2.1.1植物细胞工程的基本技术导学案

2.1植物细胞工程

2.1.1植物细胞工程的基本技术

目标导航 1.以胡萝卜的组织培养为例，简述植物组织培养技术的原理和过程。

2.描述植物体细胞杂交技术的原理和过程。

重难点击 1.植物组织培养技术的原理和过程。

2.植物体细胞杂交技术的原理和过程。

一、细胞工程和细胞的全能性

1.细胞工程的含义

原理和方法______生物学和______生物学

操作水平______水平或________水平

目的按照人的意愿来改变细胞内的________或获得________

分类________细胞工程和________细胞工程

2.

(1)定义：具有某种生物____________的任何一个细胞，都具有发育成____________的潜能。

(2)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____________而转变成未分化细胞的过程。

②再分化：脱分化产生的____________在一定的培养条件下，再分化出____________，形成完整的小植株。

合作探究

1.理论上每种植物的活细胞都具有全能性，原因是什么？

2.配子(卵和精子)中染色体数比正常体细胞减少了一半，配子是否还有全能性？为什么？

3.分析实例是否体现了细胞的全能性并给出原因。

(1)植物花药离体培养获得植株。

(2)利用植物细胞培养技术生产紫草素。

(3)紫色糯性玉米种子培育成植株。

1.判断正误

(1)植物体的细胞发育成完整个体才体现了全能性()

(2)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()

(3)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()

(4)随着细胞的生长，细胞的全能性越来越强()

2.植物细胞的全能性是指()

A.具有核、膜、质，细胞结构完整，能进行各种生理活动

B.只具有膜和质，同样能进行各种生理活动

C.植物体细胞所具有的发育成完整个体的潜能

D.具有本物种全套遗传物质的特定细胞

细胞全能性大小的分析

(1)体细胞全能性与细胞分化程度：分化程度低的＞分化程度高的。

(2)体细胞全能性与细胞分裂能力：分裂能力强的＞分裂能力弱的。

(3)不同类型细胞的全能性：受精卵＞生殖细胞＞体细胞。

(4)不同生物细胞的全能性：植物细胞＞动物细胞。

二、植物组织培养技术

1.理论基础：________________________。

2.前提：________的植物器官、组织、细胞。

3.条件：________和人工控制条件下、人工配制的培养基上、适宜的________条件。

4.结果：脱分化形成愈伤组织，再诱导其再分化生成胚状体或丛芽，最终形成完整植株。

5.胡萝卜的组织培养过程

合作探究

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？

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？

3.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？

4.植物组织培养中的脱分化阶段，培养的组织细胞是自养型还是异养型？为什么？

5.植物组织培养所用的培养基中，在脱分化和再分化过程中起关键作用的激素是什么？

3.判断正误

(1)植物组织培养的培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压()

(2)胡萝卜的组织培养只能选择韧皮部部分，其他部分如茎、叶则不能用于组织培养()

(3)同一植物的不同体细胞经植物组织培养产生的植株基因不同()

(4)生物体内的细胞分化和植物组织培养过程中的再分化的实质是一样的，都是基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果()

4.下图表示四倍体兰花叶片通过植物组织培养形成植株的过程，相关叙述中正确的是()

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

问题导析(1)图中①是________，②、③是________。②和③阶段会发生________分裂。

(2)①阶段和③阶段都需__________________________，只是二者比例不同。

(3)此兰花的花药离体培养所得植株为__________。

植物组织培养中的五点注意事项

(1)取材：植物组织培养时应该选择幼嫩的植物组织，如根尖、茎尖、形成层细胞等，易于脱分化。

(2)无菌：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，接种过程进行严格的无菌操作。

(3)营养比：培养基中必须含有植物生长发育所需要的全部营养物质，其中生长素和细胞分裂素用量的比例对器官的生成起决定作用。

生长素

细胞分裂素

??

?

??

