專題2細(xì)胞工程2.1植物細(xì)胞工程2.1.1植物細(xì)胞工程的基本技術(shù),一、細(xì)胞工程的概念和分類1.概念：(1)應(yīng)用原理：_生物學(xué)和_生物學(xué)。(2)操作水平：_水平或_水平。(3)操作目的：按照人的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的_或獲得_。2.分類：根據(jù)操作對(duì)象不同，分為_工程和_工程。,細(xì)胞,分子,細(xì)胞,細(xì)胞器,遺傳物質(zhì),細(xì)胞產(chǎn)品,植物細(xì)胞,動(dòng)物細(xì)胞,二、植物細(xì)胞的全能性1.含義：具有某種生物_的任何一個(gè)細(xì)胞，都具有發(fā)育成_的潛能。2.表達(dá)過程：(1)脫分化：讓已經(jīng)分化的細(xì)胞經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特有的_而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過程。(2)再分化：脫分化產(chǎn)生的_在一定的培養(yǎng)條件下，再分化出_，進(jìn)而形成完整的小植株。,全部遺傳信息,完整生物體,結(jié)構(gòu)和功能,愈傷組織,幼根和芽,三、植物組織培養(yǎng)技術(shù)1.理論基礎(chǔ)：植物細(xì)胞具有_。2.實(shí)驗(yàn)：胡蘿卜的組織培養(yǎng)。(1)原理：離體的植物_幼根和芽完整植物體,全能性,器官、組織或細(xì)胞,脫分化,再分化,愈傷組織,(2)過程。取材：消毒后選取根的_部位，切取1cm3左右的小塊，因?yàn)樵摬课蝗菀渍T導(dǎo)形成_接種：將組織塊接種到誘導(dǎo)培養(yǎng)基上，誘導(dǎo)出_培養(yǎng)：在2326恒溫_條件下培養(yǎng)一段時(shí)間，再將愈傷組織轉(zhuǎn)接到_上培養(yǎng)誘導(dǎo)出試管苗移栽：將試管苗移栽到大田，培養(yǎng)成正常植株,形成層,愈傷組織,愈傷組織,避光,分化培養(yǎng)基,四、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)1.概念：將不同種的植物_，在一定條件下融合成_，并把雜種細(xì)胞培育成_的技術(shù)。,體細(xì)胞,雜種細(xì)胞,新的植物體,2.過程：3.意義：克服不同生物_的障礙。,細(xì)胞壁,細(xì)胞壁,雜種細(xì)胞,遠(yuǎn)緣雜交,【微點(diǎn)撥】1.在生物體內(nèi)，所有體細(xì)胞的細(xì)胞核中的遺傳物質(zhì)是否相同？為什么？提示：相同。因?yàn)樯矬w的每個(gè)體細(xì)胞都是由受精卵有絲分裂得到的，有絲分裂保證了母細(xì)胞和子細(xì)胞細(xì)胞核中遺傳物質(zhì)是相同的。2.植物的種子發(fā)育成完整植株，是否能體現(xiàn)細(xì)胞的全能性？為什么？提示：不能。因?yàn)榉N子中有植物的幼體胚，發(fā)育成完整植株相當(dāng)于植物的生長(zhǎng)過程，未體現(xiàn)全能性。,3.不同體細(xì)胞表達(dá)全能性的難易程度是否相同？受精卵和體細(xì)胞相比，哪種細(xì)胞的全能性更容易實(shí)現(xiàn)？提示：不相同。分化程度低的細(xì)胞全能性更容易實(shí)現(xiàn)，受精卵的全能性最高。4.將兩個(gè)不同物種的植物細(xì)胞A和B去除細(xì)胞壁后，經(jīng)一定的方法促融，只考慮兩兩融合，可以形成幾種融合細(xì)胞？哪種類型的融合細(xì)胞符合要求？提示：三種，分別為AA、BB和AB。雜交細(xì)胞AB是符合要求的。,5.植物體細(xì)胞雜交時(shí)，細(xì)胞融合成功的標(biāo)志是什么？提示：雜種原生質(zhì)體再生出細(xì)胞壁標(biāo)志著融合成功，而不是形成雜種細(xì)胞就結(jié)束。,1.植物細(xì)胞的全能性是指()A.具有核、膜、質(zhì)，細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整，能進(jìn)行各種生理活動(dòng)B.只具有膜和質(zhì)，同樣能進(jìn)行各種生理活動(dòng)C.植物體細(xì)胞所具有的發(fā)育成完整個(gè)體的潛能D.具有本物種全套遺傳物質(zhì)的特定細(xì)胞【解析】選C。具有某種植物全部遺傳信息的任何一個(gè)細(xì)胞，都有發(fā)育成完整新植物體的潛能，也就是說，每個(gè)植物細(xì)胞都具有全能性。,2.(2013廈門高二檢測(cè))下列屬于植物組織培養(yǎng)的是()A.花粉培養(yǎng)成單倍體植株B.芽發(fā)育成枝條C.根尖分生區(qū)發(fā)育成成熟區(qū)D.