高二生物植物细胞工程的基本技术pptx课件

专题2　细 胞 工 程 2.1　植物细胞工程 2.1.1　植物细胞工程的基本技术学习 目标 1.了解细胞工程的含义。 2.掌握植物组织培养技术的过程及用途。 3.理解植物体细胞杂交技术的过程。一、细胞工程的概念和分类 1.概念： (1)应用原理：_____生物学和_____生物学。 (2)操作水平：_____水平或_______水平。 (3)操作目的：按照人的意愿来改变细胞内的_________或获 得_________。 2.分类：根据操作对象不同，分为_________工程和_________ 工程。 细胞 分子 细胞 细胞器 遗传物质 细胞产品 植物细胞 动物细胞二、植物细胞的全能性 1.含义：具有某种生物_____________的任何一个细胞，都具 有发育成___________的潜能。 2.表达过程： (1)脱分化：让已经分化的细胞经过诱导后，失去其特有的 ___________而转变成未分化细胞的过程。 (2)再分化：脱分化产生的_________在一定的培养条件下， 再分化出_________，进而形成完整的小植株。 全部遗传信息 完整生物体 结构和功能 愈伤组织 幼根和芽三、植物组织培养技术 1.理论基础：植物细胞具有_______。 2.实验：胡萝卜的组织培养。 (1)原理： 离体的植物_________________ _________ 幼根和芽 完整植物体 _______ _______ 全能性 器官、组织或细胞 脱分化 再分化愈伤组织(2)过程。 取材：消毒后选取根的_______部位，切取1 cm3左右的小块， 因为该部位容易诱导形成_________ 接种：将组织块接种到诱导培养基上，诱导出_________ 培养：在23℃～26℃恒温_____条件下培养一段时间，再将 愈伤组织转接到___________上培养诱导出试管苗 移栽：将试管苗移栽到大田，培养成正常植株 形成层 愈伤组织 愈伤组织 避光 分化培养基四、植物体细胞杂交技术 1.概念：将不同种的植物_______，在一定条件下融合成 _________，并把杂种细胞培育成___________的技术。 体细胞 杂种细胞 新的植物体2.过程： 3.意义：克服不同生物_________的障碍。 细胞壁 细胞壁 杂种细胞 远缘杂交【微点拨】 1.在生物体内，所有体细胞的细胞核中的遗传物质是否相同？ 为什么？ 提示：相同。因为生物体的每个体细胞都是由受精卵有丝分裂 得到的，有丝分裂保证了母细胞和子细胞细胞核中遗传物质是 相同的。 2.植物的种子发育成完整植株，是否能体现细胞的全能性？为 什么？ 提示：不能。因为种子中有植物的幼体胚，发育成完整植株相 当于植物的生长过程，未体现全能性。3.不同体细胞表达全能性的难易程度是否相同？受精卵和体细 胞相比，哪种细胞的全能性更容易实现？ 提示：不相同。分化程度低的细胞全能性更容易实现，受精卵 的全能性最高。 4.将两个不同物种的植物细胞A和B去除细胞壁后，经一定的方 法促融，只考虑两两融合，可以形成几种融合细胞？哪种类型 的融合细胞符合要求？ 提示：三种，分别为AA、BB和AB。杂交细胞AB是符合要求的。5.植物体细胞杂交时，细胞融合成功的标志是什么？ 提示：杂种原生质体再生出细胞壁标志着融合成功，而不是形 成杂种细胞就结束。1.植物细胞的全能性是指(　　) A.具有核、膜、质，细胞结构完整，能进行各种生理活动 B.只具有膜和质，同样能进行各种生理活动 C.植物体细胞所具有的发育成完整个体的潜能 D.具有本物种全套遗传物质的特定细胞 【解析】选C。具有某种植物全部遗传信息的任何一个细胞， 都有发育成完整新植物体的潜能，也就是说，每个植物细胞都 具有全能性。2.(2013·厦门高二检测)下列属于植物组织培养的是(　　) 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.受精卵发育成植株 【解析】选A。花粉经离体培养成单倍体植株利用的是植物组 织培养技术。芽发育成枝条、根尖分生区发育成成熟区都是植 物的正常生长发育过程，是细胞分裂和分化的结果；植物传粉 受精后形成受精卵，受精卵最终发育成植物体，属于有性生殖。3.植物组织培养过程中的脱分化是指(　　) A.植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞的过程 B.