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1、第4課時 植物的克隆,第二章 克隆技術,選修3 現(xiàn)代 生物技術專題,,,一、植物細胞全能性和植物組織培養(yǎng),三、原生質體培養(yǎng)與植物細胞工程,,二、細胞培養(yǎng)和器官培養(yǎng),,達標檢測,內容索引,一、植物細胞全能性和植物組織培養(yǎng),1.植物細胞的全能性 (1)概念：植物體的 都具有遺傳上的全能性，因而都具有發(fā)育成 的潛能。 (2)全能性的體現(xiàn) ①植物體的每個生活細胞，即使是已經(jīng)高度成熟和分化的細胞，都保持了恢復到 的能力，都具有遺傳上的全能性。 ②由于不同種類植物或同種植物的不同基因型個體之間 的差異， 的表達程度大不相同。 ③植物細胞的全能性更容易體現(xiàn)，植物的組織培養(yǎng)比

2、動物更方便。,新知導學,每個生活細胞,完整植株,分生狀態(tài),遺傳性,細胞全能性,(3)全能性下降的原因 ①在長期培養(yǎng)中，培養(yǎng)物的胚胎發(fā)生和器官形成能力下降的可能原因有 、 等，而且其結果是不可逆的。 ②細胞或組織中 被打破，或細胞對外源生長物質的 發(fā)生改變。 ③隨著時間推移，由于其他各種原因產(chǎn)生了缺乏 的細胞系。,染色體畸變,細胞核變異或非整倍體產(chǎn)生,激素平衡,敏感性,成胚性,2.植物組織培養(yǎng) (1)理論基礎： 。 (2)一般程序：配制 培養(yǎng)基→獲取 的植物組織塊→組織培養(yǎng)，獲得 (創(chuàng)傷組織)→以 的營養(yǎng)物質和 誘導愈傷組織

3、，直到再生出新植株。 (3)愈傷組織：在創(chuàng)傷表面形成一種由相對沒有分化的活的 組成的 。,植物細胞全能性,半固體,消毒,愈傷組織,生長調節(jié)劑,薄壁細胞團,適當配比,新生組織,(4)胚性細胞的特征：將含有愈傷組織培養(yǎng)物的試管放在 上，通過 培養(yǎng)可以分散成 。這種單細胞 、 小而 大。 (5)用 和 水解細胞壁，可以獲得分離的植物細胞原生質體，用適當方法培養(yǎng)原生質體，也可以獲得新植株。,搖床,液體懸浮,單細胞,細胞質豐富,液泡,細胞核,纖維素酶,果膠酶,細胞全能性大小的分析 (1)體細胞全能性與細胞分化程度：分化程度低的>分化程度高的。 (2

4、)體細胞全能性與細胞分裂能力：分裂能力強的>分裂能力弱的。 (3)不同類型細胞的全能性：受精卵>生殖細胞>體細胞。 (4)不同生物細胞的全能性：植物細胞>動物細胞。,探究1——實例分析 1.分析實例是否體現(xiàn)了細胞的全能性并給出原因。 (1)植物花藥離體培養(yǎng)獲得植株。,互動探究,答案 是。花藥離體培養(yǎng)獲得單倍體植株，體現(xiàn)了花藥細胞的全能性。,(2)利用植物細胞培養(yǎng)技術生產(chǎn)紫草素。,答案 否。發(fā)育成完整生物個體才能體現(xiàn)細胞的全能性，而生產(chǎn)紫草素只是將紫草細胞培養(yǎng)成愈傷組織。,答案,(3)紫色糯性玉米種子培育成植株。,答案 否。種子的胚已是新植物的幼體，發(fā)育成完整植株的過程，相當于植物長大。,2.配

5、子(卵和精子)中染色體數(shù)比正常體細胞減少了一半，配子是否還有全能性？為什么？,答案 有。因為體細胞中染色體成對存在，配子染色體數(shù)雖減半，但仍含有完整的染色體組，具有控制生物性狀的全部基因。,答案,探究2——實驗探究 煙草植株的植物組織培養(yǎng)如圖所示。完善圖示內容，思考回答相關問題：,煙草根,細胞,愈,傷組織,懸浮,培養(yǎng),單細胞,幼胚,1.理論基礎——植物細胞的全能性 物質基礎：生物體的體細胞通過有絲分裂形成的子細胞與母細胞(受精卵) 相同，即生物體的每一個細胞都含有____________________ 。 2.操作程序 (1)半固體培養(yǎng)基的配制：配制含有適當 、

