1、第第3333讲讲 植物细胞工程植物细胞工程 第第1010单元单元 2022 内 容 索 引 01 02 03 素养导读素养导读 必备知识必备知识 固本夯基固本夯基 核心考点核心考点 能力提升能力提升 素养导读素养导读 必备知识必备知识 固本夯基固本夯基 一、细胞工程与细胞的全能性 1.细胞工程的概念 细胞 分子 发育 细胞器 组织 细胞 个体 2.细胞的全能性 (1)含义:细胞经过分裂和分化后,仍然具有产生 或分化成 其他各种细胞的潜能。 (2)物质基础:细胞内含有本物种全部的 。 (3)植物细胞全能性表达的条件:具有完整的细胞结构;处于 状态; 提供一定的 和其他适宜的外界条件。 完整生物体
2、 遗传信息 离体 营养、激素 二、菊花的组织培养 1.植物组织培养:将离体的植物 等,培养在人工配制的 培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其形成 的技术。这些离 体培养的植物器官、组织或细胞被称为 。 器官、组织或细胞 完整植株 外植体 2.方法步骤 0.51 1/31/2 生芽 生根 试管苗 三、植物体细胞杂交技术 1.概念:将不同来源的植物体细胞,在一定条件下融合成 ,并把 培育成新 的技术。 杂种细胞 杂种细胞 植物体 2.过程 细胞壁 细胞壁 杂种细胞 (1)去壁:用 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 物理法: 、 等。 化学法: 、 等。 3.意义:打破
3、 ,克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍,实现 育种,培育植物新品种。 纤维素酶和果胶 电融合法 离心法 聚乙二醇(PEG)融合法 生殖隔离 远缘杂交 高Ca2+高pH融合法 四、植物细胞工程的应用 1.快速繁殖:又叫 繁殖,优点是能够高效、快速地实现种苗的大量 繁殖、 。 2.作物脱毒:利用 等无毒组织进行微型繁殖。 微型 保持优良品种的遗传特性 茎尖、根尖 3.作物新品种的培育 单倍体 基因突变 突变率 4.细胞产物的工厂化生产 (1)植物细胞培养:是指在 条件下对单个植物细胞或 进行培 养使其增殖的技术。 (2)优点:不占用耕地,几乎不受季节、 等的限制。 (3)产品:主要是植物细胞的 代谢
4、产物,在植物抗病、抗虫等方面 发挥作用,也是很多药物、香料和色素等的重要来源。 离体 细胞团 天气 次生 概念检测 1.基于对细胞全能性和植物组织培养的认识,判断下列表述是否正确。 (1)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞的全能性。( ) (2)植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性。( ) (3)在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中,不会发生细胞的增殖和分化。 ( ) (4)愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的。( ) 答案 (1) (2) (3) (4) 2.基于对植物体细胞杂交技术的认识,判断下列表述是否正确。 (1)利用物理法或化学法可以直接将两个植物细胞进行诱导融
5、合。( ) (2)用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体失去了细胞全能性。 ( ) (3)再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志。( ) (4)培养草莓脱毒苗所采用的主要技术是细胞杂交。( ) 答案 (1) (2) (3) (4) 3.植物细胞工程在农业、医药工业等方面有广泛的应用,判断下列表述是 否正确。 (1)通过作物脱毒获得的脱毒植株可以抵抗病毒感染。( ) (2)单倍体育种是通过培养花药或花粉获得植株的育种方法。( ) (3)我国科学家培育的世界上第一个单倍体作物新品种是单育1号烟草。 ( ) (4)紫草宁是从紫草细胞中提取的一种药物和色素,具有抗菌、消炎和抗肿 瘤等活性。( ) 答
6、案 (1) (2) (3) (4) 教材拓展 (人教版选择性必修3 P37 “菊花的组织培养”探究问题2改编)如果你对植物 激素的作用感兴趣,可以在查阅资料的基础上,探究生长素与细胞分裂素的 使用比例对植物组织培养的影响。某兴趣小组为了探究两种植物激素的 用量对植物组织培养的影响。设计了一组实验,相关实验处理如下表: 组 别 A组 B组 C组 生长素和细胞分裂素用量比例 1 =1 2.0),以0.5 mol/L为梯度,设计5个浓度水平的实验,细胞分裂素最高浓 度应设为 mol/L。 (4)阶段时,科研人员分别选用浓度低于或高于n3 mol/L的生长素处理品 种A幼芽都能达到最佳生根效果,原因是
