生物 第二章 克隆技术 第二节 植物的克隆 浙科版选修3

第二节植物的克隆第二节植物的克隆核心要点突破核心要点突破情景导引情景导引基础自主梳理基础自主梳理知能过关演练知能过关演练第二节第二节传统的黄瓜育种方法主要是通过杂交、自交和回传统的黄瓜育种方法主要是通过杂交、自交和回交等手段，培育出一个新品种大约需要交等手段，培育出一个新品种大约需要5至至8年时年时间，耗时、耗力，效率低、周期长。育种专家们间，耗时、耗力，效率低、周期长。育种专家们采用现代生物技术，通过黄瓜的未受精子房培养，采用现代生物技术，通过黄瓜的未受精子房培养，可获得遗传性状完全纯合的黄瓜株系。不仅大大可获得遗传性状完全纯合的黄瓜株系。不仅大大提高了种质材料创新的效率，而且使黄瓜新品种提高了种质材料创新的效率，而且使黄瓜新品种选育时间缩短了选育时间缩短了3至至4年。年。情景导引情景导引思考：思考：(1)采用什么方法或技术可以短时间获得采用什么方法或技术可以短时间获得大量的黄瓜？大量的黄瓜？(2)此种技术利用的原理是什么？此种技术利用的原理是什么？【提示】【提示】(1)植物组织的培养。植物组织的培养。(2)细胞的全能性。细胞的全能性。基础自主梳理基础自主梳理一、植物组织培养一、植物组织培养1理论基础理论基础植物细胞的全能性植物细胞的全能性(1)含义：植物体的每个生活细胞都具有含义：植物体的每个生活细胞都具有_的全能性，因而都具有的全能性，因而都具有_的潜能。的潜能。(2)特点特点不同种类植物或同种植物的不同基因型个体的不同种类植物或同种植物的不同基因型个体的细胞全能性的表达程度大不相同。细胞全能性的表达程度大不相同。长期培养中培养物胚胎发生和器官形成能力下长期培养中培养物胚胎发生和器官形成能力下降。降。遗传上遗传上发育为完整植株发育为完整植株2程序程序(1)半固体培养基的配制：培养基中含有适当半固体培养基的配制：培养基中含有适当_、_及及0.7%1%的琼脂；把营养物质倒入灭菌试管中凝固成半固体。的琼脂；把营养物质倒入灭菌试管中凝固成半固体。(2)小组织块的切取：从小组织块的切取：从_的根、茎、叶上切的根、茎、叶上切取。取。(3)愈伤组织的获得：植物组织块切口处的细胞在愈伤组织的获得：植物组织块切口处的细胞在创伤的刺激下发生脱分化，成为分裂的细胞。在创创伤的刺激下发生脱分化，成为分裂的细胞。在创伤 表 面 形 成 一 种 由 相 对 没 有 分 化 的 活 的伤 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。组成的新生组织，即为愈伤组织。(4)新植株的再生新植株的再生营养物质营养物质植物生长调节剂植物生长调节剂消毒消毒薄壁细胞团薄壁细胞团 诱 导 愈 伤 组 织 ， 使 其 产 生 出 芽 和 根 的诱 导 愈 伤 组 织 ， 使 其 产 生 出 芽 和 根 的_，并由此再生出新的植株。，并由此再生出新的植株。将愈伤组织分散成单个细胞，再在适宜培养基将愈伤组织分散成单个细胞，再在适宜培养基上培养发育成上培养发育成_，进而发育成新的植株。，进而发育成新的植株。3成功的条件成功的条件(1)深入探讨特定植物深入探讨特定植物_的表达条件。的表达条件。(2)在植物克隆试验研究中，尽量选择性状优良、在植物克隆试验研究中，尽量选择性状优良、细胞全能性表达充分的细胞全能性表达充分的_。顶端分生组织顶端分生组织胚状体胚状体细胞全能性细胞全能性基因型基因型思考感悟思考感悟1植物组织培养过程中，应如何操作才能成植物组织培养过程中，应如何操作才能成功？功？【提示】【提示】离体条件；无菌操作。离体条件；无菌操作。二、细胞培养和器官培养二、细胞培养和器官培养1措施：通过平衡的植物激素配比进行调控。措施：通过平衡的植物激素配比进行调控。(1)适量的激动素和细胞分裂素配比可诱导芽的分适量的激动素和细胞分裂素配比可诱导芽的分化。化。(2)适量的适量的_及适当减除其他某些激素，及适当减除其他某些激素，可诱导生根。可诱导生根。2意义意义(1)利于植物的利于植物的_、胚胎发育过程及调、胚胎发育过程及调节控制这些过程的环境因素、遗传基础和分子及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的研究。