高中生物 專題二 細胞工程 2.1.1 植物細胞工程的基本技術課件 新人教版選修3.ppt

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2.1 植物細胞工程 2.1.1 植物細胞工程的基本技術,目標導航 1.以胡蘿卜的組織培養(yǎng)為例，簡述植物組織培養(yǎng)技術的原理和過程。 2.結合教材圖2－5，描述植物體細胞雜交技術的原理和過程。,預習導學 挑戰(zhàn)自我，點點落實,一、細胞工程和細胞的全能性(閱讀P32－34),1.細胞工程的含義,細胞,分子,細胞,細胞器,遺傳物質,細胞產(chǎn)品,動物,植物,2.細胞的全能性 (1)定義：具有某種生物 的任何一個細胞，都具有發(fā)育成 的潛能。 (2)植物細胞全能性實現(xiàn)的條件： 、提供適宜的 條件和 激素。 (3)影響全能性表達的原因：在特定的時間和空間條件下，細胞中的基因會有 地表達出各種蛋白質，從而構成生物體的不同組織和器官。,全部遺傳信息,完整生物體,離體,營養(yǎng),選擇性,二、植物組織培養(yǎng)(閱讀P34－36),1.理論基礎： 。 2.前提： 的植物器官、組織、細胞。 3.條件： 和人工控制條件下、人工配制的培養(yǎng)基上、適宜的 條件。 4.結果：誘導產(chǎn)生 ，最終形成完整植株。,植物細胞的全能性,離體,無菌,營養(yǎng),愈傷組織、叢芽,5.胡蘿卜的組織培養(yǎng)過程,形成層,愈傷,組織,避光,分化,三、植物體細胞雜交技術(閱讀P36－37),1.概念：將不同種的植物體細胞，在一定條件下融合成 ，并把雜種細胞培育成新的 的技術。 2.過程,雜種細胞,植物體,原生質體,細胞壁,雜種,愈傷,(1)去壁：用 去除植物細胞壁，獲得原生質體。 (2)誘導原生質體融合的方法 ①物理法： 等。 ②化學法：用 誘導。 3.意義：克服了 的障礙。,纖維素酶和果膠酶,離心、振動、電激,聚乙二醇(PEG),遠緣雜交不親和,預習診斷,判斷正誤： (1)細胞工程是通過分子水平上的操作，按照人的意愿來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合科學技術。( ) (2)在理論上，生物的每個細胞都具有發(fā)育成完整植株的潛力。( ) (3)細胞全能性的大小依次是：受精卵生殖細胞體細胞。( ) (4)植物的種子能發(fā)育成完整的植株，體現(xiàn)了細胞的全能性。( ),,√,√,,(5)植物組織培養(yǎng)的理論基礎是基因的選擇性表達。( ) (6)離體的植物組織在一定的培養(yǎng)條件下分化出根和芽的過程屬于脫分化。( ) (7)植物體細胞雜交的理論基礎是細胞膜的流動性和細胞的全能性。( ) (8)人工誘導原生質體融合的方法有物理法(離心、振動、電激等)和化學法(聚乙二醇處理)。( ),,,√,√,一、植物組織培養(yǎng)技術,課堂講義 重點難點，個個擊破,1.植物細胞的全能性 (1)原因：分化的體細胞(或細胞核)具有本物種個體發(fā)育所需要的全部基因。 (2)體現(xiàn)：在適合條件(如離體狀態(tài)等)下，有些分化的細胞能恢復分裂、重新分化并發(fā)育成完整的新個體。,(3)全能性大小比較：①受精卵(全能性最高)＞卵細胞(也具有較高的潛在全能性)＞體細胞(全能性較低)。 ②未分化或分化程度低的細胞＞分化程度高的體細胞。 ③植物細胞＞動物細胞；增殖的細胞＞不增殖的細胞。 ④隨著細胞分化程度的不斷提高，細胞的全能性逐漸減小。,2.植物組織培養(yǎng)的過程,3.植物組織培養(yǎng)的影響因素 (1)滅菌：①所有的實驗用具嚴格滅菌。②接種過程嚴格的無菌操作。 (2)嚴格控制光照：在愈傷組織的誘導階段往往要暗培養(yǎng)，而在分化再生的階段一定要有光照。因為愈傷組織誘導階段的暗培養(yǎng)有利于細胞的脫分化，產(chǎn)生愈傷組織，若有光照則容易分化產(chǎn)生維管組織，不利于產(chǎn)生大量的愈傷組織。 (3)植物激素在植物組織培養(yǎng)中的應用,1.請比較基因工程和細胞工程的概念，總結二者的不同。 