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专题2 细 胞 工 程 2.1 植物细胞工程 2.1.1 植物细胞工程的基本技术,一、细胞工程的概念和分类 1.概念： (1)应用原理：_生物学和_生物学。 (2)操作水平：_水平或_水平。 (3)操作目的：按照人的意愿来改变细胞内的_或获 得_。 2.分类：根据操作对象不同，分为_工程和_ 工程。,细胞,分子,细胞,细胞器,遗传物质,细胞产品,植物细胞,动物细胞,二、植物细胞的全能性 1.含义：具有某种生物_的任何一个细胞，都具 有发育成_的潜能。 2.表达过程： (1)脱分化：让已经分化的细胞经过诱导后，失去其特有的 _而转变成未分化细胞的过程。 (2)再分化：脱分化产生的_在一定的培养条件下， 再分化出_，进而形成完整的小植株。,全部遗传信息,完整生物体,结构和功能,愈伤组织,幼根和芽,三、植物组织培养技术 1.理论基础：植物细胞具有_。 2.实验：胡萝卜的组织培养。 (1)原理： 离体的植物_ _ 幼根和芽 完整植物体,全能性,器官、组织或细胞,脱分化,再分化,愈伤组织,(2)过程。 取材：消毒后选取根的_部位，切取1 cm3左右的小块， 因为该部位容易诱导形成_ 接种：将组织块接种到诱导培养基上，诱导出_ 培养：在2326恒温_条件下培养一段时间，再将 愈伤组织转接到_上培养诱导出试管苗 移栽：将试管苗移栽到大田，培养成正常植株,形成层,愈伤组织,愈伤组织,避光,分化培养基,四、植物体细胞杂交技术 1.概念：将不同种的植物_，在一定条件下融合成 _，并把杂种细胞培育成_的技术。,体细胞,杂种细胞,新的植物体,2.过程： 3.意义：克服不同生物_的障碍。,细胞壁,细胞壁,杂种细胞,远缘杂交,【微点拨】 1.在生物体内，所有体细胞的细胞核中的遗传物质是否相同？为什么？ 提示：相同。因为生物体的每个体细胞都是由受精卵有丝分裂得到的，有丝分裂保证了母细胞和子细胞细胞核中遗传物质是相同的。 2.植物的种子发育成完整植株，是否能体现细胞的全能性？为什么？ 提示：不能。因为种子中有植物的幼体胚，发育成完整植株相当于植物的生长过程，未体现全能性。,3.不同体细胞表达全能性的难易程度是否相同？受精卵和体细胞相比，哪种细胞的全能性更容易实现？ 提示：不相同。分化程度低的细胞全能性更容易实现，受精卵的全能性最高。 4.将两个不同物种的植物细胞A和B去除细胞壁后，经一定的方法促融，只考虑两两融合，可以形成几种融合细胞？哪种类型的融合细胞符合要求？ 提示：三种，分别为AA、BB和AB。杂交细胞AB是符合要求的。,5.植物体细胞杂交时，细胞融合成功的标志是什么？ 提示：杂种原生质体再生出细胞壁标志着融合成功，而不是形成杂种细胞就结束。,1.植物细胞的全能性是指( ) A.具有核、膜、质，细胞结构完整，能进行各种生理活动 B.只具有膜和质，同样能进行各种生理活动 C.植物体细胞所具有的发育成完整个体的潜能 D.具有本物种全套遗传物质的特定细胞 【解析】选C。具有某种植物全部遗传信息的任何一个细胞，都有发育成完整新植物体的潜能，也就是说，每个植物细胞都具有全能性。,2.(2013厦门高二检测)下列属于植物组织培养的是( ) A.花粉培养成单倍体植株 B.芽发育成枝条 C.根尖分生区发育成成熟区 D.受精卵发育成植株 【解析】选A。花粉经离体培养成单倍体植株利用的是植物组织培养技术。芽发育成枝条、根尖分生区发育成成熟区都是植物的正常生长发育过程，是细胞分裂和分化的结果；植物传粉受精后形成受精卵，受精卵最终发育成植物体，属于有性生殖。,3.植物组织培养过程中的脱分化是指( ) A.植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞的过程 B.未成熟的种子经过长期培养，长出幼苗的过程 C.植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程 D.取植物的枝芽培育成一株新植物的过程 【解析】选C。植物细胞脱分化就是让已分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能，而转变为未分化的细胞愈伤组织的过程，因此C项是正确的。