資源簡(jiǎn)介

2.1.1植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)的學(xué)案
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.說出植物細(xì)胞工程的基本原理。
2.簡(jiǎn)述細(xì)胞全能性的概念。
3.簡(jiǎn)述植物組織培養(yǎng)的過程與方法。
4.通過菊花組織培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)操作，進(jìn)一步掌握植物組織培養(yǎng)技術(shù)。
【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】
教學(xué)重點(diǎn)
1.植物組織培養(yǎng)的原理和過程。
2.植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的原理。
3.植物細(xì)胞工程應(yīng)用的實(shí)例。
教學(xué)難點(diǎn)
植物組織培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)。
【預(yù)習(xí)新知】
植物組織培養(yǎng)技術(shù)
1．細(xì)胞工程：是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)等多學(xué)科的原理和方法，通過__________或組織水平上的操作，有目的地獲得特定的細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體或其產(chǎn)品的一門綜合性的生物工程。
2．細(xì)胞的全能性：細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生__________的潛能。
3．植物組織培養(yǎng)：是指將________的植物器官、組織或細(xì)胞等，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其形成________的技術(shù)。
4．植物組織培養(yǎng)的流程：接種________，誘導(dǎo)________，誘導(dǎo)________，誘導(dǎo)________，移植成活五個(gè)過程。
5．菊花的組織培養(yǎng)
(1)實(shí)驗(yàn)原理
①植物細(xì)胞一般具有________。
a．在一定的激素和營(yíng)養(yǎng)等條件的誘導(dǎo)下，已經(jīng)分化的細(xì)胞可以經(jīng)過________，轉(zhuǎn)變成________的細(xì)胞，進(jìn)而形成________。
b．愈傷組織能重新分化成________等器官，該過程稱為________。
②植物激素中________和____________是啟動(dòng)細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵激素。將愈傷組織接種到含有特定激素的培養(yǎng)基上，就可以誘導(dǎo)其再分化成________，長(zhǎng)出芽和根，進(jìn)而發(fā)育成完整的植株。
(2)實(shí)驗(yàn)步驟
①外植體的消毒：將流水充分沖洗后的外植體(幼嫩的莖段)用________消毒30 s，然后立即用________清洗2～3次；再用________溶液處理30 min后，立即用無菌水清洗2～3次。
②外植體的分割：用________將外植體切成0.5～1 cm長(zhǎng)的小段。
③接種：在酒精燈火焰旁，將外植體的________插入誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基中。
④培養(yǎng)：將接種了外植體的錐形瓶或植物組織培養(yǎng)瓶置于________ ℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。
⑤轉(zhuǎn)移培養(yǎng)：培養(yǎng)15～20 d后，將生長(zhǎng)良好的愈傷組織轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)________的培養(yǎng)基上。長(zhǎng)出芽后，再將其轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)________的培養(yǎng)基上，進(jìn)一步誘導(dǎo)形成________。
⑥移栽。
答案：
1．細(xì)胞器、細(xì)胞
2．完整生物體或分化成其他各種細(xì)胞
3．離體　完整植株
4．外植體　愈傷組織　生芽　生根