6、的含0.7%～1%瓊脂的培養(yǎng)基，倒在 試管中凝固成 。 (2)小組織塊(即外植體)的切取：從 的根、莖或葉上切取。,核內的基因,本物種所特有的全套遺,傳物質,營養(yǎng)物質,植物生長調節(jié)劑,滅菌,半固體,消毒,(3)愈傷組織的獲得：植物組織塊切口處的細胞在創(chuàng)傷的刺激下發(fā)生_____ 成為 的細胞。在創(chuàng)傷表面形成一種由相對沒有分化的活的______ 組成的新生組織，即為愈傷組織。 (4)新植株的再生 ①誘導愈傷組織：通過調節(jié) 和 的適當配比，使其產(chǎn)生出芽和根的 ，并由此再生出新的植株。 ②將含有愈傷組織培養(yǎng)物的試管放在搖床上，通過 培養(yǎng)分散成單細胞，再在適

7、宜的培養(yǎng)基上培養(yǎng)發(fā)育成 ，進而發(fā)育成新的植株。,脫分,化,分裂,薄壁細,胞團,營養(yǎng)物質,生長調節(jié)劑,頂端分生組織,液體懸浮,胚狀體,3.愈傷組織的脫分化(去分化)、再分化 (1)高度分化的植物器官、組織或細胞產(chǎn)生 的過程，稱為植物細胞的脫分化，或者叫做去分化。 (2)脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進行培養(yǎng)，又可以_____________________ ，這個過程叫做再分化。,愈傷組織,重新分化成根或芽等器,官,4.在植物組織培養(yǎng)過程中，為什么要進行一系列的消毒、滅菌，并且要求無菌操作？,答案 避免雜菌在培養(yǎng)基上迅速生長消耗營養(yǎng)，且有些雜菌會危害培養(yǎng)物的生長。,5.若培養(yǎng)物取自植物的幼

8、莖、葉片等含有葉綠體的部位，愈傷組織中是否會含有葉綠體？,答案 培養(yǎng)物經(jīng)過誘導后，失去其特有的結構和功能而轉變成未分化細胞，故愈傷組織中不會含有葉綠體。,答案,6.植物組織培養(yǎng)中的脫分化階段，培養(yǎng)的組織細胞是自養(yǎng)型還是異養(yǎng)型？為什么？,答案 脫分化過程中細胞營異養(yǎng)生活。因為此時細胞沒有葉綠體，并且一般要避光培養(yǎng)，無法進行光合作用。,答案,例1 下列關于植物組織培養(yǎng)技術的敘述中，錯誤的是 A.培養(yǎng)基中添加營養(yǎng)物質的目的是提供營養(yǎng)和調節(jié)滲透壓 B.培養(yǎng)基中的植物生長調節(jié)劑影響愈傷組織的生長和分化 C.離體器官或組織的細胞都必須通過脫分化才能形成愈傷組織 D.同一株綠色開花植物不同部位的細胞經(jīng)培養(yǎng)獲

9、得的愈傷組織基因型相同,答案,解析,√,解析 植物組織培養(yǎng)技術既可對植物體細胞進行組織培養(yǎng)，也可對生殖細胞進行組織培養(yǎng)。假設某植株的基因型為Aa，取其根尖細胞離體培養(yǎng)形成的新植株基因型仍為Aa；若取該植株花藥細胞離體培養(yǎng)，形成的新植株基因型為A或a。,例2 (2017浙江莆田一中月考)下列關于植物細胞全能性的描述錯誤的是 A.植物細胞的全能性比動物細胞更容易表達 B.不同種類的植物之間細胞全能性的表達程度不相同 C.同種植物的不同基因型個體之間細胞全能性的表達程度相同 D.某些植物的再生植株，多次繼代培養(yǎng)后會喪失細胞全能性的表達能力,答案,解析,√,解析 高度分化的植物細胞仍然具有發(fā)育成完整植

