生物学案：植物细胞工程的基本技术

学必求其心得，业必贵于专精

2。1 植物细胞工程

2.1.1 植物细胞工程的基本技术

问题导学

一、植物组织培养技术

活动与探究

1．什么是植物细胞的分化、脱分化、再分化？

2．1 植物细胞工程专题2 细胞工程2．什么是细胞的全能性？细胞全能性的原因是什么？不同细胞全能性的大小是怎样的?

3．植物组织培养时，恢复植物细胞全能性的条件有哪些？

4．植物组织培养技术的流程是怎样的?

迁移与应用

下图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作,接入试管后，在一定条件下，形成试管苗的培育过程,请据图回答下列问题。

（1）愈伤组织是韧皮部细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团，在愈伤组织形成过程中，必须从培养基中获得________、________和小分子有机物等营养物质。

(2)要促进韧皮部细胞分裂和生长，培养基中应用________和________两类激素。

（3)此过程依据的原理是________。A和B阶段主要进行的分裂方式是________,B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞________等。

(4）A阶段是________形成愈伤组织的过程，此过程不需要光照，而B阶段需要光照，原因是________________________________________________________________________ 学必求其心得，业必贵于专精

________________________________________________________________________。

（1）选择外植体时，由于外植体的脱分化难易程度因植物种类、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）消毒和灭菌：植物组织培养要想取得成功，必须有效防止细菌等的污染.因为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、繁殖快。而且它们会产生毒素,使培养的植物细胞中毒死亡。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。可用体积分数为70％的酒精和体积分数为20%的次氯酸钠溶液对外植体消毒。

(3）光照。离体的植物器官、组织和细胞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：生长素和细胞分裂素用量及比例对植物组织培养的影响：

比例 影响

生长素＞细胞分裂素 有利于根的分化，抑制芽的形成

细胞分裂素＞生长素 有利于芽的分化，抑制根的形成

比例适中 促进愈伤组织的形成

二、植物体细胞杂交技术

活动与探究

1．植物体细胞杂交技术的原理是什么？

2．植物体细胞杂交的过程是怎样的？ 学必求其心得，业必贵于专精

3．怎样去掉细胞壁？诱导细胞融合的方法有哪些？

4．原生质体融合成功的标志是什么？与哪种细胞器有关？

5．植物体细胞杂交的意义是什么?

迁移与应用

据下面植物体细胞杂交技术流程图回答相关问题。

(1）若运用传统有性杂交(即用番茄、马铃薯杂交）能否得到杂种植株？为什么？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，运用的技术手段是__________，依据的原理是________________________________________________________________________,

其中过程②称为__________________技术，与过程③密切相关的具有单层膜结构的细胞器为__________________,过程④相当于________________，⑤过程涉及的分裂方式为__________.

（3）已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体,则“番茄—马铃薯”属于__________倍体植株。

（4）随“神舟六号”太空旅行的种苗中，最受关注的是柴油树学必求其心得，业必贵于专精

试管苗.柴油树种子含有的柴油是植物细胞的代谢产物,可用植物组织培养来实现柴油的工业化生产.若利用此技术，将柴油树细胞培养进行到过程__________（填图中字母编号）即可.

（1）植物体细胞杂交包括植物细胞融合和植物组织培养两个环节.

（2）只考虑两个原生质体的融合,如A、B两种原生质体发生融合后的细胞有:原生质体A与A 的融合、B与B的融合和A与B的融合.所以需要经过筛选才能得到杂种细胞.

(3)体细胞杂交植物的染色体组数

①染色体组数目＝甲、乙两个细胞内染色体组数之和.

②植物体细胞杂交后的植物，有几个染色体组就称为几倍体。

③举例：

a．二倍体白菜和二倍体甘蓝体细胞杂交得到的白菜-甘蓝有四个染色体组，为四倍体.

b．二倍体白菜配子和二倍体甘蓝配子杂交得到的新个体有两个染色体组，称为二倍体。

（4）“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想象的那样,地上长番茄、地下结马铃薯的原因

生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以番茄—马铃薯杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达。

答案：

课前·预习导学

【预习导引】

一、细胞生物学 分子生物学 细胞水平 细胞器 人的意愿

细胞产品 植物细胞 动物细胞 学必求其心得，业必贵于专精

二、1．无菌 离体的 适宜的培养条件 愈伤组织 丛芽 完整的植株

2．全能性

3．脱分化 愈伤 再分化

4．完整个体

预习交流：1．提示:离体的植物器官、组织和细胞。

2．提示：无菌和人工控制的条件下，人工配制的培养基、适宜的培养条件。

3．提示：诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。

三、1．体细胞 杂种细胞

2．（1）原生质体 （2)人工诱导 （3）细胞壁 杂种 （4）杂种 脱分化 再分化

3．离心 电激 聚乙二醇（PEG） 新细胞壁

5．远缘杂交

课堂·合作探究

【问题导学】

一、活动与探究:

1．提示:（1）细胞的分化：在特定时间和空间下基因有选择性表达的过程,细胞分化后在形态和功能上出现稳定性的差异。

（2）脱分化：离体细胞失去特有的细胞结构和功能,转变成未分化细胞的过程。

（3）再分化：由愈伤组织分化形成芽和根的过程。再分化的关键是调整生长素和细胞分裂素的比例.

