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1、第二節(jié)植物的克隆第二節(jié)植物的克隆核心要點突破核心要點突破情景導引情景導引基礎(chǔ)自主梳理基礎(chǔ)自主梳理知能過關(guān)演練知能過關(guān)演練第二節(jié)第二節(jié)傳統(tǒng)的黃瓜育種方法主要是通過雜交、自交和回傳統(tǒng)的黃瓜育種方法主要是通過雜交、自交和回交等手段，培育出一個新品種大約需要交等手段，培育出一個新品種大約需要5至至8年時年時間，耗時、耗力，效率低、周期長。育種專家們間，耗時、耗力，效率低、周期長。育種專家們采用現(xiàn)代生物技術(shù)，通過黃瓜的未受精子房培養(yǎng)，采用現(xiàn)代生物技術(shù)，通過黃瓜的未受精子房培養(yǎng)，可獲得遺傳性狀完全純合的黃瓜株系。不僅大大可獲得遺傳性狀完全純合的黃瓜株系。不僅大大提高了種質(zhì)材料創(chuàng)新的效率，而且使黃瓜新品種提

2、高了種質(zhì)材料創(chuàng)新的效率，而且使黃瓜新品種選育時間縮短了選育時間縮短了3至至4年。年。情景導引情景導引思考：思考：(1)采用什么方法或技術(shù)可以短時間獲得采用什么方法或技術(shù)可以短時間獲得大量的黃瓜？大量的黃瓜？(2)此種技術(shù)利用的原理是什么？此種技術(shù)利用的原理是什么？【提示提示】(1)植物組織的培養(yǎng)。植物組織的培養(yǎng)。(2)細胞的全能性。細胞的全能性。基礎(chǔ)自主梳理基礎(chǔ)自主梳理一、植物組織培養(yǎng)一、植物組織培養(yǎng)1理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)植物細胞的全能性植物細胞的全能性(1)含義：植物體的每個生活細胞都具有含義：植物體的每個生活細胞都具有_的全能性，因而都具有的全能性，因而都具有_的潛能。的潛能。(2)特點特點不

3、同種類植物或同種植物的不同基因型個體的不同種類植物或同種植物的不同基因型個體的細胞全能性的表達程度大不相同。細胞全能性的表達程度大不相同。長期培養(yǎng)中培養(yǎng)物胚胎發(fā)生和器官形成能力下長期培養(yǎng)中培養(yǎng)物胚胎發(fā)生和器官形成能力下降。降。遺傳上遺傳上發(fā)育為完整植株發(fā)育為完整植株2程序程序(1)半固體培養(yǎng)基的配制：培養(yǎng)基中含有適當半固體培養(yǎng)基的配制：培養(yǎng)基中含有適當_、_及及0.7%1%的瓊脂；把營養(yǎng)物質(zhì)倒入滅菌試管中凝固成半固體。的瓊脂；把營養(yǎng)物質(zhì)倒入滅菌試管中凝固成半固體。(2)小組織塊的切?。簭男〗M織塊的切取：從_的根、莖、葉上切的根、莖、葉上切取。取。(3)愈傷組織的獲得：植物組織塊切口處的細胞在愈

4、傷組織的獲得：植物組織塊切口處的細胞在創(chuàng)傷的刺激下發(fā)生脫分化，成為分裂的細胞。在創(chuàng)創(chuàng)傷的刺激下發(fā)生脫分化，成為分裂的細胞。在創(chuàng)傷 表 面 形 成 一 種 由 相 對 沒 有 分 化 的 活 的傷 表 面 形 成 一 種 由 相 對 沒 有 分 化 的 活 的_組成的新生組織，即為愈傷組織。組成的新生組織，即為愈傷組織。(4)新植株的再生新植株的再生營養(yǎng)物質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)植物生長調(diào)節(jié)劑植物生長調(diào)節(jié)劑消毒消毒薄壁細胞團薄壁細胞團 誘 導 愈 傷 組 織，使 其 產(chǎn) 生 出 芽 和 根 的誘 導 愈 傷 組 織，使 其 產(chǎn) 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。將愈傷組織

