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2021学年专题2 细胞工程2.1 植物细胞工程2.1.1 植物细胞工程的基本技术教案配套课件ppt
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这是一份2021学年专题2 细胞工程2.1 植物细胞工程2.1.1 植物细胞工程的基本技术教案配套课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了概念认知·自主学习，细胞生物学，细胞器水平，遗传物质，植物细胞，动物细胞，全部遗传信息，完整生物体，结构和功能，愈伤组织等内容，欢迎下载使用。
一、细胞工程的概念和分类1.概念:(1)应用原理:___________和分子生物学。(2)操作水平:细胞水平或___________。(3)操作目的:按照人的意愿来改变细胞内的_________或获得细胞产品。2.分类:根据操作对象的不同,分为_________工程和_________工程。二、植物细胞的全能性1.含义:具有某种生物_____________的任何一个细胞,都具有发育成___________的潜能。
2.表达过程:(1)脱分化:让已经分化的细胞经过诱导后,失去其特有的___________而转变成未分化细胞的过程。(2)再分化:脱分化产生的_________在一定的培养条件下,再分化出_________,进而形成完整的小植株。3.影响细胞全能性表现的原因:生长发育过程中→特定的时间和空间条件下→细胞中的基因会___________→特定蛋白质→不同的组织和器官。
三、植物组织培养技术1.原理:___________________。2.过程:
(1)条件:_____,一定营养物质,激素(生长素、细胞分裂素)等。(2)培养基状态:___________(需再分化生根培养基及生芽培养基)。(3)体内细胞未表现全能性的原因:_________________。(4)光照的应用:脱分化阶段不需要光照,_______阶段需要光照,以利于叶绿素的形成。
四、植物体细胞杂交技术1.概念:将_______的植物体细胞,在一定条件下融合成_________,并把杂种细胞培育成___________的技术。2.原理:体细胞杂交利用了细胞膜的_______,杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的_______。3.过程:4.意义:克服不同种生物远缘杂交的_______性。
【易错辨析】1.高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才能表现出全能性。( )2.植物的种子能发育成完整的植株,体现了细胞的全能性。( )【分析】因为种子中的胚已完成了早期发育,所以体现了新植物体的幼体发育成完整植株的过程,相当于植物的长大。3.植物体内的某些体细胞没有表现出全能性,其原因是所含基因不同。( )【分析】植物体细胞是受精卵经过有丝分裂形成的,所含基因相同。
4.脱分化和再分化是植物组织培养的重要过程。( )5.植物体细胞杂交技术的最终目的是得到杂种细胞。( )【分析】植物体细胞杂交技术的最终目的是得到杂种植株,其中包括两个阶段:第一阶段得到杂种细胞,第二阶段经组织培养得到杂种植株。6.植物体细胞杂交过程中,细胞融合成功的标志是产生新的细胞壁,此过程中活跃的细胞器是核糖体。( )【分析】植物细胞壁的形成与高尔基体有关,此过程中活跃的细胞器是高尔基体。
一、植物细胞的全能性1.细胞的全能性:(1)具有全能性的原因:一般生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全部遗传物质,都有发育成为完整个体所必需的全部基因。(2)不同细胞全能性的大小: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>胚胎干细胞>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。(3)全能性与细胞分化的关系:随着细胞分化程度的不断提高,细胞的全能性逐渐降低。
2.植物细胞全能性表达所需条件:(1)体细胞未表现全能性的原因:基因的选择性表达。(2)体现细胞全能性的条件:
【易错提醒】有关细胞全能性的四点提醒(1)体现细胞全能性的标志:发育成完整个体而不是形成某种组织或者器官。(2)全套基因≠全部基因:细胞具有全能性是因为细胞中具有发育成完整个体所必需的“全套基因”而不是“全部基因”,配子中有全套基因,因此仍然具有全能性。(3)体内细胞未表现全能性的原因:基因在特定的时间和空间条件下选择性表达。(4)具有全能性≠体现(实现)全能性①具有全能性:理论上,活细胞都具有全能性。②体现(实现)全能性:只有发育成完整个体,才能说体现(实现)了细胞的全能性。
【素养案例】 (2019·全国卷Ⅲ)培养胡萝卜根组织可获得试管苗,获得试管苗的过程如图所示。回答下列问题。(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株,这是因为植物细胞具有____________________________。 (2)步骤③切取的组织块中要带有形成层,原因是________________________。
(3)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基,其原因是___________________。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的______________过程,最终可形成试管苗。 (4)步骤⑥要进行照光培养,其作用是________________________________。 (5)经组织培养得到的植株,一般可保持原品种的______________,这种繁殖方式属于______________繁殖。
【解题关键】①→④表示处理外植体材料,④→⑤表示脱分化,⑤→⑥表示再分化。组织培养的原理是植物细胞的全能性。【解析】(1)分化的植物细胞含有该生物生长发育所需要的全部遗传物质,具有发育的全能性,在一定条件下可以培养为完整的植株。(2)形成层属于分生组织,细胞分裂能力较强,容易脱分化形成愈伤组织。(3)培养基中的细胞分裂素和生长素可调控细胞的分裂和分化,诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗时,需要的生长素和细胞分裂素的比例不同,所以需要更换培养基。愈伤组织是一团未分化的细胞,通过再分化形成具有根、芽的试管苗。
(4)再分化过程中需要光照条件,以利于叶绿素的形成,叶绿素形成后,试管苗才能进行光合作用。(5)在植物组织培养过程中,只涉及有丝分裂,不涉及有性生殖细胞的生成,该方式可以保证母细胞和子细胞遗传物质的稳定,保持原品种的遗传特性,所以这种繁殖方式属于无性繁殖。
答案:(1)全能性(或答:形成完整植株所需的全部基因)(2)形成层容易诱导形成愈伤组织(3)诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗时需要的生长素和细胞分裂素的比例不同 分化(或答:再分化)(4)诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用(5)遗传特性 无性
