2019-2020年高中生物 专题二 细胞工程 第5课时 植物细胞工程的基本技术学案 新人教版选修3.doc

2019-2020年高中生物 专题二 细胞工程 第5课时 植物细胞工程的基本技术学案 新人教版选修3目标导读1.简述植物组织培养技术的原理和过程。2.结合教材P36图25，描述植物体细胞杂交技术的原理和过程。重难点击1.植物组织培养的原理和过程。2.植物体细胞杂交的原理。1将分离得到的成熟胡萝卜的韧皮部细胞进行培养，由单个细胞发育成完整的新植株，如图所示，请分析：分离出来的植物根细胞形成细胞团的分裂方式是有丝分裂，从单个高度分化的植物细胞发育成一个植株，这说明植物细胞具有全能性。一棵玉米种子长成植株能称为全能性吗？不能。2简述细胞全能性的概念。答案细胞的全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。3构成细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，细胞膜的结构特性是具有一定的流动性。课堂导入如图为“一藤双生”植物，一端长着番茄，另一端长着土豆，这是用嫁接技术繁殖的，人们也曾利用植物细胞融合技术培育出番茄土豆，但是很遗憾的是没有像图中这样遂人愿，但毕竟为作物新品种的培育提供了新的思路。今天我们就来学习植物细胞工程。探究点一细胞工程和植物组织培养技术1细胞工程的概念原理和方法细胞生物学和分子生物学操作水平细胞水平或细胞器水平目的按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品分类植物细胞工程和动物细胞工程2.植物细胞工程的理论基础细胞的全能性(1)细胞的全能性是指具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。(2)体细胞未表现全能性的原因：基因的选择性表达。小贴士在生物体的所有细胞中，受精卵的全能性是最高的。生殖细胞，尤其是卵细胞，虽然分化程度较高，但是仍然具有较高的潜在全能性。如蜜蜂的孤雌生殖，自然界偶然出现的单倍体玉米等。体细胞的全能性比生殖细胞低得多，尤其是动物。高度分化的动物体细胞的全能性受到限制，严格来说只有高度分化的动物细胞的细胞核才具有全能性。克隆羊的成功，利用的就是高度分化的动物体细胞的细胞核具有全能性。3胡萝卜的组织培养过程(1)实验原理植物细胞一般都具有全能性，在一定的营养和激素条件下，可以经过脱分化和再分化，进而发育成完整的植株。(2)方法步骤取材：消毒后选取根的形成层部位，切取1 cm3左右的小块，因为该部位容易诱导形成愈伤组织。接种：将组织块接种到诱导培育基上，诱导出愈伤组织。培养：在2326 恒温避光条件下培养一段时间，再将愈伤组织转接到分化培养基上培养诱导出试管苗。a脱分化：让已经分化的细胞，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的过程，进而形成愈伤组织。b再分化：愈伤组织在一定的培养条件下，又可以再分化出幼根和芽，进而形成完整的小植株。移栽：将试管苗移栽到大田，培养成正常植株。4组织培养的概念：在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、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，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。归纳提炼1组织培养的一般步骤离体的植物组织、器官、细胞愈伤组织胚状体或丛芽试管苗。2进行植物组织培养时应注意的五个问题(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。3植物激素在植物组织培养中的作用生长素/细胞分裂素的比值作用效果比值高时有利于根的分化，抑制芽的形成比值低时有利于芽的分化、抑制根的形成比值适中时促进愈伤组织的形成活学活用1如图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作接入试管后，在一定的条件下，形成试管苗的培育过程。请据图回答下列问题：(1)要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括_和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和_两类植物激素。(2)此过程依据的原理是_。