,4.番茄和马铃薯杂交过程中细胞融合之前要除去的细胞结构 是( ) A.细胞膜 B.细胞壁 C.细胞核 D.高尔基体 【解析】选B。植物细胞最外层的是细胞壁，植物体细胞杂交的第一步是细胞融合，细胞发生融合的基础是细胞膜的流动性，所以首先应去除细胞壁。,5.在植物细胞工程中，当原生质体融合成一个细胞后，需要诱导产生细胞壁，参与这一过程的细胞器是( ) A.叶绿体、高尔基体 B.线粒体、高尔基体 C.叶绿体、线粒体 D.线粒体、内质网 【解析】选B。本题考查细胞壁的形成。细胞壁的形成过程与高尔基体密切相关，因为高尔基体产生的许多小囊泡聚集形成了细胞壁的前体，线粒体在此过程中提供能量。,6.与植物体细胞杂交密切相关的叙述中错误的是( ) A.需要用纤维素酶和果胶酶 B.利用离心、振动、电激等诱导 C.利用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂诱导 D.只能在同种生物中进行 【解析】选D。植物体细胞杂交时首先要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，得到原生质体后用物理法(如离心、振动、电激)或化学法(常用聚乙二醇)诱导融合形成杂种细胞，再经植物组织培养形成杂种植株。植物体细胞杂交能在不同生物之间进行，克服了远缘杂交不亲和的障碍。,一、植物细胞的全能性和脱分化、再分化过程 1.细胞的全能性： (1)具有全能性的原因：一般生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。,(2)不同细胞全能性的大小。 体细胞全能性：分化程度低的分化程度高的，细胞分裂能力强的细胞分裂能力弱的。 不同细胞全能性：受精卵生殖细胞干细胞体细胞。 不同生物的细胞全能性：植物细胞动物细胞。 (3)全能性与细胞分化的关系：随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。,2.植物细胞全能性表达所需条件： (1)体细胞未表现全能性的原因：基因的选择性表达。 (2)体现细胞全能性的条件：,3.脱分化和再分化的比较：,【易错提醒】 (1)细胞表达全能性的标志是发育成完整个体而不是形成某种组织或者器官。 (2)细胞具有全能性是因为细胞中具有发育成完整个体所必需的“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.用高度分化的植物细胞、组织或器官进行组织培养可以形成愈伤组织，则关于该愈伤组织的说法错误的是( ) A.是细胞经过脱分化形成的 B.细胞没有全能性 C.由排列疏松的薄壁细胞组成 D.可以形成具有生根发芽能力的胚状结构,【解题关键】解答本题时注意以下两个方面： (1)愈伤组织是由已分化的细胞经过诱导形成的。 (2)愈伤组织是未分化的细胞。 【解析】选B。愈伤组织是经脱分化形成的高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞，具有全能性，可以再分化为根、芽，进而形成新植株。,2.下列有关细胞全能性的叙述，正确的是( ) A.植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全套基因 B.高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性 C.植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所含基因不同 D.紫色糯性玉米种子培育成植株，这反映植物种子具有全能性,【解题关键】解答本题的关键：(1)全能性与全能性表达是两个不同的概念；(2)种子发育成个体，是正常生命历程，不属于细胞全能性的范畴。 【解析】选B。细胞具有全能性的原因是细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因，而配子也具有这样的全套基因，同样具有全能性，A项错误；植物体内细胞没有表现出全能性，这是细胞内基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果，C项错误；种子发育成植株，是正常生命历程，未反映全能性，D项错误。