植物细胞工程导学案

☆细胞工程的概念：                                                                     

☆原理：                                                                               

☆研究水平：                                                                           

☆对象：                                                                               

☆目的（结果）：                                                                        

☆分类：                                                                               

2.1植物细胞工程

一、细胞的全能性： 

1概念           的细胞具有发育成为一个新的生物个体的          。

2具有全能性的原因：因为每个细胞内都含有该物种的                    ，具有发育成完整个体所必需的                。

3全能性大小：①受精卵＞生殖细胞＞体细胞；②植物细胞＞动物细胞

未分化的细胞＞分化的细胞   注：受精卵的全能性最高。

（注：能力强的体细胞>能力弱的体细胞;

分化程度低的体细胞>分化程度高的体细胞 ）

4在生物体内细胞不表现全能性的原因:                                                   。

5、培养条件（全能性的表现条件）：

               ；

               ；

适宜的         ，其成分包括水、无机营养、      和      等有机营养以及          等；

其它条件                           。

二、植物组织培养：

1、概念：是指依据                 原理，在          条件下，将离体的植物            、

           、           （称为             ），培养在人工配制的培养基上，在适宜的条件下，诱导其产生        、            ，最终使其长成部分或完整植株的技术。

2、理论基础（原理）：植物细胞全能性

3、过程：

离体的器官、组织或细胞（          ）（       ）植株。

◆脱分化：由              的植物细胞形成                  的过程。

◆愈伤组织：是一团排列疏松、无特定形态、高度液泡化的 具有         能力的         细胞。

◆再分化：愈伤组织重新             形成根、芽等器官，形成小植株的过程。

◆胚状体：在一定的培养条件下，愈伤组织经过       、       形成的，类似于植物种子的          ，在适宜条件下可发育成新的植株。

阅读：植物细胞全能性表现的条件：⑴离体；⑵无菌：培养基、外植体、操作工具及操作环境必须严格消毒；⑶人为控制：控制好培养基及各种条件；⑷培养基成分：水、无机盐等无机营养成分、蔗糖、氨基酸等有机营养成分、植物激素；⑸环境条件：脱分化避光，再分化需光，光使细胞内形成叶绿体、叶绿素，进行光合作用；适宜的PH和充足的氧气。

例1：要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要（    ）

A.具有完整细胞核的细胞；  B.离体状态；   C.导入外源基因； D.一定的营养物质和激素。

三、植物体细胞杂交技术

1．概念：                                                                              。

2. 植物体细胞杂交的过程：

◆植物体细胞杂交的两个阶段：                    和                     。

◆植物体细胞杂交的两个关键环节：①                   ；②                   。

  ◆去除细胞壁的原因：                                ；

  ◆去除细胞壁的方法：                ，即用             酶和             酶处理植物细胞壁以   得到具有活力的原生质体。利用了酶的             原理。

◆原生质体：                                 ；

◆原生质体的融合包括：                  和                 。

◆原生质体的融合体现了细胞膜的               性；杂种细胞形成植株体现了                。

  ◆人工诱导原生质体融合的方法：①物理法：               、              、             等；

              ②化学法；                            。

  ◆细胞融合(植物体细胞杂交)完成的标志：                                    。

◆植物体细胞杂交完成的结果：                          。

◆融合的细胞有多种类型，必须经过筛选，才能培育出我们所需要的植株。

3. 原理：                                                   。

4．优点：是一种非常有用的遗传育种手段，可以克服                          障碍（克服不同生物间生殖隔离）。

思考：

①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？

如何实现细胞融合？融合后培养基中有几种细胞？几种融合细胞？原生质体融合完成的标志是什么？（形成新的细胞壁）与之形成有关的细胞器是什么？

在“白菜-甘蓝”的培育过程中，运用了植物细胞工程中的哪些技术？

例2．分析下图，概述植物体细胞杂交的基本过程。

（1）说出①～⑤步骤表示的含义。

（2）将植物细胞A和植物细胞B的得到的原生质体诱导融合，在培养基上至少存在几种类型的细胞（只考虑两个细胞的融合）？

四、植物细胞工程的应用（阅读）

㈠植物繁殖的新途径：

1．微型繁殖（快速繁殖）：大多采用的是植物的茎尖、根尖等材料，属于无性繁殖技术，具有保持优良品种的遗传特性、不受自然条件与材料、生长周期短等特点。

2．作物脱毒：⑴长期进行无性繁殖的作物，它们感染的病毒逐年积累很容易传播给后代，导致作物产量降低，品质变差。⑵植物分生区附近（如茎尖、根尖）的病毒极少，甚至无病毒。因此，利用作物的根尖、茎尖进行组织培养可以获得无病毒植株。

