高考生物總復(fù)習(xí)植物細(xì)胞工程蘇教選修

第二節(jié)植物細(xì)胞工程課標(biāo)領(lǐng)航通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，我能夠1．理解并闡述細(xì)胞的全能性。2．舉例說出植物組織培養(yǎng)的過程、原理及應(yīng)用。3．簡述植物細(xì)胞培養(yǎng)的過程及應(yīng)用。4．舉例說出植物體細(xì)胞雜交過程及應(yīng)用。情景導(dǎo)引“春風(fēng)欲擅秋風(fēng)巧，催吐幽蘭繼落梅?！彼赜小疤煜碌谝幌恪敝Q的蘭花(如右圖)，以其優(yōu)美高雅成為文人墨客吟詩作賦的對象。但是，蘭花在自然條件下播種繁殖的難度很大，現(xiàn)在科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了蘭花快速繁殖的技術(shù)——植物組織培養(yǎng)。你想了解這一技術(shù)嗎？

核心要點突破知能過關(guān)演練第二節(jié)基礎(chǔ)自主梳理基礎(chǔ)自主梳理一、細(xì)胞全能性1．生物體的所有細(xì)胞幾乎都含有該物種的全套遺傳物質(zhì)，具有發(fā)育成為完整個體所必需的_________，因此，這些細(xì)胞都具有發(fā)育成為一個新的生物個體的_____。細(xì)胞的這種特性稱為細(xì)胞全能性。2．植物體細(xì)胞在適宜的條件下可培育成完整的正常植株，這就是細(xì)胞_______的有力證據(jù)。全部基因潛能全能性二、植物組織培養(yǎng)技術(shù)1．植物組織培養(yǎng)是指依據(jù)___________原理，在無菌條件下，分離植物的器官、組織、細(xì)胞或_________(稱為外植體)，并在培養(yǎng)基上培養(yǎng)，在適宜條件下使其長成部分或完整植株的技術(shù)。2．植物組織培養(yǎng)最常用的培養(yǎng)材料是植株的莖尖、根尖、葉片和花藥等。3．由已經(jīng)分化的植物細(xì)胞形成愈傷組織的過程，稱為植物細(xì)胞的_________________。愈傷組織重新誘導(dǎo)分化形成根、芽等器官的過程，稱為再分化。細(xì)胞全能性原生質(zhì)體脫分化(或去分化)4．__________在一定的培養(yǎng)條件下也可誘導(dǎo)形成胚狀體(也稱為體細(xì)胞胚)。如果模擬植物種子的基本結(jié)構(gòu)，在胚狀體外包裹人工胚乳和人工種皮，就可制成“人工種子”。5．人工種子有許多優(yōu)點，如不受_____因素的制約、繁殖速度快，可在短時間內(nèi)提供大量種苗、有利于保存種系的優(yōu)良性狀等。愈傷組織環(huán)境思考感悟

1．在進(jìn)行植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基中總是要添加一定量的生長素和細(xì)胞分裂素，其主要目的是什么？【提示】誘導(dǎo)細(xì)胞分裂和芽、根的分化。三、植物細(xì)胞培養(yǎng)1．植物細(xì)胞培養(yǎng)是指在實驗室工廠化生產(chǎn)條件下，將組織培養(yǎng)過程中形成的__________或其他易分散的組織置于_____培養(yǎng)基中，進(jìn)行懸浮培養(yǎng)，得到分散游離的懸浮細(xì)胞，通過繼代培養(yǎng)使細(xì)胞增殖，從而獲得大量的__________的一種技術(shù)。2．植物細(xì)胞培養(yǎng)是在_____________的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但與組織培養(yǎng)不同的是，細(xì)胞培養(yǎng)的目的不是使細(xì)胞形成組織乃至更多的植物體，而是通過大規(guī)模的細(xì)胞培養(yǎng)以獲得人類所需的_________________。愈傷組織液體細(xì)胞群體植物組織培養(yǎng)細(xì)胞次生代謝產(chǎn)物

