高中生物 精講優(yōu)練課型 專題2 細胞工程 2.1.1 植物細胞工程的基本技術(shù)同課異構(gòu)課件 新人教版選修3.ppt

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專題2 細 胞 工 程 2.1 植物細胞工程 2.1.1 植物細胞工程的基本技術(shù),一、細胞工程的概念和分類 1.概念： (1)應(yīng)用原理：_____生物學和_____生物學。 (2)操作水平：_____水平或_______水平。 (3)操作目的：按照人的意愿來改變細胞內(nèi)的_________或獲 得_________。 2.分類：根據(jù)操作對象不同，分為_________工程和_________ 工程。,細胞,分子,細胞,細胞器,遺傳物質(zhì),細胞產(chǎn)品,植物細胞,動物細胞,二、植物細胞的全能性 1.含義：具有某種生物_____________的任何一個細胞，都具 有發(fā)育成___________的潛能。 2.表達過程： (1)脫分化：讓已經(jīng)分化的細胞經(jīng)過誘導后，失去其特有的 ___________而轉(zhuǎn)變成未分化細胞的過程。 (2)再分化：脫分化產(chǎn)生的_________在一定的培養(yǎng)條件下， 再分化出_________，進而形成完整的小植株。,全部遺傳信息,完整生物體,結(jié)構(gòu)和功能,愈傷組織,幼根和芽,三、植物組織培養(yǎng)技術(shù) 1.理論基礎(chǔ)：植物細胞具有_______。 2.實驗：胡蘿卜的組織培養(yǎng)。 (1)原理： 離體的植物_________________ _________ 幼根和芽 完整植物體,,全能性,器官、組織或細胞,脫分化,再分化,愈傷組織,(2)過程。 取材：消毒后選取根的_______部位，切取1 cm3左右的小塊， 因為該部位容易誘導形成_________ 接種：將組織塊接種到誘導培養(yǎng)基上，誘導出_________ 培養(yǎng)：在23℃～26℃恒溫_____條件下培養(yǎng)一段時間，再將 愈傷組織轉(zhuǎn)接到___________上培養(yǎng)誘導出試管苗 移栽：將試管苗移栽到大田，培養(yǎng)成正常植株,,,,形成層,愈傷組織,愈傷組織,避光,分化培養(yǎng)基,四、植物體細胞雜交技術(shù) 1.概念：將不同種的植物_______，在一定條件下融合成 _________，并把雜種細胞培育成___________的技術(shù)。,體細胞,雜種細胞,新的植物體,2.過程： 3.意義：克服不同生物_________的障礙。,細胞壁,細胞壁,雜種細胞,遠緣雜交,【微點撥】 1.在生物體內(nèi)，所有體細胞的細胞核中的遺傳物質(zhì)是否相同？為什么？ 提示：相同。因為生物體的每個體細胞都是由受精卵有絲分裂得到的，有絲分裂保證了母細胞和子細胞細胞核中遺傳物質(zhì)是相同的。 2.植物的種子發(fā)育成完整植株，是否能體現(xiàn)細胞的全能性？為什么？ 提示：不能。因為種子中有植物的幼體胚，發(fā)育成完整植株相當于植物的生長過程，未體現(xiàn)全能性。,3.不同體細胞表達全能性的難易程度是否相同？受精卵和體細胞相比，哪種細胞的全能性更容易實現(xiàn)？ 提示：不相同。分化程度低的細胞全能性更容易實現(xiàn)，受精卵的全能性最高。 4.將兩個不同物種的植物細胞A和B去除細胞壁后，經(jīng)一定的方法促融，只考慮兩兩融合，可以形成幾種融合細胞？哪種類型的融合細胞符合要求？ 提示：三種，分別為AA、BB和AB。雜交細胞AB是符合要求的。,5.植物體細胞雜交時，細胞融合成功的標志是什么？ 提示：雜種原生質(zhì)體再生出細胞壁標志著融合成功，而不是形成雜種細胞就結(jié)束。,1.植物細胞的全能性是指( ) A.