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1、-1- 专题2 细胞工程 -2- 2.1 植物细胞工程 -3- 2.1.1 植物细胞工程的基本技术 课前篇自主预习 一二三四 一、细胞工程的概念和分类 课前篇自主预习 一二三四 二、细胞的全能性 课前篇自主预习 一二三四 三、植物组织培养 1.植物组织培养 课前篇自主预习 一二三四 2.胡萝卜的组织培养实验 课前篇自主预习 一二三四 四、植物体细胞杂交技术 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 细胞细胞的全能性的全能性 问题导引 细胞表现出全能性的条件有哪些?标志是什么? 资料 美国科学家斯图尔德曾经应用植物组织培养技术,将二倍 体胡萝卜韧皮部的一些细胞进行离体培养,最终发
2、育成完整的新植 株(如图)。 (1)这一科学实验证明了植物细胞具有 。 (2)上述胡萝卜的部分韧皮部细胞能发育成完整新植株的原因 是 。 (3)完成下表。 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 植物细胞表现全能性的条件 (4)利用胡萝卜的花药能培养成完整的植株吗? 。 答案(1)全能性 (2)分化的体细胞(或细胞核)具有本物种个体发育所需要的全部 基因 (3)离体的细胞、组织、器官 营养物质 植物激素 无菌操作 (4)能 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 归纳提升 1.细胞全能性的体现:由细胞发育成完整个体。 2.细胞的全能性、分裂能力与分化程度 (
3、1)细胞的全能性、分裂能力与分化程度的关系:通常情况下,随 着细胞分化程度的不断提高,细胞的分裂能力和细胞的全能性逐渐 降低。 (2)不同细胞全能性的大小 同种生物体细胞的全能性:细胞分化程度低的细胞分化程度 高的;细胞分裂能力强的细胞分裂能力弱的。 同种生物不同细胞的全能性:受精卵生殖细胞体细胞。 不同种生物细胞的全能性:植物细胞动物细胞。 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 植物组织培养植物组织培养 问题导引 将离体的植物细胞培养成幼苗的关键步骤是什么? 下图为植物组织培养过程,请据图回答问题。 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 (1)过程为
4、,对光的要求是 ;过 程为 ,对光的要求是 。 (2)与的培养基不同,最大差异是 和 的比值不同。 (3)过程在生殖方式上属于 生殖。 答案(1)脱分化 避光 再分化 需光 (2)生长素 细胞分裂素 (3)无性 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 归纳提升 1.植物组织培养的过程 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 2.控制植物激素的比值 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 植物植物体细胞杂交体细胞杂交 问题导引 植物体细胞杂交技术的操作流程是怎样的?与植物组织培养有什 么关系? 以下为植物体细胞杂交技术流程图,其中甲和乙分别表
5、示两种二 倍体植物细胞,所含有的染色体组分别是AA和BB。请据图分析回 答问题。 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 (1)过程的目的是 ,所用的酶为 。 (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,用染色体组成表示)。 (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杂交相比,前者的重要意义是 。 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)克服了远缘杂交不亲和的障碍 课堂篇探究学习 探
6、究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 归纳提升 1.植物体细胞杂交的两个原理和几点提醒 (1)两个原理 植物体细胞杂交实现的原理:细胞膜的流动性。 植物组织培养的原理:植物细胞的全能性。 (2)几点提醒 植物体细胞杂交技术包括植物细胞融合和植物组织培养两个 过程,结果是产生新的植株。 从生殖类型上看,植物体细胞杂交技术不涉及有性生殖细胞的 形成和结合,应属于无性生殖,变异类型应属于染色体数目的变异。 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 假设用于体细胞杂交的双方细胞都有2个染色体组,则杂种细 胞有4个染色体组,由杂种细胞发育而来的杂种植株被称为异源四 倍体。该杂种植株联会
7、正常,表现为可育。 用A、B分别表示两种植物细胞,原生质体融合过程如果只考 虑两两融合的情况,则融合结果有3种,即AA、BB、AB。 植物细胞融合完成的标志是再生出新的细胞壁;植物体细胞杂 交成功的标志是形成杂种植株。 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 2.植物组织培养与植物体细胞杂交的比较 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 案例探究 类型一 植物组织培养的原理及过程 例1下图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作,接入试管后, 在一定条件下,形成试管苗的培育过程,请据图回答下列问题。 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 (1
