高中生物：植物細(xì)胞工程

植物細(xì)胞工程

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1、克隆的概念

2、植物組織培養(yǎng)的途徑、過(guò)程及應(yīng)用

3、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的原理、過(guò)程及應(yīng)用

二、學(xué)習(xí)重難點(diǎn)

植物組織培養(yǎng)的過(guò)程及應(yīng)用、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)

三、學(xué)習(xí)過(guò)程

1、克?。褐斧@得相同遺傳背景的基因、細(xì)胞或個(gè)體的技術(shù)操作過(guò)程

克隆的三個(gè)層次：

分子水平的克隆

細(xì)胞水平的克隆

個(gè)體水平的克隆

2、植物組織培養(yǎng)：在無(wú)菌和人工控制條件下，將離體的植物體器官、組織或細(xì)胞等培養(yǎng)在

人工配制的培養(yǎng)基上，使其生成完整植株或使其細(xì)胞增殖并產(chǎn)生細(xì)胞代謝產(chǎn)物的技術(shù)

（1）理論基礎(chǔ)：植物細(xì)胞的全能性

（2）過(guò)程與途徑

—＞單如施株

途

徑株

株

①外植體消毒：

②培養(yǎng)基：MS培養(yǎng)基、發(fā)芽培養(yǎng)基、生根培養(yǎng)基

無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分：大量元素C、H、。、N、P、S、K、Ca、Mg

微量元素Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、I、Co

有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分

含N物質(zhì)：包括維生素（輔酶）和氨基酸

碳源：蔗糖、葡萄糖、果糖（碳源、能源、調(diào)節(jié)滲透壓）

瓊脂：起凝固作用

植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑：生長(zhǎng)素，細(xì)胞分裂素（濃度和配比）

③初代培養(yǎng)與繼代培養(yǎng)

影響繼代培養(yǎng)中全能性表達(dá)能力的因素：植物的種類（擬南芥、煙草、番茄）、不同基因型

個(gè)體、培養(yǎng)條件（溫度、光照等）、培養(yǎng)基配方（激素濃度和配比）、繼代培養(yǎng)的次數(shù)（染

色體畸變或細(xì)胞核變異、組織中激素平衡被打破或?qū)に氐拿舾行愿淖兊龋?/p>

典型例題1：取田間不同品種水稻的幼胚，先進(jìn)行消毒，然后接種到培養(yǎng)基中培養(yǎng)。幼胚發(fā)生

脫分化形成愈傷組織，經(jīng)器官發(fā)生途徑獲得再生植株。下列不屬于影響再生植株形成的因素

1

是（）

A.搖床的轉(zhuǎn)速B.植物激素配比C.水稻的基因型D.愈傷組織繼代培養(yǎng)次數(shù)

典型例題2：下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)的敘述中，錯(cuò)誤的是（）

A.培養(yǎng)基中添加蔗糖的目的是提供營(yíng)養(yǎng)和調(diào)節(jié)滲透壓

B.培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素比例會(huì)影響愈傷組織的生長(zhǎng)和分化

C.離體器官或組織的細(xì)胞須通過(guò)脫分化才能形成愈傷組織

D.同一株綠色開(kāi)花植物不同部位的細(xì)胞經(jīng)培養(yǎng)獲得的愈傷組織基因相同

E.從愈傷組織獲得的單個(gè)細(xì)胞分裂、分化和發(fā)育成植物胚狀體，與受精卵分裂、分化和發(fā)育

成胚的過(guò)程相似，這是單細(xì)胞的植物克隆

F.由于植物細(xì)胞的全能性更容易體現(xiàn)，植物組織培養(yǎng)比動(dòng)物更方便

G.不同種類植物或同種植物的不同基因型個(gè)體之間遺傳性狀的差異，細(xì)胞全能性的表達(dá)程度

不同

H.長(zhǎng)期培養(yǎng)中培養(yǎng)物胚胎發(fā)生和器官形成能力下降的可能原因有染色體畸變、非整倍體產(chǎn)生,

或組織中激素平衡被打破，甚至是細(xì)胞對(duì)外源生長(zhǎng)物質(zhì)的敏感性發(fā)生改變

典型例題3：下列關(guān)于“植物的組織培養(yǎng)”的敘述，錯(cuò)誤的是（）

A.叢狀苗的分株培養(yǎng)可加快繁殖速度

B.外植體經(jīng)消毒后需清水多次清洗以避免消毒劑產(chǎn)生毒害作用

C.取自田間的外植體在接種前需消毒處理

D.人工合成的激素類似物比天然植物激素作用時(shí)間更長(zhǎng)

（3）組織培養(yǎng)的應(yīng)用

①快速繁殖植物

如菊花的組織培養(yǎng)

②植物脫毒

③生產(chǎn)人工種子

④細(xì)胞代謝物的工廠化生產(chǎn)