答案 (1)操作水平：基因工程是分子水平的操作，細胞工程是細胞水平或細胞器水平的操作。 (2)目的：基因工程的目的是創(chuàng)造出符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品，細胞工程的目的是按照人的意愿來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產(chǎn)品。,思維激活,2.理論上每種活細胞都具有全能性，請分析細胞具有全能性的原因。 答案 活細胞都具有發(fā)育成該物種個體所需的全套遺傳物質。 3.為什么在生物的生長發(fā)育過程中，細胞并不會表現(xiàn)出全能性？ 答案 在特定的時間和空間條件下，細胞內的基因進行選擇性表達。,4.結合胡蘿卜的組織培養(yǎng)實驗，思考下列問題： (1)在植物組織培養(yǎng)過程中，為什么要進行一系列的消毒、滅菌，并且要求無菌操作？ 答案 避免雜菌在上面迅速生長消耗營養(yǎng)，且有些雜菌會危害培養(yǎng)物的生長。 (2)為什么切取胡蘿卜根的形成層？其他部分也能培養(yǎng)成小植株嗎？ 答案 胡蘿卜根的形成層容易誘導形成愈傷組織，其他部分如葉、花也能培養(yǎng)成小植株，只是稍微困難些。,(3)誘導愈傷組織的過程中是否都應避光培養(yǎng)？ 答案 不一定。用不同植物或同一植物不同部位的組織細胞，誘導出愈傷組織所需的條件不一定相同。 (4)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？ 答案 培養(yǎng)物經(jīng)過誘導后，失去其特有的結構和功能而轉變成未分化細胞，愈傷組織中不含有葉綠體。,應用示例,1.下圖表示四倍體蘭花葉片通過植物組織培養(yǎng)形成植株的過程，相關敘述中正確的是( ),A．②和③階段會發(fā)生減數(shù)分裂 B．①階段需生長素而③階段需細胞分裂素 C．①階段有細胞增殖但無細胞分化 D．此蘭花的花藥離體培養(yǎng)所得植株為二倍體,問題導析 (1)圖中①是 ，②、③是 。②和③階段會發(fā)生有絲分裂。 (2)①階段和③階段都需 ，只是二者比例不同。 (3)此蘭花的花藥離體培養(yǎng)所得植株為 。 答案 C,脫分化,再分化,生長素和細胞分裂素,單倍體,一題多變 判斷正誤： (1)植物體的細胞發(fā)育成完整個體才體現(xiàn)了全能性。( ) (2)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。( ) (3)植物體內某些體細胞沒有表現(xiàn)出全能性，其原因是所含基因不同。( ) (4)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。( ),,√,,√,二、植物體細胞雜交技術,1．植物體細胞雜交有關知識點,2.植物體細胞雜交過程中的注意事項 (1)原生質體融合的原理是細胞膜具有流動性。 (2)植物細胞融合完成的標志是雜種細胞再生出細胞壁。 (3)與傳統(tǒng)有性雜交相比，其優(yōu)越性的表現(xiàn) ①克服植物遠緣雜交不親合的障礙，打破了物種之間的生殖隔離。②擴大遺傳重組的范圍。,(4)體細胞雜交即兩個細胞融合成一個細胞，不管染色體、基因組還是染色體組都采用直接相加的方法。若一植物細胞含有2x條染色體，2個染色體組，基因型為Aabb，另一植物細胞含有2y條染色體，2個染色體組，基因型為ccDd，則新植株應為異源四倍體，其體細胞中染色體為(2x＋2y)條，4個染色體組，基因型為AabbccDd。,思維激活,1.去除植物細胞壁為什么要用纖維素酶和果膠酶？ 答案 因為植物細胞壁的化學成分主要是纖維素和果膠；酶具有專一性，纖維素酶和果膠酶能夠催化分解細胞壁，而對細胞膜沒有破壞作用。 2.體細胞融合成功后培養(yǎng)基中共有5種細胞類型(A、B、 、 、 )，其中融合細胞類型有 種，而真正符合要求的是 ，因此要對融合細胞進行篩選。,AA,BB,AB,3,AB,3.植物體細胞雜交技術屬于無性生殖還是有性生殖？