8、)愈伤组织是韧皮部细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团,在 愈伤组织形成过程中,必须从培养基中获得 、 和 小分子有机物等营养物质。 (2)要促进韧皮部细胞分裂和生长,培养基中应有 和 两类激素。 (3)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。 (4)A阶段是 形成愈伤组织的过程,此过程不需要光 照,而B阶段需要光照,原因是 。 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 解析愈伤组织的形成需要水、无机盐和小分子有机物等营养物 质。植物组织培养的原理是细胞的全能性,既有细胞的分裂,也有 细胞的分化,主要包括脱分化和再分化两个
9、过程。试管苗中叶绿素 的形成需要光照。 答案(1)水 无机盐 (2)细胞分裂素 生长素 (3)细胞的全能性 有丝分裂 分化 (4)脱分化 叶绿素的形成需要光照 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 列相关叙述错误的是( ) A.通常选取根尖、茎尖、形成层等诱导形成愈伤组织 B.再分化过程中,细胞增殖的方式为有丝分裂 C.培养过程中,应在培养基中加入水、无机盐、蔗糖、氨 基酸、植物激素等物质 D.将经脱分化培养成时,得到胚状体或丛芽 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 解析外植体通常选用根尖、茎尖、形成层等容易诱导形成愈伤 组织的部位,A项正确;再分化过
10、程中,细胞增殖的方式为有 丝分裂,B项正确;培养过程中,应在培养基中加入水、无机 盐、蔗糖、氨基酸、植物激素等物质,C项正确;将经脱分化培养 成时,得到愈伤组织,将经再分化培养成时,得到胚状体或丛 芽,D项错误。 答案D 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 下列有关胡萝卜组织培养的叙述,错误的是( ) A.胡萝卜组织培养的全过程都要在有光条件下进行 B.为防止杂菌污染,所用器械需灭菌,实验人员需进行无菌操作 C.要切取含有形成层的部位,因为该部位容易诱导形成愈伤组织 D.实验中,用酒精和次氯酸钠溶液对外植体消毒 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 解
11、析对于胡萝卜的组织培养来说,在外植体脱分化形成愈伤组织 的过程中不需要光照,A项错误。植物组织培养需要避免杂菌污染, 外植体要严格消毒,实验所用器械和培养基要灭菌,实验人员要进 行无菌操作,B项正确。切取外植体时,要选取有形成层的部位,因为 该部位容易诱导形成愈伤组织,C项正确。对外植体消毒所用的试 剂是体积分数为70%的酒精和体积分数为20%的次氯酸钠溶液,D 项正确。 答案A 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 类型二 植物体细胞杂交 例2科学家用植物体细胞杂交技术,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,培育过 程如下图所示,
12、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。 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 (1)在植物体细胞杂交技术中,过程常用 酶 处理植物细胞以除去细胞壁。 (2)过程表示 ,依据的生物学原理 是 。 (3)若番茄细胞内含m条染色体,马铃薯细胞内含n条染色体,则“番 茄马铃薯”杂种植株的体细胞内含 条染色体;若由 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为几倍体? 。 (4)如果形成c的原生质体a、b来源于同一株番茄,那么更常用且 有效的得到番茄植株f的处理方法是 。 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂
13、检测本课必记 解析(1)由图可知,过程为用纤维素酶和果胶酶处理两种植物细 胞以除去细胞壁,得到原生质体。(2)过程表示诱导原生质体融合, 依据的生物学原理是细胞膜具有一定的流动性。(3)植物体细胞杂 交得到的杂种细胞中染色体数目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,则该杂种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)利用同一株植物的体细胞融合得到的植株是同源多倍体,更 常用且有效的方法是利用适宜浓度的秋水仙素处理萌发的植物种 子或幼苗。 答案(1)纤维素酶和果胶 (2)诱导原生质体融合 细胞膜具有一 定的流动性 (3)m
14、+n 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 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 通过植物体细胞杂交可以获得“烟草菠菜”一种新型的烟 草品种。下图为培育杂种植株过程的示意图,下列操作不正确的是 ( ) A.在融合之前除去两种细胞的细胞壁 B.原生质体先进行脱分化处理再融合 C.原生质体融合后筛选出杂种细胞继续培养 D.应先诱导杂种细胞形成愈伤组织再诱导分化 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 解析植物细胞外面有一层细胞壁,这层细胞壁阻碍着细胞的杂交, 因此,在进行体细胞杂交之前,必须先利用纤维素酶和果胶酶除去 这层细胞壁,A项正