7、处理幼芽时,选用低浓度生长素时 的处理方法为 ,选用高浓度生长素时的处理方法 为 。 (5)在 阶段用秋水仙素对材料进行处理,最易获得由单个细胞形成的多 倍体。 答案 (1)细胞分化程度低,容易诱导产生愈伤组织 (2)、 (3)m1+1.0 (4)浸泡法(长时间处理) 沾蘸法(短时间处理) (5) 解析 本题考查了植物组织培养的注意事项。(1)植物组织培养时通常选 用根尖、芽尖和茎尖等作为外植体,原因是这部分细胞属于分生组织,细胞 分化程度低,具有旺盛的分裂能力,容易诱导产生愈伤组织。(2)在植物组 织培养的整个过程中,始终存在基因的选择性表达过程。(3)由于品种A的 阶段的细胞分裂素需要设置
8、5个浓度水平,且以m1 mol/L为标准对照,以 0.5 mol/L为梯度,因此这5个浓度水平是m1-1.0 mol/L、m1-0.5 mol/L、 m1 mol/L、m1+0.5 mol/L、m1+1.0 mol/L,因此细胞分裂素最高浓度是 m1+1.0 mol/L。(4)探究生长素促进插条生根,可以用浸泡法和沾蘸法。低 浓度的生长素适合用浸泡法,高浓度生长素则适合用沾蘸法。(5)用秋水仙 素处理有丝分裂旺盛的细胞,容易获得由单个细胞发育成的多倍体,因此应 在阶段愈伤组织形成期进行秋水仙素处理。 归纳总结植物组织培养中生长素和细胞分裂素的比值与效果 生长素和细胞分裂素的比值 作用效果 比值
9、高 促进根分化、抑制芽形成 比值低 促进芽分化、抑制根形成 比值适中 促进愈伤组织形成 考点二考点二 植物体细胞杂交植物体细胞杂交 合作探究合作探究 探究利用植物体细胞杂交技术能够克服生殖隔离,实现远缘杂交育种 不同物种之间存在着天然的生殖隔离,利用传统的有性杂交的方法很难得 到杂种后代。科学家采用体细胞杂交的方法得到了“番茄马铃薯”杂种 植株。以下为植物体细胞杂交技术流程图,其中甲和乙分别表示两种二倍 体植物细胞,所含有的染色体组分别是AA和BB。 (1)植物体细胞杂交依据的生物学原理是什么? 提示 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性。 (2)利用过程培育成的杂种植株属于几倍体? 提示 因为甲
10、和乙分别表示两种二倍体植物细胞,因此利用植物体细胞杂 交产生的杂种植株属于四倍体。 (3)植物体细胞杂交与自然状况下的生殖细胞杂交相比,前者的主要意义是 什么? 提示 克服了不同生物远缘杂交的障碍(扩大了可用于杂交的亲本基因组 合的范围)。 归纳总结植物体细胞杂交后的遗传物质分析 (1)遗传特性:杂种植株中含有两种植物的遗传物质,故杂种植株具备两种 植物的遗传特性。 (2)染色体组 染色体组数=两种植物体细胞内染色体组数之和。 植物体细胞杂交形成的杂种植株,有几个染色体组就称为几倍体。 方法技巧植物体细胞杂交过程中杂种细胞类型及检测方法 (1)诱导产生的细胞(假设用于杂交的两种植物细胞分别为A
11、、B) 未融合的细胞:A和B。 两两融合的细胞:AA、BB和AB。 多细胞融合体。 (2)检测方法:对诱导产生的细胞进行植物组织培养,然后根据得到的植物 性状进行判断。 若得到的是一种植物的性状,说明是未融合细胞。 若得到的是具有两种亲本性状的植物,说明是杂种植株。 若得到的是具有两种亲本性状的植物,且一种植物的性状得到加强,则是 多细胞融合体。 若得到的是一种植物的性状且效果得到加强,则是同种细胞融合的结果。 考向突破考向突破 考向 植物体细胞杂交流程分析 (2020山东)两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出。若 其中一个细胞的染色体在融合前由于某种原因断裂,形成的染色体片段在
12、细胞融合后可能不会被全部排出,未排出的染色体片段可以整合到另一个 细胞的染色体上而留存在杂种细胞中。依据该原理,将普通小麦与耐盐性 强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种,过程如下图所示。 下列说法错误的是( ) A.过程需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞 B.过程的目的是使中间偃麦草的染色体断裂 C.过程中常用灭活的病毒诱导原生质体融合 D.耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段 答案 C 解析 由题图可知,为去掉细胞的细胞壁获得原生质体的过程,去掉细胞 壁一般用纤维素酶和果胶酶处理细胞,A项正确;由题干可知,两种远缘植物 的细胞融合后会导致一方的染色体被排出,因此需要将中间偃
13、麦草细胞的 染色体断裂,故用不同剂量的紫外线照射的目的是断裂中间偃麦草细胞 的染色体,B项正确;图中为两种原生质体的融合,常用的融合手段为物理 法和化学法,灭活的病毒通常用来融合动物细胞,C项错误;普通小麦不具有 耐盐性状,因此筛选出的耐盐小麦中控制耐盐性状的基因来自中间偃麦草 的染色体片段,D项正确。 名师点睛有关植物体细胞杂交的误区 (1)误认为植物体细胞杂交的结果只是形成杂种细胞。植物体细胞杂交的 结果最终要经过组织培养形成杂种植株。 (2)误认为植物体细胞杂交属于有性生殖。植物体细胞杂交过程中没有有 性生殖细胞的结合,因此不属于有性生殖,应为无性生殖。 (3)误认为杂种植株的变异类型属于基因重组。杂种植株的变异类型属于 染色体变异,杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和,杂种 植株属于异源多倍体。