具有核、膜、質(zhì)，細胞結(jié)構(gòu)完整，能進行各種生理活動 B.只具有膜和質(zhì)，同樣能進行各種生理活動 C.植物體細胞所具有的發(fā)育成完整個體的潛能 D.具有本物種全套遺傳物質(zhì)的特定細胞 【解析】選C。具有某種植物全部遺傳信息的任何一個細胞，都有發(fā)育成完整新植物體的潛能，也就是說，每個植物細胞都具有全能性。,2.(2013廈門高二檢測)下列屬于植物組織培養(yǎng)的是( ) A.花粉培養(yǎng)成單倍體植株 B.芽發(fā)育成枝條 C.根尖分生區(qū)發(fā)育成成熟區(qū) D.受精卵發(fā)育成植株 【解析】選A?；ǚ劢?jīng)離體培養(yǎng)成單倍體植株利用的是植物組織培養(yǎng)技術(shù)。芽發(fā)育成枝條、根尖分生區(qū)發(fā)育成成熟區(qū)都是植物的正常生長發(fā)育過程，是細胞分裂和分化的結(jié)果；植物傳粉受精后形成受精卵，受精卵最終發(fā)育成植物體，屬于有性生殖。,3.植物組織培養(yǎng)過程中的脫分化是指( ) A.植物體的分生組織通過細胞分裂產(chǎn)生新細胞的過程 B.未成熟的種子經(jīng)過長期培養(yǎng)，長出幼苗的過程 C.植物的器官、組織或細胞，通過離體培養(yǎng)產(chǎn)生愈傷組織的過程 D.取植物的枝芽培育成一株新植物的過程 【解析】選C。植物細胞脫分化就是讓已分化的細胞，經(jīng)過誘導后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能，而轉(zhuǎn)變?yōu)槲捶只募毎鷤M織的過程，因此C項是正確的。,4.番茄和馬鈴薯雜交過程中細胞融合之前要除去的細胞結(jié)構(gòu) 是( ) A.細胞膜 B.細胞壁 C.細胞核 D.高爾基體 【解析】選B。植物細胞最外層的是細胞壁，植物體細胞雜交的第一步是細胞融合，細胞發(fā)生融合的基礎(chǔ)是細胞膜的流動性，所以首先應(yīng)去除細胞壁。,5.在植物細胞工程中，當原生質(zhì)體融合成一個細胞后，需要誘導產(chǎn)生細胞壁，參與這一過程的細胞器是( ) A.葉綠體、高爾基體 B.線粒體、高爾基體 C.葉綠體、線粒體 D.線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 【解析】選B。本題考查細胞壁的形成。細胞壁的形成過程與高爾基體密切相關(guān)，因為高爾基體產(chǎn)生的許多小囊泡聚集形成了細胞壁的前體，線粒體在此過程中提供能量。,6.與植物體細胞雜交密切相關(guān)的敘述中錯誤的是( ) A.需要用纖維素酶和果膠酶 B.利用離心、振動、電激等誘導 C.利用聚乙二醇(PEG)作為誘導劑誘導 D.只能在同種生物中進行 【解析】選D。植物體細胞雜交時首先要用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁，得到原生質(zhì)體后用物理法(如離心、振動、電激)或化學法(常用聚乙二醇)誘導融合形成雜種細胞，再經(jīng)植物組織培養(yǎng)形成雜種植株。植物體細胞雜交能在不同生物之間進行，克服了遠緣雜交不親和的障礙。,一、植物細胞的全能性和脫分化、再分化過程 1.細胞的全能性： (1)具有全能性的原因：一般生物體的每一個細胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因。,(2)不同細胞全能性的大小。 ①體細胞全能性：分化程度低的分化程度高的，細胞分裂能力強的細胞分裂能力弱的。 ②不同細胞全能性：受精卵生殖細胞干細胞體細胞。 ③不同生物的細胞全能性：植物細胞動物細胞。 (3)全能性與細胞分化的關(guān)系：隨著細胞分化程度的不斷提高，細胞的全能性逐漸降低。,2.植物細胞全能性表達所需條件： (1)體細胞未表現(xiàn)全能性的原因：基因的選擇性表達。 (2)體現(xiàn)細胞全能性的條件：,3.脫分化和再分化的比較：,【易錯提醒】 (1)細胞表達全能性的標志是發(fā)育成完整個體而不是形成某種組織或者器官。 (2)細胞具有全能性是因為細胞中具有發(fā)育成完整個體所必需的“全套基因”而不是“全部基因”，配子中有全套基因，因此仍然具有全能性。,1.用高度分化的植物細胞、組織或器官進行組織培養(yǎng)可以形成愈傷組織，則關(guān)于該愈傷組織的說法錯誤的是( ) A.是細胞經(jīng)過脫分化形成的 B.細胞沒有全能性 C.由排列疏松的薄壁細胞組成 D.可以形成具有生根發(fā)芽能力的胚狀結(jié)構(gòu),【解題關(guān)鍵】解答本題時注意以下兩個方面： (1)愈傷組織是由已分化的細胞經(jīng)過誘導形成的。 (2)愈傷組織是未分化的細胞。 【解析】選B。愈傷組織是經(jīng)脫分化形成的高度液泡化、無定形狀態(tài)的薄壁細胞，具有全能性，可以再分化為根、芽，進而形成新植株。,2.下列有關(guān)細胞全能性的敘述，正確的是( ) A.植物體只有體細胞才具有發(fā)育成完整個體所必需的全套基因 B.高度分化的植物細胞只有處于離體狀態(tài)時才有可能表現(xiàn)出全能性 C.植物體內(nèi)某些體細胞沒有表現(xiàn)出全能性，其原因是所含基因不同 D.紫色糯性玉米種子培育成植株，這反映植物種子具有全能性,【解題關(guān)鍵】解答本題的關(guān)鍵：(1)全能性與全能性表達是兩個不同的概念；(2)種子發(fā)育成個體，是正常生命歷程，不屬于細胞全能性的范疇。 【解析】選B。細胞具有全能性的原因是細胞具有發(fā)育成完整個體所必需的全套基因，而配子也具有這樣的全套基因，同樣具有全能性，A項錯誤；植物體內(nèi)細胞沒有表現(xiàn)出全能性，這是細胞內(nèi)基因在特定時間和空間條件下選擇性表達的結(jié)果，C項錯誤；種子發(fā)育成植株，是正常生命歷程，未反映全能性，D項錯誤。細胞全能性的表達前提是離體培養(yǎng)的細胞、組織或器官，B項正確。,二、植物組織培養(yǎng) 1.概念分析： (1)培養(yǎng)條件：①無菌和人工培養(yǎng)；②離體。 (2)過程：①脫分化；②再分化。 (3)目的：①獲得細胞產(chǎn)品；②形成完整的植株。 2.原理：植物細胞具有全能性(具有某種植物全套遺傳信息的任何一個細胞，都具有發(fā)育成完整植株的潛能)。,3.過程： (1)脫分化：已經(jīng)分化了的細胞，經(jīng)過誘導，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細胞的過程。 (2)再分化：脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進行培養(yǎng)，又可以重新分化出根和芽等器官的過程。,4.進行組織培養(yǎng)時需注意的五個問題： (1)無菌：植物組織培養(yǎng)成功的關(guān)鍵是避免微生物的污染，所有實驗用具要嚴格滅菌，接種過程進行嚴格的無菌操作。 (2)取材：外植體的遺傳特征、取材位置都會影響愈傷組織的再分化能力。,(3)營養(yǎng)比：培養(yǎng)基中必須含有植物生長發(fā)育所需要的全部營養(yǎng)物質(zhì)，其中生長素和細胞分裂素用量的比例對器官的生成起決定作用。 (4)光照時期：愈傷組織培養(yǎng)最初避光培養(yǎng)，后期見光培養(yǎng)。 (5)培養(yǎng)順序：試管苗培養(yǎng)，要先進行生芽培養(yǎng)，再進行生根培養(yǎng)，試管苗培養(yǎng)要在光照條件下進行。,【易錯提醒】 (1)植物組織培養(yǎng)并不是全過程都需要光照。誘導形成愈傷組織的過程中需要避光培養(yǎng)，黑暗條件下有利于脫分化形成愈傷組織。