思考感悟2．具有小靈芝草之稱的金釵石斛是一種名貴的中草藥，它具有生津益胃、潤肺止咳之功效。金釵石斛的有效化學(xué)成分為大黃酚和β－谷甾醇。我們能否在工廠內(nèi)大量生產(chǎn)這兩種物質(zhì)呢？【提示】取金釵石斛的莖尖或根尖組織，并培養(yǎng)為愈傷組織→放入液體培養(yǎng)基中，進(jìn)行懸浮培養(yǎng)→得到游離的懸浮細(xì)胞→篩選→采用液體培養(yǎng)基在生物發(fā)生器內(nèi)，利用發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行培養(yǎng)→獲得大量的金釵石斛細(xì)胞→從混合液中分離純化大黃酚和β—谷甾醇。四、植物細(xì)胞工程與育種1．原生質(zhì)體是指去除____________后獲得的裸露的植物細(xì)胞。用于細(xì)胞工程的原生質(zhì)體主要來源于各種植物的葉片、_____等部位，此外也可從組織培養(yǎng)產(chǎn)生的__________中獲得原生質(zhì)體。2．與未去除細(xì)胞壁的植物細(xì)胞一樣，原生質(zhì)體仍然具有____________，即具有再生細(xì)胞壁、進(jìn)行連續(xù)分裂并長成完整植株的能力。原生質(zhì)體在一定條件下，除了能實現(xiàn)_________外，還能攝入______、質(zhì)粒、病毒、細(xì)菌、細(xì)胞器等外源物質(zhì)，是植物細(xì)胞工程進(jìn)行遺傳操作，如基因轉(zhuǎn)移的良好材料。植物細(xì)胞壁根尖愈傷組織細(xì)胞全能性誘導(dǎo)融合DNA3．植物體細(xì)胞雜交技術(shù)是一種非常有用的遺傳育種手段，可以克服不同種植物之間雜交的________障礙，實現(xiàn)遠(yuǎn)緣物種之間的核質(zhì)組合，從而獲得新品種植株。4．植物細(xì)胞工程在育種中成功應(yīng)用的另一范例是___________與利用。單倍體植株的特點是植株弱小且高度不育，但它們在育種中具有能縮短_________、獲得純系等重要意義。不親和單倍體誘導(dǎo)育種周期核心要點突破植物組織培養(yǎng)1．植物細(xì)胞全能性(1)內(nèi)涵：高度分化的細(xì)胞仍具有發(fā)育成完整個體的潛能。(2)原因：具有該生物的全部遺傳信息。(3)表達(dá)的條件：離體，必備的營養(yǎng)物質(zhì)等。在體內(nèi)由于基因的選擇性表達(dá)，而使細(xì)胞發(fā)生分化。(4)全能性表達(dá)由高到低依次為：受精卵>干細(xì)胞>生殖細(xì)胞>體細(xì)胞；植物細(xì)胞>動物細(xì)胞。【特別提醒】在植物體內(nèi)，細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化成為不同的組織和器官，這是基因在特定的時間和空間條件下選擇性表達(dá)的結(jié)果。但它們的遺傳潛力并沒有喪失，全部的遺傳信息仍然被保存在DNA的序列中，一旦脫離原來組織和器官的束縛成為游離狀態(tài)，并在一定的營養(yǎng)條件和植物激素的誘導(dǎo)下，細(xì)胞就能表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株。2．進(jìn)行植物組織培養(yǎng)的條件和過程(1)條件：①植物細(xì)胞要處于離體狀態(tài)。②給予一定的營養(yǎng)物質(zhì)，如有機物(蔗糖、維生素、植物激素等)和礦質(zhì)元素等。③無菌條件：即保證培養(yǎng)材料、培養(yǎng)基、培養(yǎng)用具完全無菌。因為一旦感染微生物，它們就會快速繁殖，爭奪營養(yǎng)，并且還會產(chǎn)生毒素，使培養(yǎng)物很快中毒死亡。④適宜的環(huán)境條件，如適宜的溫度和pH等。名稱過程結(jié)果生長調(diào)節(jié)劑光脫分化由外植體脫分化為愈傷組織形成排列疏松、高度液泡化的薄壁細(xì)胞團(tuán)生長素與細(xì)胞分裂素避光再分化由愈傷組織分化為幼苗或胚狀體有根、芽或有生根發(fā)芽的能力生長素與細(xì)胞分裂素需光營養(yǎng)生長生殖生長發(fā)育成完整的植物體由根、莖、葉、花、果實、種子組成自身產(chǎn)生各種激素需光3．人工種子(1)培育過程：植物組織培養(yǎng)誘導(dǎo)體細(xì)胞胚狀體的發(fā)生→胚胎發(fā)育同步化的控制→人工種皮的包埋等。(2)結(jié)構(gòu)：(3)優(yōu)點：可使在自然條件下不結(jié)實或種子昂貴的植物得以繁殖；保持親本的優(yōu)良性狀；節(jié)約糧食，減少種子的使用。1958年美國科學(xué)家將胡蘿卜韌皮部的細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)生完整植株(如下圖)，請回答：