【误区警示】(1)忽略图中关键信息:③切取1 cm3左右带有形成层的组织块→⑥诱导愈伤组织形成试管苗,体现了植物细胞的全能性。(2)不明确有性生殖的过程和标志:减数分裂和受精作用。组织培养得到新植株,没有有性生殖细胞产生和结合,因此不属于有性生殖,为无性生殖。
【跟踪小练】1.(2021·南通高二检测)下列有关植物细胞全能性的叙述,正确的是( )A.植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全部基因B.高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性C.植物体内某些体细胞没有表现出全能性,其原因是所含基因不同D.紫色糯性玉米种子培育成植株,这反映植物种子具有全能性 【解题关键】解答本题的关键:(1)全能性与全能性表达是两个不同的概念;(2)种子发育成个体,是正常生命历程,不能体现细胞的全能性。
【解析】选B。细胞具有全能性的原因是细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因,而配子也具有这样的全部基因,同样具有全能性,A项错误;植物体内细胞没有表现出全能性,这是细胞内基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果,C项错误;种子发育成植株,是正常生命历程,未反映全能性,D项错误;植物细胞全能性的表达前提是离体培养的细胞、组织或器官,B项正确。
2.人们为了从红豆杉树皮中分离获得高抗癌活性紫杉醇,对国家重点保护珍稀植物——红豆杉,进行了掠夺式地砍伐。为拯救红豆杉,同时获得紫杉醇,科研小组设计了如图所示的实验流程:请回答下列问题:(1)诱导茎尖分生组织形成愈伤组织的过程叫____________________。利用愈伤组织诱导形成的胚状体经人工薄膜包装后就可得到______________。
(2)茎尖分生组织细胞具有全能性的原因是________________________。在生物生长发育过程中,细胞并不会表现出全能性,原因是__________________。 (3)已知植物甲中提取的物质X,能提高紫杉醇的抗癌效果。科研小组欲获得既能产生紫杉醇又能产生物质X的植株,可利用______________技术获得杂种植株。该方法首先要利用______________除去细胞壁获得具有活力的原生质体,再经______________(试剂)诱导融合形成杂种细胞。
【解题关键】解答本题要知道以下两点:(1)结合图示明确植物组织培养的基本过程。(2)明确植物组织培养的原理——植物细胞的全能性。【解析】(1)分生组织经过脱分化过程可以形成愈伤组织,利用愈伤组织诱导形成的胚状体经人工薄膜包装后可得到人工种子。(2)茎尖分生组织细胞含有该种生物的全部遗传信息,因此具有发育的全能性。在特定的时间和空间条件下,细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质,从而构成生物体的不同组织和器官,所以在生物生长发育过程中,细胞并不会表现出全能性。
(3)植物甲可以产生物质X,红豆杉可以产生紫杉醇,因此利用植物体细胞杂交技术将两种植物细胞融合,获得的杂种植株的细胞既能产生紫杉醇又能产生物质X。植物体细胞杂交过程中,首先要利用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁获得具有活力的原生质体,再经聚乙二醇诱导融合形成杂种细胞。答案:(1)脱分化 人工种子(2)茎尖分生组织细胞含有该种生物的全部遗传信息 在特定的时间和空间条件下,细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质,从而构成生物体的不同组织和器官(3)植物体细胞杂交 纤维素酶和果胶酶 聚乙二醇(PEG)
【补偿训练】 1.下列植物细胞的全能性在提供了适宜条件的情况下,最易表达的是( )A.枝条上的一个芽 B.柱头上的花粉C.胚珠中的珠被细胞D.根尖分生区细胞
【解析】选B。细胞全能性指的是离体的细胞、组织、器官具有发育成完整个体的潜能。不同细胞全能性大小不同,分裂能力越弱的细胞,全能性越低,即不易表现全能性。一般情况下:植物:受精卵>卵细胞(雌性配子)>花粉(雄性配子)>分化的体细胞(如植物的叶肉细胞、根成熟区细胞),因此答案选B。
2.植物细胞表现出全能性的必要条件和增殖方式分别是( )A.脱离母体后,给予适宜的营养和外界条件;减数分裂B.导入其他植物细胞的基因;有丝分裂C.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内;减数分裂D.脱离母体后,给予适宜的营养和外界条件;有丝分裂 【解题关键】植物细胞全能性实现的前提条件是离体的器官、组织或细胞。在原植物体上不能实现全能性。
【解析】选D。植物细胞表现全能性的条件:①器官、组织或细胞离体和适宜的外界条件;②一定的营养(无机、有机成分)和植物激素。植物组织培养形成植物体的过程,包括脱分化和再分化两个重要的过程,在这两个过程中细胞都是通过有丝分裂方式进行增殖的。
二、植物组织培养1.相关概念辨析:(1)外植体:离体进行组织培养的植物组织或器官。(2)胚状体和丛芽:植物组织离体培养,经过脱分化和再分化,发育成胚状体或丛芽。胚状体经过生长发育成完整植株;而丛芽还需要诱导生根后才能发育成完整植株。(3)愈伤组织:是一团没有特定结构和功能,排列疏松而无规则,高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞团。
(4)脱分化和再分化的比较:
2.进行组织培养时需注意的五个问题:(1)无菌:植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染,所有实验用具要严格灭菌,接种过程进行严格的无菌操作。(2)取材:外植体的遗传特征、取材位置都会影响愈伤组织的再分化能力。(3)营养比:培养基中必须含有植物生长发育所需要的全部营养物质,其中生长素和细胞分裂素用量的比例对器官的生成起决定作用。
(4)光照时期:愈伤组织培养最初避光培养,后期见光培养。(5)培养顺序:要先进行生芽培养,再进行生根培养,试管苗培养要在光照条件下进行。
【选修对接必修】 对接必修1:细胞的生命历程(1)用于植物组织培养的植物材料称为_______;组织培养中的细胞,从分化状态转变为未分化状态的过程称为_______;细胞分化的实质是_________________。(2)由离体的组织或器官经组织培养成试管苗的过程中涉及的细胞增殖方式是_________。对接必修3:植物激素 下列属于在经组织培养形成试管苗的过程中发挥作用的植物激素是_____①乙烯 ②生长素 ③2,4—D ④细胞分裂素 ⑤赤霉素 ⑥乙烯利
【素养案例】 培养兰花(2N)茎尖细胞可获得完整的兰花植株,获得完整兰花植株的过程如下图所示,①～⑥表示相关步骤。回答下列问题。(1)利用兰花茎尖细胞培养可形成试管植物。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株,是因为植物细胞具有______________________________。
(2)从步骤③到步骤④需要更换培养基,其原因是_________________________;步骤⑥需要光照培养,其作用是________________________________。 (3)从育种的角度看,植物组织培养与有性生殖相比,优势主要是________________________、________________________。(答出两点即可) (4)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒,经组织培养和染色体加倍形成完整兰花植株,这种育种方法称为__________,其优点是_____________________。
