1.闡明植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)。2.闡明植物組織培養(yǎng)技術(shù)和植物體細(xì)胞雜交技術(shù)。3.嘗試進(jìn)行菊花的組織培養(yǎng)。4.舉例說明植物細(xì)胞工程的應(yīng)用。
1.認(rèn)同細(xì)胞工程的發(fā)展是一代又一代科學(xué)家經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間探索的結(jié)果,其中我國(guó)科學(xué)家發(fā)揮了重要作用。2.認(rèn)同植物細(xì)胞工程在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)方面發(fā)揮了重要作用。3.通過進(jìn)行菊花的組織培養(yǎng)認(rèn)同植物細(xì)胞工程技術(shù)與生活實(shí)際的密切聯(lián)系。
一、細(xì)胞工程的概念細(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,通過細(xì)胞器、細(xì)胞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,包括植物細(xì)胞工程和動(dòng)物細(xì)胞工程等。
二、植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)1.理論基礎(chǔ)植物細(xì)胞的全能性,其含義是細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后,仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細(xì)胞的潛能。2.植物組織培養(yǎng)技術(shù)(1)植物組織培養(yǎng)的概念:指將離體的植物器官、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)其形成完整植株的技術(shù)。(2)流程:接種外植體→誘導(dǎo)愈傷組織→誘導(dǎo)生芽→誘導(dǎo)生根→移栽成活。
(3)菊花的組織培養(yǎng)①原理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)脫分化形成愈傷組織;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)其再分化成胚狀體,長(zhǎng)出芽和根,進(jìn)而發(fā)育成完整的植株。b.生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素是啟動(dòng)細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵激素,它們的濃度、比例等都會(huì)影響植物細(xì)胞的發(fā)育方向。
3.植物體細(xì)胞雜交技術(shù)(1)概念:植物體細(xì)胞雜交就是將不同來源的植物體細(xì)胞,在一定條件下融合成雜種細(xì)胞,并把雜種細(xì)胞培育成新植物體的技術(shù)。(2)去除細(xì)胞壁的方法:利用纖維素酶和果膠酶處理。(3)誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法①物理法:包括電融合法、離心法等。②化學(xué)法:包括聚乙二醇融合法、高Ca2+—高pH融合法等。
(4)過程(5)優(yōu)點(diǎn):在打破生殖隔離,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種,培育植物新品種等方面展示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
三、植物細(xì)胞工程的應(yīng)用1.植物繁殖的新途徑(1)快速繁殖(又稱微型繁殖)①技術(shù)手段:植物組織培養(yǎng)。②優(yōu)點(diǎn):可以高效、快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖,保持優(yōu)良品種的遺傳特性。③實(shí)例:甘蔗、桉樹和鐵皮石斛等試管苗的生長(zhǎng),已形成一定規(guī)模。
(2)作物脫毒①原理:植物頂端分生區(qū)附近(如莖尖)的病毒極少,甚至無病毒。切取一定大小的莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng),再生的組織就有可能不帶病毒,從而獲得脫毒苗。②方法:選取植物的莖尖進(jìn)行植物組織培養(yǎng)。③實(shí)例:脫毒馬鈴薯、脫毒草莓等。
2.作物新品種的培育(1)單倍體育種①方法:通過花藥(或花粉)培養(yǎng)獲得單倍體植株,然后經(jīng)過誘導(dǎo)染色體加倍,培育出遺傳性狀相對(duì)穩(wěn)定的純合二倍體植株。②優(yōu)點(diǎn):極大地縮短育種年限,節(jié)約大量人力和物力;單倍體植株是進(jìn)行體細(xì)胞誘變育種和研究遺傳突變的理想材料。(2)突變體的利用①原理:在植物的組織培養(yǎng)過程中,由于培養(yǎng)細(xì)胞一直處于不斷增殖的狀態(tài),因此它們?nèi)菀资艿脚囵B(yǎng)條件和誘變因素的影響而產(chǎn)生突變。②成果:已經(jīng)篩選到抗病、抗鹽、高產(chǎn)以及蛋白質(zhì)含量高的突變體,有些品種已經(jīng)用于生產(chǎn)。