例1(1)科學(xué)家所用的胡蘿卜韌皮部的細(xì)胞，在正常生物體內(nèi)是否能夠進(jìn)行有絲分裂？說明原因。(2)韌皮部細(xì)胞通過________和________形成植株，形成的植株的特點是________________________________________________________________________。(3)此實驗證明了高度分化的植物細(xì)胞仍有發(fā)育成完整植株的能力，即具有________，高度分化的細(xì)胞具有此特性是由于________________________________________________________________________。(4)下表為幾種組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基配方的部分成分及培養(yǎng)條件和特點。培養(yǎng)基作用糖類大量元素微量元素植物激素條件建立愈傷組織的培養(yǎng)基蔗糖N、P、KCa、Mg、S等B、Cu、Mn、Mo、Cl、Fe等2,4-D25℃黑暗培養(yǎng)根尖的培養(yǎng)基蔗糖N、P、K、Ca、Mg、S等B、Cu、Mn、Mo、Cl、Fe等－15℃黑暗培養(yǎng)莖尖的培養(yǎng)基蔗糖N、P、K、Ca、Mg、S等B、Cu、Mn、Mo、Cl、Fe等萘乙酸18℃連續(xù)光照根據(jù)上表分析說明，組織培養(yǎng)的條件和特點是：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)試簡要說明組織培養(yǎng)技術(shù)的優(yōu)點以及這一技術(shù)在實踐中的具體應(yīng)用?！緡L試解答】(1)不能分裂，原因是植物韌皮部的細(xì)胞已經(jīng)高度分化，在正常植物體內(nèi)，這些細(xì)胞不再分裂。(2)細(xì)胞分裂細(xì)胞分化彼此性狀極為相似(3)全能性這些細(xì)胞最終由同一細(xì)胞(受精卵)經(jīng)有絲分裂形成，在進(jìn)行有絲分裂時，遺傳物質(zhì)經(jīng)過復(fù)制，平均分配到子細(xì)胞中，所以子細(xì)胞的細(xì)胞核中含有保持該物種遺傳性所需要的全套遺傳物質(zhì)(4)組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基中一般都含有維持細(xì)胞正常生活的物質(zhì)，如蔗糖、大量元素和微量元素等，不同功能的培養(yǎng)基中還含有不同的植物激素，同時因為培養(yǎng)的目的不同，培養(yǎng)的外界條件(光照和溫度等)也不同，這些是組織分化的條件(5)植物組織培養(yǎng)不僅從植物體上取材少；培養(yǎng)周期短；繁殖率高，而且便于自動化管理。目前這項技術(shù)已經(jīng)在花卉和果樹的快速繁殖、培育無病毒植物、生產(chǎn)藥物、食品添加劑、制造人工種子等方面得到了廣泛的應(yīng)用?！窘馕觥?/p>