【解析】(1)利用兰花茎尖细胞培养可形成试管植物。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株,属于植物细胞工程应用的实例,该技术的原理是植物细胞具有全能性。(2)步骤③为脱分化,步骤④为再分化过程,因为诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同,因此从步骤③到步骤④需要更换培养基;步骤⑥需要光照培养,以达到诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用的目的,因为叶绿素的形成需要光照条件。(3)与有性生殖相比,利用植物组织培养能快速繁殖植物,而且还能保持母本优良品种的遗传特性、繁殖效率高。
(4)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒,经组织培养(花药离体培养)和染色体加倍形成完整兰花植株,这种育种方法称为单倍体育种,该育种方法典型的优势是明显缩短育种年限,快速获得纯种。答案:(1)全能性(或形成完整植物所需的全部基因) (2)诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同 诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用 (3)能保持亲本的优良性状 培养周期短,繁殖效率高,能培育无病毒植株(答出两点即可) (4)单倍体育种 缩短育种年限,培育的品种是纯种
【误区警示】(1)不清楚脱分化培养基和再分化培养基的激素配比不同是导致其作用不同的原因。(2)不明确再分化需要光的原因:诱导叶绿素的形成。(3)不能准确把握植物组织培养作为无性繁殖技术的优点。
【跟踪小练】1.(2021·辽宁适应性测试)某课外活动小组获得了一株性状优良的结球生菜,并利用植物组织培养技术对其进行快速繁殖。下列有关叙述正确的是( )A.使用体积分数为95%的酒精对外植体进行消毒B.为保持结球生菜的优良遗传性状,应选用花粉进行培养C.在诱导生根时,培养基中应提高细胞分裂素的比例和用量D.经再分化产生的不定芽可经人工薄膜包装制成人工种子
【解析】选D。本题主要考查植物组织培养技术有关知识。对外植体进行消毒是使用体积分数为70%的酒精,A项错误;为保持结球生菜的优良遗传性状,应选用分生组织,如根尖细胞进行培养,B项错误;当生长素含量高于细胞分裂素时,主要诱导植物组织脱分化和根原基的形成,故在诱导生根时,培养基中应提高生长素的比例和用量,C项错误;经再分化产生的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料,可经人工薄膜包装制成人工种子,D项正确。
【补偿训练】 水稻的花药通过无菌操作,接入试管,经过如下过程培育试管苗。 据图分析下列叙述正确的是( )A.a、b、c、d中的植物细胞都具有全能性,且全能性的表达程度相同B.a、b、c的培养基中都有琼脂、有机物、水、植物激素等物质C.水稻花药经a～d发育成试管苗的过程涉及有丝分裂、减数分裂等细胞分裂方式D.只要调节培养基中各种营养物质的比例就能诱导b中的愈伤组织分化成试管苗
【解题关键】(1)注意区分a～d中细胞的不同,a中为花粉细胞、b中为愈伤组织、c中为再分化后的细胞、d中为体细胞。(2)正确理解细胞全能性的含义,区分组织培养各过程的特点。
【解析】选B。细胞全能性是指已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能,不同细胞全能性的表达程度不同,A错误。植物组织培养所用的培养基为固体或半固体培养基,其成分有水、矿质元素、维生素、蔗糖、氨基酸、琼脂、植物激素等,B正确。水稻花药经脱分化和再分化发育成试管苗的过程涉及的分裂方式为有丝分裂,而减数分裂发生在有性生殖形成配子的过程中,C错误。诱导b中的愈伤组织分化成试管苗与生长素和细胞分裂素有关,生长素与细胞分裂素的比值高时,有利于根的分化,抑制芽的形成;二者比值低时,有利于芽的分化,抑制根的形成,D错误。
2.近年来,植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。植物组织培养可以分为四个阶段:一、建立无菌体系,即外植体及培养基的消毒、接种,获得愈伤组织。二、进行增殖,不断分化产生新的植株,或直接产生不定芽及胚状体,也可以根据需要反复进行继代培养,以达到大量繁殖的目的。三、将植株转移进行生根培养,可以转入生根培养基,也可以直接切取进行扦插生根。四、试管苗过渡,即试管苗出瓶后进行一定时间对外界环境的适应过程。
据此回答下列问题。(1)植物组织培养基的成分含有有机营养、无机营养、________________。题中指出的生根培养基与之前使用的培养基是否一致,并请说明理由。________,____________________。 (2)通过组织培养技术,可把植物组织细胞培养成胚状体,再通过人工种皮(人工薄膜)包装得到人工种子,这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。与传统的种子生产相比,人工种子具有的优点是_____________________ (请至少答出2点)。 (3)用脱毒苗进行繁殖,可以减少作物感染病毒。为了获得脱毒苗,可以选取植物的________进行组织培养。
(4)建立无菌体系时,需要用到70%的酒精溶液,酒精进入细胞的方式为________,幼嫩的材料易在酒精溶液中失绿,所以浸泡时间要短,而且酒精处理后马上要用________冲洗。获得愈伤组织属于植物组织培养技术过程中的________阶段。
【解析】(1)植物组织培养基的成分除了含有有机营养、无机营养,还需要一定的植物激素(植物生长调节剂)、琼脂。题中指出的生根培养基与之前使用的培养基并不一致,因为培养基中激素的种类和比例不同。(2)人工种子与传统的种子生产相比,人工种子优点是:可使在自然条件下不结果实或种子的昂贵的植物得以繁殖;保持亲本的优良性状;节约粮食,减少种子的使用;可以控制添加一些物质,如除草剂、农药、促进生长的激素、有益菌等;而且周期短,易贮存和运输,不受气候和地域的限制。
(3)植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒,因此为了获得脱毒苗,可以选取植物的茎尖进行组织培养。(4)建立无菌体系时,需要用到70%的酒精溶液,酒精进入细胞的方式为自由扩散,幼嫩的材料易在酒精溶液中失绿,所以浸泡时间要短,而且酒精处理后马上要用无菌水冲洗。获得愈伤组织属于植物组织培养技术过程中的脱分化阶段。答案:(1)植物激素(植物生长调节剂)、琼脂 否 激素的种类和比例不同 (2)保持亲本的优良性状、可大量快速生产、不受季节和地域的限制、易于贮存和运输(3)茎尖 (4)自由扩散无菌水 脱分化
【互动探究】(1)花药离体培养与体细胞组织培养相比更容易,这说明了什么?提示:花粉(生殖细胞)的全能性>一般体细胞的全能性。(2)体细胞组织培养和花药离体培养分别属于什么生殖方式?提示:前者是无性生殖,后者是有性生殖。
