第四單元-植物細胞工程(教師版)高二生物單元復習知識清單

細胞工程第一節(jié)細胞工程一、植物細胞工程的基本技術1.細胞工程概念：細胞工程是指應用細胞生物學、分子生物學和發(fā)育生物學等多學科的原理和方法，通過細胞器、細胞或組織水平上的操作，有目的地獲得特定的細胞、組織、器官、個體或其產(chǎn)品的一門綜合性生物工程。(P31)①原理方法：細胞生物學、分子生物學和發(fā)育生物學；②操作水平：細胞器、細胞或組織水平；③目的：得特定的細胞、組織、器官、個體或其產(chǎn)品；④分類：植物細胞工程、動物細胞工程。（一）植物細胞的全能性1．概念：細胞經(jīng)分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細胞的潛能。(P34)2.是否表現(xiàn)出全能性的兩種判斷標準：（1）細胞經(jīng)分裂和分化后是否產(chǎn)生完整生物體。（2）細胞是否能分化成其他各種細胞。3.判斷以下例子是否表現(xiàn)出了細胞的全能性(1)利用菊花莖段培養(yǎng)獲得試管苗是。(2)芽原基的細胞發(fā)育為芽，葉原基的細胞發(fā)育為葉否。(3)受精卵發(fā)育成個體是。(4)蜜蜂的孤雌生殖中，卵細胞直接發(fā)育成雄蜂是。(5)造血干細胞可分化形成多種血細胞否。(6)通過花藥離體培養(yǎng)，獲得單倍體幼苗是。(7)胚胎干細胞可分化發(fā)育成為各種組織器官的細胞是。(8)種子發(fā)育成完整植株否。4.細胞具有全能性的原因（物質(zhì)基礎）：一般來說，生物體的細胞中都含有該物種的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個體所需的全部遺傳信息。5.生物體生長發(fā)育過程中細胞不表現(xiàn)全能性的原因（不離體的細胞無法表現(xiàn)出全能性的原因）：在特定的時間和空間條件下，細胞中的基因會選擇性地表達（從而形成生物體的不同組織和器官）。(P34)6.是不是所有的活細胞都具有全能性？不是，例如哺乳動物成熟的紅細胞、植物成熟的篩管細胞。7.細胞具有的全能性一定能表現(xiàn)出來嗎？不是，例如動物的體細胞。8.比較一般情況下下列細胞全能性的大小(1)受精卵＞生殖細胞＞體細胞(2)分化程度低的細胞＞分化程度高的細胞、(3)分裂能力強的細胞＞分裂能力弱的細胞(4)植物細胞＞動物細胞(5)幼嫩的細胞＞衰老的細胞（二）植物組織培養(yǎng)技術1．植物組織培養(yǎng)概念：將離體的植物器官、組織或細胞等，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導其形成完整植株的技術。(P35)2.離體培養(yǎng)的植物器官、組織或細胞被稱為外植體。(P35)3.植物組織培養(yǎng)的原理：植物細胞的全能性。植物組織培養(yǎng)的生殖方式：無性生殖。植物組織培養(yǎng)的分裂方式：有絲分裂。菊花植物組織培養(yǎng)1.菊花植物組織培養(yǎng)的原理(1)植物細胞一般具有全能性；(P35)(2)脫分化：在一定的激素和營養(yǎng)等條件的誘導下，讓已經(jīng)分化的細胞經(jīng)過誘導后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能，轉(zhuǎn)變成未分化細胞的過程。結(jié)果：形成愈傷組織。*愈傷組織的特點：不定形的薄壁組織團塊。(P35)一般不需要光照。此過程中涉及的生命活動只有細胞增殖（有絲分裂），沒有細胞分化。(3)再分化：脫分化產(chǎn)生的愈傷組織，在一定的培養(yǎng)條件下，再分化出芽、根等器官，進而形成完整的小植株。(P35)需要給予適當時間和強度的光照，誘導葉綠素的合成，使試管苗能夠進行光合作用。此過程中涉及的生命活動既有細胞增殖（有絲分裂），又有細胞分化。再分化實質(zhì)：基因的選擇性表達。