2．提示：(1)概念：从理论上讲，生物体的每一个细胞都具有发育成完整个体的潜能.细胞的这种特性叫作细胞的全能性。

（2)原因:生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质。

（3）全能性大小（一般情况下）： 学必求其心得，业必贵于专精

①植物细胞＞动物细胞（高度分化的动物细胞只有细胞核具有全能性）。

②受精卵＞生殖细胞（精子、卵子)＞体细胞。

③幼嫩的细胞＞衰老的细胞。

④细胞分裂能力强的＞细胞分裂能力弱的。

⑤体细胞：分化程度低的＞分化程度高的。

3．提示：(1)脱离母体:脱离母体用于植物组织培养的植物器官、组织或细胞又称为外植体。

（2）营养物质：

①无机营养物:主要由大量元素和微量元素两部分组成。

②蔗糖：给植物组织提供碳源和能源，维持培养基的渗透压.

③维生素：有利于外植体的发育。

④各种氨基酸等.

⑤植物激素：主要是生长素和细胞分裂素。

（3）无菌条件:

培养基需用高压蒸汽灭菌；外植体在接种前要消毒;接种时需在无菌室中或超净工作台上进行。

（4)环境因素：适宜温度、光照等外界条件。

4．提示:

迁移与应用:解析:愈伤组织的形成需要水、无机盐、小分子有机物、生长素和细胞分裂素等物质.植物组织培养的原理是细胞的全能性，既有细胞的分裂，也有细胞的分化,主要包括脱分化和再分化两个过程.试管苗中叶绿素的形成需要光照。 学必求其心得，业必贵于专精

答案：（1）水 无机盐 （2）细胞分裂素 生长素

（3）细胞的全能性 有丝分裂 分化 （4）脱分化 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件

二、活动与探究：

1．提示：（1)诱导原生质体融合:细胞膜的流动性。

（2）培育成杂种植株：细胞的全能性。

2．提示：

3．提示：用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞,去掉细胞壁。诱导细胞融合的物理法包括离心、振动、电激等.化学法一般是用聚乙二醇（PEG)作为诱导剂。

4．提示:再生细胞壁；与高尔基体有关.

5．提示：植物体细胞杂交能够在一定程度上克服远缘杂交不亲和的障碍,扩大了可用于杂交的亲本组合范围.

迁移与应用：解析:（1)番茄和马铃薯属于两种植物，存在生殖隔离，不能通过有性杂交产生后代.（2）过程②是把a、b两个原生质体融合在一起，所以称为原生质体融合。过程③是在融合的原生质体外再生一层细胞壁,而细胞壁的形成与高尔基体有关。过程④的结果是形成了愈伤组织，所以④为脱分化。（3)“番茄—马铃薯”属于异源多倍体里面的异源六倍体。（4)柴油是植物细胞的代谢产物，将柴油树细胞培养到愈伤组织即可。

答案：（1）不能，不同种的植物存在生殖隔离 （2）植物组织学必求其心得，业必贵于专精

培养 细胞全能性 原生质体融合 高尔基体 脱分化 有丝分裂

（3）六 （4）e

当堂检测

1．植物细胞工程通常采用的技术手段有植物组织培养和植物体细胞杂交等，这些技术的理论基础是（ )。

A．植物细胞的结构是完整的

B．植物细胞能进行有丝分裂

C．植物体的生命活动受激素调节

D．植物细胞具有全能性

答案:D 解析:植物细胞都具有发育成完整植物体的潜能，即细胞的全能性，它是细胞工程的理论基础.

2．用纤维素酶和果胶酶处理成熟的植物细胞,一段时间后将其置于清水中，细胞将( )。

A．皱缩 B．涨破

C．呈球形 D．保持原状

答案：B 解析：植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,用纤维素酶和果胶酶处理成熟的植物细胞会将其细胞壁去除，剩下的是原生质体。将原生质体置于清水中会吸水涨破。

3．植物组织培养繁育红掌的正确流程是（ ）。

①离体的红掌组织 ②胚状体或丛芽 ③愈伤组织 ④再分化

⑤脱分化 ⑥红掌幼苗

A．①②⑥⑤③④ B．①②④⑥③⑤

C．①⑤③④②⑥ D．①⑤②⑥③④

答案：C 解析：植物组织培养的过程是：离体植物器官、组织或细胞→脱分化→愈伤组织→再分化→胚状体或丛芽→植物体。

4．下图为植物体细胞杂交过程示意图。下列说法不正确的是( ).