生理生化机理的研究。吲哚乙酸吲哚乙酸受精过程受精过程(2)通过遗传工程的操作，研究与植物生长发育有通过遗传工程的操作，研究与植物生长发育有关的重要基因或影响因素。关的重要基因或影响因素。(3)培育植物新品种。培育植物新品种。三、原生质体培养与植物细胞工程三、原生质体培养与植物细胞工程1原生质体的获得方法原生质体的获得方法在在0.50.6 mol/L的甘露醇溶液环境的甘露醇溶液环境(较高渗透压较高渗透压)下用下用_和和_混合液处理根尖、叶混合液处理根尖、叶片、愈伤组织或悬浮培养细胞，除去细胞壁。片、愈伤组织或悬浮培养细胞，除去细胞壁。纤维素酶纤维素酶果胶酶果胶酶培育作物新品种。培育作物新品种。为为_、_和和_问问题提供了良好的研究系统。题提供了良好的研究系统。细胞产物的工业化生产：生产一些重要的细胞次细胞产物的工业化生产：生产一些重要的细胞次生代谢产物生代谢产物(如某些中药如某些中药)。遗传学遗传学植物生理学植物生理学细胞生物学细胞生物学思考感悟思考感悟2利用紫草细胞经植物组织培养，一般到哪一利用紫草细胞经植物组织培养，一般到哪一阶段，便可大量生产提取中药紫草素？阶段，便可大量生产提取中药紫草素？【提示】【提示】愈伤组织阶级。愈伤组织阶级。核心要点突破核心要点突破细胞全能性及其表现条件细胞全能性及其表现条件1生物细胞的全能性生物细胞的全能性生物体细胞一般都是由受精卵经有丝分裂形成，生物体细胞一般都是由受精卵经有丝分裂形成，因而都含有生物一整套遗传物质，都具有发育成因而都含有生物一整套遗传物质，都具有发育成完整个体的潜能。但在生物体上时不能表现出全完整个体的潜能。但在生物体上时不能表现出全能性，只能通过细胞分化形成不同的组织、器官，能性，只能通过细胞分化形成不同的组织、器官，这是在特定的环境、激素等的影响下基因选择性这是在特定的环境、激素等的影响下基因选择性表达的结果。表达的结果。2细胞表现全能性的条件细胞表现全能性的条件(1)首要条件是脱离母体。首要条件是脱离母体。(2)植物组织培养时，培养基中除含有一定的水分、植物组织培养时，培养基中除含有一定的水分、无机盐外，还要添加一定的植物激素无机盐外，还要添加一定的植物激素(如生长素、如生长素、细胞分裂素细胞分裂素)，这有助于愈伤组织分化为不同组织、，这有助于愈伤组织分化为不同组织、器官。器官。(3)在植物组织培养的前期对光照无需求，在后期在植物组织培养的前期对光照无需求，在后期需要光照条件，这有利于细胞生长、分化。需要光照条件，这有利于细胞生长、分化。(4)动物细胞由于受到某些因素的制约，其全能性动物细胞由于受到某些因素的制约，其全能性不易表达，但其核仍具有全能性。不易表达，但其核仍具有全能性。3细胞全能性高低的比较细胞全能性高低的比较(1)植物细胞植物细胞动物细胞。动物细胞。(2)受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞(精子、卵子精子、卵子)体细胞。体细胞。(3)幼嫩细胞幼嫩细胞衰老的细胞。衰老的细胞。(4)分化程度低分化程度低分化程度高分化程度高(体细胞体细胞)。例例1 以下不能说明细胞全能性的实验是以下不能说明细胞全能性的实验是()A胡萝卜韧皮部细胞培育出植株胡萝卜韧皮部细胞培育出植株B紫色糯性玉米种子培育出植株紫色糯性玉米种子培育出植株C转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株D番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株【尝试解答】【尝试解答】_B_【解析】【解析】细胞的全能性应是离体的已分化的细胞的全能性应是离体的已分化的细胞在一定条件下培养，具有发育成完整个体细胞在一定条件下培养，具有发育成完整个体的潜能。玉米种子已经含有完整的幼体，自然的潜能。玉米种子已经含有完整的幼体，自然条件下种植即可发育成新个体，不能说明细胞条件下种植即可发育成新个体，不能说明细胞具有全能性。具有全能性。