(4)激素的作用：植物激素中生長素和細胞分裂素是啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關鍵激素。它們的濃度、比例等都會影響植物細胞的發(fā)育方向；生長素用量與細胞分裂素用來的比值結(jié)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，抑制根的形成比值適中促進愈傷組織的形成2.選材：經(jīng)常選擇根尖（分生區(qū)）、莖的韌皮部（形成層）等。原因：分裂能力強、分化程度低，容易誘導形成愈傷組織。3.若培養(yǎng)物取自植物的幼莖、葉片等含有葉綠體的部位，愈傷組織中是否會含有葉綠體？為什么？愈傷組織中不含有葉綠體；培養(yǎng)物經(jīng)過誘導后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細胞，因此，愈傷組織中不含有葉綠體。4.植物組織培養(yǎng)中細胞表現(xiàn)出全能性的條件(1)離體（最關鍵）。(2)嚴格的無菌條件。(3)適宜的培養(yǎng)條件。(4)適宜濃度和比例的激素。(5)一定的營養(yǎng)條件。5.為什么一定要離體才能表現(xiàn)出全能性？若細胞不離體，細胞中的基因會選擇性地表達，從而形成生物體的不同組織和器官，不能表現(xiàn)出全能性。6.如何控制嚴格的無菌條件？(1)用體積分數(shù)為70%的酒精對手、超凈工作臺、外植體進行消毒,對外植體處理還需要質(zhì)量分數(shù)為5%左右的次氯酸鈉溶液,清洗外植體需要使用無菌水。(2)對培養(yǎng)基和器械進行滅菌；(3)接種操作必須在酒精燈火焰旁進行。7.適宜的培養(yǎng)條件包括那些？①溫度（例如菊花植物組織培養(yǎng)應為18-22℃）。②光照（例如脫分化需避光，再分化需照光）。8.一定的營養(yǎng)條件如何保證？配制合適的培養(yǎng)基，包括有機營養(yǎng)成分、無機營養(yǎng)成分、特定濃度和比例的激素。9.培養(yǎng)基組成(1)無機營養(yǎng)成分（水和無機鹽）,(2)有機營養(yǎng)成分（蔗糖、氨基酸、維生素）,(3)特定濃度和比例的激素（主要是生長素和細胞分裂素）。蔗糖的作用：提供能量，調(diào)節(jié)滲透壓。培養(yǎng)基滅菌方法為：濕熱滅菌法（高壓蒸汽滅菌）。10．操作流程（1）外植體的消毒：將流水沖洗后的外植體用酒精消毒30s，用無菌水清洗2～3次后，再用次氯酸鈉溶液處理30min，用無菌水清洗2～3次。(P36)若想縮短次氯酸鈉溶液處理時間應適當提高次氯酸鈉溶液的濃度。（2）外植體的分割：用無菌濾紙吸去表面的水分，用解剖刀將外植體切成0.5～1cm長的小段。(P36)大小應適宜。（3）接種：在酒精燈火焰旁，并且實驗中使用的培養(yǎng)基和所有的器械及每次使用后的器械都要滅菌，將外植體的1/3～1/2插入誘導愈傷組織的培養(yǎng)基中。用封口膜或瓶蓋封蓋瓶口，并在培養(yǎng)瓶上做好標記。(P36)接種時注意外植體的方向，不要倒插。（4）培養(yǎng)：將接種了外植體的錐形瓶或植物組織培養(yǎng)瓶置于18～22℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。定期觀察和記錄愈傷組織的生長情況。(P37)誘導愈傷組織期間一般不需要光照，在后續(xù)的培養(yǎng)過程中，每日需要給予適當時間和強度的光照。（5）轉(zhuǎn)移培養(yǎng)（再分化過程）：培養(yǎng)15-20d后，將生長良好的愈傷組織轉(zhuǎn)接到誘導生芽的培養(yǎng)基上。長出芽后，再將其轉(zhuǎn)接到誘導生根的培養(yǎng)基上，進一步誘導形成試管苗。(P37)（6）移栽：試管苗不可以直接移栽入土，需先打開封口膜或瓶蓋，讓試管苗在培養(yǎng)箱內(nèi)生長幾日，將試管苗移植到消過毒的蛭石或珍珠巖上，壯苗后再移栽入土。(P37)11.為什么整個過程要保證無菌操作？