10、株的潛能，植物細胞的全能性比動物細胞更容易表達，A正確； 植物種類不同，全能性的表達程度不同，B正確； 同種植物不同基因型的個體之間，細胞全能性的表達程度也不相同，C錯誤； 小麥、玉米和水稻等作物的一些品種或品系的培養(yǎng)細胞所誘導出的再生植株，在多次繼代培養(yǎng)后，會喪失細胞全能性的表達能力，D正確。,植物細胞全能性表達的條件及下降原因,(1)表達條件,,①離體狀態(tài)(必要)，無菌操作(防止雜菌的污染)； ②有一定的營養(yǎng)物質； ③植物生長調節(jié)劑； ④一定的外界環(huán)境條件(溫度、酸堿度、光照的控制等,(2),,遺傳物質變化,下降原因,,染色體畸變 細胞核變異 非整倍體產(chǎn)生,生長發(fā)育條件變化,,激素平衡被打

11、破 對外源生長物質敏感性發(fā)生改變 其他原因產(chǎn)生了缺乏成胚性的細胞系,二、細胞培養(yǎng)和器官培養(yǎng),1.過程：單個植物細胞經(jīng)過培養(yǎng)基中成分的誘導，依次發(fā)育成細胞團、 、心形胚和 ，最后再生出完整的植株。 2.方法或措施：主要通過平衡的 進行調控。 (1)適量的 和 配比，可誘導芽的分化。 (2)適量的 及適當減除其他某些激素，可誘導生根。,新知導學,球形胚,胚狀體,植物激素配比,激動素,吲哚乙酸,細胞分裂素,3.意義 (1)可以在實驗室、試管等器皿中進行植物的 過程和自受精卵進行的植物 過程，以及調節(jié)控制這些過程的環(huán)境因素、遺傳基礎和分子及生理生化機理研究。 (2)

12、可以進行遺傳工程的操作，完成與植物生長發(fā)育有關的 或 的研究。 (3)可以方便地通過實驗手段培育 。,受精,胚胎發(fā)育,重要基因,影響因素,植物新品種,例3 下列關于植物細胞工程的有關敘述，正確的是 A.植物組織培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)物的胚胎發(fā)生和器官形成能力下降的可能原 因有染色體畸變、細胞核變異或非整倍體產(chǎn)生等，但其結果是可逆的 B.處于適當液體培養(yǎng)條件的單個植物細胞，經(jīng)過培養(yǎng)基中成分的誘導，可 發(fā)生類似受精卵發(fā)育成胚的過程，即從單細胞依次到細胞團、心形胚、 球形胚和胚狀體，最后再生出完整植株 C.植物組織培養(yǎng)中培養(yǎng)物缺乏成胚性細胞系的原因可能是細胞或組織中激 素平衡被破壞

13、，或細胞對外源生長物質的敏感性發(fā)生改變 D.植物器官培養(yǎng)方面，器官發(fā)生和形態(tài)建成主要是通過平衡的植物激素配 比進行調控，適量的生長素和細胞分裂素配比可以誘導根的分化,答案,解析,√,解析 植物組織培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)物的胚胎發(fā)生和器官形成能力下降的原因可能是染色體畸變、細胞核變異或非整倍體產(chǎn)生等，而且其結果是不可逆的，也可能是細胞或組織中激素平衡被破壞，或細胞對外源生長物質的敏感性發(fā)生改變，A錯誤，C正確； 處于適當液體培養(yǎng)條件的單個植物細胞，經(jīng)過培養(yǎng)基中成分的誘導，可發(fā)生類似受精卵發(fā)育成胚的過程，即從單細胞依次到細胞團、球形胚、心形胚和胚狀體，最后再生出完整植株，B錯誤； 植物器官培養(yǎng)方面，器