未成熟的种子经过长期培养，长出幼苗的过程 C.植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过 程 D.取植物的枝芽培育成一株新植物的过程 【解析】选C。植物细胞脱分化就是让已分化的细胞，经过诱 导后，失去其特有的结构和功能，而转变为未分化的细胞—— 愈伤组织的过程，因此C项是正确的。4.番茄和马铃薯杂交过程中细胞融合之前要除去的细胞结构 是(　　) A.细胞膜　　B.细胞壁　　C.细胞核　　D.高尔基体 【解析】选B。植物细胞最外层的是细胞壁，植物体细胞杂交 的第一步是细胞融合，细胞发生融合的基础是细胞膜的流动性， 所以首先应去除细胞壁。5.在植物细胞工程中，当原生质体融合成一个细胞后，需要诱 导产生细胞壁，参与这一过程的细胞器是(　　) A.叶绿体、高尔基体 B.线粒体、高尔基体 C.叶绿体、线粒体 D.线粒体、内质网 【解析】选B。本题考查细胞壁的形成。细胞壁的形成过程与 高尔基体密切相关，因为高尔基体产生的许多小囊泡聚集形成 了细胞壁的前体，线粒体在此过程中提供能量。6.与植物体细胞杂交密切相关的叙述中错误的是(　　) A.需要用纤维素酶和果胶酶 B.利用离心、振动、电激等诱导 C.利用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂诱导 D.只能在同种生物中进行 【解析】选D。植物体细胞杂交时首先要用纤维素酶和果胶酶 去除细胞壁，得到原生质体后用物理法(如离心、振动、电激) 或化学法(常用聚乙二醇)诱导融合形成杂种细胞，再经植物组 织培养形成杂种植株。植物体细胞杂交能在不同生物之间进行， 克服了远缘杂交不亲和的障碍。一、植物细胞的全能性和脱分化、再分化过程 1.细胞的全能性： (1)具有全能性的原因：一般生物体的每一个细胞都包含有该 物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的 全部基因。(2)不同细胞全能性的大小。 ①体细胞全能性：分化程度低的>分化程度高的，细胞分裂能 力强的>细胞分裂能力弱的。 ②不同细胞全能性：受精卵>生殖细胞>干细胞>体细胞。 ③不同生物的细胞全能性：植物细胞>动物细胞。 (3)全能性与细胞分化的关系：随着细胞分化程度的不断提高， 细胞的全能性逐渐降低。2.植物细胞全能性表达所需条件： (1)体细胞未表现全能性的原因：基因的选择性表达。 (2)体现细胞全能性的条件： 材　料 离体的细胞、组织或器官 培养基 种类齐全、比例合适的营养物质及一定的植物 激素 外界条件 ①无菌操作 ②光照：愈伤组织培养最初避光培养，后期见 光培养3.脱分化和再分化的比较： 过程名称 过　程 形成体特点 脱分化 离体细胞→ 愈伤组织 排列疏松、高度液泡化的薄壁 细胞团 再分化 愈伤组织→ 幼芽或胚状体 有根、芽或有生根发芽的能力【易错提醒】 (1)细胞表达全能性的标志是发育成完整个体而不是形成某种 组织或者器官。 (2)细胞具有全能性是因为细胞中具有发育成完整个体所必需 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.用高度分化的植物细胞、组织或器官进行组织培养可以形成 愈伤组织，则关于该愈伤组织的说法错误的是(　　) A.是细胞经过脱分化形成的 B.细胞没有全能性 C.由排列疏松的薄壁细胞组成 D.可以形成具有生根发芽能力的胚状结构【解题关键】解答本题时注意以下两个方面： (1)愈伤组织是由已分化的细胞经过诱导形成的。 (2)愈伤组织是未分化的细胞。 【解析】选B。愈伤组织是经脱分化形成的高度液泡化、无定 形状态的薄壁细胞，具有全能性，可以再分化为根、芽，进而 形成新植株。2.下列有关细胞全能性的叙述，正确的是(　　) A.植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全套基因 B.高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全 能性 C.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 D.