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第4课时 植物的克隆,第二章 克隆技术,选修3 现代 生物技术专题,一、植物细胞全能性和植物组织培养,三、原生质体培养与植物细胞工程,二、细胞培养和器官培养,达标检测,内容索引,一、植物细胞全能性和植物组织培养,1.植物细胞的全能性 (1)概念：植物体的 都具有遗传上的全能性，因而都具有发育成 的潜能。 (2)全能性的体现 植物体的每个生活细胞，即使是已经高度成熟和分化的细胞，都保持了恢复到 的能力，都具有遗传上的全能性。 由于不同种类植物或同种植物的不同基因型个体之间 的差异， 的表达程度大不相同。 植物细胞的全能性更容易体现，植物的组织培养比动物更方便。,新知导学,每个生活细胞,完整植株,分生状态,遗传性,细胞全能性,(3)全能性下降的原因 在长期培养中，培养物的胚胎发生和器官形成能力下降的可能原因有 、 等，而且其结果是不可逆的。 细胞或组织中 被打破，或细胞对外源生长物质的 发生改变。 随着时间推移，由于其他各种原因产生了缺乏 的细胞系。,染色体畸变,细胞核变异或非整倍体产生,激素平衡,敏感性,成胚性,2.植物组织培养 (1)理论基础： 。 (2)一般程序：配制 培养基获取 的植物组织块组织培养，获得 (创伤组织)以 的营养物质和 诱导愈伤组织，直到再生出新植株。 (3)愈伤组织：在创伤表面形成一种由相对没有分化的活的 组成的 。,植物细胞全能性,半固体,消毒,愈伤组织,生长调节剂,薄壁细胞团,适当配比,新生组织,(4)胚性细胞的特征：将含有愈伤组织培养物的试管放在 上，通过 培养可以分散成 。这种单细胞 、 小而 大。 (5)用 和 水解细胞壁，可以获得分离的植物细胞原生质体，用适当方法培养原生质体，也可以获得新植株。,摇床,液体悬浮,单细胞,细胞质丰富,液泡,细胞核,纤维素酶,果胶酶,细胞全能性大小的分析 (1)体细胞全能性与细胞分化程度：分化程度低的分化程度高的。 (2)体细胞全能性与细胞分裂能力：分裂能力强的分裂能力弱的。 (3)不同类型细胞的全能性：受精卵生殖细胞体细胞。 (4)不同生物细胞的全能性：植物细胞动物细胞。,探究1实例分析 1.分析实例是否体现了细胞的全能性并给出原因。 (1)植物花药离体培养获得植株。,互动探究,答案 是。花药离体培养获得单倍体植株，体现了花药细胞的全能性。,(2)利用植物细胞培养技术生产紫草素。,答案 否。发育成完整生物个体才能体现细胞的全能性，而生产紫草素只是将紫草细胞培养成愈伤组织。,答案,(3)紫色糯性玉米种子培育成植株。,答案 否。种子的胚已是新植物的幼体，发育成完整植株的过程，相当于植物长大。,2.配子(卵和精子)中染色体数比正常体细胞减少了一半，配子是否还有全能性？为什么？,答案 有。因为体细胞中染色体成对存在，配子染色体数虽减半，但仍含有完整的染色体组，具有控制生物性状的全部基因。,答案,探究2实验探究 烟草植株的植物组织培养如图所示。完善图示内容，思考回答相关问题：,烟草根,细胞,愈,伤组织,悬浮,培养,单细胞,幼胚,1.理论基础植物细胞的全能性 物质基础：生物体的体细胞通过有丝分裂形成的子细胞与母细胞(受精卵) 相同，即生物体的每一个细胞都含有_ 。 2.操作程序 (1)半固体培养基的配制：配制含有适当 、 的含0.7%1%琼脂的培养基，倒在 试管中凝固成 。 (2)小组织块(即外植体)的切取：从 的根、茎或叶上切取。,核内的基因,本物种所特有的全套遗,传物质,营养物质,植物生长调节剂,灭菌,半固体,消毒,(3)愈伤组织的获得：植物组织块切口处的细胞在创伤的刺激下发生_ 成为 的细胞。在创伤表面形成一种由相对没有分化的活的_ 组成的新生组织，即为愈伤组织。 (4)新植株的再生 诱导愈伤组织：通过调节 和 的适当配比，使其产生出芽和根的 ，并由此再生出新的植株。 将含有愈伤组织培养物的试管放在摇床上，通过 培养分散成单细胞，再在适宜的培养基上培养发育成 ，进而发育成新的植株。,脱分,化,分裂,薄壁细,胞团,营养物质,生长调节剂,顶端分生组织,液体悬浮,胚状体,3.愈伤组织的脱分化(去分化)、再分化 (1)高度分化的植物器官、组织或细胞产生 的过程，称为植物细胞的脱分化，或者叫做去分化。 (2)脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以_ ，这个过程叫做再分化。,愈伤组织,重新分化成根或芽等器,官,4.在植物组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？,答案 避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。,5.若培养物取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，愈伤组织中是否会含有叶绿体？,答案 培养物经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞，故愈伤组织中不会含有叶绿体。,答案,6.植物组织培养中的脱分化阶段，培养的组织细胞是自养型还是异养型？为什么？,答案 脱分化过程中细胞营异养生活。因为此时细胞没有叶绿体，并且一般要避光培养，无法进行光合作用。,答案,例1 下列关于植物组织培养技术的叙述中，错误的是 A.培养基中添加营养物质的目的是提供营养和调节渗透压 B.培养基中的植物生长调节剂影响愈伤组织的生长和分化 C.离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织 D.同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因型相同,答案,解析,解析 植物组织培养技术既可对植物体细胞进行组织培养，也可对生殖细胞进行组织培养。假设某植株的基因型为Aa，取其根尖细胞离体培养形成的新植株基因型仍为Aa；若取该植株花药细胞离体培养，形成的新植株基因型为A或a。,例2 (2017浙江莆田一中月考)下列关于植物细胞全能性的描述错误的是 A.植物细胞的全能性比动物细胞更容易表达 B.不同种类的植物之间细胞全能性的表达程度不相同 C.同种植物的不同基因型个体之间细胞全能性的表达程度相同 D.某些植物的再生植株，多次继代培养后会丧失细胞全能性的表达能力,答案,解析,解析 高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的潜能，植物细胞的全能性比动物细胞更容易表达，A正确； 植物种类不同，全能性的表达程度不同，B正确； 同种植物不同基因型的个体之间，细胞全能性的表达程度也不相同，C错误； 小麦、玉米和水稻等作物的一些品种或品系的培养细胞所诱导出的再生植株，在多次继代培养后，会丧失细胞全能性的表达能力，D正确。,植物细胞全能性表达的条件及下降原因,(1)表达条件,离体状态(必要)，无菌操作(防止杂菌的污染)； 有一定的营养物质； 植物生长调节剂； 一定的外界环境条件(温度、酸碱度、光照的控制等,(2),遗传物质变化,下降原因,染色体畸变 细胞核变异 非整倍体产生,生长发育条件变化,激素平衡被打破 对外源生长物质敏感性发生改变 其他原因产生了缺乏成胚性的细胞系,二、细胞培养和器官培养,1.过程：单个植物细胞经过培养基中成分的诱导，依次发育成细胞团、 、心形胚和 ，最后再生出完整的植株。 2.方法或措施：主要通过平衡的 进行调控。 (1)适量的 和 配比，可诱导芽的分化。 (2)适量的 及适当减除其他某些激素，可诱导生根。,新知导学,球形胚,胚状体,植物激素配比,激动素,吲哚乙酸,细胞分裂素,3.意义 (1)可以在实验室、试管等器皿中进行植物的 过程和自受精卵进行的植物 过程，以及调节控制这些过程的环境因素、遗传基础和分子及生理生化机理研究。 (2)可以进行遗传工程的操作，完成与植物生长发育有关的 或 的研究。 (3)可以方便地通过实验手段培育 。,受精,胚胎发育,重要基因,影响因素,植物新品种,例3 下列关于植物细胞工程的有关叙述，正确的是 A.植物组织培养过程中，培养物的胚胎发生和器官形成能力下降的可能原 因有染色体畸变、细胞核变异或非整倍体产生等，但其结果是可逆的 B.处于适当液体培养条件的单个植物细胞，经过培养基中成分的诱导，可 发生类似受精卵发育成胚的过程，即从单细胞依次到细胞团、心形胚、 球形胚和胚状体，最后再生出完整植株 C.植物组织培养中培养物缺乏成胚性细胞系的原因可能是细胞或组织中激 素平衡被破坏，或细胞对外源生长物质的敏感性发生改变 D.植物器官培养方面，器官发生和形态建成主要是通过平衡的植物激素配 比进行调控，适量的生长素和细胞分裂素配比可以诱导根的分化,答案,解析,解析 植物组织培养过程中，培养物的胚胎发生和器官形成能力下降的原因可能是染色体畸变、细胞核变异或非整倍体产生等，而且其结果是不可逆的，也可能是细胞或组织中激素平衡被破坏，或细胞对外源生长物质的敏感性发生改变，A错误，C正确； 处于适当液体培养条件的单个植物细胞，经过培养基中成分的诱导，可发生类似受精卵发育成胚的过程，即从单细胞依次到细胞团、球形胚、心形胚和胚状体，最后再生出完整植株，B错误； 植物器官培养方面，器官发生和形态建成主要是通过平衡的植物激素配比进行调控的，例如，适量的生长素和细胞分裂素配比可以诱导芽的分化，适量的生长素(吲哚乙酸)及适当减除其他某些激素可诱导生根，D错误。,A.从愈伤组织中分散得到的单细胞细胞质丰富、液泡大且核也大 B.将愈伤组织培养成植株还是特定细胞系要通过平衡生长调节剂的配比 进行调控 C.在选择红豆杉时除了要考虑其优良性状外还需考虑细胞全能性的表达 能力 D.通过培养特定细胞系，可以实现对重要次生代谢产物的工业化生产,例4 (2018淳安中学检测)从红豆杉的树皮和树叶中提炼出来的紫杉醇属于植物的次生代谢产物，它对多种晚期癌症疗效突出。下列有关紫杉醇获取途径的叙述错误的是,答案,解析,解析 从愈伤组织中分散得到的单细胞属于胚性细胞，特点是细胞核大、细胞质丰富、液泡小，A错误； 将愈伤组织培养成植株还是特定细胞系需要调节培养物中激素配比，B正确； 选择细胞进行培养，为增加成功概率需考虑其全能性表达能力，C正确； 紫杉醇是细胞次生代谢产物，通过特定细胞系的培养，可实现工业化生产，D正确。,植物细胞培养的过程,大规模植物细胞培养 液体培养基 细胞筛选 次生代谢产物含量高，生长迅速 单细胞无性繁殖系 扩大培养 大量植物细胞 分离有用物质,三、原生质体培养与植物细胞工程,1.植物原生质体的获得方法 在0.50.6 mol/L的 溶液环境(较高渗透压)下用 和_ 混合液处理根尖、叶片、愈伤组织或悬浮培养细胞，除去 ，获得球形的原生质体。,新知导学,甘露醇,纤维素酶,果胶酶,细胞壁,2.植物细胞工程的操作过程,基因工程,转基因,3.多途径的植物克隆实践 (1)将外源遗传物质(DNA)导入 ，可以培育出抗逆、高产及优质的转基因植株。 (2)植物细胞培养的其他多种研究和应用广泛开展。,宿主细胞,获得重要次生代谢产物(如某些中药)需要将外植体培养到哪个阶段？,答案 应让外植体经脱分化形成愈伤组织，培养特定细胞系。,思考,答案,(1)获取原生质体时，加入高浓度高渗甘露醇溶液的作用是防止原生质体吸水胀破。 (2)获得次生代谢产物时，一般将细胞培养至愈伤组织阶段即可，因此不涉及再分化过程。 (3)原生质体培养成功的表现是细胞壁再生。,A.过程需在适宜条件下用纤维素酶和果胶酶处理 B.过程能定向改变原生质体的遗传特性 C.过程需要通过液体悬浮培养 D.过程需用适宜浓度的生长调节剂处理,例5 (2017浙江绍兴高二质检)如图表示利用植物细胞工程对棉花进行改良的过程，据图分析错误的是,答案,解析,解析 过程需在适宜条件下用纤维素酶和果胶酶处理去掉细胞壁，获得原生质体，A正确； 过程为转基因技术，能定向改变原生质体的遗传特性，B正确； 过程需要在固体培养基上培养，C错误； 过程需用适宜浓度的生长调节剂处理，促进根、芽的发育，D正确。,植物组织培养会涉及固体培养基和液体培养基。获取愈伤组织都是在固体培养基上进行的，而获取胚性细胞，需将原生质体进行液体悬浮培养(液体培养基)。,例6 (2016浙江10月选考节选)某小组欲进行烟草原生质体分离与培养的研究。请回答： (1)原生质体的分离：在无菌条件下，取烟草无菌苗的叶片，放入含有0.5 mol/L甘露醇(维持较高渗透压)的_混合液处理，经过离心纯化后获得原生质体。,答案,解析,纤维素酶和果胶酶,解析 去除植物细胞壁，获得植物细胞的原生质体，常用的方法是利用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞。,(2)原生质体的培养：将原生质体进行培养，重新长出细胞壁，形成胚性细胞。此时，应该_培养基中甘露醇浓度，以利于胚性细胞继续培养形成细胞团，然后经两条途径形成再生植株。途径一：细胞团经球形胚、_和胚状体，最后发育成植株。途径二：细胞团增殖为愈伤组织，然后在发芽培养基上诱导出芽，切割芽经过生根后形成完整植株。上述发芽培养基中含量相对较高的激素是_。胚性细胞的主要特点是_(A.液泡小、细胞核小 B.液泡大、细胞核大 C.液泡大、细胞核小 D.液泡小、细胞核大)。,答案,解析,降低,心形胚,细胞分裂素,D,解析 在获取原生质体时甘露醇是作为维持细胞膜内外渗透压平衡的稳定剂使用的。其具体作用是提高渗透压，防止水分渗入细胞内部，造成细胞破裂。在原生质体形成新细胞壁后，细胞壁有支持与保护作用，所以要降低甘露醇的浓度；由细胞团形成再生植株，途经：从胚性细胞细胞团球形胚心形胚胚状体，然后再生出完整的小植株；为快速诱导芽的分化，培养基中往往添加细胞分裂素；胚性细胞的特点是液泡小、细胞核大。,(3)为了对烟草的某些性状进行改良，分离得到两种烟草的原生质体后，通过_方法将它们的遗传物质组合在一起，经培养获得具有新性状的再生植株。提取再生植株的DNA，采用_扩增相关基因，来鉴定遗传物质是否成功重组。,答案,解析,原生质体融合,PCR,解析 植物细胞工程中，利用原生质体融合的方法获得杂种细胞；体外扩增DNA技术常用的是PCR技术。,植物细胞培养、器官培养和原生质体培养的关系,全能性,愈伤组织,胚状体,学习小结,达标检测,解析 卵细胞是高度分化的细胞，受精卵是未分化的细胞，受精卵在自然条件下能形成完整个体，全能性最高，A错误，C正确； 高度分化的植物体细胞也具有全能性，B正确； 植物细胞在一定条件下经过植物组织培养技术得到再生植株，是细胞全能性的表现，D正确。,1.下列有关细胞全能性的叙述，不正确的是 A.卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高 B.大量的科学事实证明，高度分化的植物体细胞仍具有全能性 C.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高 D.通过植物组织培养得到的试管苗，是植物细胞在一定条件下表现全能 性的结果,答案,解析,1,2,3,4,5,2.