5、分散成單個細胞，再在適宜培養(yǎng)基將愈傷組織分散成單個細胞，再在適宜培養(yǎng)基上培養(yǎng)發(fā)育成上培養(yǎng)發(fā)育成_，進而發(fā)育成新的植株。，進而發(fā)育成新的植株。3成功的條件成功的條件(1)深入探討特定植物深入探討特定植物_的表達條件。的表達條件。(2)在植物克隆試驗研究中，盡量選擇性狀優(yōu)良、在植物克隆試驗研究中，盡量選擇性狀優(yōu)良、細胞全能性表達充分的細胞全能性表達充分的_。頂端分生組織頂端分生組織胚狀體胚狀體細胞全能性細胞全能性基因型基因型思考感悟思考感悟1植物組織培養(yǎng)過程中，應(yīng)如何操作才能成植物組織培養(yǎng)過程中，應(yīng)如何操作才能成功？功？【提示提示】離體條件；無菌操作。離體條件；無菌操作。二、細胞培養(yǎng)和器官培養(yǎng)二、

6、細胞培養(yǎng)和器官培養(yǎng)1措施：通過平衡的植物激素配比進行調(diào)控。措施：通過平衡的植物激素配比進行調(diào)控。(1)適量的激動素和細胞分裂素配比可誘導芽的分適量的激動素和細胞分裂素配比可誘導芽的分化。化。(2)適量的適量的_及適當減除其他某些激素，及適當減除其他某些激素，可誘導生根?？烧T導生根。2意義意義(1)利于植物的利于植物的_、胚胎發(fā)育過程及調(diào)、胚胎發(fā)育過程及調(diào)節(jié)控制這些過程的環(huán)境因素、遺傳基礎(chǔ)和分子及節(jié)控制這些過程的環(huán)境因素、遺傳基礎(chǔ)和分子及生理生化機理的研究。生理生化機理的研究。吲哚乙酸吲哚乙酸受精過程受精過程(2)通過遺傳工程的操作，研究與植物生長發(fā)育有通過遺傳工程的操作，研究與植物生長發(fā)育有關(guān)

7、的重要基因或影響因素。關(guān)的重要基因或影響因素。(3)培育植物新品種。培育植物新品種。三、原生質(zhì)體培養(yǎng)與植物細胞工程三、原生質(zhì)體培養(yǎng)與植物細胞工程1原生質(zhì)體的獲得方法原生質(zhì)體的獲得方法在在0.50.6 mol/L的甘露醇溶液環(huán)境的甘露醇溶液環(huán)境(較高滲透壓較高滲透壓)下用下用_和和_混合液處理根尖、葉混合液處理根尖、葉片、愈傷組織或懸浮培養(yǎng)細胞，除去細胞壁。片、愈傷組織或懸浮培養(yǎng)細胞，除去細胞壁。纖維素酶纖維素酶果膠酶果膠酶培育作物新品種。培育作物新品種。為為_、_和和_問問題提供了良好的研究系統(tǒng)。題提供了良好的研究系統(tǒng)。細胞產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)：生產(chǎn)一些重要的細胞次細胞產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)：生產(chǎn)一些重

8、要的細胞次生代謝產(chǎn)物生代謝產(chǎn)物(如某些中藥如某些中藥)。遺傳學遺傳學植物生理學植物生理學細胞生物學細胞生物學思考感悟思考感悟2利用紫草細胞經(jīng)植物組織培養(yǎng)，一般到哪一利用紫草細胞經(jīng)植物組織培養(yǎng)，一般到哪一階段，便可大量生產(chǎn)提取中藥紫草素？階段，便可大量生產(chǎn)提取中藥紫草素？【提示提示】愈傷組織階級。愈傷組織階級。核心要點突破核心要點突破要點一細胞全能性及其表現(xiàn)條件細胞全能性及其表現(xiàn)條件1生物細胞的全能性生物細胞的全能性生物體細胞一般都是由受精卵經(jīng)有絲分裂形成，生物體細胞一般都是由受精卵經(jīng)有絲分裂形成，因而都含有生物一整套遺傳物質(zhì)，都具有發(fā)育成因而都含有生物一整套遺傳物質(zhì)，都具有發(fā)育成完整個體的潛能

9、。但在生物體上時不能表現(xiàn)出全完整個體的潛能。但在生物體上時不能表現(xiàn)出全能性，只能通過細胞分化形成不同的組織、器官，能性，只能通過細胞分化形成不同的組織、器官，這是在特定的環(huán)境、激素等的影響下基因選擇性這是在特定的環(huán)境、激素等的影響下基因選擇性表達的結(jié)果。表達的結(jié)果。2細胞表現(xiàn)全能性的條件細胞表現(xiàn)全能性的條件(1)首要條件是脫離母體。首要條件是脫離母體。(2)植物組織培養(yǎng)時，培養(yǎng)基中除含有一定的水分、植物組織培養(yǎng)時，培養(yǎng)基中除含有一定的水分、無機鹽外，還要添加一定的植物激素無機鹽外，還要添加一定的植物激素(如生長素、如生長素、細胞分裂素細胞分裂素)，這有助于愈傷組織分化為不同組織、，這有助于愈傷