避免雜菌在培養(yǎng)基上迅速生長消耗營養(yǎng)，同時防止有些雜菌危害培養(yǎng)物的生長。12.整個過程中使用的培養(yǎng)基中是一成不變的嗎？不是。分別為誘導愈傷組織的培養(yǎng)基→誘導生芽的培養(yǎng)基→誘導生根的培養(yǎng)基。13.以上培養(yǎng)基中，生長素/細胞分裂素的比值大小是如何變化的？比值適中→比值低→比值高。14.接種后，外植體被污染的可能原因：（1）培養(yǎng)基、接種工具滅菌不徹底。（2）外植體消毒不徹底。（3）操作過程不符合無菌操作要求等。15.若想探究生長素與細胞分裂素的使用比例對植物組織培養(yǎng)的影響，則應如何設計對照實驗？空白對照：不加任何激素。實驗組1：生長素用量與細胞分裂素用量的比值為1；實驗組2：生長素用量與細胞分裂素用量的比值大于1；實驗組3：生長素用量與細胞分裂素用量的比值小于1。（三）植物體細胞雜交技術1.用傳統(tǒng)的有性雜交方法能得到雜種后代嗎？為什么？不能，因為兩種生物之間存在著生殖隔離。2．植物體細胞雜交的概念：將不同來源的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新植物體的技術。(P38)3.植物體細胞雜交的主要步驟：植物細胞融合和植物組織培養(yǎng)。(P38)（1）在進行體細胞雜交之前，必須先去除細胞壁：用纖維素酶和果膠酶去除植物細胞壁，獲得原生質(zhì)體。(P37)去壁原因：細胞壁阻礙著細胞間的雜交（阻礙了原生質(zhì)體間的融合）。(P36)（2）誘導原生質(zhì)體融合的方法(P37)①物理法：電融合法、離心法等。②化學法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋－高pH融合法等。（3）細胞融合完成的標志*：再生出新的細胞壁。植物體細胞雜交完成的標志：培育出雜種植株。（4）再生出細胞壁的相關的細胞器：高爾基體和線粒體。（5）驗證再生出新壁的實驗：質(zhì)壁分離和質(zhì)壁分離復原實驗。4.纖維素酶和果膠酶的酶溶液中一般加入一定濃度的無機鹽離子和甘露醇，試分析原因？使溶液具有一定的滲透壓，防止原生質(zhì)體吸水過多而漲破，保持原生質(zhì)體正常。5.植物體細胞雜交的原理：細胞膜具有一定的流動性、植物細胞的全能性。6.植物體細胞雜交的生殖方式：無性生殖。7.植物體細胞雜交的分裂方式：有絲分裂。8.植物體細胞雜交的涉及的可遺傳變異類型：染色體變異。9.獲得的所有細胞一定是需要的雜交細胞嗎？不一定；誘導融合后的產(chǎn)物有三類：未融合的細胞、兩兩融合的細胞、多細胞融合體。10.植物體細胞雜交的意義：打破生殖隔離，實現(xiàn)遠緣雜交育種，培育植物新品種等方面展示出獨特的優(yōu)勢。(P38)11.雜種植株包含兩個物種的全部遺傳物質(zhì)，各種基因都包含在內(nèi)，卻未按照人們的要求表現(xiàn)出親本所有的性狀，例如“番茄-馬鈴薯”并沒有地上結(jié)番茄，地下長馬鈴薯，這是為什么？(P36)生物體內(nèi)基因的表達不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，雜種植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達相互干擾，它們不能像在原植株細胞內(nèi)實現(xiàn)有序表達，因此不能按照人們的要求表現(xiàn)出親本所有的性狀。植物細胞工程的應用1.植物細胞工程的應用包括植物繁殖的新途徑、作物新品種的培育、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。(P39--P41)（一）植物繁殖的新途徑1.植物繁殖的新途徑包括快速繁殖（也叫微型繁殖）和作物脫毒。(P39)2.快速繁殖(1)快速繁殖概念：用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術。