再分化過程中一定要有光照。 (2)影響組織培養(yǎng)的光照條件不僅是光照強度，光照時間和波長等都影響植物組織培養(yǎng)。,1.(2014南京師大附中模擬)下圖為植物組織培養(yǎng)過程，有關(guān)說法正確的是( ) A.實驗中②試管細胞全能性最高 B.④試管中培育出的個體都是純合子 C.①→②的過程需要光照 D.①→④過程培養(yǎng)基保持不變,【解題關(guān)鍵】解答本題時注意理解以下兩個方面： (1)植物組織培養(yǎng)時對于光照和培養(yǎng)基的需求在不同的培養(yǎng)階段是不同的。 (2)植物組織培養(yǎng)進行的是有絲分裂，屬于無性生殖。,【解析】選A。①試管中的組織塊經(jīng)脫分化形成②試管中的愈傷組織，愈傷組織是未分化的細胞，全能性最高；植物組織培養(yǎng)屬于無性生殖，不改變基因型，所以產(chǎn)生的個體基因型與母本是相同的，可能是純合子也可能是雜合子；脫分化形成愈傷組織的過程中需要避光培養(yǎng)，不需要光照；在植物組織培養(yǎng)的不同階段需要的條件不同，培養(yǎng)基中所含有的物質(zhì)比例也不同，如生長素和細胞分裂素比例適中時有利于形成愈傷組織，比例高時，有利于根的分化。,2.下圖表示植物組織培養(yǎng)過程：,(1)圖中①過程獲得的細胞是正常植物體經(jīng) 形成的，在這一過程中染色體的變化是 。 (2)要順利完成③過程，除了需要各種無機營養(yǎng)成分外，還需要在培養(yǎng)基中加入 、 (兩類不同功能的物質(zhì))等。該過程形成的細胞與正常體細胞相比，具有 的特點。 (3)從過程④的結(jié)果看，它的實質(zhì)是 。,【解題關(guān)鍵】本題考查植物組織培養(yǎng)技術(shù)，解答本題需要明確以下兩點： (1)植物組織培養(yǎng)的過程。 (2)影響植物組織培養(yǎng)的因素。,【解析】(1)單倍體性細胞是經(jīng)減數(shù)分裂形成的，減數(shù)分裂的特點是染色體復制一次，細胞分裂兩次，子細胞中染色體數(shù)目減半。 (2)圖中③是脫分化，在培養(yǎng)基中除需加入無機營養(yǎng)成分外，還需要加入有機營養(yǎng)成分和植物激素等，形成的愈傷組織細胞是高度液泡化、無定形狀態(tài)的薄壁細胞。 (3)圖中④是再分化，從實質(zhì)上看是基因選擇性表達的結(jié)果。,答案：(1)減數(shù)分裂 染色體復制一次，細胞分裂兩次，子細胞中染色體數(shù)目是親代細胞中的一半 (2)有機營養(yǎng)成分 植物激素 排列疏松、高度液泡化、細胞壁薄 (3)基因在特定的時間和空間條件下選擇性表達的結(jié)果,【互動探究】 (1)題2中過程需要無菌操作的有哪些？ 提示：③④。③④屬于組織培養(yǎng)過程，整個過程都需要無菌操作。 (2)題2中單倍體性細胞和二倍體體細胞經(jīng)過③④都能形成胚狀體，最終發(fā)育為完整植株，說明了什么？ 提示：說明生殖細胞和體細胞都具有該植物的全套遺傳物質(zhì)，即細胞具有全能性。,三、植物體細胞雜交 1.原理： (1)植物體細胞雜交實現(xiàn)的基礎(chǔ)：細胞膜的流動性。 (2)植物組織培養(yǎng)的基礎(chǔ)：植物細胞的全能性。,2.操作過程：,3.雜種植株遺傳物質(zhì)的變化： 細胞融合屬于染色體變異，雜種植株的染色體數(shù)通常是兩親本細胞染色體數(shù)目之和；染色體組數(shù)通常也是兩親本細胞染色體組數(shù)目之和，形成異源多倍體。 4.通過植物體細胞雜交產(chǎn)生新個體的生殖方式： 整個過程包括細胞融合和組織培養(yǎng)兩個過程，所以其生殖方式屬于無性生殖。,5.植物體細胞雜交育種的優(yōu)點和局限性： (1)優(yōu)點：克服遠緣雜交不親和的障礙。 (2)局限性：目前仍有許多理論和技術(shù)問題未解決，還不能讓雜種植物按照人們的需求表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀。,【易錯提醒】 (1)細胞融合完成的標志是新細胞壁的形成，而植物體細胞雜交完成的標志是培育出雜種植株，而不是形成雜種細胞。 (2)植物體細胞雜交育種的過程不僅包括不同植物細胞的融合，還包括組織培養(yǎng)的過程。 (3)誘導體細胞融合后還需要有一個篩選雜種細胞(A與B融合形成的雜種細胞)的過程。,1.要想通過體細胞雜交技術(shù)獲得雜種植株，下列步驟中正確的是( ) A.獲得原生質(zhì)體→誘導原生質(zhì)體融合→再生細胞壁→組織培養(yǎng)→雜種植株 B.獲得原生質(zhì)體→原生質(zhì)體自然融合→再生細胞壁→組織培養(yǎng)→雜種植株 C.病毒誘導原生質(zhì)體融合→組織培養(yǎng)→雜種植株 D.獲得原生質(zhì)體→脫分化→再分化→雜種植株,【解析】選A。植物體細胞雜交技術(shù)首先要獲得不同生物的體細胞，用纖維素酶、果膠酶除去細胞壁得到原生質(zhì)體，再通過物理或化學方法誘導原生質(zhì)體融合，成為雜種細胞，再經(jīng)組織培養(yǎng)形成雜種植株。,2.以下為植物體細胞雜交技術(shù)流程圖，其中甲和乙分別表示兩種二倍體植物細胞，所含有的染色體組分別是AA和BB。據(jù)圖分析回答：,(1)①過程是 ，所用物質(zhì)為 。 (2)將若干a和b等量混合后轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)基上培養(yǎng)，再經(jīng)過②和③，c的細胞類型有 (不考慮三個或三個以上的細胞融合)。 (3)在采用化學法進行過程②時，一般是用 作為誘導劑。 (4)植物體細胞雜交與自然狀況下的生殖細胞雜交相比，前者的主要意義是 。 (5)上述培育新植株的方法所包括的技術(shù)手段有 。,【解題關(guān)鍵】解答本題應(yīng)注意以下幾點： (1)明確植物體細胞雜交的基本過程。 (2)明確獲得的雜種植株中染色體組成情況。 (3)理解植物體細胞雜交的意義。,【解析】(1)①是去除植物細胞壁的過程，所用的物質(zhì)為纖維素酶和果膠酶。 (2)將若干a和b等量混合后轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)基上培養(yǎng)，經(jīng)過細胞融合，c的細胞類型包括沒有融合的細胞、相同細胞的融合和不同細胞的融合，即AA、BB、AAAA、BBBB、AABB。 (3)在采用化學法進行過程②時，一般是用聚乙二醇(PEG)作為誘導劑。,(4)植物體細胞雜交的主要意義是克服了不同生物間遠緣雜交不親和的障礙。 (5)植物體細胞雜交過程首先進行細胞融合，融合形成雜種細胞后再經(jīng)過組織培養(yǎng)技術(shù)形成雜種植株。,答案：(1)去除細胞壁 纖維素酶和果膠酶 (2)AA、BB、AAAA、BBBB、AABB (3)聚乙二醇(PEG) (4)克服了不同生物間遠緣雜交不親和的障礙 (5)細胞融合、植物組織培養(yǎng),【方法規(guī)律】區(qū)分植物組織培養(yǎng)和植物體細胞雜交的兩種方法 (1)看后代。 ①植物組織培養(yǎng)是利用單一親本的組織或細胞，經(jīng)培養(yǎng)使之增殖、分化成為一個完整植株，為無性生殖過程，因此其后代一般均能保持該親本的遺傳特性。 ②植物體細胞雜交的本質(zhì)是將兩種不同來源的原生質(zhì)體，在人為條件下進行誘導融合。由于植物細胞具有全能性，融合之后的雜種細胞可以再生出具有雙親性狀的雜種植株。,(2)看關(guān)系：雜種細胞需經(jīng)植物組織培養(yǎng)才能發(fā)育為具有雙親遺傳特性的雜種植株，否則將無任何意義，因此，植物組織培養(yǎng)是植物體細胞雜交的基礎(chǔ)。,