5．(1)①全能性　a．脫分化　未分化　愈傷組織　b．芽、根　再分化　②生長(zhǎng)素　細(xì)胞分裂素　胚狀體　(2)①酒精　無菌水　次氯酸鈉　②解剖刀　③1/3～1/2　④18 ℃～22 ℃　⑤生芽　生根　試管苗
植物體細(xì)胞雜交技術(shù)
1．概念
將 的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成 ，并把雜種細(xì)胞培育成 的技術(shù)。
2．過程
去壁：用 和 去除植物細(xì)胞壁，獲得原生質(zhì)體。
誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法
① 物理法： 法、 法等。
② 化學(xué)法： 融合法、 融合法等。
③ 融合完成的標(biāo)志：
④ 融合后所得細(xì)胞的種類共有 種，其中融合的細(xì)胞有 種，未融合的細(xì)胞有 種。
⑤ 由雜種細(xì)胞培育為新植物體應(yīng)用了 技術(shù)。
3.原理： 、
4．意義：克服 。
【易錯(cuò)提示】
植物體細(xì)胞雜交過程中的注意事項(xiàng)
（1）植物體細(xì)胞雜交的培養(yǎng)基中要添加蔗糖濃度溶液且濃度略大于植物細(xì)胞質(zhì)濃度。不僅為原生質(zhì)體提供營(yíng)養(yǎng)，而且還能維持一定的滲透壓，使原生質(zhì)體保持正常的形態(tài)
（2）體細(xì)胞融合后培養(yǎng)基主要有五種培養(yǎng)基類型（A/B/AA/BB/AB），其中融合細(xì)胞類型有三種（AA/BB/AB），而真正符合要求的是AB，因此要對(duì)融合細(xì)胞進(jìn)行篩選
（3）從生殖類型上看，植物體細(xì)胞雜交技術(shù)沒有生殖細(xì)胞的形成和結(jié)合，屬于無性生殖，變異類型是染色體數(shù)目的變異，形成的是異源多倍體，由于含有兩個(gè)親本的遺傳物質(zhì)，因此理論上應(yīng)具有兩個(gè)親本的遺傳形狀
【深化探究】
探究一：植物組織培養(yǎng)
1.下列實(shí)例能體現(xiàn)細(xì)胞全能性的有_________
（1）青蛙的受精卵發(fā)育成一個(gè)蝌蚪 （2）蜂王產(chǎn)生的未受精的卵細(xì)胞發(fā)育成雄蜂
（3）使用月季的莖扦插成活后形成一株新的月季
（4）一粒玉米種子發(fā)育成玉米植株 （5）蘭花的葉肉細(xì)胞發(fā)育成一株蘭花
2.完善植物組織培養(yǎng)過程模型（結(jié)合教材P35-36）
（1）愈傷組織的特點(diǎn)是：______________________________________。
（2）組織培養(yǎng)過程中光照如何控制？____________________________________。
（3）若想探究生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的使用比例對(duì)植物組織培養(yǎng)中脫分化的影響，則應(yīng)如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？
實(shí)驗(yàn)編號(hào) 實(shí)驗(yàn)處理
1
2
3
4
（4）菊花組織培養(yǎng)過程中誘導(dǎo)生根和生芽的順序是怎樣的？_________________________。
探究二、植物體細(xì)胞雜交
1.結(jié)合所學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)培育白菜-甘藍(lán)新品種的過程
2.為什么使用纖維素酶和果膠酶可除去細(xì)胞壁？_________________________________
3.原生質(zhì)體能融合體現(xiàn)細(xì)胞膜的什么功能？______________________________________
4.科學(xué)家曾經(jīng)設(shè)想通過體細(xì)胞雜交獲得一種可以地上結(jié)番茄地下有馬鈴薯的新植株，結(jié)果沒有成功，你認(rèn)為可能的原因有哪些？
【鞏固訓(xùn)練】
1.花粉原生質(zhì)體可與體細(xì)胞原生質(zhì)體融合，實(shí)現(xiàn)配子與體細(xì)胞雜交，獲得雜種植株。以下說法不正確的是( )
A.雜種植株的培育原理是染色體變異
B.可利用聚乙二醇誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合
C.可用纖維素酶和蛋白酶獲得相應(yīng)原生質(zhì)體
D.配子與體細(xì)胞雜交能縮短三倍體無子果實(shí)培育年限
2.我國(guó)科學(xué)家利用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)培育新品種耐鹽植株的過程（如圖所示），序號(hào)代表過程或結(jié)構(gòu)。下列分析正確的是( )