(1)在生物體內(nèi)已經(jīng)高度分化的細(xì)胞不再具有分裂能力。(2)(3)韌皮部細(xì)胞為胡蘿卜體細(xì)胞，其細(xì)胞核內(nèi)含有其生長發(fā)育所需要的全部遺傳物質(zhì)，遺傳物質(zhì)在特定時間和特定空間的表達(dá)從而形成許多植物。(4)在植物組織培養(yǎng)過程中，不同的營養(yǎng)條件、不同的植物激素對植物細(xì)胞的表達(dá)影響不同。(5)該項技術(shù)屬于無性生殖范疇，不但能保護(hù)親本的優(yōu)良性狀，而且便于管理。跟蹤訓(xùn)練植物組織培養(yǎng)依據(jù)的原理、培養(yǎng)過程的順序及誘導(dǎo)的植物激素分別是(

)①細(xì)胞的全能性②離體植物器官、組織或細(xì)胞③根，芽④生長素和細(xì)胞分裂素⑤生長素和乙烯⑥愈傷組織⑦再分化⑧脫分化⑨植物體A．①、②⑧⑥⑦③⑨和④

B．①、②⑦⑥⑧③⑨和⑤C．①、⑥②⑨⑧③⑦和⑤

D．①、②⑨⑧⑥⑦③和④解析：選A。植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)是細(xì)胞的全能性，其培養(yǎng)過程中先是出現(xiàn)脫分化，然后才出現(xiàn)再分化。生長素和細(xì)胞分裂素能促進(jìn)細(xì)胞分裂、分化，在培養(yǎng)的不同時期對兩者的比例會有不同要求，因此是不可缺少的特殊添加物。植物細(xì)胞培養(yǎng)1．與植物組織培養(yǎng)的比較植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞培養(yǎng)利用原理細(xì)胞全能性細(xì)胞增殖培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基培養(yǎng)對象離體的植物器官、組織、細(xì)胞或原生質(zhì)體由愈傷組織分散得到的懸浮細(xì)胞培養(yǎng)過程外植體→脫分化→再分化→芽、根→植物幼苗愈傷組織→分散成懸浮細(xì)胞→繼代培養(yǎng)→細(xì)胞次生代謝產(chǎn)物培養(yǎng)目的植物幼苗細(xì)胞的次生代謝產(chǎn)物二者關(guān)系植物組織培養(yǎng)是植物細(xì)胞培養(yǎng)的基礎(chǔ)；它們都屬于植物細(xì)胞工程的范疇2.培養(yǎng)過程篩選細(xì)胞→獲得次生代謝產(chǎn)物含量高、生長迅速的單細(xì)胞無性繁殖系→擴大培養(yǎng)→發(fā)酵生產(chǎn)→分離純化次生代謝產(chǎn)物。3．優(yōu)點(1)可快速、高效地生產(chǎn)具有生理活性的次生代謝產(chǎn)物。(2)生產(chǎn)不受季節(jié)、外部環(huán)境等條件的限制。【特別提醒】細(xì)胞次生代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)需要植物細(xì)胞培養(yǎng)和發(fā)酵工程結(jié)合獲得。

醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)紫杉醇能有效治療某些癌癥。獲得紫杉醇的傳統(tǒng)方法是從紅豆杉屬植物的樹皮中提取，但產(chǎn)量有限，也不利于瀕危植物紅豆杉的保護(hù)。研究發(fā)現(xiàn)，紅豆杉的其他組織細(xì)胞也能生產(chǎn)紫杉醇，有人嘗試用植物細(xì)胞工程技術(shù)生產(chǎn)。下圖為三種紅豆杉細(xì)胞培養(yǎng)過程中細(xì)胞數(shù)量、紫杉醇產(chǎn)量與培養(yǎng)時間的數(shù)據(jù)圖。請回答：例2(1)據(jù)圖分析，獲得高產(chǎn)紫杉醇應(yīng)選________紅豆杉為原料，培養(yǎng)后期紫杉醇產(chǎn)量出現(xiàn)下降的原因包括________________________________________________________________________等。(2)將紅豆杉細(xì)胞經(jīng)組織培養(yǎng)形成________方可接種到培養(yǎng)基中。(3)利用組織培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)與傳統(tǒng)方法提取紫杉醇相比，前者具有________(至少答出兩點)優(yōu)點?！緡L試解答】(1)云南活細(xì)胞數(shù)量減少，某些有害代謝產(chǎn)物的積累(2)愈傷組織(3)產(chǎn)量高、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境等【解析】