A和B阶段主要进行的分裂方式是_，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞_等。(3)此过程要无菌操作，主要是指对_进行灭菌消毒。B阶段需要光照，原因是_。(4)试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因_的结果。答案(1)无机物生长素(2)细胞的全能性有丝分裂分化(3)培养基芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件(4)选择性表达解析植物组织培养是用离体的植物组织、器官或细胞接种到经消毒灭菌的培养基上，培养基含有供组织细胞生长发育所需要的无机物和小分子有机物，还有供调节细胞脱分化和再分化的细胞分裂素和生长素。由外植体发育到试管苗，脱分化阶段细胞进行有丝分裂，再分化阶段愈伤组织经细胞有丝分裂和细胞分化形成试管苗，此阶段需要光照，原因是叶中叶绿素的合成需要光照条件。探究点二植物体细胞杂交技术经过长期的实验，科学家们采用体细胞杂交的方法，终于得到了“番茄马铃薯”杂种植株。阅读教材，回答下列问题。1植物体细胞杂交技术的一般流程(1)获得原生质体：植物细胞放在含有纤维素酶、果胶酶的无菌混合酶液中消化数小时，再用过滤、离心、洗涤去除酶液，纯化原生质体。(2)诱导原生质体融合过程：原生质体融合包括细胞膜融合细胞质融合细胞核融合。方法a物理法：如离心、振动、电激等。b化学法：聚乙二醇(PEG)能够使原生质体紧密接触，导致细胞膜融合。融合成功的标志：杂种细胞再生出细胞壁。(3)对杂种细胞进行组织培养2植物体细胞杂交的原理原生质体融合的过程利用了细胞膜的流动性，杂种细胞发育成杂种植株利用了细胞的全能性。3该技术的目的和优点(1)植物体细胞杂交的终点：培育成杂种植株，而不是形成杂种细胞就结束。(2)在育种上应用时最大的优点：克服远缘杂交不亲和的障碍。4植物组织培养过程为什么要严格控制无菌？答案因为细菌等小生物比植物细胞生长繁殖快，而且会产生毒素，使培养的植物细胞很快中毒死亡。归纳提炼1植物体细胞杂交流程图解2植物体细胞杂交过程中无有性生殖细胞的结合，属于无性繁殖。3只考虑两个原生质体的融合，如A、B两种原生质体发生融合后的细胞有：原生质体A与A的融合、B与B的融合和A与B的融合。所以需要经过筛选才能得到杂种细胞。4体细胞杂交植物的染色体组数(1)染色体组数目甲、乙两个细胞内染色体组数之和，染色体数目增加，属于染色体数目的变异。(2)植物体细胞杂交后的植物，有几个染色体组就称为几倍体。活学活用2下图为植物细胞融合及组织培养过程示意图。据图判断下列说法的正误。(1)植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍()(2)杂种细胞经过和过程可以培育成杂种植株说明杂种细胞具有全能性()(3)尽管愈伤组织可以进行光合作用，但其培养基中仍需要糖类、氨基酸等有机营养()(4)若A的基因型为Rr，B的基因型为Yy，则最终形成的杂种植株的基因型为RrYy()答案(1)(2)(3)(4)解析植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍；杂种细胞经过脱分化和再分化过程可以培育成杂种植株，说明杂种细胞具有全能性。愈伤组织没有形成叶绿体，不能进行光合作用，所以其培养基中需要糖类、氨基酸等有机营养；若A的基因型为Rr，B的基因型为Yy，则最终形成的杂种植株的基因型为RrYy。1下列属于组织培养的是()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未受精的卵发育成植株答案A解析植物组织培养是指利用离体的植物细胞、组织、器官等，在人工条件下，经过脱分化和再分化形成完整植株的过程。2植物组织培养中的“脱分化”过程是指()A已休眠的种子经过处理使种子尽快萌发的过程B植物根尖、茎尖等处分生组织细胞有丝分裂产生新细胞后分化为各种组织C愈伤组织细胞分化为根与茎的过程D离体的植物组织、细胞培养产生愈伤组织的过程答案D解析脱分化指让已经分化的细胞，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的过程。A、B、C都是细胞分裂、分化的过程。3植物体细胞杂交要先除去细胞壁的原因是()A植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁B细胞壁使原生质体失去活力C细胞壁阻碍了原生质体的融合D细胞壁阻碍了原生质体的发育答案C解析细胞壁的存在阻碍了原生质体的融合，所以植物体细胞杂交要先除去细胞壁。