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,第一章 人體的內(nèi)環(huán)境與穩(wěn)定,,專題2 細胞工程,2．1 植物細胞工程 2．1.1 植物細胞工程的基本技術,,專題2 細胞工程,學習導航,,專題2 細胞工程,一、細胞工程的概念,分子,細胞器,遺傳物質(zhì),二、植物細胞的全能性 1．含義：具有某種生物______________的任何一個細胞，都具有發(fā)育成______________的潛能。 2．表達過程 (1)脫分化：讓已分化的細胞經(jīng)過誘導后，失去其特有的______________而轉(zhuǎn)變成未分化細胞的過程。 (2)再分化：脫分化產(chǎn)生的____________在一定的培養(yǎng)條件下,再分化出____________，進而形成完整的小植株。,全部遺傳信息,完整生物體,結構和功能,愈傷組織,幼根和芽,三、植物組織培養(yǎng)技術 1．理論基礎(原理)：_______________。,細胞全能性,高度分化,愈傷組織,器官、組織、細胞,無菌,愈傷組織,四、植物體細胞雜交技術 1．概念：將不同種的植物____________，在一定條件下融合成____________并把雜種細胞培育成_____________的技術。,體細胞,雜種細胞,新的植物體,2．過程,巧記 植物體細胞雜交：細胞融合先去壁，成功標志再生壁。組織培養(yǎng)為基礎，遠緣雜交也親和。 3．融合成功的標志：雜種原生質(zhì)體再生出____________。 4．意義：克服不同種生物____________的不親和性。,細胞壁,遠緣雜交,1．判一判 (1)植物的種子能發(fā)育成完整的植株，體現(xiàn)了細胞的全能性 ( ) (2)離體的植物組織在一定的培養(yǎng)條件下分化出根和芽的過程屬于脫分化( ) (3)植物體細胞雜交利用了植物組織培養(yǎng)技術( ) (4)植物原生質(zhì)體融合的原理是植物細胞的全能性( ),√,×,×,×,2．連一連 將下列植物技術與其對應原理連線,植物細胞的全能性、分化、脫分化和再分化,1．細胞的全能性 (1)具有全能性的原因：一般生物體的每一個細胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因。,(2)表達全能性的能力大小(通常情況下)： ①受精卵配子體細胞。 ②植物細胞動物細胞。 ③具有持續(xù)分裂能力的細胞不分裂的細胞。 ④分化程度低的細胞分化程度高的細胞。,2．植物細胞全能性表達所需條件 (1)體細胞未表現(xiàn)全能性的原因：基因的選擇性表達。 (2)體現(xiàn)細胞全能性的條件：,種類齊全、比例合適的營養(yǎng)物質(zhì)及一定的植物激素,①無菌操作②光照：愈傷組織培養(yǎng)最初避光培養(yǎng)，后期見光培養(yǎng),特別提醒 對全能性的理解 (1)全能性的原理是指含有細胞發(fā)育成完整個體所必需的“全套”基因但不是“全部”基因，如配子中有全套基因，所以配子具有較高的全能性。 (2)全能性的標志是已分化細胞發(fā)育成完整個體，不僅僅是形成某些組織或器官。,下列圍繞有關細胞全能性的敘述，正確的是( ) A．植物體只有體細胞才具有發(fā)育成完整個體所必需的全套基因 B．高度分化的植物細胞只有處于離體狀態(tài)時才有可能表現(xiàn)出全能性 C．植物體內(nèi)某些體細胞沒有表現(xiàn)出全能性，其原因是所含基因不同 D．紫色糯性玉米種子培育成植株，這反映植物種子具有全能性,B,[解析] A項，細胞具有全能性的原因是細胞具有發(fā)育成完整個體所必需的全套基因，而配子也具有這樣的全套基因，同樣具有全能性，A項錯誤；C項，植物體內(nèi)細胞沒有表現(xiàn)出全能性，這是細胞內(nèi)基因在特定時間和空間條件下選擇性表達的結果，C項錯誤;D項,種子發(fā)育成植株，是正常生命歷程，不屬于全能性。只有B項是正確的，細胞全能性的表達前提是離體培養(yǎng)的細胞、組織或器官。,(1)植物體內(nèi)細胞沒有表現(xiàn)出全能性，其原因是什么？個體細胞的基因相同嗎？為什么？ (2)若本題D項中玉米植株上的芽長成一棵小玉米植株，這屬于細胞全能性的表現(xiàn)嗎？ 提示：(1)基因有選擇地表達。個體細胞的基因都相同，原因是這些體細胞最終都來自一個受精卵的有絲分裂。 (2)不屬于細胞全能性的表現(xiàn)。,(2014·合肥高二檢測)植物細胞表現(xiàn)出全能性的必要條件是 ( ) A．給予適宜的營養(yǎng)和外界條件 B．導入其他植物細胞的基因 C．脫離母體后，給予適宜的營養(yǎng)和外界條件 D．