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![[精品]新人教版选修三高中生物2.1.1 植物细胞工程的基本技术导学案](https://img.taocdn.com/s1/m/b708f1e1aa00b52acfc7caeb.png)
2. 1.1 植物细胞工程的基本技术课标要求1、能力要求1、理解和掌握植物组织培养的操作过程2、理解和掌握植物体细胞杂交的操作过程2、内容要求1、理解植物细胞的全能性2、了解植物细胞脱分化和再分化的结果3、掌握植物组织培养的特点4、理解植物体细胞杂交和植物细胞培养的联系知识网络体系去细胞壁：纤维素酶、果胶酶 诱导剂：PEG融合完成的标志：新细胞壁的形成过程：原生质体融合+组织培养重难热点归纳1、理解细胞全能性的概念，把握细胞全能性的特点：细胞全能性是指生物体的细胞具有形成完整个体的潜能的特性。
受精卵、生殖细胞和已分化的体细胞均具有全能性。
生物体的细胞具有全能性的根本原因是细胞内含有形成完整个体所需的全套基因。
同一个体的每一个已分化的体细胞都由受精卵经有丝分裂而来，体细胞核内基因与受精卵一样，因此都具有全能性。
分化的体细胞之所以没有表达出全能性，是因为基因选择性表达。
在离体和适当的条件下，分化的体细胞也能表达其全能性。
全能性表达的难易程度：受精卵＞生殖细胞＞体细胞；植物细胞＞动物细胞。
2、植物组织培养操作的特点：（1）选择外植体时，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。
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。
2．1植物细胞工程2．1.1植物细胞工程的基本技术1．细胞工程是指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上的操作，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科学技术。
2．理论上每个活细胞都具有全能性。
3．细胞全能性的大小依次是：受精卵>生殖细胞>体细胞。
4．植物组织培养的理论基础是细胞的全能性。
5．植物体细胞杂交的理论基础是细胞膜的流动性和细胞的全能性。
6．人工诱导原生质体融合的方法有物理法(离心、振动、电激)和化学法(聚乙二醇处理)。
植物细胞的全能性[自读教材·夯基础]1．细胞工程的概念2．细胞的全能性(1)含义：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)影响全能性表达的原因：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，从而构成生物体的不同组织和器官。
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改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。
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。
[跟随名师·解疑难]1．细胞全能性的实质已经分化的体细胞(或细胞核)仍具有本物种个体发育所需要的全套遗传物质，即每个细胞都有发育成个体所需要的全部基因。
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。
(4)随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。
3．植物细胞表现全能性的条件材料离体的细胞、组织或器官培养基种类齐全、比例合适的营养物质及一定的植物激素外界条件①无菌操作；②光照：愈伤组织的形成和生长需要避光培养，分化培养需见光[特别提醒](1)全能性一定由一个细胞(或细胞核)发育成完整个体中体现出来，反之，不能称为全能性。
如选择干细胞培育成某一器官，其过程不属于细胞的全能性。
(2)全能性的原理是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，因此含一个染色体组的配子中也有全套基因，同样具有全能性。
植物组织培养1．理论基础植物细胞的全能性。
2．操作流程离体的器官、组织或细胞――→脱分化愈伤组织――→再分化试管苗(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，进而形成愈伤组织的过程。
(2)再分化：愈伤组织在一定的培养条件下，分化出幼根和芽，进而形成完整小植株的过程。
3．胡萝卜的组织培养过程4．植物组织培养技术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。
结合胡萝卜的组织培养实验，思考下列问题：(1)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？ 提示：避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。
(2)为什么切取胡萝卜根的形成层？其他部分也能培养成小植株吗？提示：胡萝卜根的形成层容易诱导形成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。
(3)诱导愈伤组织的过程中是否都应避光培养？提示：不一定。
用不同植物、同一植物不同部位的组织细胞，诱导出愈伤组织所需的条件不一定相同。
[跟随名师·解疑难]1．植物组织培养的过程离体的植物器官、组织、细胞――――――→一定的营养、激素脱分化愈伤组织――――――――→不同激素成分的培养基再分化胚状体或丛芽→试管苗。
2．植物组织培养中脱分化与再分化过程的比较过程名称过程形成体特点条件脱分化离体器官、组织、细胞成为愈伤组织排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团①离体；②提供营养物质(有机物、无机物)；③提供激素(生长素、细胞分裂素等)；④提供其他适宜条件(温度、无菌等)再分化愈伤组织成为幼苗或胚状体结构有根、芽或有生根发芽的能力3．植物激素在植物组织培养中的作用生长素/细胞分裂素的比值作用效果比值高时促进根分化、抑制芽形成比值低时促进芽分化、抑制根形成比值适中促进愈伤组织形成[特别提醒]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。