3．制备人工种子：

1）人工种子的概念：以植物组织培养得到的       、       、      或     等为材料，经过       包装得到的种子。

2）人工种子的主要组成：胚状体（相当于天然种子的胚）、提供发育所需要营养的人工胚乳以及作为保护性外壳的人工种皮。

3）人工种子的优点：①完全保持                                 ；

不受                                     ；

有利于                                 等。

4）人工种子的应用：①濒危植物的保护；

经济植物的               等。

㈡作物新品种的培育：

1．单倍体育种（花药离体培养）：

⑴原理：                         。

⑵过程：花药→                  →单倍体幼胚或幼苗→              →正常植株

⑶优点：①                                                       ；

                                                       。

例3：下列哪一项不是单倍体育种的优点（      ）

A．缩短育种年限； B．变异率高；C．得到稳定遗传的优良品种；D．节约人力、物力。

2．突变体的利用：在                 过程中，筛选出对人们              ，进而培育新品种。

㈢细胞产物的工厂化生产：

植物组织培养技术除了在农业上的应用外，还广泛应用于细胞产物的工厂化生产。这些细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。例如：

（1）利用组织培养技术大量生产人参皂甙干粉；

（2）利用组织培养技术大量生产抗癌药物紫杉醇；

例4：植物的微型繁殖的优点是（       ）

A．取材少      B．培养周期短      C．繁殖率高       D．以上都是

例5：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，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是 （　    ）

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

例6：下列四个选项中没有采取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．人工种子的培育             D．“番茄——马铃薯”杂种植株的培育过程

五、检测训练

1. 有关全能性的叙述，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.生物体内细胞由于分化，全能性不能表达

C.卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高       

 D.植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性

2.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．脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件；

  C．导入其他植物细胞的基因；  D．将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内。

3. 在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，是因为（   ） 

A.细胞丧失了全能性              B.基因的表达有选择性  

  C.不同的细胞内基因不完全相同    D.在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化

4.在生物体的所有细胞中，全能性最高的是                          （   ）

A．卵细胞      B.植物花粉    C．体细胞     D.受精卵

5.植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导的植物激素分别是（   ）

①细胞的全能性 ②离体植物器官，组织或细胞  ③根，芽  ④生长素和细胞素        ⑤生长素和乙烯    ⑥愈伤组织   ⑦再分化   ⑧脱分化    ⑨植物体

A．①②⑧⑥⑦③⑨和④  B．①②⑦⑥⑧③⑨和⑤ C．①⑥②⑨⑧③⑦和⑤ D．①②⑨⑧⑥⑦③和④

6.植物组织培养可以形成愈伤组织，下列有关愈伤组织的叙述错误的是（    ）

A．愈伤组织是离体细胞经过脱分化形成的；B．形成愈伤组织的培养基不需含有机分子；

C．愈伤组织可以形成具有生根能力的胚状结构；

D．愈伤组织是一类高度液泡化的无定形状态的薄壁细胞

7.将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是      （    ）

A.具有完整细胞核的细胞；B.一定的营养物质和植物激素；C.离体状态；D.导入指定基因。

8. 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的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的（    ）    A．有丝       B．分化      C．减数     D．全能性 

9.在细胞工程中，需要利用细胞的全能性。下列细胞中全能性最高的是      （     ）

A.胡萝卜的韧皮部细胞； B.水稻的花粉； C.绵羊的乳腺细胞；  D.大白鼠的受精卵 

10. 用高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误的是（     ）

A．该愈伤组织是细胞经过脱分化和形成的

   B．该愈伤组织的细胞没有全能性

    C. 该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成 

D．该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构

11.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，下列哪一项条件不是必需的（     ）A.充足的光照；  B.适宜的温度；C.消毒灭菌；    D.适宜的养料和激素。    

12. 下列有关植物组织培养过程中愈伤组织的说法不正确的是              （       ）

A．愈伤组织是细胞经过脱分化和形成的

B．愈伤组织经过脱分化过程形成根或芽

C．培养基中生长素和细胞素的比值不同，愈伤组织分化的结果不同

D. 愈伤组织的细胞中，能发生碱基互补配对的细胞器是线粒体和核糖体

13. 神舟四号飞船上进行了细胞融合实验，其中的植物细胞是黄花烟草原生质体与革新一号烟草原生质，那么植物原生质的获得常用的方法是          （   ）

A.机械破除        B.酶解法        C.离心法         D.盐酸溶解法

14.通过细胞杂交,获得一个杂种植株,需要的步骤是                (    )

A.分离原生质体    原生质融合    生出细胞壁     组织培养法    得到杂种植株

B.分离原生质    原生质自然融合     组织培养     杂种植株

C.获取细胞     原生质融合     组织培养      杂种植株

D. 获取细胞     原生质直接融合     组织培养      杂种植株

15.植物体细胞杂交的目的是                                    （   ）

A.用酶解法去掉细胞壁分离出原生质体  B.以人工诱导法使两个不同植物的原生质体融合

C.用植物组织培养法培养融合的原生质体得到杂种植株   D.通过以上三者来完成

16.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       （   ）

A．证明杂种细胞具有全能性            B．克服远源杂交不亲和的障碍

C．缩短育种周期，减少盲目性          D．快速培育无病毒植株，保留杂种优势

17. 下列关于细胞融合的叙述，不正确的是                            （　 ）

A. 采用物理或者化学的方法使两个或多个不同细胞融合为一个细胞

B．常用的促融合因子有电场、聚乙二醇等

C．在促融合因子的作用下，仅仅使细胞核发生融合

D．在细胞融合前需纤维素酶、果胶酶除去细胞壁

18．植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是                    （   ）

