高中第二章 植物细胞工程第二节 通过体细胞杂交可获得新的植物体学案设计

这是一份高中第二章 植物细胞工程第二节 通过体细胞杂交可获得新的植物体学案设计，共8页。

一、成功培养原生质体是植物体细胞杂交技术的基础
1．植物体细胞杂交：将两个来自不同种植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并将杂种细胞培育成新的植物体的技术。
2．获得原生质体的具体方法是：在0.5～0.6 ml/L的甘露醇(或一定浓度的蔗糖)溶液环境(较高渗透压)下，用纤维素酶和果胶酶混合液处理根尖、叶片、愈伤组织或悬浮培养细胞，消化除去细胞壁，获得球形的原生质体。
3．在用酶解法降解细胞壁之前，先用较高渗透压溶液处理细胞的目的：使细胞处于微弱的质壁分离状态，这样有利于完整的原生质体的释放，防止原生质体被破坏。
二、由杂种细胞培育出的新植物体可能会具有新的特性
1．植物体细胞杂交过程
(1)获得原生质体的方法：酶解法。
(2)诱导原生质体融合的技术手段：电刺激、离心、振荡、聚乙二醇等。
(3)形成杂种细胞：去除水解酶、培养融合的原生质体、再生出新的细胞壁。
(4)获得完整植株：杂种细胞经过培养进一步分裂、分化，进而发育成完整植株。
2．获得真正杂种的必要过程
(1)杂种细胞的鉴定和筛选
原因：一个融合体系中的细胞并非均为杂种细胞。
(2)杂种植株的鉴定和选育
原因：①同一体系中再生的植株并非均为体细胞杂种植株。
②即使得到了杂种细胞，培养过程中也可能出现染色体的丢失、结构异常等情况。
3．意义：克服了远缘杂交的不亲和性，获得新品种。
4．应用：该技术已经广泛应用于多种植物的育种研究。
5．成果：获得了许多具有优良性状的新的植物种质资源。
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
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合。(×)
提示：必须用酶解法去掉细胞壁后才能进行诱导融合。
2．将基因型为Aa植株的花粉和基因型为Bb植株的花粉，除去细胞壁后，进行原生质体融合(仅考虑两两融合)，可以得到6种基因型不同的融合细胞。(×)
提示：基因型为Aa和Bb的植株减数分裂各产生两种配子，经诱导融合后可以得到10种基因型不同的融合细胞。
3．与传统育种相比，植物体细胞杂交在培育作物新品种方面的重大突破表现在证明杂种细胞具有全能性。(×)
提示：传统杂交育种只限于进行有性生殖的同种生物之间，而植物体细胞杂交克服了远缘杂交的障碍，培育出作物新品种。
4．在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体数目加倍的细胞。(×)
提示：愈伤组织细胞中含有细胞壁，要使其在诱导剂的作用下融合，需先去除细胞壁。
5．可以用盐酸处理植物细胞获得植物原生质体。(×)
提示：用酶解法(纤维素酶和果胶酶)处理植物细胞获得植物原生质体。
6．再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志。 (√)
通过体细胞杂交可获得新的植物体
1．原理
(1)细胞膜的流动性：原生质体融合的过程。
(2)植物细胞的全能性：杂种细胞发育成杂种植株。
2．操作过程
3.杂种植株遗传物质的变化
(1)细胞融合属于染色体畸变，杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和。
(2)染色体组数通常也是两亲本细胞染色体组数之和，形成异源多倍体。
1．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？
提示：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，属于染色体数目变异。
2．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？
提示：克服了不同种植物远缘杂交的障碍，使不同种植物杂交成为可能。
(2021·重庆市适应性测试改编)某研究人员设计了下列技术路线，以期获得甘蓝和萝卜体细胞杂交植株。
请回答下列问题。
(1)制备原生质体时，常用两种酶处理，分别是________________。诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是________。原生质体融合成功的标志是________________________。图中X是________。
(2)为诱导融合体产生不定芽，通常应在培养基中加入两类植物激素，其中起主要作用的是____________________________________________________。
(3)若想获得抗盐植株，可选用融合原生质体作为人工诱变的材料，原因是
_________________________________________________________________
________________________________________________________________，
且需在含较高浓度的NaCl培养基中筛选。
[解析] (1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，所以制备原生质体，需要用纤维素酶和果胶酶将细胞壁分解，诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是PEG(聚乙二醇)。原生质体融合成功的标志是杂种细胞再生出细胞壁；图中X经过离体培养，可以形成试管苗，所以X是愈伤组织。
(2)植物组织培养中常加入细胞分裂素和生长素，当生长素与细胞分裂素的比值低时，有利于芽的形成，所以起主要作用的是细胞分裂素。
(3)由于融合原生质体包含了两个物种的全部遗传信息，且具有全能性，所以可选用融合原生质体作为人工诱变的材料。
[答案] (1)纤维素酶和果胶酶 PEG(聚乙二醇) 杂种细胞再生出细胞壁 愈伤组织 (2)细胞分裂素 (3)具有分裂分化能力，突变频率高，融合原生质体包含了两个物种的全部遗传信息，且具有全能性

