高中人教版 (2019)二 植物细胞工程的应用第1课时导学案

第二章  细胞工程    第1节　植物细胞工程 （第1课时）

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【学习目标】说明植物组织培养的基本原理，形成科学的世界观。学习植物组织培养的基本技术和植物体细胞杂交技术，概述两种技术的原理和过程。

【学习重难点】植物组织培养的原理和过程；植物体细胞杂交技术的原理

课前自主探究

一、            细胞工程的概念

  细胞工程是指应用            、                和                等多学科的原理和方法，通过          、        或         上的操作，有目的地获得特定的         、组织、         、         或其         的一门综合性的         。包括             和                 

                 （含胚胎工程）   

二、            植物组织培养技术

1. 植物组织培养的相关概念

（1）细胞的全能性：细胞经         后，仍然具有发育成完整生物体或                   的潜能。 在生物生长发育过程中，并          所有的细胞都表现出全能性。这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会                 。

（2）植物组织培养：指将         的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配置的          上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。

流程简图

外植体愈伤组织胚状体长出芽和根植株

（3）外植体：这些离体培养的植物器官、组织或细胞。

（4）脱分化：__________的细胞，在一定的激素和营养等条件的诱导下，失去其特有的__________，转变成未分化细胞的过程。

（5）愈伤组织：已经分化的细胞经          ，转变成未分化的细胞，进而形成不定形

的             团块，称为愈伤组织。

（6）再分化：________能重新分化成__________等器官，该过程称为再分化。
2.菊花的组织培养

（1）实验原理：植物细胞一般具有             

（2）实验步骤

①消毒: 用_______擦拭双手和超净工作台台面；将_______充分冲洗后的外植体(幼嫩的茎段)用_______消毒30s，立即用_______清洗2～3次再用_________________处理30min后，立即用__________清洗2～3次。

②取材：将消过毒的外植体置于无菌的培养皿中，用____________吸去表面的水分。用解剖刀将____________切成0.5～1cm长的小段。

③接种：在_____________旁，将外植体的___________插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记。

④培养：将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于______________的培养箱中培养。培养___________后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导___________的培养基上。长出芽后，再将其转接到诱导___________的培养基上，进一步诱导形成___________。

⑤移栽：移栽前先__________封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到到__________的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。

（3）注意事项

①实验中使用的培养和所有的器械都要结构和功能。接种操作必须在结   构和功能旁进行，并且每次使用后的器械都要灭菌。

②接种时注意外植体的结构和功能，不要倒插。

③诱导愈伤组织期间一般不需要结构和功能，，，在后续的培养过程中，每日需要给予适当时间和强度的光照。

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杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植株的技术。

2.操作流程

(1)去壁：对应图中      过程，即去除            ，获得具有活力的原生质体，用到的酶是            。

(2)诱导原生质体融合：对应于图中     过程，即原生质体的融合。

 ①原理：               

②诱导融合方法：a物理方法：细胞膜    、，，细胞膜的流动等

        b化学方法：细胞膜      、，，细胞膜的  流动等

③成功的标志：杂种细胞再生出细胞壁    。

(3)培养：过程d是                     ，其原理是                       。

(4)杂种细胞的筛选：体细胞融合成功以后，既有AB型杂种细胞，还能形成AA型和BB型两种融合细胞，但只有AB型细胞是植物体细胞杂交所形成的杂种细胞，因此在杂种细胞形成后还应有一个筛选过程。

3.意义：植物体细胞杂交技术在打破远缘杂交不亲和，实现植物细胞育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。

易错易混辨析：

(1)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(　　)

(2)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(　　)

(3)愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的(　　)

(4)用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体失去了全能性(　　)

(5)再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志(　　)

 (6)愈伤组织的形成需要光照(　 　)

 (7)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合(　  　)

课堂合作探究

探究一   植物组织培养

【情境探究】

如图为植物组织培养的过程，请思考后回答：

(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)在组织培养过程中，诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基的成分有什么不同？

(3)胡萝卜根尖的形成层细胞和组织培养获得的植株根细胞中都没有叶绿素，为什么叶肉细胞却合成了叶绿素？

(4)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？

(5)诱导愈伤组织期间一般不需要光，后续培养过程中，为什么每日要给予适当时间和强度的光照？

(6)植物组织培养的脱分化过程中，植物细胞如何获得生长发育所需的营养物质？

【归纳总结】1.植物细胞具有全能性的原因

一般生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的全套遗传信息，即都有发育成完整个体所必需的全部遗传信息。