植物体细胞杂交[自读教材·夯基础]1．概念将两个来自不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培养成新的植物体的方法。
2．过程(1)去壁：用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，获得原生质体。
(2)诱导原生质体融合的方法：①物理法：离心、振动、电激等。
②化学法：用聚乙二醇（PEG）诱导。
1．结合教材P36图2-5思考下列问题：(1)如何去除植物体细胞的细胞壁？(2)原生质体融合的原理是什么？(3)原生质体融合完成的标志是什么？提示：(1)利用纤维素酶和果胶酶。
(2)细胞膜具有一定的流动性。
(3)杂种细胞再生出细胞壁。
2．植物体细胞杂交产生的“白菜—甘蓝”，用传统的方法可否产生？提示：不能，因为不同物种之间存在生殖隔离。
[跟随名师·解疑难]1．植物体细胞杂交的过程①过程是原生质体的获取。
常用方法是酶解法去除细胞壁，所用到的酶是纤维素酶和果胶酶。
这样可以获得具有活力的原生质体。
②过程是原生质体间的融合。
该过程必须要借助一定的技术手段进行人工诱导。
人工诱导的方法基本分为两大类——物理法和化学法。
物理法包括离心、振动、电激等，化学法一般用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂来诱导细胞融合。
③过程是杂种细胞形成。
杂种细胞形成的标志是杂种细胞再生出细胞壁。
在此过程中活跃的细胞器是高尔基体。
④⑤过程是杂种植株的产生。
通过植物组织培养的方法将杂种细胞培育成杂种植株。
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且浓度略大于植物细胞质浓度，目的是蔗糖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)体细胞融合成功后培养基中共有5种细胞类型(A、B、AA、BB、AB)，其中融合细胞类型有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，应属于无性生殖，变异类型应是染色体数目的变异，但由于含有两个亲本的遗传物质，因此具有两个亲本的遗传性状。
②体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管染色体、基因组还是染色体组都采用直接相加的方法。
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 。
③培育新品种的过程中，遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传定律，只有在有性生殖进行减数分裂过程中才符合遗传定律，而体细胞杂交没有此过程。
细胞全能性与植物组织培养[例1] 的是( )四倍体兰花叶片――→①愈伤组织――→②胚状体――→③植株 A ．②和③阶段会发生减数分裂B ．①阶段需生长素而③阶段需细胞分裂素C ．①阶段有细胞增殖但无细胞分化D ．此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体 [思路点拨][精讲精析] 图中①是脱分化，②、③是再分化。
②和③阶段会发生有丝分裂。
①阶段和③阶段都需生长素和细胞分裂素，只是二者比例不同。
此兰花的花药离体培养所得植株为单倍体。
[答案] C易错提醒 具有全能性≠实现全能性(1)理论上每个活细胞都具有全能性。
(2)只有发育为完整个体才能说实现了细胞全能性，即实现全能性的终点是个体，而不是组织、器官等。
下列有关细胞全能性的叙述，正确的是( )A ．植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全套基因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D．紫色糯性玉米种子培育成植株，这反映植物种子具有全能性解析：细胞具有全能性的原因是细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因，而配子也具有这样的全套基因，同样具有全能性；植物体内细胞没有表现出全能性，这是细胞内基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果；种子发育成植株，是正常生命历程，不属于全能性；细胞全能性的表达前提是离体培养的细胞、组织或器官。
答案：B植物体细胞杂交[例2](1)过程①②是用________________________处理细胞的细胞壁，后经③过程诱导原生质体融合，实际融合的过程中原生质体可能会形成________________________种细胞团(只考虑两个细胞融合的情况)。
④是______________的过程，与此过程密切相关的细胞器主要是________________________。
(2)在⑤过程培养中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外，还需要在培养基中加入____________________________________________________________________。
同时，在培养过程中，除必要的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程中必须保证________。
(3)若番茄细胞内含A条染色体，马铃薯细胞内含B条染色体，将番茄和马铃薯采用杂交育种方法培育(假设能成功)，得到的后代应含________________________条染色体，还必须用________________________来处理幼苗，才能得到可育的“番茄—马铃薯”植株，此时体细胞中含有________条染色体。
(4)若番茄是二倍体，马铃薯是四倍体，则杂种植株为________倍体。
[思路点拨][精讲精析](1)分析题图可知，图中①②表示酶解法去除细胞壁的过程，此过程中所用的酶是纤维素酶和果胶酶。
③过程是人工诱导细胞融合的过程，如果只考虑两个细胞融合的情况，则会有“番茄—番茄”细胞、“番茄—马铃薯”细胞、“马铃薯—马铃薯”细胞三种细胞团；④是融合后的原生质体重新生出细胞壁的过程，植物细胞中的高尔基体与细胞壁的形成关系密切。
(2)植物组织培养过程中除提供必需的营养物质外，还需要提供一定配比的激素和无菌的环境。