A.可用滅活病毒誘導(dǎo)原生質(zhì)體甲和乙的融合
B.由愈傷組織得到④需要脫分化、再分化等過程
C.獲得的雜種植株一定能表現(xiàn)出雙親的優(yōu)良性狀
D.再分化培養(yǎng)基中生長(zhǎng)素/細(xì)胞分裂素的比值高有利于根的分化
3.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)圖分析正確的是( )
A.圖中①過程通常用胰蛋白酶作用，目的是獲得原生質(zhì)體
B.過程②常使用聚乙二醇作為誘導(dǎo)劑
C.經(jīng)過②和③過程形成的c細(xì)胞的染色體組一定為AABB
D.該技術(shù)流程的目的是獲得雜種細(xì)胞，優(yōu)點(diǎn)是克服遠(yuǎn)緣雜交不親和障礙
4.花椰菜具有由核基因控制的多種優(yōu)良性狀，但易受黑腐病菌的危害而患黑腐病，野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定劑量的紫外線處理黑芥原生質(zhì)體可使其染色體片段化，并喪失再生能力。再利用此原生質(zhì)體作為部分遺傳物質(zhì)的供體與完整的花椰菜原生質(zhì)體融合，以獲得抗黑腐病雜種植株。實(shí)驗(yàn)過程如下圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是( )
A.①過程采用酶解法獲取原生質(zhì)體時(shí)，可利用蔗糖調(diào)節(jié)滲透壓
B.②過程常使用聚乙二醇作為誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)原生質(zhì)體進(jìn)行融合
C.篩選雜種細(xì)胞時(shí)，可根據(jù)是否有葉綠體和再生能力進(jìn)行鑒別
D.雜種植株含有控制花椰菜優(yōu)良性狀的基因，只能通過父本進(jìn)行傳遞
5.為增加玉米的抗旱性，科研人員構(gòu)建含有某微生物抗旱基因E的重組質(zhì)粒，并采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將其轉(zhuǎn)入玉米幼胚組織細(xì)胞中，用E蛋白的抗體進(jìn)行抗原—抗體雜交檢測(cè)后，經(jīng)進(jìn)一步鑒定，篩選出抗旱的轉(zhuǎn)基因玉米。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是( )
A.通過逆轉(zhuǎn)錄得到的抗旱基因E中不含啟動(dòng)子、內(nèi)含子和終止子
B.抗原—抗體雜交檢測(cè)呈陽性的植株還要通過抗旱實(shí)驗(yàn)進(jìn)行篩選
C.要得到轉(zhuǎn)基因植株還要用到植物細(xì)胞融合技術(shù)
D.用CaCl2處理農(nóng)桿菌可讓其主動(dòng)吸收重組質(zhì)粒
6.某研究性學(xué)習(xí)小組擬培育一種名貴花卉的脫毒苗，其技術(shù)路線為“取材→消毒→愈傷組織培養(yǎng)→生芽、生根→移栽”。相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是( )
A.取材部位一般選擇植物頂端分生區(qū)附近，因其含病毒少、甚至不含病毒
B.外植體接種前需進(jìn)行流水沖洗、酒精消毒、次氯酸鈉處理等消毒措施
C.為充分利用培養(yǎng)條件，每個(gè)錐形瓶可以接種6—8個(gè)外植體
D.將組培苗移栽后，需進(jìn)行病毒接種實(shí)驗(yàn)來篩選出脫毒苗
7.辣椒素作為一種生物堿廣泛用于食品保健、醫(yī)藥工業(yè)等領(lǐng)域。辣椒素的獲得途徑如圖所示。回答下列問題：
(1)圖中培養(yǎng)外植體的培養(yǎng)基中常用的凝固劑是_____________。培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素用量的比值_____________(填“高”或“低”)時(shí)，有利于芽的分化。對(duì)培養(yǎng)基徹底滅菌時(shí)，常采用_____________ (填儀器名稱)進(jìn)行滅菌。
(2)圖中外植體的消毒所需酒精的體積分?jǐn)?shù)是_____________。用酶解法將愈傷組織分離成單細(xì)胞時(shí)，常用的酶是纖維素酶和_____________。
(3)細(xì)胞產(chǎn)物工廠化生產(chǎn)是植物組織培養(yǎng)技術(shù)的重要應(yīng)用，高產(chǎn)細(xì)胞系須在_____________培養(yǎng)基培養(yǎng)至_____________。再?gòu)闹刑崛±苯匪亍?br/>參考答案