4“白菜甘蓝”是科学家用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长期短、耐热性强和易储存等优点。如图是“白菜甘蓝”培育过程示意图，请完成下列问题：(1)由杂种细胞D培育成“白菜甘蓝”植株，采用的技术手段是_。该过程说明植物细胞具有_。(2)要制备“白菜甘蓝”的人工种子，要在d步骤选取具有生根发芽能力的_结构，包裹上人造种皮即可。(3)在d过程培养中，培养基的成分通常包括水、_、有机营养和_等，同时，在培养过程中，除必要的温度、光照和氧气等外界条件外，另一个成功的关键是操作过程中必须保证_。(4)在a过程中诱导原生质体融合最常用的诱导剂是_，融合依据的原理是_。答案(1)植物组织培养全能性(2)胚状体(3)无机营养植物激素无菌(4)聚乙二醇(PEG)细胞膜的流动性解析(1)由杂种细胞培养成杂种植株采用的方法是植物组织培养技术，依据的原理是植物细胞的全能性。(2)当愈伤组织诱导形成胚状体时，包裹上人工种皮即制得人工种子。(3)植物组织培养的培养基成分有水、无机营养、有机营养、植物激素等，在操作过程中一定要保证无菌。(4)诱导细胞融合常用的方法有物理法和化学法，常用的诱导剂是聚乙二醇(PEG)，融合的原理是细胞膜的流动性。基础过关知识点一细胞的全能性1下列有关细胞全能性的叙述，不正确的是()A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B生物体内细胞由于分化，全能性不能表达C卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高D植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性答案C解析生物体的所有细胞中，受精卵的全能性最高；卵细胞虽然分化程度很高，但仍具有较高的全能性；而体细胞的全能性比生殖细胞低得多。2下列实例中能体现细胞全能性的是()用培养基培养的胡萝卜单个细胞发育成了可育的植株植物用种子进行繁殖烟草花药离体培养得到了单倍体植株A B C D答案B解析用培养基培养的胡萝卜单个细胞发育成了可育的植株及烟草花药离体培养得到了单倍体植株都采用植物组织培养技术，都体现了植物细胞的全能性。而种子是绿色开花植物的一种器官，是通过有性生殖形成的，因此，植物用种子进行繁殖没有体现植物细胞的全能性。知识点二植物组织培养3要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，下列哪项是不需要的()A具有完整细胞核的细胞 B离体状态C导入外源基因 D一定的营养物质和激素答案C解析组织培养三个条件：离体、营养物质和激素、无菌，但所用体细胞必须结构完整，无需导入外源基因。4胡萝卜的组织培养过程中进行无菌操作的步骤是()超净工作台上胡萝卜切段用酒精溶液消毒30 s自来水冲洗胡萝卜根酒精棉球擦手次氯酸钠溶液处理胡萝卜切段30 min后，用无菌水冲洗无菌滤纸吸去胡萝卜段表面的水分A BC D答案B解析在组织培养实验中，一定要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作。5下面是将四倍体兰花的叶片通过植物组织培养形成植株的示意图，相关叙述中正确的是()A阶段会发生减数分裂过程B阶段需要生长素而阶段需要细胞分裂素C此过程体现植物细胞具有全能性D此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体答案C解析阶段形成胚状体是细胞分裂和分化的结果，不会发生减数分裂过程；阶段都需要生长素和细胞分裂素的参与，但不同阶段需要的比例不同；花药离体培养得到的植株为单倍体；此过程是由离体的结构发育成完整植株，因此体现了植物细胞的全能性。6下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是()A培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压B培养基中的生长素和细胞分裂素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经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组成相同答案D解析绿色开花植物的细胞有两种：体细胞和配子细胞，这两种细胞所含的核型(基因)是不同的，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组成可能不相同。