三、植物体细胞杂交1.原理:细胞膜的流动性(原生质体的融合)、植物细胞的全能性(杂种细胞培养到杂种植株)。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。(2)染色体组数通常也是两亲本细胞染色体组数目之和,形成异源多倍体。4.植物体细胞杂交育种的优点和局限性:(1)优点:克服远缘杂交不亲和的障碍。(2)局限性:目前仍有许多理论和技术问题未解决,还不能让杂种植物按照人们的需求表现出亲代的优良性状。
【易错提醒】植物体细胞杂交的生殖方式及筛选杂种细胞的必要性(1)生殖方式:植物体细胞杂交过程属于无性生殖,遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传定律。(2)筛选原因:同种植物的原生质体更易融合,不同种植物原生质体的融合需要物理或化学方法诱导。得到的融合细胞类型有多种,必须经过筛选,才能获得所需要的杂种细胞。
【选修对接必修】对接必修1:细胞的结构植物体细胞杂交时首先需用_________________去除细胞壁,说明细胞壁的主要成分是_____________。对接必修2:遗传与进化(1)若将植物细胞A(染色体数为M)和植物细胞B(染色体数为N)杂交,经组织培养形成的杂种植株中体细胞染色体数为_____,从生殖方式上来看杂种植物的产生属于_________。
(2)自然条件下番茄和马铃薯能否杂交获得一种地上长番茄地下长马铃薯的下一代?提示:不能。不同种的生物之间存在生殖隔离。
【素养案例】 (2020·九江联考)根据植物体细胞杂交技术流程图,回答相关问题:(1)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中,依据的原理是____________,其中过程②称为____________,植物体细胞融合完成的标志是_________________。 (2)已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体,则“番茄—马铃薯”属于____________倍体植株。
(3)已知柴油树种子含有的柴油是植物细胞的代谢产物,可用植物组织培养来实现柴油的工业化生产。若利用此技术,将柴油树细胞培养到__________(填图中字母编号)阶段即可。 (4)若培育抗虫棉,将抗虫基因通过适当的途径导入棉花受精卵,然后进行组织培养,该过程相当于过程____________(填图中标号)。 【解题关键】解答本题应注意以下两点:(1)结合图示明确植物体细胞杂交的基本过程。(2)结合题干信息明确获得的杂种植株中染色体组成情况。
【解析】(1)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中,依据的原理是植物细胞的全能性,其中过程②称为原生质体融合,植物体细胞融合完成的标志是产生新的细胞壁。(2)由于番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体,因此“番茄—马铃薯”属于异源六倍体。(3)柴油是植物细胞的代谢产物,将柴油树细胞培养到愈伤组织阶段即可提取,愈伤组织阶段为图中的e阶段。(4)若培育抗虫棉,将抗虫基因通过适当的途径导入棉花受精卵,然后进行组织培养,包括脱分化和再分化两个阶段,即图中的④⑤。答案:(1)植物细胞的全能性 原生质体融合 产生新的细胞壁 (2)六 (3)e (4)④⑤
【误区警示】(1)忽略图中关键信息:取材细胞番茄细胞和马铃薯细胞是两个物种,番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体。(2)对细胞产物的培养时间把握不准。利用植物组织培养技术生产细胞产物时,只需培养到愈伤组织阶段即可。
【跟踪小练】1.植物体细胞杂交的第一阶段是利用不同物种的两个细胞融合成一个杂种细胞。该阶段是指( )A.不同植物的精子与卵子的融合B.不同植物原生质体的融合C.完整的两个体细胞的融合D.植物花粉细胞的两两融合 【解题关键】解答本题要注意:(1)植物细胞具有细胞壁,不能直接融合。(2)体细胞杂交属于无性生殖。
【解析】选B。植物细胞具有细胞壁,细胞壁没有活性,不属于原生质体,完整的植物细胞不能直接融合,用纤维素酶和果胶酶将细胞壁分解后形成的原生质体可以实现膜融合。植物体细胞杂交利用的是不同种植物体细胞的原生质体的融合。 【互动探究】一个完整的植物细胞为什么不能称为原生质体?提示:植物细胞具有细胞壁,细胞壁无活性,不属于原生质体。
2.(2020·山东等级考)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①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞B.过程②的目的是使中间偃麦草的染色体断裂C.过程③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
【解析】选C。本题主要考查植物体细胞杂交技术。由题图信息可知,①为细胞去掉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;两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出,需要将中间偃麦草细胞染色体断裂,所以②为用不同剂量的紫外线照射断裂中间偃麦草细胞的染色体,B项正确;图中③为两种原生质体的融合,常用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。
3.(2021·重庆适应性测试)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__________,除了被直接诱导出芽生根外,还可以通过形成__________获得再生植株。
(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】本题主要考查植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术的过程。(1)酶具有专一性,植物细胞壁是由纤维素和果胶组成的,所以去除细胞壁需要用纤维素酶和果胶酶;诱导原生质体融合常用的方法有物理法和化学法,而题目中问题是用到的化学诱导剂,所以为聚乙二醇(PEG);原生质体融合成功的标志是再生出新的细胞壁;诱导原生质体融合后再生成细胞壁,得到的是杂种细胞,杂种细胞需要脱分化后形成愈伤组织才具有再分化的能力,X为愈伤组织;愈伤组织除了被直接诱导出芽生根外,还可以通过间接形成胚状体制成人工种子,而获得再生植株。(2)为诱导融合体产生不定芽,通常应添加生长素和细胞分裂素,生长素的主要作用是诱导生根,而细胞分裂素主要诱导产生芽。(3)原生质体没有细胞壁,便于吸收外源DNA等物质,且具有全能性。
答案:(1)纤维素酶和果胶酶 聚乙二醇(PEG) 形成新的细胞壁 愈伤组织 人工种子 (2)细胞分裂素 (3)原生质体没有细胞壁,便于吸收外源DNA等物质,且具有全能性
【方法规律】 区分植物组织培养和植物体细胞杂交的两种方法(1)看后代。①植物组织培养是利用单一亲本的器官、组织或细胞,经培养使之增殖、分化成为一个完整植株,为无性生殖过程,因此其后代一般均能保持该亲本的遗传特性。②植物体细胞杂交的本质是将两种不同来源的原生质体,在人为条件下进行诱导融合。由于植物细胞具有全能性,融合之后的杂种细胞可以再生出具有双亲性状的杂种植株。(2)看关系:杂种细胞需经植物组织培养才能发育为具有双亲遗传特性的杂种植株,否则将无任何意义,因此,植物组织培养是植物体细胞杂交的基础。