比值高―→促进根的分化、抑制芽的形成

比值适中―→促进愈伤组织的形成

比值低―→促进芽的分化，抑制根的形成

(4)光照时期：脱分化产生愈伤组织时需要避光培养，愈伤组织再分化时需要在光照条件下培养。

(5)培养顺序：要先进行生芽培养，再进行生根培养，试管苗培养要在光照条件下进行。

三、植物体细胞杂交技术

1.概念：将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成____________，并把____________培育成新的

__________的技术。

2.过程

(1)去壁：用________________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：________________等。

②化学法：用________________诱导。

3.意义：克服了不同生物____________的障碍。

合作探究

1.去除植物细胞壁为什么要用纤维素酶和果胶酶？

2.将两个不同种的植物细胞A和B去除细胞壁后，经一定的方法促融，只考虑两两融合，可以形成几

种融合细胞？哪种融合细胞才是符合要求的？

3.回答下列关于植物体细胞杂交产生的“白菜—甘蓝”的相关问题：

(1)用传统的杂交方法可否产生“白菜—甘蓝”？

(2)“白菜—甘蓝”为什么能表现出两种植物的遗传性状？

(3)融合成的杂种细胞内染色体组成有何特点？

4.与传统有性杂交相比，植物体细胞杂交技术的优点是什么？

5.利用体细胞杂交技术获得了“番茄—马铃薯”杂种植株，实验过程如图所示，遗憾的是该杂种植株

并非是想象中的地上长番茄、地下结马铃薯的“超级作物”。请依据材料分析回答下列问题：

(1)材料中所用到的植物体细胞杂交技术应用到原生

质体融合和__________________________技术，该技

术的理论基础是_________________________。

(2)图中①步骤所示为用_______________除去植物细

胞细胞壁，分离出有活力的原生质体。

(3)图中②过程细胞融合时，可出现________种融合细

胞(只考虑细胞两两融合的情况)，要促进杂种细胞分裂生长，培养基中应有______________和

________________两类激素。

(4)由杂种细胞培育成试管苗，需要经过细胞的④________和⑤________过程。其中⑤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。

(5)利用马铃薯和番茄的______________得到单倍体植株，然后取单倍体植株细胞进行体细胞杂交，再

用________处理之后也可得到可育的“番茄—马铃薯”杂种植株。

1.下列哪种细胞的全能性最容易得到表达()

A.青蛙的皮肤细胞

B.胡萝卜的韧皮部细胞

C.小白鼠的肝脏细胞

D.人皮肤的生发层细胞

2.如图为植物组织培养过程，有关说法不正确的是()

A.B试管中细胞全能性最高

B.D试管中培育出的个体都是纯合子

C.A→B的过程不需要光照

D.A→D的细胞分裂方式都是有丝分裂

3.1858年，美国科学家斯图尔德应用植物组织培养技术，将二倍体胡萝卜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。下列关于这一科学事实的叙述中，错误的是()

①该实验证明了植物细胞具有全能性②此种生殖产生的后代有广泛的变异

③韧皮部细胞通过减数分裂增加数目④此种生殖产生的后代能保持亲本的性状

A.①②

B.②③

C.②④

D.③④

4.植株甲是二倍体水稻，利用植株甲获得了植株乙，而后利用植株甲和乙又获得植株丙和丁。培养过程如图所示。下列有关叙述正确的是()

A.用秋水仙素处理植株甲的雌蕊柱头可获得植株乙

B.植株丙与植株丁的体细胞中染色体组的数目相同

C.植株甲与植株乙正交和反交所得种子的胚乳的基因型不同

D.获得植株丙和植株丁的过程都属于有性生殖

5.科学家利用细胞工程培育了“白菜—甘蓝”杂种植株，如图所示，请据

图回答下列问题：

(1)由D形成F过程所依据的原理是________________，从本质上讲，“白菜—甘蓝”杂种植株具有的性状是__________________________的结果。

(2)若“白菜—甘蓝”杂种植株为四倍体，则该植株的花粉经离体培养得到的植株是________倍体。

(3)“白菜—甘蓝”杂种植株的食用部分是叶，但叶又易受昆虫危害而影响产量，科学家又利用基因工程培育出带有抗虫基因的“白菜—甘蓝”植株，请你设计实验，检测此植株的抗虫基因是否表达。

①取昆虫幼虫放到带有抗虫基因的“白菜—甘蓝”植株甲上，再取等量生活状态基本一致的昆虫幼虫放在______________________________植株乙上。

②适宜条件下培养一段时间后，分别观察_________________________________________

的生活情况。

③若________________________________________________________________________，

说明甲植株的抗虫基因未得到表达；若__________________________________________

__________________，说明甲植株的抗虫基因得到表达。