(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)体细胞融合后培养基中共有5种细胞类型(A、B、AA、BB、AB)，其中融合细胞类型有3种(AA、BB、AB)，而真正符合要求的是AB，因此要对融合细胞进行筛选(注明：不考虑三个或三个以上细胞的融合)。
如图为“番茄—马铃薯”的培育过程示意图。
通过对染色体组及基因型的分析，培养学生图表获取信息及逻辑分析能力；通过对理由的阐述，提升语言表达能力。
1．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2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，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？其基因型是什么？(科学思维)
提示：杂种植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体为(2x＋2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。
2．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。(科学探究)
提示：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。
[课堂小结]
1．(2020·天津高二教研)甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。下列说法正确的是 ( )
A．该技术中可使用酶解法或研磨法去除细胞壁，获得原生质体
B．培养原生质体的培养液需保持一定的渗透压，其作用是保持原生质体的完整性
C．细胞融合完成后，融合体系中只有未融合的细胞和杂种细胞
D．该杂种植株和有性杂交的后代一样都属于二倍体，是可育的
B [植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，根据酶的专一性原理，利用纤维素酶和果胶酶可以除去细胞壁，获得具有活力的原生质体，一般不用研磨法，A错误；植物细胞去除细胞壁后称为原生质体，原生质体在低渗溶液中会涨破，在高渗溶液中会皱缩，培养原生质体的培养液需要保持一定的渗透压，其作用是保持原生质体完整性，B正确；融合体系中除有未融合的细胞和杂种细胞外，可能还有其他细胞，如甲细胞和甲细胞的融合细胞、乙细胞和乙细胞的融合细胞，C错误；甲、乙是两个物种，彼此间存在生殖隔离，有性杂交的后代是二倍体，不可育，而体细胞杂交是四倍体，可育，D错误。]
2．通过植物体细胞杂交获得一个杂种植株需要的步骤是( )
A．分离原生质体→诱导原生质体融合→杂种细胞的鉴定和筛选→组织培养→ 杂种植株的鉴定和选育
B．分离原生质体→原生质体直接融合→组织培养→得到杂种植株
C．获取细胞→原生质体融合→组织培养→得到杂种植株
D．获取细胞→细胞融合→组织培养→得到杂种植株
A [植物体细胞杂交的具体过程为：分离获得原生质体→诱导原生质体融合→杂种细胞的鉴定和筛选→组织培养→杂种植株的鉴定和选育。]
3．下图是植物体细胞杂交过程示意图，如果A、B植物均为二倍体，据图分析回答。
(1)图中所示过程的原理有_________________________________________。
(2)图中的①过程是_______________________________________________
_______________________________________________________________。
(3)植物体细胞融合成功的标志是____________________________________
______________________________________，其产生与细胞内________(细胞器)有关。
(4)③和④过程分别是________和________过程。则该杂种植株有________个染色体组。
(5)该技术最显著的优势是__________________________________________
________________________________________________________________。
[解析] (1)植物体细胞杂交过程中有原生质体A和原生质体B的融合过程，其原理是细胞膜具有流动性；将杂种细胞培育成新的个体，其原理是植物细胞具有全能性。
(2)图中的①过程是去除植物细胞壁，制备原生质体。
(3)植物体细胞融合成功的标志是形成新的细胞壁，植物细胞壁的形成与高尔基体有关。
(4)杂种细胞通过脱分化形成愈伤组织，再经再分化形成杂种植株。图中杂种植株是由两个二倍体细胞融合成的杂种细胞培育成的新个体，含有四个染色体组。
(5)植物体细胞杂交可以克服远缘杂交不亲和的障碍。
[答案] (1)细胞膜具有流动性、植物细胞具有全能性 (2)(去壁)制备原生质体 (3)形成新的细胞壁 高尔基体 (4)脱分化 再分化 四 (5)克服远缘杂交不亲和的障碍课标内容要求
核心素养对接
概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定的条件下融合成杂种细胞，继而培育新植物体的技术。
1.科学思维——基于菊花的组织培养和植物体细胞杂交实例，采用模型与建模、归纳与概括的方法掌握植物组织培养和植物体细胞杂交的流程。
2.科学探究——能依据实验步骤，制订实验方案，合作交流，共同完成植物体细胞杂交技术，并如实记录实验数据，得出实验结论。
步骤
图解
技术或原因
原生质体的获取
在0.5～0.6 ml/L的甘露醇溶液环境下，纤维素酶和果胶酶去掉细胞壁获得球形的原生质体
原生质体的融合
物理法：电刺激、离心、振荡等化学法：聚乙二醇(PEG)融合法
杂种细胞的鉴定和筛选
一个融合体系中的细胞并非均为杂种细胞
杂种植株的形成
植物组织培养
杂种植株的鉴定和选育
同一体系中再生的植株并非均为体细胞杂种植株
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 背 诵
1.植物体细胞杂交是将两个来自不同种植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并将杂种细胞培育成新的植物体的技术。
2.在0.5～0.6 ml/L的甘露醇溶液环境下，用纤维素酶和果胶酶混合液处理根尖、叶片、愈伤组织或悬浮培养细胞，消化除去细胞壁，获得球形的原生质体。
3.杂种细胞的鉴定和筛选，杂种植株的鉴定和选育，是获得真正杂种的必要过程。