將成熟篩管的細胞核移植到去核的卵細胞內(nèi),C,解析：植物細胞全能性是指具有細胞核的高度分化的植物細胞(如莖的皮層細胞、韌皮部的薄壁細胞等)，離開母體后，在適宜的營養(yǎng)和外界條件下，細胞首先發(fā)生脫分化，然后恢復細胞分裂形成愈傷組織，再在一定的誘導因素作用下發(fā)生分化，最后形成具有根、莖、葉的完整植株。高度分化的植物細胞的全能性只有在離開母體后才能表現(xiàn)出來。成熟篩管細胞無細胞核。導入其他植物細胞的基因?qū)儆诨蚬こ?，與細胞的全能性沒有必然的聯(lián)系。,植物組織培養(yǎng),1．植物組織培養(yǎng)中脫分化與再分化過程的比較,離體器官、組織、細胞成為愈傷組織,排列疏松、高度液泡化的薄壁細胞團,愈傷組織成為幼苗或胚狀體結構,有根、芽或有生根發(fā)芽的能力,①離體；②提供營養(yǎng)物質(zhì)(有機物、無機物)；③提供激素(生長素、細胞分裂素等)；④提供其他適宜條件(溫度、無菌等),2.植物激素在植物組織培養(yǎng)中的作用,促進根分化、抑制芽形成,促進芽分化、抑制根形成,促進愈傷組織形成,特別提醒 光照對植物組織培養(yǎng)的影響 ①光照條件包括光照強度、時間和波長等，對于植物組織培養(yǎng)來說非常重要。 ②在愈傷組織的誘導階段往往要暗培養(yǎng)(有利于細胞的脫分化產(chǎn)生愈傷組織，如果是在光照條件下，容易分化產(chǎn)生維管等組織，不利于產(chǎn)生大量的愈傷組織)，而在再分化的過程中一定要有光照。,3．實驗操作(以胡蘿卜的組織培養(yǎng)為例),如圖所示為胡蘿卜的韌皮部細胞通過無菌操作，接入試管后，在一定條件下，形成試管苗的培育過程。請據(jù)圖回答下列問題：,(1)要促進細胞分裂生長，培養(yǎng)基中應有營養(yǎng)物質(zhì)和激素。營養(yǎng)物質(zhì)包括____________和小分子有機物，激素包括細胞分裂素和____________兩類植物激素。 (2)此過程依據(jù)的原理是____________________。A和B階段主要進行的分裂方式是____________，B階段除了細胞分裂外,還進行細胞____________等。,無機物,生長素,細胞的全能性,有絲分裂,分化,(3)此過程要無菌操作，主要是指對____________進行滅菌消毒。B階段需要光照，原因是__________________________________________________。 (4)試管苗的根細胞沒有葉綠素，而葉的葉肉細胞具有葉綠素,這是__________________的結果。 (5)A、B兩過程能否在同一培養(yǎng)基上進行？________。,培養(yǎng)基,芽發(fā)育成葉，葉肉細胞中葉綠素的合成需要光照條件,基因選擇性表達,不能,[解析] 植物組織培養(yǎng)是用離體的植物組織、器官或細胞接種到經(jīng)消毒滅菌的培養(yǎng)基中，培養(yǎng)基中含有供組織細胞生長發(fā)育所需要的無機物和小分子有機物，還有供調(diào)節(jié)細胞脫分化和再分化的細胞分裂素和生長素。由外植體發(fā)育到試管苗,脫分化階段細胞進行有絲分裂；再分化階段愈傷組織經(jīng)細胞有絲分裂和分化形成試管苗，此階段需要光照，原因是葉肉細胞中葉綠素的合成需要光照條件。由于細胞分裂素和生長素對脫分化、再分化的作用不同，因此需配制不同濃度比值的生長素、細胞分裂素培養(yǎng)基，通過轉(zhuǎn)接以便順利完成脫分化和再分化。,(2014·山西太原五中高二檢測)如圖表示基因型為AaBb的水稻的花藥通過無菌操作，接入試管后，在一定條件下形成試管苗的培育過程。下列相關敘述錯誤的是( ),A．愈傷組織是花粉細胞通過有絲分裂后形成的不規(guī)則的細胞團 B．在愈傷組織的形成過程中，必須從培養(yǎng)基中獲得水、無機鹽和小分子的有機物等營養(yǎng)物質(zhì) C．為促進花粉細胞分裂生長，在培養(yǎng)基中應加入適宜濃度的生長素等植物激素 D．試管苗可能出現(xiàn)的基因型有AABB或AAbb或aaBB或aabb 解析：選D?；ǚ凼峭ㄟ^減數(shù)分裂形成的，其基因型為AB或Ab或aB或ab，由花粉發(fā)育而來的個體未經(jīng)秋水仙素處理，是單倍體。,1．植物體細胞雜交的原理 原生質(zhì)體融合的過程利用了細胞膜的流動性，雜種細胞發(fā)育成雜種植株利用了細胞的全能性。 2．過程 如圖是兩個不同品種的植物細胞A、B進行細胞融合的過程。,植物體細胞雜交技術,(1)C：用酶解法去掉細胞壁，獲得原生質(zhì)體的過程，所用酶為纖維素酶和果膠酶； (2)D：在誘導劑的作用下進行誘導融合，先進行膜的融合，再進行核的融合,最后形成雜種細胞E，E細胞有三種(AA型、BB型、AB型，只有AB型才是我們所需要的雜種細胞，所以需要進行篩選)； (3)常用的誘導方法：物理法：離心、振動、電激；化學法：聚乙二醇(PEG)。 (4)G：細胞融合完成的標志是新的細胞壁的生成；,(5)F：進行組織培養(yǎng)。 ①目的：植物體細胞雜交的終點是培育成雜種植株，而不是形成雜種細胞就結束。雜種植株的特征：具備兩種植物的遺傳特征，原因是雜種植株中含有兩種植物的遺傳物質(zhì)。 ②優(yōu)點：該技術在育種上應用時最大的優(yōu)點是克服遠緣雜交不親和的障礙。 (6)植物體細胞雜交后植物的染色體組數(shù) ①染色體組數(shù)＝甲、乙兩個細胞內(nèi)染色體組數(shù)之和。 ②植物體細胞雜交后的植物,有幾個染色體組就稱為幾倍體。,以下為植物體細胞雜交技術流程圖，其中甲和乙分別表示兩種二倍體植物細胞，所含有的染色體組分別是AA和BB。據(jù)圖分析回答下列問題：,(1)①過程發(fā)生的化學變化是________________________________________________________________________。 (2)將若干a和b等量混合后轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)基上培養(yǎng)，再經(jīng)過②和③，c的細胞類型有_____________________________________________________ (不考慮三個或三個以上的細胞融合)。,纖維素和果膠發(fā)生水解(或者纖維素分解為葡萄糖，果膠分解為半乳糖醛酸),AA、BB、AAAA、BBBB、AABB,(3)在采用化學法進行過程②時，一般是用_____________________________________________________ 作為誘導劑。 (4)植物體細胞雜交與自然狀況下的生殖細胞雜交相比，前者的主要意義是________________________________________________________________________________________________________。,聚乙二醇(PEG),克服了不同種生物間遠緣雜交不親和的障礙(或擴大了可用于雜交的親本基因組合的范圍),[解析] (1)體細胞雜交亦稱為原生質(zhì)體融合，是以植物體細胞為材料，經(jīng)特殊的酶處理后，用去掉了細胞壁的裸細胞——原生質(zhì)體為親本，進行融合的一種新型的生物技術。(2)將若干a和b等量混合后轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)基上培養(yǎng)，經(jīng)過細胞融合，c的細胞類型包括沒有融合的細胞、相同細胞的融合和不同細胞的融合，即AA、BB、AAAA、BBBB、AABB。(3)在采用化學法進行過程②時,一般是用聚乙二醇(PEG)作為誘導劑。(4)植物體細胞雜交的主要意義是克服了不同種生物間遠緣雜交不親和的障礙。,(1)植物體細胞雜交獲得的雜種植株一定能表現(xiàn)兩個親本的優(yōu)良性狀嗎？為什么？ (2)甲、乙兩個二倍體植物體細胞雜交后的雜種植株是幾倍體？ 【提示】 (1)不一定。兩種植物細胞的基因集中到一個細胞中，基因間的表達可能相互影響：影響基因表達的因素發(fā)生了變化,基因表達的環(huán)境也發(fā)生了變化，導致一些基因不能表達，因此有的性狀不能體現(xiàn)。 (2)四倍體。,區(qū)分植物組織培養(yǎng)與植物體細胞雜交的兩種方法 (1)看后代： ①植物組織培養(yǎng)是利用單一親本的組織或細胞，經(jīng)培養(yǎng)使之增殖、分化成為一個完整植株，為無性生殖過程，因此其后代一般均能保持該親本的遺傳特性。 ②植物體細胞雜交的本質(zhì)是將兩種不同來源的原生質(zhì)體，在人為條件下進行誘導融合。由于植物細胞具有全能性，融合之后的雜種細胞可以再生出具有雙親性狀的雜種植株。 (2)看關系：雜種細胞需經(jīng)植物組織培養(yǎng)才能發(fā)育為具有雙親遺傳特性的雜種植株，否則將無任何意義，因此，植物組織培養(yǎng)是植物體細胞雜交的基礎。,(2014·福建福州高二檢測)如圖為“番茄—馬鈴薯”的培育過程示意圖，有關敘述正確的是( ),A．獲得a、b細胞需要胰蛋白酶和果膠酶 B．誘導a、b細胞融合的化學試劑一般用秋水仙素 C．a(chǎn)、b細胞融合為c細胞的原理是生物膜具有流動性 D．d、e、f過程表示植物的組織培養(yǎng)過程，e、f分別為脫分化和再分化 解析：選C。植物體細胞在雜交之前，必須先利用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁，獲得具有活力的原生質(zhì)體；a、b細胞融合為c細胞的原理是細胞膜的流動性；誘導a、b細胞融合的化學試劑一般是聚乙二醇；d、e分別為脫分化和再分化。,