紫色糯性玉米种子培育成植株，这反映植物种子具有全能性【解题关键】解答本题的关键：(1)全能性与全能性表达是两 个不同的概念；(2)种子发育成个体，是正常生命历程，不属 于细胞全能性的范畴。 【解析】选B。细胞具有全能性的原因是细胞具有发育成完整 个体所必需的全套基因，而配子也具有这样的全套基因，同样 具有全能性，A项错误；植物体内细胞没有表现出全能性，这 是细胞内基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果，C 项错误；种子发育成植株，是正常生命历程，未反映全能性， D项错误。细胞全能性的表达前提是离体培养的细胞、组织或 器官，B项正确。二、植物组织培养 1.概念分析： (1)培养条件：①无菌和人工培养；②离体。 (2)过程：①脱分化；②再分化。 (3)目的：①获得细胞产品；②形成完整的植株。 2.原理：植物细胞具有全能性(具有某种植物全套遗传信息的 任何一个细胞，都具有发育成完整植株的潜能)。3.过程： (1)脱分化：已经分化了的细胞，经过诱导，失去其特有的结 构和功能而转变成未分化细胞的过程。 (2)再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重 新分化出根和芽等器官的过程。4.进行组织培养时需注意的五个问题： (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。【易错提醒】 (1)植物组织培养并不是全过程都需要光照。诱导形成愈伤组 织的过程中需要避光培养，黑暗条件下有利于脱分化形成愈伤 组织。再分化过程中一定要有光照。 (2)影响组织培养的光照条件不仅是光照强度，光照时间和波 长等都影响植物组织培养。1.(2014·南京师大附中模拟)下图为植物组织培养过程，有关 说法正确的是(　　) A.实验中②试管细胞全能性最高 B.④试管中培育出的个体都是纯合子 C.①→②的过程需要光照 D.①→④过程培养基保持不变【解题关键】解答本题时注意理解以下两个方面： (1)植物组织培养时对于光照和培养基的需求在不同的培养阶 段是不同的。 (2)植物组织培养进行的是有丝分裂，属于无性生殖。【解析】选A。①试管中的组织块经脱分化形成②试管中的愈 伤组织，愈伤组织是未分化的细胞，全能性最高；植物组织培 养属于无性生殖，不改变基因型，所以产生的个体基因型与母 本是相同的，可能是纯合子也可能是杂合子；脱分化形成愈伤 组织的过程中需要避光培养，不需要光照；在植物组织培养的 不同阶段需要的条件不同，培养基中所含有的物质比例也不同， 如生长素和细胞分裂素比例适中时有利于形成愈伤组织，比例 高时，有利于根的分化。2.下图表示植物组织培养过程：(1)图中①过程获得的细胞是正常植物体经　　　　形成的， 在这一过程中染色体的变化是  　。 (2)要顺利完成③过程，除了需要各种无机营养成分外，还需 要在培养基中加入　　　　　　　　、　　　　　　　(两类 不同功能的物质)等。该过程形成的细胞与正常体细胞相比， 具有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　的特点。 (3)从过程④的结果看，它的实质是  　　　　  　 。【解题关键】本题考查植物组织培养技术，解答本题需要明确 以下两点： (1)植物组织培养的过程。 (2)影响植物组织培养的因素。【解析】(1)单倍体性细胞是经减数分裂形成的，减数分裂的 特点是染色体复制一次，细胞分裂两次，子细胞中染色体数目 减半。 (2)图中③是脱分化，在培养基中除需加入无机营养成分外， 还需要加入有机营养成分和植物激素等，形成的愈伤组织细胞 是高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞。 (3)图中④是再分化，从实质上看是基因选择性表达的结果。答案：(1)减数分裂　染色体复制一次，细胞分裂两次，子细 胞中染色体数目是亲代细胞中的一半 (2)有机营养成分　植物激素　排列疏松、高度液泡化、细胞 壁薄 (3)基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果【互动探究】 (1)题2中过程需要无菌操作的有哪些？ 提示：③④。③④属于组织培养过程，整个过程都需要无菌操 作。 (2)题2中单倍体性细胞和二倍体体细胞经过③④都能形成胚状 体，最终发育为完整植株，说明了什么？ 