14、官發(fā)生和形態(tài)建成主要是通過平衡的植物激素配比進行調控的，例如，適量的生長素和細胞分裂素配比可以誘導芽的分化，適量的生長素(吲哚乙酸)及適當減除其他某些激素可誘導生根，D錯誤。,A.從愈傷組織中分散得到的單細胞細胞質豐富、液泡大且核也大 B.將愈傷組織培養(yǎng)成植株還是特定細胞系要通過平衡生長調節(jié)劑的配比 進行調控 C.在選擇紅豆杉時除了要考慮其優(yōu)良性狀外還需考慮細胞全能性的表達 能力 D.通過培養(yǎng)特定細胞系，可以實現(xiàn)對重要次生代謝產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn),例4 (2018淳安中學檢測)從紅豆杉的樹皮和樹葉中提煉出來的紫杉醇屬于植物的次生代謝產(chǎn)物，它對多種晚期癌癥療效突出。下列有關紫杉醇獲取途徑的敘述錯

15、誤的是,√,答案,解析,解析 從愈傷組織中分散得到的單細胞屬于胚性細胞，特點是細胞核大、細胞質豐富、液泡小，A錯誤； 將愈傷組織培養(yǎng)成植株還是特定細胞系需要調節(jié)培養(yǎng)物中激素配比，B正確； 選擇細胞進行培養(yǎng)，為增加成功概率需考慮其全能性表達能力，C正確； 紫杉醇是細胞次生代謝產(chǎn)物，通過特定細胞系的培養(yǎng)，可實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，D正確。,植物細胞培養(yǎng)的過程,大規(guī)模植物細胞培養(yǎng) ↓液體培養(yǎng)基 細胞篩選 ↓次生代謝產(chǎn)物含量高，生長迅速 單細胞無性繁殖系 ↓擴大培養(yǎng) 大量植物細胞 ↓ 分離有用物質,三、原生質體培養(yǎng)與植物細胞工程,1.植物原生質體的獲得方法 在0.5～0

16、.6 mol/L的 溶液環(huán)境(較高滲透壓)下用 和______ 混合液處理根尖、葉片、愈傷組織或懸浮培養(yǎng)細胞，除去 ，獲得球形的原生質體。,新知導學,甘露醇,纖維素酶,果膠酶,細胞壁,2.植物細胞工程的操作過程,基因工程,轉基因,3.多途徑的植物克隆實踐 (1)將外源遺傳物質(DNA)導入 ，可以培育出抗逆、高產(chǎn)及優(yōu)質的轉基因植株。 (2)植物細胞培養(yǎng)的其他多種研究和應用廣泛開展。,宿主細胞,獲得重要次生代謝產(chǎn)物(如某些中藥)需要將外植體培養(yǎng)到哪個階段？,答案 應讓外植體經(jīng)脫分化形成愈傷組織，培養(yǎng)特定細胞系。,思考,答案,(1)獲取原生質體時，加入高濃度高滲甘露醇溶液的作用

17、是防止原生質體吸水脹破。 (2)獲得次生代謝產(chǎn)物時，一般將細胞培養(yǎng)至愈傷組織階段即可，因此不涉及再分化過程。 (3)原生質體培養(yǎng)成功的表現(xiàn)是細胞壁再生。,A.①過程需在適宜條件下用纖維素酶和果膠酶處理 B.②過程能定向改變原生質體的遺傳特性 C.③過程需要通過液體懸浮培養(yǎng) D.④過程需用適宜濃度的生長調節(jié)劑處理,例5 (2017浙江紹興高二質檢)如圖表示利用植物細胞工程對棉花進行改良的過程，據(jù)圖分析錯誤的是,√,答案,解析,解析 ①過程需在適宜條件下用纖維素酶和果膠酶處理去掉細胞壁，獲得原生質體，A正確； ②過程為轉基因技術，能定向改變原生質體的遺傳特性，B正確； ③過程需要在固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)

18、，C錯誤； ④過程需用適宜濃度的生長調節(jié)劑處理，促進根、芽的發(fā)育，D正確。,植物組織培養(yǎng)會涉及固體培養(yǎng)基和液體培養(yǎng)基。獲取愈傷組織都是在固體培養(yǎng)基上進行的，而獲取胚性細胞，需將原生質體進行液體懸浮培養(yǎng)(液體培養(yǎng)基)。,例6 (2016浙江10月選考節(jié)選)某小組欲進行煙草原生質體分離與培養(yǎng)的研究。請回答： (1)原生質體的分離：在無菌條件下，取煙草無菌苗的葉片，放入含有0.5 mol/L甘露醇(維持較高滲透壓)的___________________混合液處理，經(jīng)過離心純化后獲得原生質體。,答案,解析,纖維素酶和果膠酶,解析 去除植物細胞壁，獲得植物細胞的原生質體，常用的方法是利用纖維素酶和果膠