10、組織分化為不同組織、器官。器官。(3)在植物組織培養(yǎng)的前期對光照無需求，在后期在植物組織培養(yǎng)的前期對光照無需求，在后期需要光照條件，這有利于細胞生長、分化。需要光照條件，這有利于細胞生長、分化。(4)動物細胞由于受到某些因素的制約，其全能性動物細胞由于受到某些因素的制約，其全能性不易表達，但其核仍具有全能性。不易表達，但其核仍具有全能性。3細胞全能性高低的比較細胞全能性高低的比較(1)植物細胞植物細胞動物細胞。動物細胞。(2)受精卵受精卵生殖細胞生殖細胞(精子、卵子精子、卵子)體細胞。體細胞。(3)幼嫩細胞幼嫩細胞衰老的細胞。衰老的細胞。(4)分化程度低分化程度低分化程度高分化程度高(體細胞體

11、細胞)。例例1 以下不能說明細胞全能性的實驗是以下不能說明細胞全能性的實驗是()A胡蘿卜韌皮部細胞培育出植株胡蘿卜韌皮部細胞培育出植株B紫色糯性玉米種子培育出植株紫色糯性玉米種子培育出植株C轉(zhuǎn)入抗蟲基因的棉花細胞培育出植株轉(zhuǎn)入抗蟲基因的棉花細胞培育出植株D番茄與馬鈴薯體細胞雜交后培育出植株番茄與馬鈴薯體細胞雜交后培育出植株【嘗試解答嘗試解答】_B_【解析解析】細胞的全能性應(yīng)是離體的已分化的細胞的全能性應(yīng)是離體的已分化的細胞在一定條件下培養(yǎng)，具有發(fā)育成完整個體細胞在一定條件下培養(yǎng)，具有發(fā)育成完整個體的潛能。玉米種子已經(jīng)含有完整的幼體，自然的潛能。玉米種子已經(jīng)含有完整的幼體，自然條件下種植即可發(fā)育

12、成新個體，不能說明細胞條件下種植即可發(fā)育成新個體，不能說明細胞具有全能性。具有全能性?！咎揭?guī)尋律探規(guī)尋律】(1)只有由單個細胞發(fā)育成完整個只有由單個細胞發(fā)育成完整個體，才算是體現(xiàn)出了細胞的全能性，僅發(fā)育成一體，才算是體現(xiàn)出了細胞的全能性，僅發(fā)育成一部分，不能體現(xiàn)出全能性。例如，壁虎斷尾之后，部分，不能體現(xiàn)出全能性。例如，壁虎斷尾之后，仍可長出，就不是全能性的體現(xiàn)。仍可長出，就不是全能性的體現(xiàn)。(2)全能性降低的因素全能性降低的因素由于染色體畸變、細胞核變異或非整倍體產(chǎn)生；由于染色體畸變、細胞核變異或非整倍體產(chǎn)生；激素平衡被打破或細胞對外源生長物質(zhì)的敏感激素平衡被打破或細胞對外源生長物質(zhì)的敏感性

13、發(fā)生改變；性發(fā)生改變；缺乏成胚性的細胞系。缺乏成胚性的細胞系。跟蹤訓練跟蹤訓練下列關(guān)于植物細胞全能性的敘述錯誤下列關(guān)于植物細胞全能性的敘述錯誤的是的是()A植物細胞表達全能性的根本原因是細胞核內(nèi)含植物細胞表達全能性的根本原因是細胞核內(nèi)含有本物種的全部基因有本物種的全部基因B植物細胞的全能性比動物細胞更容易體現(xiàn)植物細胞的全能性比動物細胞更容易體現(xiàn)C不同個體之間細胞全能性的表達程度不同不同個體之間細胞全能性的表達程度不同D培養(yǎng)物可無限制地長期克隆培養(yǎng)物可無限制地長期克隆解析：解析：選選D。在長期培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)物由于染。在長期培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)物由于染色體畸變、細胞核變異或非整倍體產(chǎn)生等，而且色體畸