2.不同细胞的全能性比较

①体细胞全能性：分化程度低的>分化程度高的；细胞分裂能力强的>细胞分裂能力弱的。

②不同细胞的全能性：受精卵>生殖细胞>体细胞。

③不同生物的细胞全能性：植物细胞>动物细胞。

④全能性与细胞分化的关系：一般情况下，随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。

3.植物激素在植物组织培养中的作用

提醒　①由愈伤组织进行细胞分化时，一般要先诱导其生芽，然后诱导其生根，可通过控制培养基中生长素和细胞分裂素的比例来实现。

②光照：在愈伤组织诱导阶段，对有些植物来说，避光培养有利于细胞脱分化形成愈伤组织。当愈伤组织再分化出芽和叶时，一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成。

③体内细胞未表现全能性的原因：基因的表达具有选择性。

④细胞的全能性指的是细胞的一种潜在能力，这种潜在能力只有在特定的环境中才能表现出来，而不是指细胞在任何条件下都能发育成完整的生物体。

⑤植物组织培养中所需的碳源一般为蔗糖，少数为葡萄糖和果糖，原因是蔗糖既可提供充足的碳源，又可维持相对适中的渗透压，而葡萄糖和果糖在与蔗糖提供相同数量碳源的前提下，其造成的渗透压可能过高。

探究二.植物体细胞杂交

【情境探究】

科学家利用植物体细胞杂交技术，将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合，成功地培育出了“番茄—马铃薯”杂种植株，如图1所示，其中①～⑤表示过程，a～f表示细胞、组织或植株。请思考回答：

(1)将番茄细胞和植物细胞融合时，首先遇到的障碍是什么？用什么方法可以解除此障碍？

(2)若图中a细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb,b细胞含有4y条染色体，4个染色体组，基因型为CCccDDdd,产生的杂种植株的体细胞中含有几条染色体和几个染色体组？是几倍体？其基因型是什么？是否可育？

(3)从结果上看杂种植株在遗传上有何特点？从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？

(4)若人工诱导a细胞与b细胞进行有性杂交，则子代细胞染色体数目、染色体组数、子代是

几倍体？

(5)从新品种培育的角度分析，植物体细胞杂交技术最大的优点是什么？

(6)若某种植物耐盐碱，另一种植物高产，能否用图中的方法进行新品种的培育？说出你的理由。

【归纳总结】1.植物体细胞杂交与植物有性杂交中遗传物质的变化

设白菜细胞含2x条染色体，2个染色体组；甘蓝细胞含2y条染色体，2个染色体组。

2．植物组织培养与植物体细胞杂交的比较

第二章  第1节　植物细胞工程 第一课时  答案 

课前自主探究

一、细胞生物学  分子生物学  发育生物学  细胞器  细胞  组织水平  细胞  器官  个体  产品  生物工程  植物细胞工程  动物细胞工程

二、1、（1）分裂和分化  其他各种细胞  不是  选择性的表达 （2）离体 培养基

（4）已经分化  结构和功能 （5）脱分化  薄壁组织 （6）愈伤组织  芽根

  2、（1）全能性（2）酒精  流水  酒精  无菌水  次氯酸钠  无菌水  无菌滤纸  外植体 

酒精灯火焰旁  1/3-1/2  18-22℃ 15-20d  生芽  生根  试管苗  打开  消过毒 （3）灭菌  酒精灯火焰  方向  光照

三、1、体细胞  杂种细胞  新植物 2. (1) a    细胞壁 纤维素酶和果胶酶

(2)    b

①    细胞膜具有流动性

②电融合法  离心法  聚乙二醇（PEG）融合法  高Ca2+-高PH融合法   ③ 细胞壁

(3)    植物组织培养   植物细胞的全能性

3、生殖隔离  远缘杂交

 易错易混辨析：

　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×(7)×

 课堂合作探究

探究一 (1)避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。

(2)三种培养基的生长素和细胞分裂素的比例不同。

(3)胡萝卜根尖的形成层细胞、植株根细胞和叶肉细胞中都含有合成叶绿素的相关基因，但该基因只在叶肉细胞中进行了表达即基因的选择性表达。

(4)培养物经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化的细胞，愈伤组织中不含叶绿体。

(5)后续培养过程中，给予适当时间和强度的光照的目的是诱导叶绿素的形成，进一步形成叶绿体进行光合作用。

(6)提示：植物细胞主要以主动运输的方式从培养基中获取营养物质。

探究二.植物体细胞杂交

(1)细胞壁阻碍细胞间的融合。用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。

（2)杂种植株应为异源六倍体，其体细胞中染色体为（2x+4y)条，6个染色体组，基因型为AabbCCccDDdd。可育。

(3)遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传性状。染色体数目增加，属于染色体数目的变异。

(4)染色体为（x+2y)条，3个染色体组，异源三倍体

(5)克服了不同种植物远缘杂交不亲和的障碍，使不同种植物杂交成为可能。

(6)可以；植物体细胞杂交可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，杂种植株含有两个物种的遗传物质，所以后代会出现双亲的优良性状。