屬于哪種變異類型？為什么說雜種植株具有兩個親本的遺傳性狀？ 答案 植物體細胞雜交技術沒有生殖細胞的形成和結合，應屬于無性生殖；變異類型應是染色體數(shù)目的變異；由于含有兩個親本的遺傳物質，因此具有兩個親本的遺傳性狀。,4.培育新品種的過程中，遺傳物質的傳遞是否遵循孟德爾的遺傳定律？為什么？ 答案 不遵循。只有在有性生殖進行減數(shù)分裂過程中才符合遺傳定律，而體細胞雜交沒有此過程。,5.回答下列關于植物體細胞雜交產(chǎn)生的“白菜—甘藍”的相關問題： (1)用傳統(tǒng)的方法可否產(chǎn)生？ 答案 不能，因為不同物種之間存在生殖隔離。 (2)“白菜—甘藍”為什么能表現(xiàn)出兩種植物的遺傳性狀？ 答案 體細胞雜交培育而成的“白菜—甘藍”具有兩個親本的遺傳物質，因此能表現(xiàn)出兩種植物的遺傳性狀。,(3)融合成的雜種細胞內染色體組成有何特點？ 答案 植物體細胞雜交后，染色體組數(shù)是兩個物種的總和，形成異源多倍體。因為細胞內每條染色體仍然有其同源染色體，因此從理論上講均是可育的，但育性會降低。,6.區(qū)分植物組織培養(yǎng)與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 生殖過程，因此其后代一般均能保持 。 ②植物體細胞雜交的本質是將 ，在人為條件下進行 。由于植物細胞具有全能性，融合之后的 可以再生出具有雙親性狀的 。,無性,該親本的遺傳特性,兩種不同來源的原生質體,誘導融合,雜種細胞,雜種植株,(2)看關系：雜種細胞需經(jīng)植物組織培養(yǎng)才能發(fā)育為 ，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 。,具有雙,親遺傳特性的雜種植株,基礎,應用示例,2.利用體細胞雜交技術獲得了“番茄—馬鈴薯”雜種植株，實驗過程如圖所示，遺憾的是該雜種植株并非是想象中的地上長番茄、地下結馬鈴薯的“超級作物”。,(1)材料中所用到的植物體細胞雜交技術應用到原生質體融合和______________技術，該技術的理論基礎是__________________。 (2)圖中①步驟所示植物細胞用__________________除去細胞壁，分離出有活力的原生質體。 (3)圖中②過程細胞兩兩融合時，可出現(xiàn)___種融合細胞，要促進雜種細胞分裂生長，培養(yǎng)基中應有__________和________兩類激素。,(4)由雜種細胞培育成試管苗，需要經(jīng)過細胞的④________和⑤________過程。其中⑤過程必須給予光照，其原因是________能利用光能制造有機物，供試管苗生長發(fā)育。 (5)利用馬鈴薯和番茄的______________得到單倍體植株，然后取單倍體植株細胞進行體細胞雜交，再用________處理之后也可得到可育的“番茄—馬鈴薯”雜種植株。,問題導析 (1)植物體細胞雜交要應用 技術才能得到雜種植株，其理論基礎是植物細胞的 。 (2)細胞壁的主要成分是 ，因此用 可以特異性地去除細胞壁。 (3)甲、乙兩種細胞融合時，可能會出現(xiàn)三種情況：甲、甲融合，乙、乙融合， 融合，其中 融合類型的細胞才是最終需要的雜種細胞；植物組織培養(yǎng)過程中需要的激素主要有兩種： 和 。,纖維素和果膠,全能性,植物組織培養(yǎng),纖維素酶和果,膠酶,甲、乙,甲、乙,生長素,細胞分裂素,(4)雜種細胞經(jīng) 過程形成完整植株，愈傷組織再分化成幼苗時需要光照合成葉綠素以進行光合作用。 (5)利用 得到的二倍體的單倍體植株一般不可育，需用 處理使染色體加倍才可育。,脫分化和再分化,花藥離體培養(yǎng),秋水仙素,答案 (1)植物組織培養(yǎng) 植物細胞的全能性 (2)纖維素酶和果膠酶 (3)3 細胞分裂素 生長素 (4)脫分化 再分化 葉綠體 (5)花藥離體培養(yǎng) 秋水仙素,一題多變 依據(jù)上圖判斷： (1)植物體細胞雜交的最大優(yōu)點是可以克服遠緣雜交不親和的障礙。