19、酶處理植物細胞。,(2)原生質體的培養(yǎng)：將原生質體進行培養(yǎng)，重新長出細胞壁，形成胚性細胞。此時，應該_____培養(yǎng)基中甘露醇濃度，以利于胚性細胞繼續(xù)培養(yǎng)形成細胞團，然后經(jīng)兩條途徑形成再生植株。途徑一：細胞團經(jīng)球形胚、________和胚狀體，最后發(fā)育成植株。途徑二：細胞團增殖為愈傷組織，然后在發(fā)芽培養(yǎng)基上誘導出芽，切割芽經(jīng)過生根后形成完整植株。上述發(fā)芽培養(yǎng)基中含量相對較高的激素是____________。胚性細胞的主要特點是____(A.液泡小、細胞核小 B.液泡大、細胞核大 C.液泡大、細胞核小 D.液泡小、細胞核大)。,答案,解析,降低,心形胚,細胞分裂素,D,解析 在獲取原生質體時甘露醇

20、是作為維持細胞膜內外滲透壓平衡的穩(wěn)定劑使用的。其具體作用是提高滲透壓，防止水分滲入細胞內部，造成細胞破裂。在原生質體形成新細胞壁后，細胞壁有支持與保護作用，所以要降低甘露醇的濃度；由細胞團形成再生植株，途經(jīng)：從胚性細胞→細胞團→球形胚→心形胚→胚狀體，然后再生出完整的小植株；為快速誘導芽的分化，培養(yǎng)基中往往添加細胞分裂素；胚性細胞的特點是液泡小、細胞核大。,(3)為了對煙草的某些性狀進行改良，分離得到兩種煙草的原生質體后，通過______________方法將它們的遺傳物質組合在一起，經(jīng)培養(yǎng)獲得具有新性狀的再生植株。提取再生植株的DNA，采用_____擴增相關基因，來鑒定遺傳物質是否成功重組。

21、,答案,解析,原生質體融合,PCR,解析 植物細胞工程中，利用原生質體融合的方法獲得雜種細胞；體外擴增DNA技術常用的是PCR技術。,植物細胞培養(yǎng)、器官培養(yǎng)和原生質體培養(yǎng)的關系,全能性,愈傷組織,胚狀體,學習小結,達標檢測,解析 卵細胞是高度分化的細胞，受精卵是未分化的細胞，受精卵在自然條件下能形成完整個體，全能性最高，A錯誤，C正確； 高度分化的植物體細胞也具有全能性，B正確； 植物細胞在一定條件下經(jīng)過植物組織培養(yǎng)技術得到再生植株，是細胞全能性的表現(xiàn)，D正確。,1.下列有關細胞全能性的敘述，不正確的是 A.卵細胞與受精卵一樣，細胞未分化，全能性很高 B.大量的科學事實證明，高度分化的植物體細

22、胞仍具有全能性 C.受精卵在自然條件下能使后代細胞形成完整個體，因此全能性最高 D.通過植物組織培養(yǎng)得到的試管苗，是植物細胞在一定條件下表現(xiàn)全能 性的結果,答案,解析,√,1,2,3,4,5,2.植物細胞培養(yǎng)是在植物組織培養(yǎng)技術的基礎上發(fā)展起來的，下列有關植物細胞培養(yǎng)的敘述，不正確的是 A.植物細胞培養(yǎng)技術的目的是為了獲得大量有生理活性的次級代謝產(chǎn)物 B.植物細胞培養(yǎng)技術快速、高效，不受季節(jié)、外部環(huán)境等條件的限制 C.利用生物反應器懸浮培養(yǎng)人參細胞，提取人參皂甙，用于生產(chǎn)保健藥 品和美容護膚用品 D.植物細胞培養(yǎng)需要在一定的溫度、pH等條件下進行，但不需要進行無 菌操作,答案,解析,√,