(P39)(2)優(yōu)點：可以高效、快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖；無性繁殖可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性；可實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)。(P39)注意：扦插、壓條、嫁接等不屬于微型繁殖技術。2．作物脫毒（1）適用范圍：無性繁殖的作物(馬鈴薯、草莓、香蕉）。（2）進行作物脫毒的原因：用無性繁殖的方式進行繁殖的作物，它們感染的病毒很容易傳給后代，病毒在作物體內(nèi)逐年積累，就會導致作物產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差。(P40)（3）外植體選材部位：植物頂端分生區(qū)附近部位，如莖尖。(P40)（4）選分生區(qū)的原因：植物頂端分生區(qū)附近病毒極少，甚至無病毒。(P40)（5）優(yōu)點：脫毒作物的產(chǎn)量和品質(zhì)明顯優(yōu)于沒有脫毒的作物。(P40)（6）作物脫毒具體操作過程：切取一定大小的莖尖進行組織培養(yǎng)，再生的植株就有可能不帶病毒，從而獲得脫毒苗。(P40)（7）脫毒苗是否不會再感染病毒？不是，脫毒苗≠抗毒苗。(P40)（8）實例：目前采用莖尖組織培養(yǎng)技術來脫去病毒，在馬鈴薯、草莓、甘蔗、菠蘿、香蕉等主要經(jīng)濟作物上已獲得成功。(P40)（二）作物新品種的培育1.作物新品種的培育包括單倍體育種和突變體的利用。(P40--P41)2.單倍體育種(1)過程：花藥（或花粉）離體培養(yǎng)（花藥取自二倍體植株）→單倍體植株eq\o(→,\s\up9(染色體加倍))純合子植株。當年就能培育出遺傳性狀相對穩(wěn)定的純合二倍體植株。(P40)(2)優(yōu)點①后代是純合子，能穩(wěn)定遺傳。②極大地縮短了育種的年限，節(jié)約了大量的人力和物力。=3\*GB3③大多數(shù)單倍體植株可作為進行體細胞誘變育種和研究遺傳突變的理想材料。(P40)（3）為什么大多數(shù)單倍體植株可作為進行體細胞誘變育種和研究遺傳突變的理想材料？大多數(shù)單倍體植株的細胞中只含一套染色體，染色體加倍后得到的植株的隱性性狀容易顯現(xiàn)。(P40)2．突變體的利用（1）過程：（2）誘變處理對象：一般為愈傷組織。（3）產(chǎn)生原因：在植物的組織培養(yǎng)過程中，易受培養(yǎng)條件和誘變因素(如射線、化學物質(zhì)等)的影響而產(chǎn)生突變。(P41)（4）原理：基因突變和植物細胞的全能性。（5）誘變育種的缺點：突變具有不定向性和低頻性，因此需大量處理實驗材料。（6）誘變育種的優(yōu)點：通過人工誘變提高愈傷組織的突變率，從而篩選獲得抗病、抗鹽、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的新品種，加快育種進程。(P41)(7)利用：篩選出對人們有用的突變體，進而培育成新品種。(P41)（三）細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)1.代謝產(chǎn)物的分類a.初生代謝產(chǎn)物：初生代謝是生物生長和生存所必需的代謝活動；產(chǎn)物：糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸等(P41相關信息)b.次生代謝產(chǎn)物：植物代謝會產(chǎn)生一些一般認為不是生物生長所必需的，一般在特定組織或器官中，并在一定的環(huán)境和時間條件下才進行。產(chǎn)物：一類小分子有機化合物（如酚類、萜類、含氮化合物等)(P41相關信息)2.細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)的目標產(chǎn)物：次生代謝產(chǎn)物。(P41)