知识点三植物体细胞杂交7植物体细胞融合完成的标志是()A产生细胞壁 B细胞质发生融合C细胞核发生融合 D细胞膜发生融合答案A解析植物体细胞融合的过程既有细胞膜、细胞质的融合，又有细胞核的融合。一般地，植物细胞最外层为细胞壁，融合前应去掉细胞壁，融合成功的标志是再生出新的细胞壁。8将烟草和大豆的原生质体混合后，将原生质体转移到适当的培养基上培养，使原生质体再生出细胞壁，这时，在细胞混合物中，可用显微镜观察到的细胞有()烟草大豆杂种细胞烟草细胞大豆细胞烟草烟草细胞大豆大豆细胞A BC D答案D解析原生质体间的融合，可以是同种细胞之间，也可以是非同种细胞之间；原生质体有可能发生融合，也可能不发生融合。综合以上两点，均有可能存在。能力提升9下列有关细胞全能性的含义的叙述，正确的是()A每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能B生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功能C生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜能D生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、生长、衰老、死亡的全过程答案C解析细胞全能性是指细胞中含有本物种的整套遗传物质，具有发育成一个完整个体的潜能。10下图为植物组织培养过程，有关说法错误的是()Ab试管中细胞全能性最高Bd试管中培育出的个体都是纯合子Cab的过程需要激素的刺激Dad的细胞分裂都是有丝分裂答案B解析d试管中是否为纯合子取决于亲本。愈伤组织是高度分化的植物器官、组织或细胞经脱分化产生的，容易经再分化形成完整的植物体，在图示四个试管中的组织细胞中全能性最高；ac过程都需要激素刺激；ad过程都只发生有丝分裂，不发生减数分裂。11下面关于植物细胞工程的叙述，正确的是()不同种植物叶肉细胞融合时，应先去掉细胞膜叶肉细胞脱分化后，可形成无定形状态的薄壁细胞叶肉细胞经过再分化过程，可形成愈伤组织叶肉细胞离体培养时，可以表现出细胞的全能性A B C D答案B解析不同种植物叶肉细胞融合时，应先用酶解法去掉细胞壁；叶肉细胞经脱分化形成愈伤组织，即无定形状态的薄壁细胞，再分化形成胚状体或丛芽，进而发育成小植株。12用植物细胞工程技术将天竺葵与香茅草进行杂交可产生驱蚊香草，使有驱蚊作用的香茅醛随着天竺葵的蒸腾作用散发到空气中，达到驱蚊的效果。下面有关培养过程的叙述，不正确的是()A原生质体的融合常用PEG作为诱导剂B形成的愈伤组织的代谢类型是自养需氧型C由杂种细胞杂种植株，要通过有丝分裂和细胞的分化D该项生物工程技术可克服远缘杂交不亲和的障碍答案B解析植物体细胞杂交过程中，诱导原生质体融合常用的诱导剂是PEG；由杂种细胞杂种植株，要通过有丝分裂、脱分化和再分化才能形成；植物体细胞杂交克服了远缘杂交不亲和的障碍。杂种细胞经组织培养形成的愈伤组织，自身不含叶绿素无法进行光合作用，其营养物质来自培养基，代谢类型是异养需氧型。13下图所示为植物体细胞杂交技术的过程，错误的是()AA细胞和B细胞诱导融合前要先去除细胞壁，可用纤维素酶和果胶酶处理B从A细胞和B细胞到C细胞的过程中，常用离心、振动、电激或聚乙二醇(PEG)诱导融合CA细胞和B细胞融合完成的标志是再生出新的细胞壁D植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种细胞答案D解析植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因此细胞融合前需先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁；诱导植物细胞融合时常用物理法或化学法；融合完成的标志是再生出新的细胞壁；植物体细胞杂交的目的是获得杂种植株。14科学家用植物体细胞杂交的方法，将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合，成功地培育出了“番茄马铃薯”杂种植株(如图)，其中表示过程，英文字母表示细胞、组织或植株。据图回答下列问题。(1)实现过程的技术是_，在此之前使用_酶处理细胞以除去细胞壁。