( ) (2)雜種細胞經(jīng)過④和⑤過程可以培育成雜種植株說明雜種細胞具有全能性。( ) (3)盡管愈傷組織可以進行光合作用，但其培養(yǎng)基中仍需要糖類、氨基酸等有機營養(yǎng)。( ),√,,√,(4)若A的基因型為Rr，B的基因型為Yy，則最終形成的雜種植株的基因型為RrYy。( ) (5)雜種細胞形成的標志是雜種細胞再生出細胞壁，在此過程中活躍的細胞器是核糖體。( ),,√,,課堂 小結,植物細胞的全能型,脫分化、再分化,,對點練習,1,2,3,4,1.如圖為植物組織培養(yǎng)過程，有關說法不正確的是( ),A．B試管中細胞全能性最高 B．D試管中培育出的個體都是純合子 C．A→B的過程不需要光照 D．A→D的細胞分裂都是有絲分裂,1,2,3,4,解析 試管中的試管苗來源相同，都是通過植物組織培養(yǎng)培育而成的，植株的基因型相同，但不一定是純合子。 答案 B,2.下列有關植物細胞全能性的敘述，正確的是( ) A．植物體只有高度分化的體細胞才具有發(fā)育成完整個體的潛能 B．植物體內某些體細胞沒有表現(xiàn)出全能性，其原因是所含基因不同 C．植物細胞的全能性是植物體細胞雜交技術的理論基礎 D．高度分化的植物細胞隨時可能表現(xiàn)出全能性,1,2,3,4,解析 植物細胞的全能性是指高度分化的植物細胞仍然具有發(fā)育成完整植物體的潛能，實際上只要植物細胞含有本物種生長發(fā)育的全套基因就應具有全能性，如配子；植物體內所有體細胞均來源于同一受精卵的有絲分裂，遺傳物質應相同。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。 答案 C,1,2,3,4,3.植株甲是二倍體水稻，利用植株甲獲得了植株乙，而后利用植株甲和乙又獲得植株丙和丁。培養(yǎng)過程如圖所示。下列有關敘述正確的是( ),1,2,3,4,A．用秋水仙素處理植株甲的雌蕊柱頭可獲得植株乙 B．植株丙與植株丁的體細胞中染色體組的數(shù)目相同 C．植株丁的花藥離體培養(yǎng)可得到植株丙 D．獲得植株丙和植株丁的過程都屬于有性生殖,解析 用秋水仙素處理植株甲萌發(fā)的種子或幼苗可得到植株乙；圖示丙植株體細胞中染色體組數(shù)應為3，而丁植株體細胞中染色體組數(shù)應為6；獲得植株丙為有性生殖，獲得植株丁的過程為無性生殖。 答案 C,1,2,3,4,1,2,3,4,4.科學家利用細胞工程培育了“白菜—甘藍”雜種植株，如圖所示，請據(jù)圖回答下列問題。,(1)由D形成F過程所依據(jù)的原理是______________，從本質上講，“白菜—甘藍”雜種植株具有的性狀是________________的結果。 解析 D→F的過程說明細胞具有全能性，雜種植株具有的性狀是基因選擇性表達的結果。,細胞的全能性,基因選擇性表達,1,2,3,4,(2)若“白菜—甘藍”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。,解析 凡是由未受精的配子發(fā)育而成的個體都是單倍體。,單,1,2,3,4,(3)“白菜—甘藍”雜種植株的食用部分是葉，但葉又易受昆蟲危害而影響產(chǎn)量，科學家又利用基因工程培育出帶有抗蟲基因的“白菜—甘藍”植株，請你設計實驗，檢測此植株的抗蟲基因是否表達。 ①取昆蟲幼蟲放到帶有抗蟲基因的“白菜—甘藍”植株甲上，再取等量生活狀態(tài)基本一致的昆蟲幼蟲放在_______________植株乙上。,1,2,3,4,②適宜條件下培養(yǎng)一段時間后，分別觀察____________________的生活情況。 ③_______________________________________，說明甲植株的抗蟲基因未得到表達；若_____________________________，說明甲植株的抗蟲基因得到表達。,1,2,3,4,解析 應注意實驗設計的對照原則、等量原則及單一變量原則。 答案 ①長勢相似的普通“白菜—甘藍” ②昆蟲幼蟲 ③甲、乙植株上昆蟲幼蟲均正常生活 甲植株上昆蟲幼蟲死亡，乙植株上昆蟲幼蟲正常生活(②、③其他答案合理即可),