(1)由紫杉醇含量數(shù)據(jù)圖可知云南紅豆杉產(chǎn)量最高，隨著培養(yǎng)時間的加長，培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)減少，某些有害代謝產(chǎn)物積累，使活細(xì)胞數(shù)量減少，從而紫杉醇產(chǎn)量下降。(2)培養(yǎng)是為了獲得細(xì)胞產(chǎn)物，所以培養(yǎng)到愈傷組織即可。(3)組織培養(yǎng)到愈傷組織時，這些細(xì)胞產(chǎn)量高，耗材少，且不會對環(huán)境造成污染。解析：選D。根據(jù)培養(yǎng)對象不同分為單細(xì)胞培養(yǎng)、單倍體培養(yǎng)和原生質(zhì)體培養(yǎng)，根據(jù)培養(yǎng)基類型的不同分為液體培養(yǎng)和固體培養(yǎng)。植物體細(xì)胞雜交1．具體過程第一步：去掉細(xì)胞壁，分離出有活力的原生質(zhì)體。常用方法是“酶解法”，即用纖維素酶和果膠酶等分解細(xì)胞壁。第二步：將兩個有活力的原生質(zhì)體放在一起，通過人工誘導(dǎo)實現(xiàn)原生質(zhì)體的融合。常用的誘導(dǎo)方法有：物理法和化學(xué)法。物理法是利用離心、振動、電刺激等促進(jìn)原生質(zhì)體融合。化學(xué)法是用聚乙二醇(PEG)等為誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)融合。第三步：將誘導(dǎo)融合得到的雜種細(xì)胞，用植物細(xì)胞培養(yǎng)的方法進(jìn)行培育，就可以得到雜種植株。植物體細(xì)胞雜交過程示意圖2．目的植物體細(xì)胞雜交的終點是培育成雜種植株，而不是形成雜種細(xì)胞。雜種植株特征：具備兩種植物的遺傳特征，原因是雜種植株中含有兩種植物的遺傳物質(zhì)。3．優(yōu)點克服遠(yuǎn)緣雜交的不親和障礙?！咎貏e提醒】

①植物體細(xì)胞雜交過程中無有性生殖細(xì)胞的結(jié)合，屬于無性生殖。②從雜種植株的染色體組成上看，染色體數(shù)目增加，植物體細(xì)胞雜交屬于染色體數(shù)目的變異。

科學(xué)家利用細(xì)胞工程培育出了“白菜—甘藍(lán)”雜種植株，如圖所示，請據(jù)圖回答下列問題。例3(1)圖中A、B的制備，需要去除細(xì)胞壁，此時要用到________酶和________酶；從本質(zhì)上講，“白菜一甘藍(lán)”雜種植株具有的性狀是________的結(jié)果。(2)在________的方法下形成C細(xì)胞，雜種細(xì)胞D生成的標(biāo)志是形成________；由D形成E的過程稱為________，由D→F這項技術(shù)的生物學(xué)基礎(chǔ)是________；由E形成F的過程中細(xì)胞的增殖方式為________。(3)若“白菜—甘藍(lán)”雜種植株為四倍體，則該植株的花粉經(jīng)離體培養(yǎng)得到的植株是________倍體，若用秋水仙素處理該花粉培養(yǎng)得到的植株，則培育成的植株是________。(填“純合子”或“雜合子”)(4)“白菜—甘藍(lán)”雜種植株的食用部分是葉，但葉易受昆蟲危害而影響產(chǎn)量，科學(xué)家又利用基因工程培育出帶有抗蟲基因的“白菜—甘藍(lán)”植株，請你設(shè)計實驗，檢測此植株的抗蟲基因是否表達(dá)。①取昆蟲幼蟲放到帶有抗蟲基因的“白菜—甘藍(lán)”植株甲上，再取等量的、生活狀態(tài)基本一致的昆蟲幼蟲放在________植株乙上。②適宜條件下培養(yǎng)一段時間后，分別觀察昆蟲幼蟲的生活情況。③若________，說明甲植株的抗蟲基因沒有得到表達(dá)；若________，說明甲植株的抗蟲基因得到表達(dá)。(5)在大面積種植帶有抗蟲基因的“白菜—甘藍(lán)”的同時，間隔種植普通“白菜—甘藍(lán)”或其他蔬菜，供昆蟲幼蟲取食。這種做法的主要目的是(