3.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)(1)方法:植物細(xì)胞培養(yǎng),是指在離體條件下對(duì)單個(gè)植物細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)使其增殖的技術(shù)。(2)成果:紫草寧、紫杉醇、人參皂苷等,它們都屬于植物細(xì)胞的次生(填“初生”或“次生”)代謝產(chǎn)物。
【預(yù)習(xí)檢測(cè)】 1.判斷正誤。(1)棉花根尖細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)形成幼苗能體現(xiàn)細(xì)胞的全能性。(　　)(2)在誘導(dǎo)離體菊花莖段形成幼苗的過程中,不會(huì)同時(shí)發(fā)生細(xì)胞的增殖和分化。(　　)(3)愈傷組織是外植體通過脫分化和再分化后形成的。(　　)(4)用纖維素酶和果膠酶水解法獲得的植物原生質(zhì)體失去了全能性。(　　)(5)再生出細(xì)胞壁是原生質(zhì)體融合成功的標(biāo)志。(　　)(6)二倍體植株的花粉經(jīng)脫分化與再分化后可得到能穩(wěn)定遺傳的植株。(　　)
(7)培育草莓脫毒苗所采用的主要技術(shù)是植物組織培養(yǎng)。(　　)(8)在植物的組織培養(yǎng)過程中,培養(yǎng)細(xì)胞容易受到培養(yǎng)條件和誘變因素的影響而產(chǎn)生突變。(　　)
2.下圖為植物組織培養(yǎng)過程,下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是(　　)A.b試管中細(xì)胞全能性最高B.d試管中培育出的個(gè)體是純合子C.a→b的過程不需要光照D.a→d的細(xì)胞分裂方式都是有絲分裂答案:B解析:d試管中的植株不一定是純合子。
3.下列有關(guān)細(xì)胞全能性的敘述,正確的是(　　)A.每個(gè)生物體內(nèi)的所有細(xì)胞都具有相同的功能B.生物體內(nèi)的任何一個(gè)細(xì)胞都可以發(fā)育成完整生物體C.理論上,細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后,仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細(xì)胞的潛能D.生物體的每個(gè)細(xì)胞都經(jīng)過產(chǎn)生、分裂、分化、生長(zhǎng)、衰老、死亡的全過程答案:C
4.在離體的植物器官、組織或細(xì)胞脫分化形成愈傷組織的過程中,下列哪一項(xiàng)條件一般是不需要的?(　　)A.消毒、滅菌B.適宜的溫度C.充足的光照D.適宜的養(yǎng)料和激素答案:C解析:由于脫分化形成的是愈傷組織,并沒有形成具有根、莖、葉的植物體,因此一般不需要光照。
5.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.已經(jīng)分化的植物細(xì)胞,通過離體培養(yǎng)失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能,轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過程D.取植物的枝芽培育成一株新個(gè)體的過程答案:C
6.通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)繁育農(nóng)作物,其優(yōu)點(diǎn)不包括(　　)A.加快繁育速度B.保持母體的優(yōu)良特性C.培育出無病毒植株D.改變植物的基因型答案:D解析:植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以高效、快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖,且能保持母體的優(yōu)良特性。切取一定大小的莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng),可以培育出無病毒植株。植物組織培養(yǎng)是無性繁殖技術(shù),不能改變植物的基因型。
知識(shí)點(diǎn)一　植物組織培養(yǎng)技術(shù)
1.下圖所示為菊花莖段幼嫩細(xì)胞通過無菌操作接入試管后,在一定的條件下,形成試管苗的培育過程。請(qǐng)分析回答下列問題。
(1)要促進(jìn)細(xì)胞分裂生長(zhǎng),培養(yǎng)基中應(yīng)有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和激素。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包括　　　　和小分子有機(jī)物,激素包括細(xì)胞分裂素和　　　　。?(2)此過程依據(jù)的原理是　　　　　　　　　　　　　。A和B階段主要進(jìn)行的分裂方式是　　　,B階段除了細(xì)胞分裂外,還進(jìn)行細(xì)胞　　　　等。(3)此過程要無菌操作,主要是指對(duì)　　　　進(jìn)行滅菌。B階段需要光照,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?(4)試管苗的根細(xì)胞沒有葉綠素,而葉肉細(xì)胞具有葉綠素,這是基因　　　　　　　　的結(jié)果。?答案:(1)無機(jī)物　生長(zhǎng)素(2)細(xì)胞的全能性　有絲分裂　分化(3)培養(yǎng)基　芽發(fā)育成葉,葉肉細(xì)胞中葉綠素的合成需要光照條件(4)選擇性表達(dá)