【补偿训练】 如图为白菜—甘蓝的培育流程,下列叙述错误的是( )A.过程①用到的酶是胰蛋白酶和果胶酶,目的是除去细胞壁便于细胞融合B.过程②常用离心、振动、电激和化学诱导剂聚乙二醇C.A和B细胞融合完成的标志是再生出新的细胞壁D.过程④形成的细胞的全能性提高【解题关键】(1)掌握除去细胞壁和诱导细胞融合的方法。(2)注意区分植物体细胞融合与植物体细胞杂交完成的标志。
一、细胞工程的概念和分类1.概念:(1)应用原理:___________和分子生物学。(2)操作水平:细胞水平或___________。(3)操作目的:按照人的意愿来改变细胞内的_________或获得细胞产品。2.分类:根据操作对象的不同,分为_________工程和_________工程。二、植物细胞的全能性1.含义:具有某种生物_____________的任何一个细胞,都具有发育成___________的潜能。
2.表达过程:(1)脱分化:让已经分化的细胞经过诱导后,失去其特有的___________而转变成未分化细胞的过程。(2)再分化:脱分化产生的_________在一定的培养条件下,再分化出_________,进而形成完整的小植株。3.影响细胞全能性表现的原因:生长发育过程中→特定的时间和空间条件下→细胞中的基因会___________→特定蛋白质→不同的组织和器官。
三、植物组织培养技术1.原理:___________________。2.过程:
(1)条件:_____,一定营养物质,激素(生长素、细胞分裂素)等。(2)培养基状态:___________(需再分化生根培养基及生芽培养基)。(3)体内细胞未表现全能性的原因:_________________。(4)光照的应用:脱分化阶段不需要光照,_______阶段需要光照,以利于叶绿素的形成。
四、植物体细胞杂交技术1.概念:将_______的植物体细胞,在一定条件下融合成_________,并把杂种细胞培育成___________的技术。2.原理:体细胞杂交利用了细胞膜的_______,杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的_______。3.过程:4.意义:克服不同种生物远缘杂交的_______性。
【易错辨析】1.高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才能表现出全能性。( )2.植物的种子能发育成完整的植株,体现了细胞的全能性。( )【分析】因为种子中的胚已完成了早期发育,所以体现了新植物体的幼体发育成完整植株的过程,相当于植物的长大。3.植物体内的某些体细胞没有表现出全能性,其原因是所含基因不同。( )【分析】植物体细胞是受精卵经过有丝分裂形成的,所含基因相同。
4.脱分化和再分化是植物组织培养的重要过程。( )5.植物体细胞杂交技术的最终目的是得到杂种细胞。( )【分析】植物体细胞杂交技术的最终目的是得到杂种植株,其中包括两个阶段:第一阶段得到杂种细胞,第二阶段经组织培养得到杂种植株。6.植物体细胞杂交过程中,细胞融合成功的标志是产生新的细胞壁,此过程中活跃的细胞器是核糖体。( )【分析】植物细胞壁的形成与高尔基体有关,此过程中活跃的细胞器是高尔基体。
一、植物细胞的全能性1.细胞的全能性:(1)具有全能性的原因:一般生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全部遗传物质,都有发育成为完整个体所必需的全部基因。(2)不同细胞全能性的大小: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>胚胎干细胞>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。(3)全能性与细胞分化的关系:随着细胞分化程度的不断提高,细胞的全能性逐渐降低。
2.植物细胞全能性表达所需条件:(1)体细胞未表现全能性的原因:基因的选择性表达。(2)体现细胞全能性的条件:
【易错提醒】有关细胞全能性的四点提醒(1)体现细胞全能性的标志:发育成完整个体而不是形成某种组织或者器官。(2)全套基因≠全部基因:细胞具有全能性是因为细胞中具有发育成完整个体所必需的“全套基因”而不是“全部基因”,配子中有全套基因,因此仍然具有全能性。(3)体内细胞未表现全能性的原因:基因在特定的时间和空间条件下选择性表达。(4)具有全能性≠体现(实现)全能性①具有全能性:理论上,活细胞都具有全能性。②体现(实现)全能性:只有发育成完整个体,才能说体现(实现)了细胞的全能性。
【素养案例】 (2019·全国卷Ⅲ)培养胡萝卜根组织可获得试管苗,获得试管苗的过程如图所示。回答下列问题。(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株,这是因为植物细胞具有____________________________。 (2)步骤③切取的组织块中要带有形成层,原因是________________________。
(3)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基,其原因是___________________。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的______________过程,最终可形成试管苗。 (4)步骤⑥要进行照光培养,其作用是________________________________。 (5)经组织培养得到的植株,一般可保持原品种的______________,这种繁殖方式属于______________繁殖。
【解题关键】①→④表示处理外植体材料,④→⑤表示脱分化,⑤→⑥表示再分化。组织培养的原理是植物细胞的全能性。【解析】(1)分化的植物细胞含有该生物生长发育所需要的全部遗传物质,具有发育的全能性,在一定条件下可以培养为完整的植株。(2)形成层属于分生组织,细胞分裂能力较强,容易脱分化形成愈伤组织。(3)培养基中的细胞分裂素和生长素可调控细胞的分裂和分化,诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗时,需要的生长素和细胞分裂素的比例不同,所以需要更换培养基。愈伤组织是一团未分化的细胞,通过再分化形成具有根、芽的试管苗。
(4)再分化过程中需要光照条件,以利于叶绿素的形成,叶绿素形成后,试管苗才能进行光合作用。(5)在植物组织培养过程中,只涉及有丝分裂,不涉及有性生殖细胞的生成,该方式可以保证母细胞和子细胞遗传物质的稳定,保持原品种的遗传特性,所以这种繁殖方式属于无性繁殖。
答案:(1)全能性(或答:形成完整植株所需的全部基因)(2)形成层容易诱导形成愈伤组织(3)诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗时需要的生长素和细胞分裂素的比例不同 分化(或答:再分化)(4)诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用(5)遗传特性 无性
【误区警示】(1)忽略图中关键信息:③切取1 cm3左右带有形成层的组织块→⑥诱导愈伤组织形成试管苗,体现了植物细胞的全能性。(2)不明确有性生殖的过程和标志:减数分裂和受精作用。组织培养得到新植株,没有有性生殖细胞产生和结合,因此不属于有性生殖,为无性生殖。