A.植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁   B.细胞壁使原生质体失去活力

C.细胞壁阻碍了原生质体的融合           D.细胞壁不是原生质体的组成部分

19. 植物体细胞杂交的过程是                               （   ）

A.用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体

B.以人工诱导法使两个不同植物的原生质体融合

C.用植物组织培养法培养融合的原生质体得到杂种植株

D.通过以上过程来完成      

20.下列叙述中，与植物体细胞杂交无关的是               （      ） 

A．利用离心、振动、电刺激等诱导    B．利用聚乙二醇（ PEG ）等试剂诱导 

C．克服远缘杂交不亲和的障碍        D．培养基中需添加动物血清 

21.下图表示花药离体培养及单倍体育种的大致过程，据图回答下列问题：

(1）花药离体培养应用的是                技术，其理论基础是                  。过程 ① 是把幼小的花药分离出来，在无菌条件下放在人工培养基上进行离体培养，该培养基中加入的物质应该有                                            。（至少答三种） 

(2）过程 ② 是花药在培养基所提供的特定条件下发生多次细胞，形成愈伤组织，此过程叫作                     ，细胞的方式是                         。 

(3）过程 ③ 是诱导愈伤组织分化出芽和根，最后长成植株。这一过程叫            。该植株是         植株，其特点是                          ，生产上没有推广应用的价值，需经过程                        处理。 

(4) 愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发育成叶和茎。这一过程必须给予光照，其原因是_____________能利用光能制造有机物，供试管苗生长发育。要促进花粉细胞生长，培养基中应有____     ____    _和______________两类激素。

22.据图回答下列问题：

⑴过程①用                           处理细胞的细胞壁，然后经过过程                    ，可能会形成        种细胞团（只考虑两种细胞融合的情况），是                 过程，与此过程相关的细胞器是              。

⑵步骤一般常用的化学试剂是　　　　　　　，目的是　　　　           　。在过程培养中，除了提供水、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外，还需在培养基中加入________ _和______________等植物激素。同时，在培养过程中，除必要的温度、光照和氧气等条件外，成功的另一个关键是操作过程必须保证       。

⑶在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段是　　　　      　　　，其过程主要包括　　　  　　和　　　  　　。 

⑷植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于　　　　                        　， 使　　　　　　　　　　      　　能够在新的植物体上有所表现，其根本原因是　                     　。

⑸利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？为什么？

23．植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：

⑴步骤①是　　　　　　　  　                 　，最常用的方法是　　　　　　　。   

⑵步骤一般常用的化学试剂是　　　　　　　，目的是　　　　           　。

⑶在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段是　　　　　　　，其中步骤④相当于　　　　　　　，步骤⑤相当于　　　　　。

⑷植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株。使　　　　　

　　　　　      　　能够在新的植物体上有所表现，其根本原因是　                    　。  

⑸若远源杂交亲本A和B都是二倍体，则杂种植株为　　倍体。若番茄是二倍体，马铃薯是四倍体，则杂种植株是       倍体。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             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。

⑹从理论上讲，杂种植株的育性为　　　。若运用传统有性杂交方法能否实现？　　　　　，原因是　　　              　　　　　　　　。因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于　　　　                           　。   

六.检测训练[答案]

1-5：CBBDA   6-10：BDCDB      11-15.ABBAC     16-20：BCCDD 

23：⑴植物组织培养  细胞的全能性  水、无机盐、蔗糖氨基酸等有机营养、植物激素

⑵脱分化   有丝

⑶再分化    单倍体    不育   秋水仙素

⑷光使细胞内形成叶绿体，产生叶绿素      生长素和细胞素

24. （1）纤维素酶和果胶酶   原生质体融合    3     高尔基体

（2）聚乙二醇PEG   诱导不同植物体细胞的原生质体融合   生长素  细胞素   无菌 

（3）植物组织培养   脱分化   再分化

（4）克服远源杂交不亲和的障碍  远源杂交亲本的遗传特征   杂种植株获得双亲的遗传物质

（5）否   有性生殖的过程中进行减数，才遵循孟德尔的遗传规律

25.（1）去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体    酶解法

（2）PEG   诱导不同植物体细胞的原生质体融合

（3）植物组织培养   脱分化   再分化

（4）远源杂交亲本的遗传特征   杂种植株获得双亲的遗传物质

（5）四   六  (A+B)/2    秋水仙素  A+B  

（6）可育   不能  因为不同种生物之间存在生殖隔离  克服远源杂交不亲和的障碍