15、确。原生质体先融合形成杂种细胞,杂种细胞再 脱分化形成愈伤组织,B项错误、D项正确。原生质体融合后,若仅 考虑两两融合的情况,就有三种类型,即烟草烟草型,菠菜菠菜 型和烟草菠菜型,故需筛选出我们需要的杂种细胞再继续培养,C 项正确。 答案B 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 下图是利用植物体细胞杂交技术培育新植株的过程,植物细胞A 和B分别来源于二倍体植物甲和乙。下列有关分析正确的是( ) A.过程需要将植物细胞置于含纤维素酶和果胶酶的低渗溶液中 B.过程要用聚乙二醇等诱导原生质体融合,主要依据是细胞膜 具有选择透过性 C.将杂种细胞培育成新植物体过程中需要根据生长发育
16、进程更换 培养基 D.最终得到的植株相对于甲、乙而言发生了染色体数目变异,不 可育 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 解析过程为去除细胞壁,需要将植物细胞置于含有纤维素酶和 果胶酶的等渗溶液中,A项错误;过程采用聚乙二醇等诱导原生质 体a、b融合,依据的原理是细胞膜的流动性,B项错误;将杂种细胞培 育成新植物体的过程中,不同的发育阶段需要不同的培养基,C项正 确;最终得到的植株相对于甲、乙来说,染色体数目有差异,但由于 甲、乙都是二倍体,所以理论上得到的杂种植株是可育的,D项错误。 答案C 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 1.下列有关细胞工程的
17、叙述,不正确的是( ) A.细胞工程应用的是细胞生物学和分子生物学的原理和方法 B.可以通过在分子水平上的操作,按照人的意愿来改变细胞内的遗 传物质 C.可以通过在细胞水平或细胞器水平上的操作,按照人的意愿来获 得细胞产品 D.根据操作对象的不同,可以分为植物细胞工程和动物细胞工程两 大领域 解析细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法,通 过细胞水平或细胞器水平上的操作,按照人的意愿来改变细胞内的 遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。 答案B 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 2.下列有关植物细胞全能性的叙述,正确的是( ) A.植物体内只有高度分化的
18、体细胞才具有发育成完整个体的潜能 B.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 C.植物细胞的全能性是植物组织培养技术的理论基础 D.植物细胞脱分化过程体现了植物细胞的全能性 解析植物体内未高度分化的细胞也具有发育成完整个体的潜能,A 项错误;植物体内体细胞所含基因一般相同,某些体细胞没有表现 出全能性,是因为在特定的时间和空间条件下,细胞中的基因会有 选择性地表达出各种蛋白质,从而构成生物体的不同组织和器官,B 项错误;植物细胞的全能性是植物组织培养技术的理论基础,C项正 确;植物细胞脱分化是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的细胞的过程,该过程
19、未得到完整个体, 没有体现植物细胞的全能性,D项错误。 答案C 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 3.下图为将胡萝卜的离体组织在一定条件下培育成试管苗的过程 示意图。下列有关叙述正确的是( ) A.过程中都会发生细胞的增殖和分化 B.过程所用培养基中激素种类及比例均相同 C.如图所示过程依据的生物学原理是细胞膜具有流动性 D.通过图示过程获得的试管苗可能为杂合子 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 解析分析题图可知,是脱分化过程,该过程能形成愈伤组织;是 再分化过程,该过程能形成胚状体或丛芽,进一步发育形成完整植 株,过程中发生细胞的增殖,但没有发
20、生细胞分化,A项错误。 为脱分化过程,为再分化过程,这两个过程所用培养基中激素种 类一般相同,但比例不同,B项错误。如图所示过程依据的生物学原 理是细胞具有全能性,C项错误。利用此过程获得的试管苗的基因 型与亲本的基因型相同,可能为杂合子,也可能为纯合子,D项正确。 答案D 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 4.下图所示为植物体细胞杂交技术的部分过程,下列叙述错误的是( ) A.A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 C.A细胞和B细胞融合完成的标志是再
21、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 课堂篇探究学习 探究点一探究点二探究点三当堂检测本课必记 5.科学家将天竺葵的原生质体和香茅草的原生质体进行诱导融合, 培育出的驱蚊草能散发出特殊气味,达到驱蚊且对人体无害的效果。 下列关于驱蚊草培育的叙述,错误的是( ) A.驱蚊草的培育属于细胞工程育种,其优点是能克服远缘杂交不亲 和的障碍 B.驱蚊草培育过程要用到纤维素酶、果胶酶、聚乙二醇等试剂或 离心、振动、电激等方法 C.驱蚊草培育过程是植物体细胞杂交,不同于植物组织培养,无愈伤 组织和试管苗形成 D.驱蚊草不能通过天竺葵和香茅草有性杂交而获得是因为不同物 种间存在生殖隔离