细胞全能性的表达前提是离体培养的细胞、组织或器官，B项正确。,二、植物组织培养 1.概念分析： (1)培养条件：无菌和人工培养；离体。 (2)过程：脱分化；再分化。 (3)目的：获得细胞产品；形成完整的植株。 2.原理：植物细胞具有全能性(具有某种植物全套遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整植株的潜能)。,3.过程： (1)脱分化：已经分化了的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。 (2)再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出根和芽等器官的过程。,4.进行组织培养时需注意的五个问题： (1)无菌：植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染，所有实验用具要严格灭菌，接种过程进行严格的无菌操作。 (2)取材：外植体的遗传特征、取材位置都会影响愈伤组织的再分化能力。,(3)营养比：培养基中必须含有植物生长发育所需要的全部营养物质，其中生长素和细胞分裂素用量的比例对器官的生成起决定作用。 (4)光照时期：愈伤组织培养最初避光培养，后期见光培养。 (5)培养顺序：试管苗培养，要先进行生芽培养，再进行生根培养，试管苗培养要在光照条件下进行。,【易错提醒】 (1)植物组织培养并不是全过程都需要光照。诱导形成愈伤组织的过程中需要避光培养，黑暗条件下有利于脱分化形成愈伤组织。再分化过程中一定要有光照。 (2)影响组织培养的光照条件不仅是光照强度，光照时间和波长等都影响植物组织培养。,1.(2014南京师大附中模拟)下图为植物组织培养过程，有关说法正确的是( ) A.实验中试管细胞全能性最高 B.试管中培育出的个体都是纯合子 C.的过程需要光照 D.过程培养基保持不变,【解题关键】解答本题时注意理解以下两个方面： (1)植物组织培养时对于光照和培养基的需求在不同的培养阶段是不同的。 (2)植物组织培养进行的是有丝分裂，属于无性生殖。,【解析】选A。试管中的组织块经脱分化形成试管中的愈伤组织，愈伤组织是未分化的细胞，全能性最高；植物组织培养属于无性生殖，不改变基因型，所以产生的个体基因型与母本是相同的，可能是纯合子也可能是杂合子；脱分化形成愈伤组织的过程中需要避光培养，不需要光照；在植物组织培养的不同阶段需要的条件不同，培养基中所含有的物质比例也不同，如生长素和细胞分裂素比例适中时有利于形成愈伤组织，比例高时，有利于根的分化。,2.下图表示植物组织培养过程：,(1)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成分外，还需要在培养基中加入 、 (两类不同功能的物质)等。该过程形成的细胞与正常体细胞相比，具有 的特点。 (3)从过程的结果看，它的实质是 。,【解题关键】本题考查植物组织培养技术，解答本题需要明确以下两点： (1)植物组织培养的过程。 (2)影响植物组织培养的因素。,【解析】(1)单倍体性细胞是经减数分裂形成的，减数分裂的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。 (2)图中是脱分化，在培养基中除需加入无机营养成分外，还需要加入有机营养成分和植物激素等，形成的愈伤组织细胞是高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞。 (3)图中是再分化，从实质上看是基因选择性表达的结果。,答案：(1)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中的一半 (2)有机营养成分 植物激素 排列疏松、高度液泡化、细胞壁薄 (3)基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果,【互动探究】 (1)题2中过程需要无菌操作的有哪些？ 提示：。属于组织培养过程，整个过程都需要无菌操作。 (2)题2中单倍体性细胞和二倍体体细胞经过都能形成胚状体，最终发育为完整植株，说明了什么？ 提示：说明生殖细胞和体细胞都具有该植物的全套遗传物质，即细胞具有全能性。,三、植物体细胞杂交 1.原理： (1)植物体细胞杂交实现的基础：细胞膜的流动性。 (2)植物组织培养的基础：植物细胞的全能性。,2.操作过程：,3.杂种植株遗传物质的变化： 细胞融合属于染色体变异，杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和；染色体组数通常也是两亲本细胞染色体组数目之和，形成异源多倍体。 4.通过植物体细胞杂交产生新个体的生殖方式： 整个过程包括细胞融合和组织培养两个过程，所以其生殖方式属于无性生殖。,5.植物体细胞杂交育种的优点和局限性： (1)优点：克服远缘杂交不亲和的障碍。 (2)局限性：目前仍有许多理论和技术问题未解决，还不能让杂种植物按照人们的需求表现出亲代的优良性状。,【易错提醒】 (1)细胞融合完成的标志是新细胞壁的形成，而植物体细胞杂交完成的标志是培育出杂种植株，而不是形成杂种细胞。 (2)植物体细胞杂交育种的过程不仅包括不同植物细胞的融合，还包括组织培养的过程。 (3)诱导体细胞融合后还需要有一个筛选杂种细胞(A与B融合形成的杂种细胞)的过程。,1.要想通过体细胞杂交技术获得杂种植株，下列步骤中正确的是( ) A.获得原生质体诱导原生质体融合再生细胞壁组织培养杂种植株 B.获得原生质体原生质体自然融合再生细胞壁组织培养杂种植株 C.病毒诱导原生质体融合组织培养杂种植株 D.获得原生质体脱分化再分化杂种植株,【解析】选A。植物体细胞杂交技术首先要获得不同生物的体细胞，用纤维素酶、果胶酶除去细胞壁得到原生质体，再通过物理或化学方法诱导原生质体融合，成为杂种细胞，再经组织培养形成杂种植株。,2.以下为植物体细胞杂交技术流程图，其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞，所含有的染色体组分别是AA和BB。据图分析回答：,(1)过程是 ，所用物质为 。 (2)将若干a和b等量混合后转移到培养基上培养，再经过和，c的细胞类型有 (不考虑三个或三个以上的细胞融合)。 (3)在采用化学法进行过程时，一般是用 作为诱导剂。 (4)植物体细胞杂交与自然状况下的生殖细胞杂交相比，前者的主要意义是 。 (5)上述培育新植株的方法所包括的技术手段有 。,【解题关键】解答本题应注意以下几点： (1)明确植物体细胞杂交的基本过程。 (2)明确获得的杂种植株中染色体组成情况。 (3)理解植物体细胞杂交的意义。,【解析】(1)是去除植物细胞壁的过程，所用的物质为纤维素酶和果胶酶。 (2)将若干a和b等量混合后转移到培养基上培养，经过细胞融合，c的细胞类型包括没有融合的细胞、相同细胞的融合和不同细胞的融合，即AA、BB、AAAA、BBBB、AABB。 (3)在采用化学法进行过程时，一般是用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂。,(4)植物体细胞杂交的主要意义是克服了不同生物间远缘杂交不亲和的障碍。 (5)植物体细胞杂交过程首先进行细胞融合，融合形成杂种细胞后再经过组织培养技术形成杂种植株。,答案：(1)去除细胞壁 纤维素酶和果胶酶 (2)AA、BB、AAAA、BBBB、AABB (3)聚乙二醇(PEG) (4)克服了不同生物间远缘杂交不亲和的障碍 (5)细胞融合、植物组织培养,【方法规律】区分植物组织培养和植物体细胞杂交的两种方法 (1)看后代。 植物组织培养是利用单一亲本的组织或细胞，经培养使之增殖、分化成为一个完整植株，为无性生殖过程，因此其后代一般均能保持该亲本的遗传特性。 植物体细胞杂交的本质是将两种不同来源的原生质体，在人为条件下进行诱导融合。由于植物细胞具有全能性，融合之后的杂种细胞可以再生出具有双亲性状的杂种植株。,(2)看关系：杂种细胞需经植物组织培养才能发育为具有双亲遗传特性的杂种植株，否则将无任何意义，因此，植物组织培养是植物体细胞杂交的基础。,
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