2.植物組織培養(yǎng)過程中,為什么要進(jìn)行一系列的消毒、滅菌,并且要求無菌操作?提示:植物組織培養(yǎng)所利用的植物材料體積小,抗性差,對(duì)培養(yǎng)條件要求較高,用于植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基同樣適合某些微生物生長(zhǎng),而培養(yǎng)基一旦被污染,會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)前功盡棄,因此要進(jìn)行嚴(yán)格無菌操作。3.在選取菊花莖段時(shí),為什么要選取生長(zhǎng)旺盛的嫩枝?提示:外植體的生理狀態(tài)是成功進(jìn)行組織培養(yǎng)的重要條件之一,生長(zhǎng)旺盛的嫩枝生理狀態(tài)好,容易誘導(dǎo)脫分化和再分化。
1.與植物細(xì)胞工程有關(guān)的幾個(gè)概念(1)細(xì)胞分化:在個(gè)體發(fā)育中,由一個(gè)或一種細(xì)胞增殖產(chǎn)生的后代,在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程。細(xì)胞分化是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。(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)生完整生物體或分化成其他各種細(xì)胞的潛能。細(xì)胞全能性是植物細(xì)胞工程的基本原理。①細(xì)胞具有全能性的原因:理論上,生物體的每一個(gè)細(xì)胞都含有本物種的全套遺傳物質(zhì),都有發(fā)育成完整個(gè)體或分化成其他各種細(xì)胞所必需的全套基因。②植物細(xì)胞表達(dá)全能性的條件:a.離體狀態(tài);b.一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì);c.植物激素;d.其他適宜的外界條件(如溫度、pH、氧氣、光照、無菌等)。
(3)愈傷組織: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)過脫分化形成不定形的薄壁組織團(tuán)塊,這稱為愈傷組織。愈傷組織的細(xì)胞排列疏松而無規(guī)則,呈無定形狀態(tài)。(4)脫分化: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)胞失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能,轉(zhuǎn)變成未分化的細(xì)胞的過程。(5)再分化:愈傷組織重新分化成芽、根等器官的過程。(6)外植體:用于離體培養(yǎng)的植物器官、組織或細(xì)胞。
2.影響植物組織培養(yǎng)的因素(1)內(nèi)部因素不同的植物組織,培養(yǎng)的難易程度差別很大。同種植物材料,其年齡、 保存時(shí)間等也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。菊花的組織培養(yǎng),一般選擇未開花植株莖上部新萌生的側(cè)枝。
(2)外部因素①營(yíng)養(yǎng)條件:培養(yǎng)基的成分主要包括無機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分和有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分。②植物激素:植物激素中生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素是啟動(dòng)細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵性因素。激素的濃度、比例等都會(huì)影響植物細(xì)胞的發(fā)育方向。③環(huán)境因素:pH 、溫度、 光照等條件也能影響植物組織培養(yǎng)。菊花組織培養(yǎng)時(shí),pH一般控制在5.8,溫度控制在18~22 ℃。產(chǎn)生愈傷組織后,后續(xù)的培養(yǎng)每天要用日光燈照射。
3.植物組織培養(yǎng)的注意事項(xiàng)(1)實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是避免微生物污染,所有實(shí)驗(yàn)用具需嚴(yán)格滅菌,確保實(shí)驗(yàn)過程無菌操作。(2)培養(yǎng)基中必須含有植物生長(zhǎng)所必需的全部營(yíng)養(yǎng),如礦質(zhì)元素、糖、維生素等。(3)再分化過程是先進(jìn)行生芽培養(yǎng),再進(jìn)行生根培養(yǎng)。(4)植物激素,特別是生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的配比對(duì)器官的發(fā)生具有一定的影響。比值高時(shí),有利于根的分化,抑制芽的形成;比值低時(shí),有利于芽的分化,抑制根的形成;比值適中時(shí),促進(jìn)愈傷組織的生長(zhǎng),不分化。
(2019全國(guó)Ⅲ理綜)培養(yǎng)胡蘿卜根組織可獲得試管苗,獲得試管苗的過程如下圖所示。
回答下列問題。(1)利用胡蘿卜根段進(jìn)行組織培養(yǎng)可以形成試管苗。用分化的植物細(xì)胞可以培養(yǎng)成完整的植株,這是因?yàn)橹参锛?xì)胞具有　　　　　。?(2)步驟③切取的組織塊中要帶有形成層,原因是? 　。?(3)從步驟⑤到步驟⑥需要更換新的培養(yǎng)基,其原因是　　　　　　　。在新的培養(yǎng)基上愈傷組織通過細(xì)胞的　　　　　　　　過程,最終可形成試管苗。?(4)步驟⑥要進(jìn)行照光培養(yǎng),其作用是　　　　　　　　　　　　　。?(5)經(jīng)組織培養(yǎng)得到的植株,一般可保持原品種的　　　　　　　　,這種繁殖方式屬于　　　　　繁殖。?