受精卵發(fā)育成植株【解析】選A。花粉經(jīng)離體培養(yǎng)成單倍體植株利用的是植物組織培養(yǎng)技術(shù)。芽發(fā)育成枝條、根尖分生區(qū)發(fā)育成成熟區(qū)都是植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育過程，是細(xì)胞分裂和分化的結(jié)果；植物傳粉受精后形成受精卵，受精卵最終發(fā)育成植物體，屬于有性生殖。,3.植物組織培養(yǎng)過程中的脫分化是指()A.植物體的分生組織通過細(xì)胞分裂產(chǎn)生新細(xì)胞的過程B.未成熟的種子經(jīng)過長(zhǎng)期培養(yǎng)，長(zhǎng)出幼苗的過程C.植物的器官、組織或細(xì)胞，通過離體培養(yǎng)產(chǎn)生愈傷組織的過程D.取植物的枝芽培育成一株新植物的過程【解析】選C。植物細(xì)胞脫分化就是讓已分化的細(xì)胞，經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能，而轉(zhuǎn)變?yōu)槲捶只募?xì)胞愈傷組織的過程，因此C項(xiàng)是正確的。,4.番茄和馬鈴薯雜交過程中細(xì)胞融合之前要除去的細(xì)胞結(jié)構(gòu)是()A.細(xì)胞膜B.細(xì)胞壁C.細(xì)胞核D.高爾基體【解析】選B。植物細(xì)胞最外層的是細(xì)胞壁，植物體細(xì)胞雜交的第一步是細(xì)胞融合，細(xì)胞發(fā)生融合的基礎(chǔ)是細(xì)胞膜的流動(dòng)性，所以首先應(yīng)去除細(xì)胞壁。,5.在植物細(xì)胞工程中，當(dāng)原生質(zhì)體融合成一個(gè)細(xì)胞后，需要誘導(dǎo)產(chǎn)生細(xì)胞壁，參與這一過程的細(xì)胞器是()A.葉綠體、高爾基體B.線粒體、高爾基體C.葉綠體、線粒體D.線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)【解析】選B。本題考查細(xì)胞壁的形成。細(xì)胞壁的形成過程與高爾基體密切相關(guān)，因?yàn)楦郀柣w產(chǎn)生的許多小囊泡聚集形成了細(xì)胞壁的前體，線粒體在此過程中提供能量。,6.與植物體細(xì)胞雜交密切相關(guān)的敘述中錯(cuò)誤的是()A.需要用纖維素酶和果膠酶B.利用離心、振動(dòng)、電激等誘導(dǎo)C.利用聚乙二醇(PEG)作為誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)D.只能在同種生物中進(jìn)行【解析】選D。植物體細(xì)胞雜交時(shí)首先要用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁，得到原生質(zhì)體后用物理法(如離心、振動(dòng)、電激)或化學(xué)法(常用聚乙二醇)誘導(dǎo)融合形成雜種細(xì)胞，再經(jīng)植物組織培養(yǎng)形成雜種植株。植物體細(xì)胞雜交能在不同生物之間進(jìn)行，克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。,一、植物細(xì)胞的全能性和脫分化、再分化過程1.細(xì)胞的全能性：(1)具有全能性的原因：一般生物體的每一個(gè)細(xì)胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個(gè)體所必需的全部基因。,(2)不同細(xì)胞全能性的大小。體細(xì)胞全能性：分化程度低的>分化程度高的，細(xì)胞分裂能力強(qiáng)的>細(xì)胞分裂能力弱的。不同細(xì)胞全能性：受精卵>生殖細(xì)胞>干細(xì)胞>體細(xì)胞。不同生物的細(xì)胞全能性：植物細(xì)胞>動(dòng)物細(xì)胞。(3)全能性與細(xì)胞分化的關(guān)系：隨著細(xì)胞分化程度的不斷提高，細(xì)胞的全能性逐漸降低。,2.植物細(xì)胞全能性表達(dá)所需條件：(1)體細(xì)胞未表現(xiàn)全能性的原因：基因的選擇性表達(dá)。(2)體現(xiàn)細(xì)胞全能性的條件：,3.脫分化和再分化的比較：,【易錯(cuò)提醒】(1)細(xì)胞表達(dá)全能性的標(biāo)志是發(fā)育成完整個(gè)體而不是形成某種組織或者器官。(2)細(xì)胞具有全能性是因?yàn)榧?xì)胞中具有發(fā)育成完整個(gè)體所必需的“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.用高度分化的植物細(xì)胞、組織或器官進(jìn)行組織培養(yǎng)可以形成愈傷組織，則關(guān)于該愈傷組織的說法錯(cuò)誤的是()A.