中过程a或过程c、d能够说明 。

（4）图中 经过人工薄膜包装可以得到人工种子。

（5）某课外小组同学用愈伤组织同时进行了两组实验，甲组培养基中含3%的蔗糖，经灭菌后接种，每组实验再分成两个小组，分别在光下和暗处培养。乙组除培养基中不含蔗糖外其它处理与甲组相同。1个月后，观察植物生长、分化情况，结果如下表：

培养条件 甲组

乙组

光下 正常生长，分化 不生长，死亡

暗处 正常生长，不分化 不生长，死亡

由此得出的结论是：① ；②

。

答案（1）花药离体培养；秋水仙素；2（2）脱分化；再分化；Aabb（3）植物细胞具有全能性（4）胚状体（5）①愈伤组织生长、分化过程需要蔗糖 ②光能够促进细胞分化

【课后作业】步步高——巩固成果，对答如流!