提示：说明生殖细胞和体细胞都具有该植物的全套遗传物质， 即细胞具有全能性。三、植物体细胞杂交 1.原理： (1)植物体细胞杂交实现的基础：细胞膜的流动性。 (2)植物组织培养的基础：植物细胞的全能性。2.操作过程： 步　骤 图　解 做　法 原生质体 的获得 酶解法(纤维素酶、果胶酶)去除 细胞壁，得到原生质体 杂种细胞 的形成 通过一定的技术手段(电激、聚乙 二醇诱导等)进行人工诱导，实现 原生质体的融合 杂种植株 的产生 对杂种细胞，用植物组织培养的 方法进行培育3.杂种植株遗传物质的变化： 细胞融合属于染色体变异，杂种植株的染色体数通常是两亲本 细胞染色体数目之和；染色体组数通常也是两亲本细胞染色体 组数目之和，形成异源多倍体。 4.通过植物体细胞杂交产生新个体的生殖方式： 整个过程包括细胞融合和组织培养两个过程，所以其生殖方式 属于无性生殖。5.植物体细胞杂交育种的优点和局限性： (1)优点：克服远缘杂交不亲和的障碍。 (2)局限性：目前仍有许多理论和技术问题未解决，还不能让 杂种植物按照人们的需求表现出亲代的优良性状。【易错提醒】 (1)细胞融合完成的标志是新细胞壁的形成，而植物体细胞杂 交完成的标志是培育出杂种植株，而不是形成杂种细胞。 (2)植物体细胞杂交育种的过程不仅包括不同植物细胞的融合， 还包括组织培养的过程。 (3)诱导体细胞融合后还需要有一个筛选杂种细胞(A与B融合形 成的杂种细胞)的过程。1.要想通过体细胞杂交技术获得杂种植株，下列步骤中正确的 是(　　) A.获得原生质体→诱导原生质体融合→再生细胞壁→组织培养 →杂种植株 B.获得原生质体→原生质体自然融合→再生细胞壁→组织培养 →杂种植株 C.病毒诱导原生质体融合→组织培养→杂种植株 D.获得原生质体→脱分化→再分化→杂种植株【解析】选A。植物体细胞杂交技术首先要获得不同生物的体 细胞，用纤维素酶、果胶酶除去细胞壁得到原生质体，再通过 物理或化学方法诱导原生质体融合，成为杂种细胞，再经组织 培养形成杂种植株。2.以下为植物体细胞杂交技术流程图，其中甲和乙分别表示两 种二倍体植物细胞，所含有的染色体组分别是AA和BB。据图分 析回答：(1)①过程是　　　　　，所用物质为　 。 (2)将若干a和b等量混合后转移到培养基上培养，再经过②和 ③，c的细胞类型有　　　　　　　　　　　　　　　　(不考 虑三个或三个以上的细胞融合)。 (3)在采用化学法进行过程②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生殖细胞杂交相比，前者 的主要意义是　　　　　　　　　　　　　　 　　　。 (5)上述培育新植株的方法所包括的技术手段有　　　 　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。【解题关键】解答本题应注意以下几点： (1)明确植物体细胞杂交的基本过程。 (2)明确获得的杂种植株中染色体组成情况。 (3)理解植物体细胞杂交的意义。【解析】(1)①是去除植物细胞壁的过程，所用的物质为纤维 素酶和果胶酶。 (2)将若干a和b等量混合后转移到培养基上培养，经过细胞融 合，c的细胞类型包括没有融合的细胞、相同细胞的融合和不 同细胞的融合，即AA、BB、AAAA、BBBB、AABB。 (3)在采用化学法进行过程②时，一般是用聚乙二醇(PEG)作为 诱导剂。(4)植物体细胞杂交的主要意义是克服了不同生物间远缘杂交 不亲和的障碍。 (5)植物体细胞杂交过程首先进行细胞融合，融合形成杂种细 胞后再经过组织培养技术形成杂种植株。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)克服了不同生物间远缘杂交不亲和的障碍 (5)细胞融合、植物组织培养【方法规律】区分植物组织培养和植物体细胞杂交的两种方法 (1)看后代。 ①植物组织培养是利用单一亲本的组织或细胞，经培养使之增 殖、分化成为一个完整植株，为无性生殖过程，因此其后代一 般均能保持该亲本的遗传特性。 ②植物体细胞杂交的本质是将两种不同来源的原生质体，在人 为条件下进行诱导融合。由于植物细胞具有全能性，融合之后 的杂种细胞可以再生出具有双亲性状的杂种植株。(2)看关系：杂种细胞需经植物组织培养才能发育为具有双亲 遗传特性的杂种植株，否则将无任何意义，因此，植物组织培 养是植物体细胞杂交的基础。