)A．維持“白菜—甘藍(lán)”菜地的物種多樣性B．減緩昆蟲幼蟲抗性基因頻率增加的速度C．使食蟲鳥有蟲可食D．維持菜地生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動【嘗試解答】(1)纖維素果膠基因選擇性表達(dá)(2)人工誘導(dǎo)新的細(xì)胞壁脫分化(去分化)細(xì)胞全能性有絲分裂(3)單純合子(4)①與植株甲長勢相似的普通“白菜—甘藍(lán)”

③甲、乙植株上昆蟲幼蟲正常生活甲植株上昆蟲幼蟲死亡，乙植株上昆蟲幼蟲正常生活(其他合理答案也可)

(5)B【解析】此題主要考查了植物體細(xì)胞雜交的過程及基因工程的有關(guān)內(nèi)容。(1)去除細(xì)胞壁常用酶解法，根據(jù)酶的專一性，去除植物細(xì)胞壁要用纖維素酶和果膠酶，對于雜種植株性狀的表現(xiàn)是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。(2)C細(xì)胞的形成需人工誘導(dǎo)，包括物理法和化學(xué)法，D細(xì)胞形成的標(biāo)志是再生出新的細(xì)胞壁。由D→E是脫分化，由E→F為再分化，上述過程中均進(jìn)行有絲分裂。(3)花粉離體培養(yǎng)得到單倍體，再經(jīng)秋水仙素處理后得到純合的四倍體植株。(4)對于轉(zhuǎn)入的目的基因的檢測與鑒定，可以采取是否為轉(zhuǎn)基因的“白菜—甘藍(lán)”植株作為惟一變量構(gòu)成對照實驗，如果目的基因成功表達(dá)，應(yīng)當(dāng)?shù)玫睫D(zhuǎn)基因的植株上昆蟲幼蟲死亡而非轉(zhuǎn)基因的植株上昆蟲幼蟲存活的結(jié)果，如果都存活，說明目的基因未表達(dá)。(5)在轉(zhuǎn)基因大田里間隔種植非轉(zhuǎn)基因植株的主要目的是減緩抗性基因頻率增加的速度?！疽?guī)律方法】解答有關(guān)植物體細(xì)胞雜交的有關(guān)問題應(yīng)特別注意以下幾點：(1)植物體細(xì)胞雜交離不開植物組織培養(yǎng)。(2)植物體細(xì)胞雜交的原理是細(xì)胞膜的流動性和細(xì)胞全能性。(3)植物體細(xì)胞融合與植物體細(xì)胞雜交結(jié)束的標(biāo)志不同。前者是再生出新的細(xì)胞壁，后者是形成雜種植株。(4)雜種細(xì)胞雖然具有兩種細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)并不一定都表達(dá)。跟蹤訓(xùn)練如圖是植物細(xì)胞雜交過程示意圖，據(jù)圖分析回答。(1)圖中①過程是______，目前最常用的方法是________。(2)②過程的發(fā)生，必須進(jìn)行________，其方法有________法和________