1.答案：C
解析：C、可用纖維素酶和果膠酶處理植物細(xì)胞獲得相應(yīng)原生質(zhì)體，C錯(cuò)誤。
2.答案：D
解析：A、滅活病毒誘導(dǎo)細(xì)胞融合用于動(dòng)物細(xì)胞融合，而甲、乙細(xì)胞屬于植物細(xì)胞，故不可用滅活病毒誘導(dǎo)原生質(zhì)體甲和乙的融合，A錯(cuò)誤；
B、雜種細(xì)胞得到愈傷組織屬于脫分化，由愈傷組織得到④需要再分化等過程，B錯(cuò)誤；
C、由于存在細(xì)胞分化，利用植物體細(xì)胞雜交獲得雜種植株，不一定能同時(shí)表現(xiàn)出兩個(gè)親本的所有優(yōu)良性狀，C錯(cuò)誤；
D、生長(zhǎng)素具有促進(jìn)生根作用，再分化培養(yǎng)基中生長(zhǎng)素/細(xì)胞分裂素的比值高有利于根的分化，D正確。
故選D。
3.答案：B
解析：A、①過程是去除植物細(xì)胞壁獲得原生質(zhì)體的過程，由于植物細(xì)胞壁的主要成分是纖維素和果膠，因此根據(jù)酶的專一性，通常用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁，A錯(cuò)誤;B、②是誘導(dǎo)原生質(zhì)體a和b融合的過程，常使用聚乙二醇作為誘導(dǎo)劑，也可用物理電激或離心的方法，B正確;C、經(jīng)過②和③過程形成的c細(xì)胞有三種:AAAA、BBBB、AABB，C錯(cuò)誤;D、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的目的是獲得雜種植物，D錯(cuò)誤。
4.答案：D
解析：A、①過程采用酶解法獲取原生質(zhì)體時(shí)，通常加入甘露醇來調(diào)節(jié)滲透壓，也可用蔗糖進(jìn)行調(diào)節(jié)，A正確;B、誘導(dǎo)融合的方法:物理法包括離心、振動(dòng)、電刺激等。化學(xué)法一般是用聚乙二醇(PEG)作為誘導(dǎo)劑，B正確;C、雜種細(xì)胞有葉綠體，但是仍然具備再生能力，篩選雜種細(xì)胞時(shí)，可根據(jù)是否有葉綠體和再生能力進(jìn)行鑒別，C正確;D、雜種植物細(xì)胞核內(nèi)含有控制花椰菜優(yōu)良性狀的基因，可通過父本或母本傳遞，也可通過無性生殖傳遞，D錯(cuò)誤。
5.答案：C
解析：由mRNA經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄得到的抗旱基因E中不含啟動(dòng)子、內(nèi)含子和終止子，A正確；抗原一抗體雜交檢測(cè)呈陽性只能說明E基因成功表達(dá)，植物是否具有抗旱能力，還要通過抗旱實(shí)驗(yàn)進(jìn)行篩選，B正確；要得到轉(zhuǎn)基因植物，會(huì)用到植物組織培養(yǎng)技術(shù)，不會(huì)用到植物細(xì)胞融合技術(shù)，C錯(cuò)誤；用CaCl2處理農(nóng)桿菌可讓其處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)，使其主動(dòng)吸收重組質(zhì)粒，D正確。
6.答案：D
解析：A、植物頂端分生區(qū)細(xì)胞代謝旺盛，含病毒少、甚至不含病毒，因此取材部位一般選擇植物頂端分生區(qū)附近，A正確;B、外植體必須消毒，可以用酒精消毒，同時(shí)也可以進(jìn)行流水沖洗、消毒液處理，B正確;C、為充分利用培養(yǎng)條件，每個(gè)錐形瓶可接種6~8個(gè)外植體，將封口膜重新扎好，C正確;D、脫毒苗是不含病毒的植株，不具有抗病毒的能力，進(jìn)行病毒接種實(shí)驗(yàn)是篩選出抗毒苗，D錯(cuò)誤。
7.答案：(1)瓊脂；低；高壓蒸汽滅菌法
(2)70%；果膠酶和纖維素
(3)液體；愈傷組織
解析：(1)培養(yǎng)基中常用的凝固劑是瓊脂。生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素用量的比值低時(shí)，有利于芽的分化，反之則利于根的分化。培養(yǎng)基常采用高壓蒸汽滅菌法進(jìn)行滅菌處理。
(2)外植體消毒所用酒精的體積分?jǐn)?shù)是70%。植物細(xì)胞的細(xì)胞壁含有纖維素和果膠，故用酶解法將愈傷組織分離成單細(xì)胞時(shí)，常用的酶是果膠酶和纖維素酶。
(3)植物細(xì)胞的培養(yǎng)一般使用液體培養(yǎng)基，培養(yǎng)的愈傷組織不需要再分化就能產(chǎn)生特定的細(xì)胞產(chǎn)物，因此高產(chǎn)細(xì)胞系須在液體培養(yǎng)基培養(yǎng)至愈傷組織，再?gòu)闹刑崛±苯匪亍?/p>

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