⑤作物新品種的培育

典型例題4：通過(guò)植物組織培養(yǎng)技術(shù),可以把外植體培養(yǎng)成胚狀體,再包裝人工種皮得到人工

種子，如圖所示。人工種子可在適宜條件下萌發(fā)生長(zhǎng)。下列相關(guān)敘述正確的是（）

A.人工種皮能夠隔絕空氣,有利于人工種子的儲(chǔ)藏

B.人工胚乳的組成成分是植物激素和無(wú)機(jī)鹽（

c.胚狀體由胚性細(xì)胞經(jīng)分裂、分化和發(fā)育形成I一胚狀體

D.人工種子萌發(fā)長(zhǎng)成植物幼體,體現(xiàn)了植物細(xì)胞的全能性—人工胚乳

典型例題5：如圖是某二倍體植物通過(guò)花藥進(jìn)行單倍體育種的過(guò)程示意圖，下列敘述正確的

是（）

A.圖中①②過(guò)程主要利用的生物學(xué)原理是基因重組和細(xì)胞增殖

2

B.植物組織培養(yǎng)時(shí)在②過(guò)程中組織細(xì)胞的全能性表達(dá)能力不變

C.圖中③過(guò)程為了促進(jìn)生根,可降低生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素濃度

D.過(guò)程④將煉苗后試管苗移栽到育苗盤(pán)前需洗掉根部的瓊脂

典型例題6：辣椒素作為一種生物堿廣泛用于食品保健、醫(yī)藥工業(yè)等領(lǐng)域。辣椒素的獲得途

徑如下圖，下列表述正確的是（）

細(xì)胞分離?辣椒素

r—----------------------------------

單細(xì)胞產(chǎn)細(xì)胞系i細(xì)胞培養(yǎng)物/

A.實(shí)驗(yàn)中的外植體要經(jīng)過(guò)滅菌處理才能進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)

B.①過(guò)程受外源激素的調(diào)控，②過(guò)程受內(nèi)源激素的調(diào)控

C.獲得脫毒苗常用的外植體是莖尖，脫毒苗具有更強(qiáng)的抗病毒能力

D.通過(guò)植物細(xì)胞培養(yǎng)獲得辣椒素的過(guò)程可不需要實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的全能性

典型例題7：植物組織培養(yǎng)技術(shù)在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用?；卮鹣?/p>

列問(wèn)題。

（1）植物微型繁殖是植物繁殖的一種途徑。與常規(guī)的種子繁殖方法相比,這種微型繁

殖技術(shù)的特點(diǎn)有_______________________________________________（答出2點(diǎn)即可）。

內(nèi)丁「工種皮

4~卜■胚狀體

人工胚乳

（2）通過(guò)組織培養(yǎng)技術(shù)，可把植物組織細(xì)胞培養(yǎng)成胚狀體，再通過(guò)人工種皮（人工薄膜）

包裝得到人工種子（如圖所示），這種人工種子在適宜條件下可萌發(fā)生長(zhǎng)。人工種皮具

備透氣性的作用是o人工胚乳能夠?yàn)榕郀铙w生長(zhǎng)提

供所需的物質(zhì)，因此應(yīng)含有植物激素、和等幾類物質(zhì)。

（3）用脫毒苗進(jìn)行繁殖,可以減少感染病毒。為了獲得脫毒苗,可以選取植物的

進(jìn)行組織培養(yǎng)。

（4）植物組織培養(yǎng)技術(shù)可與基因工程技術(shù)相結(jié)合獲得轉(zhuǎn)基因植株。將含有目的基因的

細(xì)胞培養(yǎng)成一個(gè)完整植株的基本程序是（用流程圖表示）。

3、植物體細(xì)胞雜交

植物細(xì)胞融合，原理是植物組織培養(yǎng)

細(xì)胞膜具有一定流動(dòng)性細(xì)胞的全能性

人

植物細(xì)胞

A工

再脫再

去壁誘生分分

導(dǎo)

原生質(zhì)體A

原生質(zhì)體B

去壁

植物細(xì)胞B

問(wèn)：促進(jìn)融合有哪些方法？

雜種植株為幾倍體？是否可育？是否是新物種？

植物體細(xì)胞雜交育種的優(yōu)勢(shì)及意義？

典型例題8：如圖表示對(duì)煙草進(jìn)行遺傳改良的過(guò)程，下列敘述正確的是（)

3

紫外線照射

翳北一原生質(zhì)體口愈傷組織If狂差f露

A.可用染色法檢測(cè)原生質(zhì)體有無(wú)活性B.煙草葉肉細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞分化形成原生質(zhì)體

C.原生質(zhì)體經(jīng)過(guò)纖維素酶和果膠酶處理變成愈傷組織

D.紫外線照射的主要目的是對(duì)原生質(zhì)體進(jìn)行消毒

典型例題9：兩種遠(yuǎn)緣植物的細(xì)胞融合后會(huì)導(dǎo)致一方的染色體被排出。若其中一個(gè)細(xì)胞的染

色體在融合前由于某種原因斷裂，形成的染色體片段在細(xì)胞融合后可能不會(huì)被全部排出，未

排出的染色體片段可以整合到另一個(gè)細(xì)胞的染色體上而留存在雜種細(xì)胞中。依據(jù)該原理，將

普通小麥與耐鹽性強(qiáng)的中間偃麥草進(jìn)行體細(xì)胞雜交獲得了耐鹽小麥新品種，下列錯(cuò)誤的是()