答案:(1)全能性(或形成完整植株所需的全部基因)(2)形成層容易誘導(dǎo)形成愈傷組織(3)誘導(dǎo)愈傷組織形成和誘導(dǎo)愈傷組織分化形成試管苗所需的生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的比例不同　分化(或再分化)(4)誘導(dǎo)葉綠素的形成,使試管苗能夠進(jìn)行光合作用(5)遺傳特性　無性
解析:(1)高度分化的植物細(xì)胞具有形成該物種完整植株的全部基因,具有發(fā)育成完整植株或分化成其他各種細(xì)胞的潛能,即具有全能性,因此用分化的植物細(xì)胞可以培養(yǎng)成完整的植株。(2)形成層細(xì)胞分化程度低,容易誘導(dǎo)形成愈傷組織,因此步驟③切取的組織塊中要帶有形成層。(3)步驟⑤為誘導(dǎo)形成愈傷組織,步驟⑥為誘導(dǎo)愈傷組織形成試管苗,形成不同組織、器官所需的植物激素的比例不同,且隨培養(yǎng)時(shí)間的增加,培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不斷減少,有害代謝產(chǎn)物逐漸積累,會(huì)抑制植物的生長(zhǎng),因此需要更換培養(yǎng)基。 (4)形成試管苗后,葉片的形成使植物具備了進(jìn)行光合作用的條件,而葉片中葉綠素的形成需要光,因此要將試管苗在光下培養(yǎng)。(5)植物組織培養(yǎng)過程中細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂和再分化,能夠保持原品種的遺傳特性。植物組織培養(yǎng)沒有經(jīng)過兩性生殖細(xì)胞的融合,這種繁殖方式屬于無性繁殖。
【變式訓(xùn)練】 1.影響植物組織培養(yǎng)的因素包括(　　)①培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)組成?、谕庵搀w的選取?、壑参锛に氐氖褂谩、茈s菌?、轀囟取H、光照A.①②③④⑤　　　B.①②③C.①②③④D.①②③⑤答案:A解析:培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)組成、外植體的種類和生長(zhǎng)發(fā)育狀況、植物激素的濃度和比例以及溫度、光照、pH都是影響植物組織培養(yǎng)的因素。另外,植物組織培養(yǎng)在離體、無菌條件下才能完成。
2.某生物興趣小組用蘆薈新鮮莖的一部分作為材料進(jìn)行組織培養(yǎng),出現(xiàn)了愈傷組織能正常形成且繼續(xù)長(zhǎng)大,但正常根和芽卻遲遲不能形成的情況。導(dǎo)致該情況出現(xiàn)的最可能原因是(　　)A.葡萄糖、氨基酸等有機(jī)營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足B.培養(yǎng)環(huán)境光照、溫度、pH或氧氣濃度不適宜C.生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素比例不協(xié)調(diào)D.無菌條件沒有控制好答案:C解析:“愈傷組織能正常形成且繼續(xù)長(zhǎng)大”,說明培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)充足、環(huán)境條件適宜且沒有受到雜菌污染。生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的比例達(dá)到一定值時(shí),愈傷組織才能分化出根和芽。
知識(shí)點(diǎn)二　植物體細(xì)胞雜交技術(shù)
下圖是兩種植物進(jìn)行體細(xì)胞雜交的過程,請(qǐng)分析回答下列問題。(1)將來自不同植物的兩個(gè)體細(xì)胞融合時(shí),首先遇到的障礙是什么?怎樣解除此障礙?提示:細(xì)胞壁阻礙細(xì)胞間的融合。用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁。