【跟踪小练】1.(2021·南通高二检测)下列有关植物细胞全能性的叙述,正确的是( )A.植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全部基因B.高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性C.植物体内某些体细胞没有表现出全能性,其原因是所含基因不同D.紫色糯性玉米种子培育成植株,这反映植物种子具有全能性 【解题关键】解答本题的关键:(1)全能性与全能性表达是两个不同的概念;(2)种子发育成个体,是正常生命历程,不能体现细胞的全能性。
【解析】选B。细胞具有全能性的原因是细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因,而配子也具有这样的全部基因,同样具有全能性,A项错误;植物体内细胞没有表现出全能性,这是细胞内基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果,C项错误;种子发育成植株,是正常生命历程,未反映全能性,D项错误;植物细胞全能性的表达前提是离体培养的细胞、组织或器官,B项正确。
2.人们为了从红豆杉树皮中分离获得高抗癌活性紫杉醇,对国家重点保护珍稀植物——红豆杉,进行了掠夺式地砍伐。为拯救红豆杉,同时获得紫杉醇,科研小组设计了如图所示的实验流程:请回答下列问题:(1)诱导茎尖分生组织形成愈伤组织的过程叫____________________。利用愈伤组织诱导形成的胚状体经人工薄膜包装后就可得到______________。
(2)茎尖分生组织细胞具有全能性的原因是________________________。在生物生长发育过程中,细胞并不会表现出全能性,原因是__________________。 (3)已知植物甲中提取的物质X,能提高紫杉醇的抗癌效果。科研小组欲获得既能产生紫杉醇又能产生物质X的植株,可利用______________技术获得杂种植株。该方法首先要利用______________除去细胞壁获得具有活力的原生质体,再经______________(试剂)诱导融合形成杂种细胞。
【解题关键】解答本题要知道以下两点:(1)结合图示明确植物组织培养的基本过程。(2)明确植物组织培养的原理——植物细胞的全能性。【解析】(1)分生组织经过脱分化过程可以形成愈伤组织,利用愈伤组织诱导形成的胚状体经人工薄膜包装后可得到人工种子。(2)茎尖分生组织细胞含有该种生物的全部遗传信息,因此具有发育的全能性。在特定的时间和空间条件下,细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质,从而构成生物体的不同组织和器官,所以在生物生长发育过程中,细胞并不会表现出全能性。
(3)植物甲可以产生物质X,红豆杉可以产生紫杉醇,因此利用植物体细胞杂交技术将两种植物细胞融合,获得的杂种植株的细胞既能产生紫杉醇又能产生物质X。植物体细胞杂交过程中,首先要利用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁获得具有活力的原生质体,再经聚乙二醇诱导融合形成杂种细胞。答案:(1)脱分化 人工种子(2)茎尖分生组织细胞含有该种生物的全部遗传信息 在特定的时间和空间条件下,细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质,从而构成生物体的不同组织和器官(3)植物体细胞杂交 纤维素酶和果胶酶 聚乙二醇(PEG)
【补偿训练】 1.下列植物细胞的全能性在提供了适宜条件的情况下,最易表达的是( )A.枝条上的一个芽 B.柱头上的花粉C.胚珠中的珠被细胞D.根尖分生区细胞
【解析】选B。细胞全能性指的是离体的细胞、组织、器官具有发育成完整个体的潜能。不同细胞全能性大小不同,分裂能力越弱的细胞,全能性越低,即不易表现全能性。一般情况下:植物:受精卵>卵细胞(雌性配子)>花粉(雄性配子)>分化的体细胞(如植物的叶肉细胞、根成熟区细胞),因此答案选B。
2.植物细胞表现出全能性的必要条件和增殖方式分别是( )A.脱离母体后,给予适宜的营养和外界条件;减数分裂B.导入其他植物细胞的基因;有丝分裂C.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内;减数分裂D.脱离母体后,给予适宜的营养和外界条件;有丝分裂 【解题关键】植物细胞全能性实现的前提条件是离体的器官、组织或细胞。在原植物体上不能实现全能性。
【解析】选D。植物细胞表现全能性的条件:①器官、组织或细胞离体和适宜的外界条件;②一定的营养(无机、有机成分)和植物激素。植物组织培养形成植物体的过程,包括脱分化和再分化两个重要的过程,在这两个过程中细胞都是通过有丝分裂方式进行增殖的。
二、植物组织培养1.相关概念辨析:(1)外植体:离体进行组织培养的植物组织或器官。(2)胚状体和丛芽:植物组织离体培养,经过脱分化和再分化,发育成胚状体或丛芽。胚状体经过生长发育成完整植株;而丛芽还需要诱导生根后才能发育成完整植株。(3)愈伤组织:是一团没有特定结构和功能,排列疏松而无规则,高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞团。
(4)脱分化和再分化的比较:
2.进行组织培养时需注意的五个问题:(1)无菌:植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染,所有实验用具要严格灭菌,接种过程进行严格的无菌操作。(2)取材:外植体的遗传特征、取材位置都会影响愈伤组织的再分化能力。(3)营养比:培养基中必须含有植物生长发育所需要的全部营养物质,其中生长素和细胞分裂素用量的比例对器官的生成起决定作用。
(4)光照时期:愈伤组织培养最初避光培养,后期见光培养。(5)培养顺序:要先进行生芽培养,再进行生根培养,试管苗培养要在光照条件下进行。
【选修对接必修】 对接必修1:细胞的生命历程(1)用于植物组织培养的植物材料称为_______;组织培养中的细胞,从分化状态转变为未分化状态的过程称为_______;细胞分化的实质是_________________。(2)由离体的组织或器官经组织培养成试管苗的过程中涉及的细胞增殖方式是_________。对接必修3:植物激素 下列属于在经组织培养形成试管苗的过程中发挥作用的植物激素是_____①乙烯 ②生长素 ③2,4—D ④细胞分裂素 ⑤赤霉素 ⑥乙烯利
【素养案例】 培养兰花(2N)茎尖细胞可获得完整的兰花植株,获得完整兰花植株的过程如下图所示,①～⑥表示相关步骤。回答下列问题。(1)利用兰花茎尖细胞培养可形成试管植物。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株,是因为植物细胞具有______________________________。
(2)从步骤③到步骤④需要更换培养基,其原因是_________________________;步骤⑥需要光照培养,其作用是________________________________。 (3)从育种的角度看,植物组织培养与有性生殖相比,优势主要是________________________、________________________。(答出两点即可) (4)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒,经组织培养和染色体加倍形成完整兰花植株,这种育种方法称为__________,其优点是_____________________。