A.過(guò)程①需使用纖維素酶和果膠酶處理細(xì)胞"1■?、僖弧?小/康

生■體a旦4晶■

B.過(guò)程②的目的是使中間偃麥草染色體斷裂

中間?置草/■??過(guò)小

C.過(guò)程③中常用滅活的病毒誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合9MB'?生及體***

D.耐鹽小麥的染色體上整合了中間偃麥草的染*

不MX★的

色體片段縝外線■射一

典型例題10：甲植物細(xì)胞核基因具有耐鹽堿效應(yīng)，乙植物細(xì)胞質(zhì)基因具有高產(chǎn)效應(yīng)。某研

究小組用甲、乙兩種植物細(xì)胞進(jìn)行體細(xì)胞雜交相關(guān)研究，基本過(guò)程包括獲取原生質(zhì)體、誘導(dǎo)

原生質(zhì)體融合、篩選融合細(xì)胞、雜種植林再生和鑒定，最終獲得高產(chǎn)耐鹽堿再生植株。回答

下列問(wèn)題：

(1)根據(jù)研究目標(biāo)，在甲、乙兩種植物細(xì)胞進(jìn)行體細(xì)胞雜交前，應(yīng)檢驗(yàn)兩種植物的原生質(zhì)

體是否具備的能力。為了便于觀察細(xì)胞融合的狀況，通常用不同顏色的原生質(zhì)體

進(jìn)行融合，若甲植物原生質(zhì)體采用幼苗的根為外植體，則乙植物可用幼苗的

為外植體。

(2)植物細(xì)胞壁的主要成分為和果膠，在獲取原生質(zhì)體時(shí)，常采用相應(yīng)的酶

進(jìn)行去壁處理。在原生質(zhì)體融合前，需對(duì)原生質(zhì)體進(jìn)行處理，分別使甲原生質(zhì)體和乙原生質(zhì)

體的失活。對(duì)處理后的原生質(zhì)體在顯微鏡下用計(jì)數(shù)，確定原生質(zhì)體密

度。兩種原生質(zhì)體1:1混合后，通過(guò)添加適宜濃度的PEG進(jìn)行融合；一定時(shí)間后，加入過(guò)量

的培養(yǎng)基進(jìn)行稀釋，稀釋的目的是。

(3)將融合原生質(zhì)體懸浮液和液態(tài)的瓊脂糖混合，在凝固前倒入培養(yǎng)血，融合原生質(zhì)體分

散固定在平板中，并獨(dú)立生長(zhǎng)、分裂形成愈傷組織。同一塊愈傷組織所有細(xì)胞源于。

下列各項(xiàng)中能說(shuō)明這些愈傷組織只能來(lái)自于雜種細(xì)胞的理由是哪幾項(xiàng)？(A.甲、

乙原生質(zhì)體經(jīng)處理后失活，無(wú)法正常生長(zhǎng)、分裂B.同種融合的原生殖體因甲或乙原生質(zhì)體

失活而不能生長(zhǎng)、分裂C.培養(yǎng)基含有抑制物質(zhì)，只有雜種細(xì)胞才能正常生長(zhǎng)、分裂D.雜

種細(xì)胞由于結(jié)構(gòu)和功能完整可以生長(zhǎng)、分裂)

(4)愈傷組織經(jīng)可形成胚狀體或芽。胚狀體能長(zhǎng)出,直接發(fā)育形

成再生植株。

典型例題11：如圖表示利用原生質(zhì)體培養(yǎng)技術(shù)的植物細(xì)胞工程?；卮鹨韵聠?wèn)題:

葉片工原生質(zhì)體與具有優(yōu)良基因型的胚性細(xì)胞與具有優(yōu)良性狀的植物

(1)過(guò)程①表示在較高滲透壓溶液中，使用含酶的酶解液處理消毒后的植物

幼葉，獲得原生質(zhì)體。處理時(shí)，葉片通常除去下表皮或切成細(xì)條狀，其目的是o

(2)過(guò)程②中，外源基因所在DNA與Ti質(zhì)粒通常具有相同的,以便被剪

切后在DNA連接酶作用下形成重組質(zhì)粒。可先用CaCL處理，促使重組質(zhì)粒進(jìn)入

菌，再利用其感染原生質(zhì)體完成導(dǎo)入。若外源DNA轉(zhuǎn)入原生質(zhì)體的效率不高，則可采

用的外源基因?qū)敕ā＝?jīng)遺傳改造后的原生質(zhì)體在等滲溶液中培養(yǎng)，使

其,成為完整的植物細(xì)胞。(3)