(2)將兩個(gè)不同種的植物細(xì)胞A和B去除細(xì)胞壁后,用一定的方法促融,常用的化學(xué)促融劑是什么?如果只考慮兩兩融合,可以形成幾種融合細(xì)胞?哪種融合細(xì)胞才是符合要求的?提示:聚乙二醇;三種(AA、BB、AB);AB融合細(xì)胞才是符合要求的。(3)雜種植物在遺傳上有何特點(diǎn)?提示:遺傳物質(zhì)來自兩個(gè)親本,具有雙親的遺傳性狀。(4)與傳統(tǒng)有性雜交相比,植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是什么?提示:克服了植物遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙,打破了物種之間的生殖隔離。
1.植物體細(xì)胞雜交過程分析(1)植物體細(xì)胞雜交的前提是去除植物細(xì)胞的細(xì)胞壁。常用方法是酶解法,所用到的酶是纖維素酶和果膠酶。這樣可以獲得具有活力的原生質(zhì)體。(2)雜交過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是原生質(zhì)體間的融合,該過程必須要借助一定的技術(shù)手段進(jìn)行人工誘導(dǎo)。人工誘導(dǎo)的方法基本分為兩大類:物理法和化學(xué)法。物理法包括離心法、電融合法等,化學(xué)法中,一般用聚乙二醇( PEG) 作為誘導(dǎo)劑來誘導(dǎo)細(xì)胞融合。誘導(dǎo)原生質(zhì)體間融合的結(jié)果具有隨機(jī)性,若只考慮兩兩融合,則有三種可能:AA融合、AB融合、BB融合。因此融合之后要進(jìn)行篩選,選出所需的雜種細(xì)胞再進(jìn)行組織培養(yǎng)。
(3)原生質(zhì)體融合后再生出細(xì)胞壁,這是原生質(zhì)體融合成功的標(biāo)志。在此過程中融合成功的原生質(zhì)體內(nèi)活躍的細(xì)胞器是高爾基體。(4)誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合,所利用的主要原理是細(xì)胞膜的流動(dòng)性。從雜種細(xì)胞到獲得雜種植株,所利用的主要原理是植物細(xì)胞的全能性。(5)植物體細(xì)胞雜交的最終結(jié)果是獲得雜種植株。其優(yōu)點(diǎn)是克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙,打破了生殖隔離。
2.植物組織培養(yǎng)與植物體細(xì)胞雜交的區(qū)別與聯(lián)系
3.體細(xì)胞雜交過程中涉及的遺傳學(xué)知識(shí)(1)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,應(yīng)屬于無性生殖,變異類型應(yīng)是染色體數(shù)目變異,但由于含有兩個(gè)母體的遺傳物質(zhì),因此具有兩個(gè)母體的遺傳特性。(2)體細(xì)胞雜交即兩個(gè)細(xì)胞融合成一個(gè)細(xì)胞,不管染色體、基因組還是染色體組都采用直接相加的方法。例如,番茄是二倍體,馬鈴薯是四倍體,雜交得到的番茄—馬鈴薯雜種植株則是六倍體。(3)育性分析:形成的雜種植株是否可育(進(jìn)行有性生殖),取決于同源染色體是否能正常聯(lián)會(huì)。
下圖是植物體細(xì)胞雜交過程示意圖,A、B植物均為二倍體,請(qǐng)據(jù)圖分析回答下列問題。
(1)圖中所示過程的原理有　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?(2)圖中的①過程是　　　　　　　　　　　。?(3)植物體細(xì)胞融合成功的標(biāo)志是　　　　　　　　　　　　　　　　,其產(chǎn)生與細(xì)胞內(nèi)的　　　　　　　　(細(xì)胞器)有關(guān)。?(4)③和④過程分別是　　　　和　　　　的過程。該雜種植物有　　　　個(gè)染色體組。?(5)該技術(shù)的最顯著優(yōu)勢(shì)是　　　　　　　　　　　　　　。?