23、1,2,3,4,5,解析 植物細胞培養(yǎng)和植物組織培養(yǎng)一樣，整個培養(yǎng)過程必須在無菌條件下進行，否則培養(yǎng)基內將長出許多雜菌與離體細胞爭奪營養(yǎng)與生存空間，影響細胞增殖和細胞次級代謝產(chǎn)物的獲得。A項所述為植物細胞培養(yǎng)的目的，B項為植物細胞培養(yǎng)的特點，C項為植物細胞培養(yǎng)的應用。,1,2,3,4,5,3.(2018浙江名校協(xié)作體聯(lián)考)植物組織培養(yǎng)基中肯定沒有下列哪種物質 A.血清 B.生長素 C.無機鹽 D.蔗糖,√,解析 植物組織培養(yǎng)基中通常含有植物激素(如生長素、細胞分裂素等)、無機鹽(維持滲透壓)、蔗糖(提供能量)等，不含有血清。,答案,解析,1,2,3,4,5,4.(2017舟山中學期中)下列

24、有關高等植物原生質體制備和培養(yǎng)的敘述，正確的是 A.纖維素酶和果膠酶混合液可用于制備懸浮培養(yǎng)細胞的原生質體 B.加入0.6 mol/L甘露醇的目的是保護纖維素酶和果膠酶 C.從不同植物組織分離得到的原生質體大小、形狀相同 D.所有植物的愈傷組織經(jīng)原生質體培養(yǎng)均可得到再生植株,√,答案,解析,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,解析 植物細胞壁由纖維素和果膠構成，因此可以采用纖維素酶和果膠酶去除植物細胞壁，獲得原生質體，A正確； 加入0.6 mol/L甘露醇的目的是防止原生質體吸水脹破，B錯誤； 不同植物組織分離得到的原生質體大小、形狀存在差異，C錯誤； 不同植株或基因型個體，細胞全能性存在

25、差異，愈傷組織經(jīng)原生質體培養(yǎng)不一定能得到再生植株，D錯誤。,解析 不同植株，全能性存在差異，即使同種植株，基因型不同個體之間全能性也存在差異。,(1)外植體a、b、c來自同種植株，植株A、B、C中的細胞，全能性表達程度__________(填“相同”或“可能不同”)。,5.(2017金華一中期末)下圖中的①②③代表通過植物組織培養(yǎng)技術培育新植株的三條途徑，請回答：,1,2,3,4,5,答案,解析,可能不同,解析 分析題圖可知，途徑②和③均借助了搖床，即進行液體懸浮培養(yǎng)，獲得單細胞，因此該途徑所用培養(yǎng)基為液體培養(yǎng)基。同時途徑②和③均涉及愈傷組織的獲得，需利用固體培養(yǎng)基(或半固體培養(yǎng)基)。,(2)

26、途徑②和③需要用到___________和________________(填培養(yǎng)基的物理性質)培養(yǎng)基兩種。,1,2,3,4,5,答案,解析,液體培養(yǎng)基,固體(或半固體),解析 植物克隆工程中，去除植物細胞的細胞壁，獲得原生質體，一般在高濃度甘露醇溶液中進行，使用高濃度甘露醇的目的是維持滲透壓，防止原生質體吸水脹破。原生質體的培養(yǎng)成功，標志著植物細胞工程的進步。,(3)外植體c脫去細胞壁過程中需要加入適宜濃度的____(A.甘露醇 B.鹽酸 C.蒸餾水 D.氯化鈉)以保持一定的滲透壓。原生質體培養(yǎng)成功標志著______________技術又向前邁進了一步。,1,2,3,4,5,答案,解析,A,植物細胞工程,(4)通過大量培養(yǎng)特定細胞系，可以實現(xiàn)能產(chǎn)生重要______________(如某些中藥)的細胞的大量克隆和產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)。,1,2,3,4,5,答案,解析,解析 通過培養(yǎng)大量特定細胞系，可以實現(xiàn)能產(chǎn)生重要次生代謝產(chǎn)物(如某些中藥)的細胞的大量克隆和產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)。,次生代謝產(chǎn)物,