植物细胞培养是在植物组织培养技术的基础上发展起来的，下列有关植物细胞培养的叙述，不正确的是 A.植物细胞培养技术的目的是为了获得大量有生理活性的次级代谢产物 B.植物细胞培养技术快速、高效，不受季节、外部环境等条件的限制 C.利用生物反应器悬浮培养人参细胞，提取人参皂甙，用于生产保健药 品和美容护肤用品 D.植物细胞培养需要在一定的温度、pH等条件下进行，但不需要进行无 菌操作,答案,解析,1,2,3,4,5,解析 植物细胞培养和植物组织培养一样，整个培养过程必须在无菌条件下进行，否则培养基内将长出许多杂菌与离体细胞争夺营养与生存空间，影响细胞增殖和细胞次级代谢产物的获得。A项所述为植物细胞培养的目的，B项为植物细胞培养的特点，C项为植物细胞培养的应用。,1,2,3,4,5,3.(2018浙江名校协作体联考)植物组织培养基中肯定没有下列哪种物质 A.血清 B.生长素 C.无机盐 D.蔗糖,解析 植物组织培养基中通常含有植物激素(如生长素、细胞分裂素等)、无机盐(维持渗透压)、蔗糖(提供能量)等，不含有血清。,答案,解析,1,2,3,4,5,4.(2017舟山中学期中)下列有关高等植物原生质体制备和培养的叙述，正确的是 A.纤维素酶和果胶酶混合液可用于制备悬浮培养细胞的原生质体 B.加入0.6 mol/L甘露醇的目的是保护纤维素酶和果胶酶 C.从不同植物组织分离得到的原生质体大小、形状相同 D.所有植物的愈伤组织经原生质体培养均可得到再生植株,答案,解析,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,解析 植物细胞壁由纤维素和果胶构成，因此可以采用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，获得原生质体，A正确； 加入0.6 mol/L甘露醇的目的是防止原生质体吸水胀破，B错误； 不同植物组织分离得到的原生质体大小、形状存在差异，C错误； 不同植株或基因型个体，细胞全能性存在差异，愈伤组织经原生质体培养不一定能得到再生植株，D错误。,解析 不同植株，全能性存在差异，即使同种植株，基因型不同个体之间全能性也存在差异。,(1)外植体a、b、c来自同种植株，植株A、B、C中的细胞，全能性表达程度_(填“相同”或“可能不同”)。,5.(2017金华一中期末)下图中的代表通过植物组织培养技术培育新植株的三条途径，请回答：,1,2,3,4,5,答案,解析,可能不同,解析 分析题图可知，途径和均借助了摇床，即进行液体悬浮培养，获得单细胞，因此该途径所用培养基为液体培养基。同时途径和均涉及愈伤组织的获得，需利用固体培养基(或半固体培养基)。,(2)途径和需要用到_和_(填培养基的物理性质)培养基两种。,1,2,3,4,5,答案,解析,液体培养基,固体(或半固体),解析 植物克隆工程中，去除植物细胞的细胞壁，获得原生质体，一般在高浓度甘露醇溶液中进行，使用高浓度甘露醇的目的是维持渗透压，防止原生质体吸水胀破。原生质体的培养成功，标志着植物细胞工程的进步。,(3)外植体c脱去细胞壁过程中需要加入适宜浓度的_(A.甘露醇 B.盐酸 C.蒸馏水 D.氯化钠)以保持一定的渗透压。原生质体培养成功标志着_技术又向前迈进了一步。,1,2,3,4,5,答案,解析,A,植物细胞工程,(4)通过大量培养特定细胞系，可以实现能产生重要_(如某些中药)的细胞的大量克隆和产物的工业化生产。,1,2,3,4,5,答案,解析,解析 通过培养大量特定细胞系，可以实现能产生重要次生代谢产物(如某些中药)的细胞的大量克隆和产物的工业化生产。,次生代谢产物,
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