人教版 (2019)一 植物细胞工程的基本技术学案及答案
展开选择性必修三第二章第1节
植物细胞工程导学案
【学习目标】
1概述植物组织培养和植物体细胞杂交技术的原理和过程。
2举例说明植物细胞工程的应用有效提高了生产效率。
3尝试进行植物组织培养。
【重点难点】
1植物组织培养的原理和过程。
2植物体细胞杂交技术的原理。
3植物细胞工程的应用的实例。
4植物组织培养的实验。
【探究案】
【任务一】 植物细胞的全能性
1．细胞具有全能性的原因
一般生物体的每一个细胞都包含该物种所特有的全套遗传物质，都具有发育成为完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。
2．细胞全能性大小的比较
(1)植物细胞>动物细胞(动物细胞只有细胞核具有全能性)。
(2)受精卵>生殖细胞(精子、卵细胞)>体细胞。
(3)体细胞：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，幼嫩的细胞>衰老的细胞。
3．植物细胞表现全能性的条件
(1)离体状态。
(2)营养物质：种类齐全、比例合适。
(3)植物激素：生长素、细胞分裂素。
(4)外界条件：适宜的温度、pH和光照(愈伤组织的形成和生长需要避光培养，分化培养需照光)等。
(5)无菌操作。
【合作探究】
与体细胞相比，生殖细胞如花粉的遗传物质减少了一半，为什么生殖细胞仍具有全能性？
【任务二】 植物组织培养
1．植物组织培养的过程
(1)外植体：用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。
(2)脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能，转变成未分化细胞的过程。
(3)愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞团。
(4)再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出根或芽等器官的过程。
2．植物组织培养技术的注意事项
(1)外植体的选择与制备
①外植体的选择：外植体脱分化的难易因植物种类、器官来源及生理状况的不同而不同。一般来说，植物的花和幼嫩的组织脱分化相对比较容易，而植物的茎、叶和成熟的组织较难。
②制备外植体首先要消毒，其次要选取有形成层的部分，因为形成层细胞易脱分化。
(2)无菌操作
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，接种过程要进行严格的无菌操作。
(3)光照的控制
对于植物组织培养来说，光照条件非常重要。在愈伤组织的诱导阶段往往要避光培养，有利于细胞脱分化产生愈伤组织(如果是在光照条件下，容易分化产生维管等组织，不利于产生大量的愈伤组织)。当愈伤组织分化出芽和叶时，一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成。
(4)植物激素的使用
生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素，两类激素的浓度及用量的比例等都会影响实验结果。
【合作探究】
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．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？
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？
【知识拓展】
(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)生长素和细胞分裂素用量的比例影响植物细胞的发育方向。
生长素用量/细胞分裂素用量 | 结果 |
比值高 | 有利于根的分化，抑制芽的形成 |
比值低 | 有利于芽的分化，抑制根的形成 |
比值适中 | 促进愈伤组织的形成 |
【任务三】 植物体细胞杂交
1．植物体细胞杂交的原理
原生质体融合的过程利用了细胞膜的流动性，杂种细胞发育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。
2．植物组织培养和植物体细胞杂交的比较
名称 | 植物组织培养 | 植物体细胞杂交 |
原理 | 植物细胞的全能性 | 细胞膜具有一定的流动性和植物细胞的全能性 |
过程 | ||
选材 | 选取根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化 | 不同植物细胞融合后形成的杂种细胞 |
技术操作 | 脱分化、再分化等 | 除脱分化、再分化外，还要用酶解法去除细胞壁，用一定的方法诱导细胞融合 |
关系 | 植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂 | |
3.植物体细胞杂交过程中杂种细胞类型及检测方法
(1)诱导产物(假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B)
①未融合的细胞：A和B。
②两两融合的细胞：AA、BB和AB。
③多细胞融合体。
(2)检测方法：对诱导产物中的细胞进行植物组织培养，然后根据得到的植物性状进行判断。
植物性状 | 结论 |
若只表现出一种植物的性状 | 未融合细胞 |
若得到的是具有两种亲本性状的植物 | 杂种植株 |
若得到的是两种亲本性状的植物，且一种植物的性状得到加强 | 多细胞融合体 |
若得到的是一种植物的性状，但是效果得到加强 | 同种细胞融合 |
【合作探究】
- 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？
- 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？
- 科学家采用体细胞杂交的方法得到了“番茄—马铃薯”杂种植物，但这种植物并没有地上结番茄，地下长马铃薯。你如何解释这一现象？
【方法技巧】
体细胞杂交后细胞内染色体数目、染色体组数目及基因型的判断
体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管染色体、基因型还是染色体组都是两亲本之和。若一植物细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则新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。
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