答案:(1)細(xì)胞膜具有流動(dòng)性、植物細(xì)胞具有全能性(缺一不可)(2)(去壁)制備原生質(zhì)體(3)形成新的細(xì)胞壁　高爾基體(4)脫分化　再分化　四(5)克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙
解析:(1)植物體細(xì)胞雜交過程中有原生質(zhì)體A和原生質(zhì)體B的融合過程,其原理是細(xì)胞膜具有流動(dòng)性;將雜種細(xì)胞培育成新的個(gè)體,其原理是植物細(xì)胞具有全能性。(2)圖中的①過程是去除植物細(xì)胞壁,制備原生質(zhì)體。(3)植物體細(xì)胞融合成功的標(biāo)志是形成新的細(xì)胞壁。植物細(xì)胞壁的形成與高爾基體有關(guān)。(4)雜種細(xì)胞通過脫分化形成愈傷組織,再經(jīng)再分化形成雜種植株。圖中雜種植株是由兩個(gè)二倍體的體細(xì)胞融合成的雜種細(xì)胞培育成的新個(gè)體,含有四個(gè)染色體組。(5)植物體細(xì)胞雜交可以克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。
【變式訓(xùn)練】 1.下圖為“番茄—馬鈴薯”的培育過程示意圖。下列有關(guān)敘述正確的是(　　)A.獲得a、b需要胰蛋白酶和果膠酶B.誘導(dǎo)a、b融合的化學(xué)試劑一般是秋水仙素C.a、b細(xì)胞融合為c的原理是生物膜具有流動(dòng)性D.d、e、f過程表示植物的組織培養(yǎng)過程,e、f分別為脫分化和再分化答案:C解析:植物體細(xì)胞在雜交之前,必須先用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁,獲得具有活力的原生質(zhì)體。誘導(dǎo)a、b融合一般用聚乙二醇。a、b融合為c的原理是細(xì)胞膜具有流動(dòng)性;d、e分別為脫分化和再分化。
2.下圖表示用草木樨狀黃芪(2n=32)和木本霸王(2n=22)培育抗鹽新品種的過程。下列有關(guān)敘述正確的是(　　)
A.①過程需在低滲溶液中用相應(yīng)的酶處理B.原生質(zhì)體A和原生質(zhì)體B的細(xì)胞器種類相同C.過程③完成的標(biāo)志是2個(gè)細(xì)胞核完全融合D.經(jīng)過④過程所得的愈傷組織細(xì)胞含有4個(gè)染色體組答案:D
解析:圖中①表示去除細(xì)胞壁獲取原生質(zhì)體;②表示人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合;③表示融合的原生質(zhì)體再生出新細(xì)胞壁;④表示脫分化。①過程需在等滲溶液中用相應(yīng)的酶(如纖維素酶和果膠酶)處理。草木樨狀黃芪葉肉細(xì)胞含有葉綠體,木本霸王胚軸細(xì)胞沒有葉綠體,兩者原生質(zhì)體的細(xì)胞器種類不同。過程③完成的標(biāo)志是融合的原生質(zhì)體再生出新的細(xì)胞壁。草木樨狀黃芪(2n=32)和木本霸王(2n=22)均為二倍體,經(jīng)過④過程所得的愈傷組織細(xì)胞含有4個(gè)染色體組。
知識(shí)點(diǎn)三　植物細(xì)胞工程的應(yīng)用
1.試舉1~2例說出微型繁殖的優(yōu)點(diǎn)。提示:①能保持母體的優(yōu)良性狀,子代個(gè)體具有的遺傳物質(zhì)與親本一樣。②選材少,培養(yǎng)周期短,繁殖率高。③不受自然生長(zhǎng)季節(jié)的限制,便于自動(dòng)化管理,有利于進(jìn)行工廠化培養(yǎng)。(合理即可)
2.愈傷組織的誘變育種過程如下圖所示,請(qǐng)據(jù)圖分析回答下列問題。(1)該育種方法的原理有哪些?提示:基因突變和植物細(xì)胞的全能性。(2)在培養(yǎng)至愈傷組織時(shí)進(jìn)行誘變處理的原因是什么?提示:愈傷組織細(xì)胞一直處于分裂增生的狀態(tài),此時(shí)易發(fā)生基因突變。(3)誘導(dǎo)分化得到的突變體都可以利用嗎?為什么?提示:大都不可以。因?yàn)榛蛲蛔兙哂卸嗪ι倮?即得到的突變體大多是有害的。
3.請(qǐng)分析工廠化生產(chǎn)人參皂苷的流程,回答下列問題。(1)細(xì)胞產(chǎn)物工廠化生產(chǎn)實(shí)質(zhì)上是植物組織培養(yǎng)的部分過程,在生產(chǎn)中通常要培養(yǎng)到什么階段?提示:愈傷組織。(2)與傳統(tǒng)的從植物體內(nèi)提取相比,工廠化生產(chǎn)細(xì)胞產(chǎn)物有哪些優(yōu)點(diǎn)?提示:不受時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境的影響,克服了植物體生長(zhǎng)緩慢的缺點(diǎn),提取方便等。
