高中生物人教版 (新课标)选修3《现代生物科技专题》2.1.1 植物细胞工程的基本技术学案

这是一份高中生物人教版 (新课标)选修3《现代生物科技专题》2.1.1 植物细胞工程的基本技术学案，共4页。学案主要包含了植物组织培养技术，植物体细胞杂交技术等内容，欢迎下载使用。
一、植物组织培养技术
1.植物组织培养：在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。
要点提示 注意此处空半格与植物和低等细胞相比，高等动物体细胞的发育潜能有显著差异。虽然在胚胎发育中，早期胚胎细胞具有发育的全能性，但随着分化程度的提高，细胞的发育潜能也逐渐变窄，细胞的生理活动也逐渐发生了不同的变化，如细胞的分裂能力逐渐降低，直至失去分裂能力成为末端分化细胞。但是通过细胞核移植技术能使高等动物的体细胞核去分化，重新获得较高的发育能力。
2.胡萝卜的组织培养的实验原理：植物体的根、茎、叶细胞一般都具有全能性，在一定的营养和激素条件下，可以脱分化形成愈伤组织。将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上，就可以诱导其再分化生成胚状体或丛芽，进而发育成完整的小植株。植物组织培养的全过程，证明了分化的植物细胞，仍具有形成完整植株所需要的全部基因。
疑点突破
（1）全能性的含义：生物体的细胞具有使后代细胞形成完整的个体的潜能。
（2）全能性的基础：每个体细胞都含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体的全部基因。
（3）全能性程度：由高到低依次是，受精卵→生殖细胞→体细胞。
（4）生物体内的细胞没有表现出全能性的原因：基因在特定的时间和空间条件下选择表达的结果。
（5）使其表现全能性的条件：①离体;②营养物质;③激素。
知识拓展
影响脱分化的一个重要因素是植物激素。当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈促进愈伤组织的形成，而两者不同的浓度配比在再分化过程中，分别对诱导根或芽的产生起关键作用。当细胞分裂素与生长素浓度比高时，有利于芽的发生；浓度比低时，有利于根的发生。
二、植物体细胞杂交技术
1978年，梅尔切斯等人首次获得了番茄与马铃薯的属间杂种，他们将培育的二倍体马铃薯品系和番茄叶片细胞进行融合，所产生的杂交株被称为“番茄—马铃薯杂种植株”。
疑点突破
马铃薯—番茄没有像人们预想的那样，地上长番茄、地下结马铃薯，主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯—番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。
植物体细胞杂交就是将不同种的植物体细胞，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物体的技术。体细胞杂交是克服植物有性杂交障碍、打破物种之间的生殖隔离、扩大遗传重组范围的一种手段。操作过程包括：原生质体制备、原生质体融合、杂种细胞筛选、杂种细胞培养、杂种细胞再生以及杂种植株鉴定等步骤。
要点提示 要进行原生质体间的融合，必须要借助一定的技术手段进行人工诱导，方法基本可以分为物理方法（包括离心、振动、电刺激等）和化学方法（一般是用聚乙二醇）两大类。
问题·探究
问题1
分化的细胞为什么具有全能性？
探究：分化的细胞具有全能性，可以从理论上分析细胞的来源——有丝分裂，形成的子细胞核应与受精卵的完全相同：含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体必需的全部基因，应该具有全能性。实际上，在体内分化的细胞没有表达出全能性，原因是基因的选择性表达。但离体培养时，脱离母体的限制，在一定条件下就能表达。
问题2植物组织培养中的愈伤组织是如何形成及再分化的？