14、變、細胞核變異或非整倍體產(chǎn)生等，而且這些變異皆不可逆，從而導致培養(yǎng)物的胚胎發(fā)生這些變異皆不可逆，從而導致培養(yǎng)物的胚胎發(fā)生和器官形成受阻，因此，培養(yǎng)物不可能無限制地和器官形成受阻，因此，培養(yǎng)物不可能無限制地克隆下去。克隆下去。要點二植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)1培養(yǎng)過程中應(yīng)注意的問題培養(yǎng)過程中應(yīng)注意的問題(1)所有實驗用具要嚴格滅菌。所有實驗用具要嚴格滅菌。(2)接種過程要求無菌操作。接種過程要求無菌操作。(3)適宜的溫度和光照。愈傷組織培養(yǎng)最初避光適宜的溫度和光照。愈傷組織培養(yǎng)最初避光培養(yǎng)，后期見光培養(yǎng)。培養(yǎng)，后期見光培養(yǎng)。(4)激素：主要是細胞分裂素和生長素。激素：主要是細胞分裂素和生長素。(5

15、)試管苗培養(yǎng)：要先進行生芽培養(yǎng)，再進行生試管苗培養(yǎng)：要先進行生芽培養(yǎng)，再進行生根培養(yǎng)；試管苗的培養(yǎng)需要在光照條件下進行。根培養(yǎng)；試管苗的培養(yǎng)需要在光照條件下進行。2與植物細胞培養(yǎng)的區(qū)別與植物細胞培養(yǎng)的區(qū)別(1)含義不同含義不同植物組織培養(yǎng)：指在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和植物組織培養(yǎng)：指在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件的作用下，把植物離體的器官、組其他外界條件的作用下，把植物離體的器官、組織或細胞培養(yǎng)成完整的植物體?？椈蚣毎囵B(yǎng)成完整的植物體。植物細胞培養(yǎng)：是將組織培養(yǎng)過程中形成的愈植物細胞培養(yǎng)：是將組織培養(yǎng)過程中形成的愈傷組織或其他易分散的組織置于液體培養(yǎng)基中，傷組織或其他易分散的組織置于液體

16、培養(yǎng)基中，進行懸浮培養(yǎng)，得到分散游離的懸浮細胞，通過進行懸浮培養(yǎng)，得到分散游離的懸浮細胞，通過繼代培養(yǎng)使細胞增殖，從而獲得大量的細胞群體繼代培養(yǎng)使細胞增殖，從而獲得大量的細胞群體的一種技術(shù)。的一種技術(shù)。(2)目的不同目的不同植物組織培養(yǎng)：得到更多的植物體。植物組織培養(yǎng)：得到更多的植物體。植物細胞培養(yǎng)：獲得人類所需要的細胞代謝產(chǎn)植物細胞培養(yǎng)：獲得人類所需要的細胞代謝產(chǎn)物。物。3植物細胞工程的實際應(yīng)用植物細胞工程的實際應(yīng)用(1)植物繁殖的新途徑植物繁殖的新途徑微型繁殖：微型繁殖：作物脫毒：選取作物無毒組織作物脫毒：選取作物無毒組織(如莖尖如莖尖)進行組織進行組織培養(yǎng)，獲得脫毒苗的技術(shù)。培養(yǎng)，獲得脫

17、毒苗的技術(shù)。人工種子：植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體等用人人工種子：植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體等用人工薄膜包裝得到的種子。工薄膜包裝得到的種子。(2)作物新品種的培育：單倍體育種和突變體的利作物新品種的培育：單倍體育種和突變體的利用。用。(3)細胞產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)：細胞產(chǎn)物有蛋白質(zhì)、細胞產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)：細胞產(chǎn)物有蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。例例2 (2011年北京西城區(qū)高二檢測年北京西城區(qū)高二檢測)如圖表示植物如圖表示植物組織培養(yǎng)過程：組織培養(yǎng)過程：(1)圖中過程獲得的細胞是正常植物體經(jīng)圖中過程獲得的細胞是正常植物體經(jīng)_形成的，在這一過程中的染色體的變