如果将已除去细胞壁的植物细胞放入等渗溶液中，细胞是何形状？_。过程如放在神舟七号飞船上更易进行，这是因为_。与过程密切相关的具有单层膜结构的细胞器是_。(2)在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，依据的原理是_，其中过程相当于_过程，涉及的分裂方式为_。若利用此技术生产治疗癌症的抗癌药物紫杉醇，培养将进行到_(填字母编号)。(3)若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞内含n条染色体，则“番茄马铃薯”细胞内含_条染色体；若杂种细胞培育成的“番茄马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培养得到的植株属于几倍体植株？_。(4)如果形成c细胞的a、b细胞都是番茄细胞，那么更简单的得到番茄植株f的处理方法是_。答案(1)诱导原生质体融合纤维素酶和果胶球状失去重力作用的影响高尔基体(2)植物细胞的全能性脱分化有丝分裂e(3)mn单倍体(4)用适宜浓度的秋水仙素处理萌发的番茄种子或幼苗解析(1)由图示过程可知，过程是诱导原生质体融合，在此过程之前要用纤维素酶和果胶酶处理两植物细胞去除细胞壁，得到原生质体；若将原生质体放入等渗溶液中，细胞将呈球状，在宇宙飞船上进行过程更容易，因为失去了重力作用的影响，过程是融合细胞再生出细胞壁，在此过程中高尔基体起重要作用。(2)利用杂种细胞培育成杂种植物的过程中，依据的是植物细胞的全能性原理，图中过程是脱分化，是再分化，此过程中细胞进行有丝分裂，若利用此技术生产紫杉醇只培养到图e即愈伤组织就可以。(3)植物体细胞杂交所得到的杂种细胞，其内的染色体数是两融合细胞中染色体数目之和；若培育成的杂种植株是四倍体，该植株的花粉经离体培养得到的植株是单倍体，因为由配子(如花粉)发育而来的个体都是单倍体。(4)利用同种植物的体细胞融合得到的植株是同源多倍体，更简单的方法可利用秋水仙素处理植物的萌发种子或幼苗。15我国植物学家将名贵兰花的茎尖细胞放入适宜的培养基中进行培养，最终发育成完整的新植株。请根据培养示意图回答下列问题： (1)过程和要经过_和_。(2)在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外，还需要在培养基中加入_。同时，在培养过程中，除必要的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程必须保证_。(3)从育种的角度来看，植物组织培养与有性繁殖相比，优势主要有哪些？(列举两条)：_。答案(1)细胞分裂细胞(组织)分化、组织器官的形成(逐渐发育成为新的植物体)(2)植物激素(植物激素类似物)无菌(3)能保持母本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能培养无病毒植物个性拓展16在植物组织培养过程中，愈伤组织的成功诱导是至关重要的步骤。科学家以食用稗的成熟胚作为外植体，在基本培养基上研究植物生长调节剂对食用稗愈伤组织诱导的影响。实验结果如下表。请回答相关问题：培养基代号2,4D/mgL16BA/mgL1愈伤组织诱导率/%L11.0065.41L22.0068.76L33.0091.01L43.00.254.48L53.00.557.35L63.01.051.71 注：愈伤组织诱导率(%)产生愈伤组织的外植体数/接种外植体总数100%。(1)从上表可以知道，在基本培养基中添加较高浓度的_有利于食用稗胚形成愈伤组织，而添加_则不利于食用稗愈伤组织的形成。(2)影响愈伤组织成功诱导的因素除植物生长调节剂外，培养的环境条件也是重要的因素。现给你提供200个已经消毒过的食用稗的成熟胚，在上述研究的基础上，探究光照对愈伤组织形成的影响。实验步骤：将200个已经消毒过的食用稗的成熟胚平均分为甲、乙两组，分别接种到_培养基上；_；_。预期实验结果和结论：_。答案(1)2,4D6BA(2)L3甲组置于光照条件下培养，乙组置于黑暗条件下培养，其他条件相同且适宜培养一段时间后，分别计数甲、乙两组中形成愈伤组织的个数并计算愈伤组织诱导率预期实验结果和结论：如甲组的愈伤组织诱导率大于乙组的愈伤组织诱导率，则光照有利于愈伤组织的形成；如甲组的愈伤组织诱导率小于乙组的愈伤组织诱导率，则黑暗有利于愈伤组织的形成；如甲组的愈伤组织诱导率和乙组的愈伤组织诱导率相当，则光照、黑暗对愈伤组织的形成没有影响