【解析】(1)利用兰花茎尖细胞培养可形成试管植物。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株,属于植物细胞工程应用的实例,该技术的原理是植物细胞具有全能性。(2)步骤③为脱分化,步骤④为再分化过程,因为诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同,因此从步骤③到步骤④需要更换培养基;步骤⑥需要光照培养,以达到诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用的目的,因为叶绿素的形成需要光照条件。(3)与有性生殖相比,利用植物组织培养能快速繁殖植物,而且还能保持母本优良品种的遗传特性、繁殖效率高。
(4)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒,经组织培养(花药离体培养)和染色体加倍形成完整兰花植株,这种育种方法称为单倍体育种,该育种方法典型的优势是明显缩短育种年限,快速获得纯种。答案:(1)全能性(或形成完整植物所需的全部基因) (2)诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同 诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用 (3)能保持亲本的优良性状 培养周期短,繁殖效率高,能培育无病毒植株(答出两点即可) (4)单倍体育种 缩短育种年限,培育的品种是纯种
【误区警示】(1)不清楚脱分化培养基和再分化培养基的激素配比不同是导致其作用不同的原因。(2)不明确再分化需要光的原因:诱导叶绿素的形成。(3)不能准确把握植物组织培养作为无性繁殖技术的优点。
【跟踪小练】1.(2021·辽宁适应性测试)某课外活动小组获得了一株性状优良的结球生菜,并利用植物组织培养技术对其进行快速繁殖。下列有关叙述正确的是( )A.使用体积分数为95%的酒精对外植体进行消毒B.为保持结球生菜的优良遗传性状,应选用花粉进行培养C.在诱导生根时,培养基中应提高细胞分裂素的比例和用量D.经再分化产生的不定芽可经人工薄膜包装制成人工种子
【解析】选D。本题主要考查植物组织培养技术有关知识。对外植体进行消毒是使用体积分数为70%的酒精,A项错误;为保持结球生菜的优良遗传性状,应选用分生组织,如根尖细胞进行培养,B项错误;当生长素含量高于细胞分裂素时,主要诱导植物组织脱分化和根原基的形成,故在诱导生根时,培养基中应提高生长素的比例和用量,C项错误;经再分化产生的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料,可经人工薄膜包装制成人工种子,D项正确。
【补偿训练】 水稻的花药通过无菌操作,接入试管,经过如下过程培育试管苗。 据图分析下列叙述正确的是( )A.a、b、c、d中的植物细胞都具有全能性,且全能性的表达程度相同B.a、b、c的培养基中都有琼脂、有机物、水、植物激素等物质C.水稻花药经a～d发育成试管苗的过程涉及有丝分裂、减数分裂等细胞分裂方式D.只要调节培养基中各种营养物质的比例就能诱导b中的愈伤组织分化成试管苗
【解题关键】(1)注意区分a～d中细胞的不同,a中为花粉细胞、b中为愈伤组织、c中为再分化后的细胞、d中为体细胞。(2)正确理解细胞全能性的含义,区分组织培养各过程的特点。
【解析】选B。细胞全能性是指已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能,不同细胞全能性的表达程度不同,A错误。植物组织培养所用的培养基为固体或半固体培养基,其成分有水、矿质元素、维生素、蔗糖、氨基酸、琼脂、植物激素等,B正确。水稻花药经脱分化和再分化发育成试管苗的过程涉及的分裂方式为有丝分裂,而减数分裂发生在有性生殖形成配子的过程中,C错误。诱导b中的愈伤组织分化成试管苗与生长素和细胞分裂素有关,生长素与细胞分裂素的比值高时,有利于根的分化,抑制芽的形成;二者比值低时,有利于芽的分化,抑制根的形成,D错误。
2.近年来,植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。植物组织培养可以分为四个阶段:一、建立无菌体系,即外植体及培养基的消毒、接种,获得愈伤组织。二、进行增殖,不断分化产生新的植株,或直接产生不定芽及胚状体,也可以根据需要反复进行继代培养,以达到大量繁殖的目的。三、将植株转移进行生根培养,可以转入生根培养基,也可以直接切取进行扦插生根。四、试管苗过渡,即试管苗出瓶后进行一定时间对外界环境的适应过程。
据此回答下列问题。(1)植物组织培养基的成分含有有机营养、无机营养、________________。题中指出的生根培养基与之前使用的培养基是否一致,并请说明理由。________,____________________。 (2)通过组织培养技术,可把植物组织细胞培养成胚状体,再通过人工种皮(人工薄膜)包装得到人工种子,这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。与传统的种子生产相比,人工种子具有的优点是_____________________ (请至少答出2点)。 (3)用脱毒苗进行繁殖,可以减少作物感染病毒。为了获得脱毒苗,可以选取植物的________进行组织培养。
(4)建立无菌体系时,需要用到70%的酒精溶液,酒精进入细胞的方式为________,幼嫩的材料易在酒精溶液中失绿,所以浸泡时间要短,而且酒精处理后马上要用________冲洗。获得愈伤组织属于植物组织培养技术过程中的________阶段。
【解析】(1)植物组织培养基的成分除了含有有机营养、无机营养,还需要一定的植物激素(植物生长调节剂)、琼脂。题中指出的生根培养基与之前使用的培养基并不一致,因为培养基中激素的种类和比例不同。(2)人工种子与传统的种子生产相比,人工种子优点是:可使在自然条件下不结果实或种子的昂贵的植物得以繁殖;保持亲本的优良性状;节约粮食,减少种子的使用;可以控制添加一些物质,如除草剂、农药、促进生长的激素、有益菌等;而且周期短,易贮存和运输,不受气候和地域的限制。
(3)植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒,因此为了获得脱毒苗,可以选取植物的茎尖进行组织培养。(4)建立无菌体系时,需要用到70%的酒精溶液,酒精进入细胞的方式为自由扩散,幼嫩的材料易在酒精溶液中失绿,所以浸泡时间要短,而且酒精处理后马上要用无菌水冲洗。获得愈伤组织属于植物组织培养技术过程中的脱分化阶段。答案:(1)植物激素(植物生长调节剂)、琼脂 否 激素的种类和比例不同 (2)保持亲本的优良性状、可大量快速生产、不受季节和地域的限制、易于贮存和运输(3)茎尖 (4)自由扩散无菌水 脱分化
【互动探究】(1)花药离体培养与体细胞组织培养相比更容易,这说明了什么?提示:花粉(生殖细胞)的全能性>一般体细胞的全能性。(2)体细胞组织培养和花药离体培养分别属于什么生殖方式?提示:前者是无性生殖,后者是有性生殖。
三、植物体细胞杂交1.原理:细胞膜的流动性(原生质体的融合)、植物细胞的全能性(杂种细胞培养到杂种植株)。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。(2)染色体组数通常也是两亲本细胞染色体组数目之和,形成异源多倍体。4.植物体细胞杂交育种的优点和局限性:(1)优点:克服远缘杂交不亲和的障碍。(2)局限性:目前仍有许多理论和技术问题未解决,还不能让杂种植物按照人们的需求表现出亲代的优良性状。