是細(xì)胞經(jīng)過脫分化形成的B.細(xì)胞沒有全能性C.由排列疏松的薄壁細(xì)胞組成D.可以形成具有生根發(fā)芽能力的胚狀結(jié)構(gòu),【解題關(guān)鍵】解答本題時(shí)注意以下兩個(gè)方面：(1)愈傷組織是由已分化的細(xì)胞經(jīng)過誘導(dǎo)形成的。(2)愈傷組織是未分化的細(xì)胞?！窘馕觥窟xB。愈傷組織是經(jīng)脫分化形成的高度液泡化、無(wú)定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞，具有全能性，可以再分化為根、芽，進(jìn)而形成新植株。,2.下列有關(guān)細(xì)胞全能性的敘述，正確的是()A.植物體只有體細(xì)胞才具有發(fā)育成完整個(gè)體所必需的全套基因B.高度分化的植物細(xì)胞只有處于離體狀態(tài)時(shí)才有可能表現(xiàn)出全能性C.植物體內(nèi)某些體細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性，其原因是所含基因不同D.紫色糯性玉米種子培育成植株，這反映植物種子具有全能性,【解題關(guān)鍵】解答本題的關(guān)鍵：(1)全能性與全能性表達(dá)是兩個(gè)不同的概念；(2)種子發(fā)育成個(gè)體，是正常生命歷程，不屬于細(xì)胞全能性的范疇?！窘馕觥窟xB。細(xì)胞具有全能性的原因是細(xì)胞具有發(fā)育成完整個(gè)體所必需的全套基因，而配子也具有這樣的全套基因，同樣具有全能性，A項(xiàng)錯(cuò)誤；植物體內(nèi)細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性，這是細(xì)胞內(nèi)基因在特定時(shí)間和空間條件下選擇性表達(dá)的結(jié)果，C項(xiàng)錯(cuò)誤；種子發(fā)育成植株，是正常生命歷程，未反映全能性，D項(xiàng)錯(cuò)誤。細(xì)胞全能性的表達(dá)前提是離體培養(yǎng)的細(xì)胞、組織或器官，B項(xiàng)正確。,二、植物組織培養(yǎng)1.概念分析：(1)培養(yǎng)條件：無(wú)菌和人工培養(yǎng)；離體。(2)過程：脫分化；再分化。(3)目的：獲得細(xì)胞產(chǎn)品；形成完整的植株。2.原理：植物細(xì)胞具有全能性(具有某種植物全套遺傳信息的任何一個(gè)細(xì)胞，都具有發(fā)育成完整植株的潛能)。,3.過程：(1)脫分化：已經(jīng)分化了的細(xì)胞，經(jīng)過誘導(dǎo)，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過程。(2)再分化：脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)，又可以重新分化出根和芽等器官的過程。,4.進(jìn)行組織培養(yǎng)時(shí)需注意的五個(gè)問題：(1)無(wú)菌：植物組織培養(yǎng)成功的關(guān)鍵是避免微生物的污染，所有實(shí)驗(yàn)用具要嚴(yán)格滅菌，接種過程進(jìn)行嚴(yán)格的無(wú)菌操作。(2)取材：外植體的遺傳特征、取材位置都會(huì)影響愈傷組織的再分化能力。,(3)營(yíng)養(yǎng)比：培養(yǎng)基中必須含有植物生長(zhǎng)發(fā)育所需要的全部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其中生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素用量的比例對(duì)器官的生成起決定作用。(4)光照時(shí)期：愈傷組織培養(yǎng)最初避光培養(yǎng)，后期見光培養(yǎng)。(5)培養(yǎng)順序：試管苗培養(yǎng)，要先進(jìn)行生芽培養(yǎng)，再進(jìn)行生根培養(yǎng)，試管苗培養(yǎng)要在光照條件下進(jìn)行。,【易錯(cuò)提醒】(1)植物組織培養(yǎng)并不是全過程都需要光照。誘導(dǎo)形成愈傷組織的過程中需要避光培養(yǎng)，黑暗條件下有利于脫分化形成愈傷組織。再分化過程中一定要有光照。(2)影響組織培養(yǎng)的光照條件不僅是光照強(qiáng)度，光照時(shí)間和波長(zhǎng)等都影響植物組織培養(yǎng)。,1.(2014南京師大附中模擬)下圖為植物組織培養(yǎng)過程，有關(guān)說法正確的是()A.實(shí)驗(yàn)中試管細(xì)胞全能性最高B.試管中培育出的個(gè)體都是純合子C.的過程需要光照D.