探究:植物组织培养中使用的外植体一般是高度分化了的细胞，在植物体中是不会再分裂繁殖的，只是执行某种功能直至死亡。这些细胞在培养基上培养时会由原来的分化状态，变成分生状态的细胞，分裂产生愈伤组织，这个过程称为脱分化过程。这种转变在细胞的形态结构和生理生化上都会产生一系列变化。组织培养的研究结果表明分化细胞的脱分化需要两个条件，即创伤和外源激素。
当细胞脱分化形成愈伤细胞后，经过一段时期的分裂，细胞群体又会产生分化，形成分生细胞或分生细胞团，由此再生成植株有两条途径：一是形成体细胞胚（功能类似于受精过程产生的胚），通过体细胞胚形成再生植株。二是走器官发生的途径再生植株，分生细胞在一定的诱导条件下重建芽的分生组织，分化出芽后再生根，成为完整的植株。
问题3 植物体细胞杂交过程中，为什么要对获得的杂种细胞进行筛选？应选择什么样的细胞？
探究：番茄和马铃薯的原生质体融合后，将原生质体转移到适当的培养基上培养，使原生质体再生出细胞壁。这时，在细胞混合物中不仅有番茄—马铃薯杂种细胞，还有番茄细胞、马铃薯细胞、番茄—番茄细胞、马铃薯—马铃薯细胞。而只有番茄—马铃薯杂种细胞才同时具有双亲的遗传物质。
典题·热题
例1 要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，下列哪项是不需要的 …( )
解析：植物组织培养的原理是植物细胞的全能性，全能性必须有全套遗传物质，即有完整的细胞核。植物细胞只有在脱离了植物体，在一定的外部因素的作用下，经细胞分裂形成愈伤组织，才能表现出全能性，由愈伤组织细胞发育、分化形成新的植物体。但该植物的组织培养不需导入外源基因。
答案：C
拓展延伸
进行细胞培养时，在离体的植物器官、组织或细胞脱分化增殖的过程中，离体培养条件应与机体基本相同或相似；即需要消毒灭菌、适宜的温度、pH、适宜的养料和激素等。
例2 下列有关植物体细胞杂交的叙述，正确的是( )
解析：植物体细胞杂交过程是原生质体的融合（包括细胞质的融合、细胞核的融合和细胞膜的融合），以及把杂种细胞培育成新的植物体。植物体细胞不同于生殖细胞，因此体细胞杂交不同于有性杂交，并且由于两个物种遗传物质混合后的表达相互干扰，因此杂种植物不能按人们的需要表现出亲代的优良性状，这一点与基因工程不同。
答案：D
例3 下列四个选项中，没有采用植物组织培养技术的一项是( )
D.细胞工程培育“番茄—马铃薯”杂种植株
解析：花药离体培养是单倍体育种的一项基础技术，其基本原理就是组织培养。基因工程培育抗虫棉的过程中，把目的基因导入受体细胞后，要诱导其分裂、分化，最后发育为一个植物体，必须经过组织培养才能实现。细胞工程培育“番茄—马铃薯”杂种植株的过程中，对融合的杂种细胞，也必须经过组织培养才能形成杂种植株。可见，组织培养是生物工程中的基础技术手段。而利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗得到多倍体植株，没有利用到组织培养技术。
答案：B
例4 在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的( )
解析：形成愈伤组织，需要在消毒灭菌的条件下进行，因为只有在消毒灭菌的条件下，才能保证培养出的组织细胞避免感染，否则培养基内将长出许多霉菌，与离体细胞争夺营养与生存空间，不能形成愈伤组织。由于此阶段形成的是愈伤组织，并没有形成具有根、茎、叶的植物体，因此不需要光照。
答案：D
误区警示
对于植物组织培养来说，光照条件非常重要，包括光照强度、时间和波长。但在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，而在分化再生的过程中一定要有光照。愈伤组织诱导阶段的暗培养有利于细胞的脱分化产生愈伤组织，如果在光照条件下，容易分化产生维管等组织，不利于产生大量的愈伤组织。
例5 植物体细胞融合完成的标志是( )
解析：植物体细胞融合的过程既有细胞膜、细胞质的融合，又有细胞核的融合。一般的植物细胞最外层为细胞壁，融合前应去掉细胞壁，融合成功的标志是再生出新的细胞壁。
答案：A