【易错提醒】植物体细胞杂交的生殖方式及筛选杂种细胞的必要性(1)生殖方式:植物体细胞杂交过程属于无性生殖,遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传定律。(2)筛选原因:同种植物的原生质体更易融合,不同种植物原生质体的融合需要物理或化学方法诱导。得到的融合细胞类型有多种,必须经过筛选,才能获得所需要的杂种细胞。
【选修对接必修】对接必修1:细胞的结构植物体细胞杂交时首先需用_________________去除细胞壁,说明细胞壁的主要成分是_____________。对接必修2:遗传与进化(1)若将植物细胞A(染色体数为M)和植物细胞B(染色体数为N)杂交,经组织培养形成的杂种植株中体细胞染色体数为_____,从生殖方式上来看杂种植物的产生属于_________。
(2)自然条件下番茄和马铃薯能否杂交获得一种地上长番茄地下长马铃薯的下一代?提示:不能。不同种的生物之间存在生殖隔离。
【素养案例】 (2020·九江联考)根据植物体细胞杂交技术流程图,回答相关问题:(1)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中,依据的原理是____________,其中过程②称为____________,植物体细胞融合完成的标志是_________________。 (2)已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体,则“番茄—马铃薯”属于____________倍体植株。
(3)已知柴油树种子含有的柴油是植物细胞的代谢产物,可用植物组织培养来实现柴油的工业化生产。若利用此技术,将柴油树细胞培养到__________(填图中字母编号)阶段即可。 (4)若培育抗虫棉,将抗虫基因通过适当的途径导入棉花受精卵,然后进行组织培养,该过程相当于过程____________(填图中标号)。 【解题关键】解答本题应注意以下两点:(1)结合图示明确植物体细胞杂交的基本过程。(2)结合题干信息明确获得的杂种植株中染色体组成情况。
【解析】(1)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中,依据的原理是植物细胞的全能性,其中过程②称为原生质体融合,植物体细胞融合完成的标志是产生新的细胞壁。(2)由于番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体,因此“番茄—马铃薯”属于异源六倍体。(3)柴油是植物细胞的代谢产物,将柴油树细胞培养到愈伤组织阶段即可提取,愈伤组织阶段为图中的e阶段。(4)若培育抗虫棉,将抗虫基因通过适当的途径导入棉花受精卵,然后进行组织培养,包括脱分化和再分化两个阶段,即图中的④⑤。答案:(1)植物细胞的全能性 原生质体融合 产生新的细胞壁 (2)六 (3)e (4)④⑤
【误区警示】(1)忽略图中关键信息:取材细胞番茄细胞和马铃薯细胞是两个物种,番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体。(2)对细胞产物的培养时间把握不准。利用植物组织培养技术生产细胞产物时,只需培养到愈伤组织阶段即可。
【跟踪小练】1.植物体细胞杂交的第一阶段是利用不同物种的两个细胞融合成一个杂种细胞。该阶段是指( )A.不同植物的精子与卵子的融合B.不同植物原生质体的融合C.完整的两个体细胞的融合D.植物花粉细胞的两两融合 【解题关键】解答本题要注意:(1)植物细胞具有细胞壁,不能直接融合。(2)体细胞杂交属于无性生殖。
【解析】选B。植物细胞具有细胞壁,细胞壁没有活性,不属于原生质体,完整的植物细胞不能直接融合,用纤维素酶和果胶酶将细胞壁分解后形成的原生质体可以实现膜融合。植物体细胞杂交利用的是不同种植物体细胞的原生质体的融合。 【互动探究】一个完整的植物细胞为什么不能称为原生质体?提示:植物细胞具有细胞壁,细胞壁无活性,不属于原生质体。
2.(2020·山东等级考)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①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞B.过程②的目的是使中间偃麦草的染色体断裂C.过程③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
【解析】选C。本题主要考查植物体细胞杂交技术。由题图信息可知,①为细胞去掉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;两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出,需要将中间偃麦草细胞染色体断裂,所以②为用不同剂量的紫外线照射断裂中间偃麦草细胞的染色体,B项正确;图中③为两种原生质体的融合,常用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。
3.(2021·重庆适应性测试)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__________,除了被直接诱导出芽生根外,还可以通过形成__________获得再生植株。
(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】本题主要考查植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术的过程。(1)酶具有专一性,植物细胞壁是由纤维素和果胶组成的,所以去除细胞壁需要用纤维素酶和果胶酶;诱导原生质体融合常用的方法有物理法和化学法,而题目中问题是用到的化学诱导剂,所以为聚乙二醇(PEG);原生质体融合成功的标志是再生出新的细胞壁;诱导原生质体融合后再生成细胞壁,得到的是杂种细胞,杂种细胞需要脱分化后形成愈伤组织才具有再分化的能力,X为愈伤组织;愈伤组织除了被直接诱导出芽生根外,还可以通过间接形成胚状体制成人工种子,而获得再生植株。(2)为诱导融合体产生不定芽,通常应添加生长素和细胞分裂素,生长素的主要作用是诱导生根,而细胞分裂素主要诱导产生芽。(3)原生质体没有细胞壁,便于吸收外源DNA等物质,且具有全能性。
答案:(1)纤维素酶和果胶酶 聚乙二醇(PEG) 形成新的细胞壁 愈伤组织 人工种子 (2)细胞分裂素 (3)原生质体没有细胞壁,便于吸收外源DNA等物质,且具有全能性
【方法规律】 区分植物组织培养和植物体细胞杂交的两种方法(1)看后代。①植物组织培养是利用单一亲本的器官、组织或细胞,经培养使之增殖、分化成为一个完整植株,为无性生殖过程,因此其后代一般均能保持该亲本的遗传特性。②植物体细胞杂交的本质是将两种不同来源的原生质体,在人为条件下进行诱导融合。由于植物细胞具有全能性,融合之后的杂种细胞可以再生出具有双亲性状的杂种植株。(2)看关系:杂种细胞需经植物组织培养才能发育为具有双亲遗传特性的杂种植株,否则将无任何意义,因此,植物组织培养是植物体细胞杂交的基础。
【补偿训练】 如图为白菜—甘蓝的培育流程,下列叙述错误的是( )A.过程①用到的酶是胰蛋白酶和果胶酶,目的是除去细胞壁便于细胞融合B.过程②常用离心、振动、电激和化学诱导剂聚乙二醇C.A和B细胞融合完成的标志是再生出新的细胞壁D.过程④形成的细胞的全能性提高【解题关键】(1)掌握除去细胞壁和诱导细胞融合的方法。(2)注意区分植物体细胞融合与植物体细胞杂交完成的标志。
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