【探规寻律】【探规寻律】(1)只有由单个细胞发育成完整个只有由单个细胞发育成完整个体，才算是体现出了细胞的全能性，仅发育成一体，才算是体现出了细胞的全能性，仅发育成一部分，不能体现出全能性。例如，壁虎断尾之后，部分，不能体现出全能性。例如，壁虎断尾之后，仍可长出，就不是全能性的体现。仍可长出，就不是全能性的体现。(2)全能性降低的因素全能性降低的因素由于染色体畸变、细胞核变异或非整倍体产生；由于染色体畸变、细胞核变异或非整倍体产生；激素平衡被打破或细胞对外源生长物质的敏感激素平衡被打破或细胞对外源生长物质的敏感性发生改变；性发生改变；缺乏成胚性的细胞系。缺乏成胚性的细胞系。跟踪训练跟踪训练下列关于植物细胞全能性的叙述错误下列关于植物细胞全能性的叙述错误的是的是()A植物细胞表达全能性的根本原因是细胞核内含植物细胞表达全能性的根本原因是细胞核内含有本物种的全部基因有本物种的全部基因B植物细胞的全能性比动物细胞更容易体现植物细胞的全能性比动物细胞更容易体现C不同个体之间细胞全能性的表达程度不同不同个体之间细胞全能性的表达程度不同D培养物可无限制地长期克隆培养物可无限制地长期克隆解析：解析：选选D。在长期培养过程中，培养物由于染。在长期培养过程中，培养物由于染色体畸变、细胞核变异或非整倍体产生等，而且色体畸变、细胞核变异或非整倍体产生等，而且这些变异皆不可逆，从而导致培养物的胚胎发生这些变异皆不可逆，从而导致培养物的胚胎发生和器官形成受阻，因此，培养物不可能无限制地和器官形成受阻，因此，培养物不可能无限制地克隆下去。克隆下去。植物组织培养植物组织培养1培养过程中应注意的问题培养过程中应注意的问题(1)所有实验用具要严格灭菌。所有实验用具要严格灭菌。(2)接种过程要求无菌操作。接种过程要求无菌操作。(3)适宜的温度和光照。愈伤组织培养最初避光适宜的温度和光照。愈伤组织培养最初避光培养，后期见光培养。培养，后期见光培养。(4)激素：主要是细胞分裂素和生长素。激素：主要是细胞分裂素和生长素。(5)试管苗培养：要先进行生芽培养，再进行生试管苗培养：要先进行生芽培养，再进行生根培养；试管苗的培养需要在光照条件下进行。根培养；试管苗的培养需要在光照条件下进行。2与植物细胞培养的区别与植物细胞培养的区别(1)含义不同含义不同植物组织培养：指在一定的营养物质、激素和植物组织培养：指在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，把植物离体的器官、组其他外界条件的作用下，把植物离体的器官、组织或细胞培养成完整的植物体。织或细胞培养成完整的植物体。植物细胞培养：是将组织培养过程中形成的愈植物细胞培养：是将组织培养过程中形成的愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中，伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中，进行悬浮培养，得到分散游离的悬浮细胞，通过进行悬浮培养，得到分散游离的悬浮细胞，通过继代培养使细胞增殖，从而获得大量的细胞群体继代培养使细胞增殖，从而获得大量的细胞群体的一种技术。的一种技术。(2)目的不同目的不同植物组织培养：得到更多的植物体。植物组织培养：得到更多的植物体。植物细胞培养：获得人类所需要的细胞代谢产植物细胞培养：获得人类所需要的细胞代谢产物。物。3植物细胞工程的实际应用植物细胞工程的实际应用(1)植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径微型繁殖：微型繁殖：作物脱毒：选取作物无毒组织作物脱毒：选取作物无毒组织(如茎尖如茎尖)进行组织进行组织培养，获得脱毒苗的技术。培养，获得脱毒苗的技术。人工种子：植物组织培养得到的胚状体等用人人工种子：植物组织培养得到的胚状体等用人工薄膜包装得到的种子。工薄膜包装得到的种子。(2)作物新品种的培育：单倍体育种和突变体的利作物新品种的培育：单倍体育种和突变体的利用。用。(3)细胞产物的工业化生产：细胞产物有蛋白质、细胞产物的工业化生产：细胞产物有蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。