18、化是形成的，在這一過程中的染色體的變化是_。(2)要順利完成過程，除了需要各種無機營養(yǎng)物要順利完成過程，除了需要各種無機營養(yǎng)物質(zhì)外，還需要在培養(yǎng)基中加入質(zhì)外，還需要在培養(yǎng)基中加入_、_(兩類不同功能的物質(zhì)兩類不同功能的物質(zhì))。該過程形成的細。該過程形成的細胞與正常體細胞相比，具有胞與正常體細胞相比，具有_的特點。的特點。(3)從過程的結(jié)果看，它的實質(zhì)是從過程的結(jié)果看，它的實質(zhì)是_。(4)某人在探究細胞脫分化和再分化的實驗中，得某人在探究細胞脫分化和再分化的實驗中，得到了如下結(jié)果：到了如下結(jié)果：只有細胞分裂素時，組織塊產(chǎn)生愈傷組織；只有細胞分裂素時，組織塊產(chǎn)生愈傷組織；細胞分裂素生長素時，愈傷組

19、織不分化；細胞分裂素生長素時，愈傷組織不分化；細胞分裂素細胞分裂素生長素時，愈傷組織分化出芽；生長素時，愈傷組織分化出芽；細胞分裂素細胞分裂素生長素時，愈傷組織分化出根。生長素時，愈傷組織分化出根。由實驗結(jié)果，你能得出什么結(jié)論？由實驗結(jié)果，你能得出什么結(jié)論？【嘗試解答嘗試解答】(1)減數(shù)分裂染色體復制一次，減數(shù)分裂染色體復制一次，細胞分裂兩次，子細胞中染色體數(shù)目是親代細胞細胞分裂兩次，子細胞中染色體數(shù)目是親代細胞的一半的一半(2)有機營養(yǎng)物質(zhì)植物激素排列疏松、高度有機營養(yǎng)物質(zhì)植物激素排列疏松、高度液泡化、細胞壁薄液泡化、細胞壁薄(3)基因在特定的時間和空間條件下選擇性表達基因在特定的時間和空間

20、條件下選擇性表達的結(jié)果的結(jié)果(4)植物激素的種類和含量不同，對愈傷組織的植物激素的種類和含量不同，對愈傷組織的形成和分化的影響不同。形成和分化的影響不同?！窘馕鼋馕觥?1)單倍體性細胞是經(jīng)減數(shù)分裂形成的，單倍體性細胞是經(jīng)減數(shù)分裂形成的，其特點是染色體復制一次，細胞分裂兩次，子細胞其特點是染色體復制一次，細胞分裂兩次，子細胞中染色體數(shù)目減半。中染色體數(shù)目減半。(2)圖中圖中是脫分化，在培養(yǎng)基中除需加入無機營養(yǎng)是脫分化，在培養(yǎng)基中除需加入無機營養(yǎng)物質(zhì)外，還需加入有機營養(yǎng)物質(zhì)和植物激素，形成物質(zhì)外，還需加入有機營養(yǎng)物質(zhì)和植物激素，形成的愈傷組織是高度液泡化、無定形狀態(tài)的薄壁細胞。的愈傷組織是高度液泡

21、化、無定形狀態(tài)的薄壁細胞。(3)圖中圖中是再分化，從結(jié)果上看是基因的選擇性表是再分化，從結(jié)果上看是基因的選擇性表達。達。(4)分析實驗結(jié)果：細胞分裂素與生長素含量不同，分析實驗結(jié)果：細胞分裂素與生長素含量不同，對愈傷組織的形成和分化的影響不同。對愈傷組織的形成和分化的影響不同。【互動探究互動探究】(1)若題干若題干過程只分裂，但沒有過程只分裂，但沒有根和莖的分化，可能的原因是什么？根和莖的分化，可能的原因是什么？(2)由該胚狀體，產(chǎn)生的個體都是純合子嗎？由該胚狀體，產(chǎn)生的個體都是純合子嗎？【提示提示】(1)植物激素的配比不對。植物激素的配比不對。(2)是否是純合子，取決于親本。是否是純合子，取

22、決于親本。【探規(guī)尋律探規(guī)尋律】(1)植物組織培養(yǎng)就是在無菌和人植物組織培養(yǎng)就是在無菌和人工控制條件下，將離體的植物組織細胞，培養(yǎng)在工控制條件下，將離體的植物組織細胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導其產(chǎn)生愈傷組織、根、芽，最終形成完整的植導其產(chǎn)生愈傷組織、根、芽，最終形成完整的植株。株。(2)愈傷組織再分化產(chǎn)生新植株的途徑中其中的兩愈傷組織再分化產(chǎn)生新植株的途徑中其中的兩條是：可以直接誘導出芽和根，也可以誘導出胚條是：可以直接誘導出芽和根，也可以誘導出胚狀體，再發(fā)育成植株，取決于培養(yǎng)基中激素的配狀體，再發(fā)育成植株，取決于培養(yǎng)基中激素的配比。比。