過程培養(yǎng)基保持不變,【解題關(guān)鍵】解答本題時(shí)注意理解以下兩個(gè)方面：(1)植物組織培養(yǎng)時(shí)對(duì)于光照和培養(yǎng)基的需求在不同的培養(yǎng)階段是不同的。(2)植物組織培養(yǎng)進(jìn)行的是有絲分裂，屬于無(wú)性生殖。,【解析】選A。試管中的組織塊經(jīng)脫分化形成試管中的愈傷組織，愈傷組織是未分化的細(xì)胞，全能性最高；植物組織培養(yǎng)屬于無(wú)性生殖，不改變基因型，所以產(chǎn)生的個(gè)體基因型與母本是相同的，可能是純合子也可能是雜合子；脫分化形成愈傷組織的過程中需要避光培養(yǎng)，不需要光照；在植物組織培養(yǎng)的不同階段需要的條件不同，培養(yǎng)基中所含有的物質(zhì)比例也不同，如生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素比例適中時(shí)有利于形成愈傷組織，比例高時(shí)，有利于根的分化。,2.下圖表示植物組織培養(yǎng)過程：,(1)圖中過程獲得的細(xì)胞是正常植物體經(jīng)形成的，在這一過程中染色體的變化是。(2)要順利完成過程，除了需要各種無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分外，還需要在培養(yǎng)基中加入、(兩類不同功能的物質(zhì))等。該過程形成的細(xì)胞與正常體細(xì)胞相比，具有的特點(diǎn)。(3)從過程的結(jié)果看，它的實(shí)質(zhì)是。,【解題關(guān)鍵】本題考查植物組織培養(yǎng)技術(shù)，解答本題需要明確以下兩點(diǎn)：(1)植物組織培養(yǎng)的過程。(2)影響植物組織培養(yǎng)的因素。,【解析】(1)單倍體性細(xì)胞是經(jīng)減數(shù)分裂形成的，減數(shù)分裂的特點(diǎn)是染色體復(fù)制一次，細(xì)胞分裂兩次，子細(xì)胞中染色體數(shù)目減半。(2)圖中是脫分化，在培養(yǎng)基中除需加入無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分外，還需要加入有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分和植物激素等，形成的愈傷組織細(xì)胞是高度液泡化、無(wú)定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞。(3)圖中是再分化，從實(shí)質(zhì)上看是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。,答案：(1)減數(shù)分裂染色體復(fù)制一次，細(xì)胞分裂兩次，子細(xì)胞中染色體數(shù)目是親代細(xì)胞中的一半(2)有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分植物激素排列疏松、高度液泡化、細(xì)胞壁薄(3)基因在特定的時(shí)間和空間條件下選擇性表達(dá)的結(jié)果,【互動(dòng)探究】(1)題2中過程需要無(wú)菌操作的有哪些？提示：。屬于組織培養(yǎng)過程，整個(gè)過程都需要無(wú)菌操作。(2)題2中單倍體性細(xì)胞和二倍體體細(xì)胞經(jīng)過都能形成胚狀體，最終發(fā)育為完整植株，說明了什么？提示：說明生殖細(xì)胞和體細(xì)胞都具有該植物的全套遺傳物質(zhì)，即細(xì)胞具有全能性。,三、植物體細(xì)胞雜交1.原理：(1)植物體細(xì)胞雜交實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)：細(xì)胞膜的流動(dòng)性。(2)植物組織培養(yǎng)的基礎(chǔ)：植物細(xì)胞的全能性。,2.操作過程：,3.雜種植株遺傳物質(zhì)的變化：細(xì)胞融合屬于染色體變異，雜種植株的染色體數(shù)通常是兩親本細(xì)胞染色體數(shù)目之和；染色體組數(shù)通常也是兩親本細(xì)胞染色體組數(shù)目之和，形成異源多倍體。4.通過植物體細(xì)胞雜交產(chǎn)生新個(gè)體的生殖方式：整個(gè)過程包括細(xì)胞融合和組織培養(yǎng)兩個(gè)過程，所以其生殖方式屬于無(wú)性生殖。,5.植物體細(xì)胞雜交育種的優(yōu)點(diǎn)和局限性：(1)優(yōu)點(diǎn)：克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。(2)局限性：目前仍有許多理論和技術(shù)問題未解決，還不能讓雜種植物按照人們的需求表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀。,【易錯(cuò)提醒】(1)細(xì)胞融合完成的標(biāo)志是新細(xì)胞壁的形成，而植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志是培育出雜種植株，而不是形成雜種細(xì)胞。(2)植物體細(xì)胞雜交育種的過程不僅包括不同植物細(xì)胞的融合，還包括組織培養(yǎng)的過程。(3)誘導(dǎo)體細(xì)胞融合后還需要有一個(gè)篩選雜種細(xì)胞(A與B融合形成的雜種細(xì)胞)的過程。,1.要想通過體細(xì)胞雜交技術(shù)獲得雜種植株，下列步驟中正確的是()A.獲得原生質(zhì)體誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合再生細(xì)胞壁組織培養(yǎng)雜種植株B.獲得原生質(zhì)體原生質(zhì)體自然融合再生細(xì)胞壁組織培養(yǎng)雜種植株C.病毒誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合組織培養(yǎng)雜種植株D.獲得原生質(zhì)體脫分化再分化雜種植株,【解析】選A。植物體細(xì)胞雜交技術(shù)首先要獲得不同生物的體細(xì)胞，用纖維素酶、果膠酶除去細(xì)胞壁得到原生質(zhì)體，再通過物理或化學(xué)方法誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合，成為雜種細(xì)胞，再經(jīng)組織培養(yǎng)形成雜種植株。,2.以下為植物體細(xì)胞雜交技術(shù)流程圖，其中甲和乙分別表示兩種二倍體植物細(xì)胞，所含有的染色體組分別是AA和BB。據(jù)圖分析回答：,(1)過程是，所用物質(zhì)為。(2)將若干a和b等量混合后轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)基上培養(yǎng)，再經(jīng)過和，c的細(xì)胞類型有(不考慮三個(gè)或三個(gè)以上的細(xì)胞融合)。(3)在采用化學(xué)法進(jìn)行過程時(shí)，一般是用作為誘導(dǎo)劑。(4)植物體細(xì)胞雜交與自然狀況下的生殖細(xì)胞雜交相比，前者的主要意義是。(5)上述培育新植株的方法所包括的技術(shù)手段有。,【解題關(guān)鍵】解答本題應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)明確植物體細(xì)胞雜交的基本過程。(2)明確獲得的雜種植株中染色體組成情況。(3)理解植物體細(xì)胞雜交的意義。,【解析】(1)是去除植物細(xì)胞壁的過程，所用的物質(zhì)為纖維素酶和果膠酶。(2)將若干a和b等量混合后轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)基上培養(yǎng)，經(jīng)過細(xì)胞融合，c的細(xì)胞類型包括沒有融合的細(xì)胞、相同細(xì)胞的融合和不同細(xì)胞的融合，即AA、BB、AAAA、BBBB、AABB。(3)在采用化學(xué)法進(jìn)行過程時(shí)，一般是用聚乙二醇(PEG)作為誘導(dǎo)劑。,(4)植物體細(xì)胞雜交的主要意義是克服了不同生物間遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。(5)植物體細(xì)胞雜交過程首先進(jìn)行細(xì)胞融合，融合形成雜種細(xì)胞后再經(jīng)過組織培養(yǎng)技術(shù)形成雜種植株。,答案：(1)去除細(xì)胞壁纖維素酶和果膠酶(2)AA、BB、AAAA、BBBB、AABB(3)聚乙二醇(PEG)(4)克服了不同生物間遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙(5)細(xì)胞融合、植物組織培養(yǎng),【方法規(guī)律】區(qū)分植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交的兩種方法(1)看后代。植物組織培養(yǎng)是利用單一親本的組織或細(xì)胞，經(jīng)培養(yǎng)使之增殖、分化成為一個(gè)完整植株，為無(wú)性生殖過程，因此其后代一般均能保持該親本的遺傳特性。植物體細(xì)胞雜交的本質(zhì)是將兩種不同來源的原生質(zhì)體，在人為條件下進(jìn)行誘導(dǎo)融合。由于植物細(xì)胞具有全能性，融合之后的雜種細(xì)胞可以再生出具有雙親性狀的雜種植株。,(2)看關(guān)系：雜種細(xì)胞需經(jīng)植物組織培養(yǎng)才能發(fā)育為具有雙親遺傳特性的雜種植株，否則將無(wú)任何意義，因此，植物組織培養(yǎng)是植物體細(xì)胞雜交的基礎(chǔ)。,