例例2 (2011年北京西城区高二检测年北京西城区高二检测)如图表示植物如图表示植物组织培养过程：组织培养过程：(1)图中过程获得的细胞是正常植物体经图中过程获得的细胞是正常植物体经_形成的，在这一过程中的染色体的变化是形成的，在这一过程中的染色体的变化是_。(2)要顺利完成过程，除了需要各种无机营养物要顺利完成过程，除了需要各种无机营养物质外，还需要在培养基中加入质外，还需要在培养基中加入_、_(两类不同功能的物质两类不同功能的物质)。该过程形成的细。该过程形成的细胞与正常体细胞相比，具有胞与正常体细胞相比，具有_的特点。的特点。(3)从过程的结果看，它的实质是从过程的结果看，它的实质是_。(4)某人在探究细胞脱分化和再分化的实验中，得某人在探究细胞脱分化和再分化的实验中，得到了如下结果：到了如下结果：只有细胞分裂素时，组织块产生愈伤组织；只有细胞分裂素时，组织块产生愈伤组织；细胞分裂素生长素时，愈伤组织不分化；细胞分裂素生长素时，愈伤组织不分化；细胞分裂素细胞分裂素生长素时，愈伤组织分化出芽；生长素时，愈伤组织分化出芽；细胞分裂素细胞分裂素生长素时，愈伤组织分化出根。生长素时，愈伤组织分化出根。由实验结果，你能得出什么结论？由实验结果，你能得出什么结论？【尝试解答】【尝试解答】(1)减数分裂染色体复制一次，减数分裂染色体复制一次，细胞分裂两次，子细胞中染色体数目是亲代细胞细胞分裂两次，子细胞中染色体数目是亲代细胞的一半的一半(2)有机营养物质植物激素排列疏松、高度有机营养物质植物激素排列疏松、高度液泡化、细胞壁薄液泡化、细胞壁薄(3)基因在特定的时间和空间条件下选择性表达基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果的结果(4)植物激素的种类和含量不同，对愈伤组织的植物激素的种类和含量不同，对愈伤组织的形成和分化的影响不同。形成和分化的影响不同。【解析】【解析】(1)单倍体性细胞是经减数分裂形成的，单倍体性细胞是经减数分裂形成的，其特点是染色体复制一次，细胞分裂两次，子细胞其特点是染色体复制一次，细胞分裂两次，子细胞中染色体数目减半。中染色体数目减半。(2)图中图中是脱分化，在培养基中除需加入无机营养是脱分化，在培养基中除需加入无机营养物质外，还需加入有机营养物质和植物激素，形成物质外，还需加入有机营养物质和植物激素，形成的愈伤组织是高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞。的愈伤组织是高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞。(3)图中图中是再分化，从结果上看是基因的选择性表是再分化，从结果上看是基因的选择性表达。达。(4)分析实验结果：细胞分裂素与生长素含量不同，分析实验结果：细胞分裂素与生长素含量不同，对愈伤组织的形成和分化的影响不同。对愈伤组织的形成和分化的影响不同。【互动探究】【互动探究】(1)若题干若题干过程只分裂，但没有过程只分裂，但没有根和茎的分化，可能的原因是什么？根和茎的分化，可能的原因是什么？(2)由该胚状体，产生的个体都是纯合子吗？由该胚状体，产生的个体都是纯合子吗？【提示】【提示】(1)植物激素的配比不对。植物激素的配比不对。(2)是否是纯合子，取决于亲本。是否是纯合子，取决于亲本。【探规寻律】【探规寻律】(1)植物组织培养就是在无菌和人植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物组织细胞，培养在工控制条件下，将离体的植物组织细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、根、芽，最终形成完整的植导其产生愈伤组织、根、芽，最终形成完整的植株。株。(2)愈伤组织再分化产生新植株的途径中其中的两愈伤组织再分化产生新植株的途径中其中的两条是：可以直接诱导出芽和根，也可以诱导出胚条是：可以直接诱导出芽和根，也可以诱导出胚状体，再发育成植株，取决于培养基中激素的配状体，再发育成植株，取决于培养基中激素的配比。比。