1.區(qū)分微型繁殖、無性繁殖、作物脫毒、單倍體育種(1)微型繁殖與無性繁殖①微型繁殖就是用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù),也叫快速繁殖技術(shù)。②微型繁殖實(shí)際是一種無性繁殖。繁殖過程的細(xì)胞分裂方式是有絲分裂,親、子代細(xì)胞內(nèi)DNA不變,所以能夠保證親、子代遺傳特性不變。(2)微型繁殖與作物脫毒作物脫毒就是利用無病毒的植物組織細(xì)胞培育出不攜帶病毒的種苗,采用的技術(shù)是微型繁殖技術(shù),是植物組織培養(yǎng)的一部分,但是取材一定是無病毒的部位,如莖尖、根尖等。
(3)單倍體育種與微型繁殖①單倍體育種的優(yōu)點(diǎn)是后代無性狀分離,能夠穩(wěn)定遺傳,即后代都是純合子(對(duì)二倍體植物而言);明顯縮短育種年限,只需一年就可獲得純種。②單倍體育種的方法是花藥離體培養(yǎng),采用微型繁殖技術(shù)獲得單倍體幼苗,然后用秋水仙素處理,獲得純合子。
2.單倍體育種與突變體利用的比較
3.植物組織培養(yǎng)與植物細(xì)胞培養(yǎng)的比較
下圖為植株的四種人工繁殖方式示意圖,請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題。
(1)圖中單倍體植株的獲取方式通常是　　　　　　　　　。若圖中單倍體細(xì)胞含2個(gè)染色體組,A有4個(gè)染色體組,則③過程所用化學(xué)試劑的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?(2)若想在C過程中獲得突變體,進(jìn)而培育成新品種植株,應(yīng)用物理誘變或化學(xué)誘變的方法處理　　　　。?(3)若D為胡蘿卜—羊角芹,②過程最常用的誘導(dǎo)劑是　　　　,融合依據(jù)的原理是　　　　　　　　　　　　。在融合細(xì)胞的培養(yǎng)過程中,培養(yǎng)基的成分通常包括瓊脂、無機(jī)營(yíng)養(yǎng)、有機(jī)營(yíng)養(yǎng)和　　　　等。?
答案:(1)花藥離體培養(yǎng)　 抑制細(xì)胞有絲分裂過程中紡錘體的形成(2)愈傷組織(3)聚乙二醇(PEG)　細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性　植物激素解析:(1)圖中A過程表示單倍體育種,獲取單倍體時(shí)常用花藥離體培養(yǎng)的方法。若要使單倍體的染色體加倍,則需要在③過程中用秋水仙素處理幼苗,以抑制紡錘體的形成。(2)在組織培養(yǎng)過程中獲得突變體,一般用物理誘變或化學(xué)誘變的方法處理愈傷組織,再由愈傷組織經(jīng)再分化形成突變植株。(3)聚乙二醇(PEG)可作為細(xì)胞融合的誘導(dǎo)劑,融合依據(jù)的原理是細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性。培養(yǎng)融合細(xì)胞的培養(yǎng)基的成分通常包括瓊脂、無機(jī)營(yíng)養(yǎng)、有機(jī)營(yíng)養(yǎng)和植物激素等。
【變式訓(xùn)練】 1.下列有關(guān)植物細(xì)胞工程應(yīng)用的敘述,正確的是(　　)A.利用組織培養(yǎng)技術(shù)培育脫毒苗,獲得抗病毒新品種B.利用組織培養(yǎng)技術(shù)產(chǎn)生突變體,可直接培育出具有優(yōu)良性狀的新品種C.利用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)獲得紫草寧,實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)D.利用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)獲得“蘿卜—甘藍(lán)”,遵循基因的自由組合規(guī)律答案:C
2.蘭花在我國(guó)種植歷史悠久。下面是通過細(xì)胞培養(yǎng)獲得蘭花植株的示意圖。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題。(注:胚狀體等同于植物種子中的胚)(1)愈傷組織的分裂能力　　　　(填“強(qiáng)”或“弱”),分化能力　　　　(填“強(qiáng)”或“弱”),是由植物體細(xì)胞經(jīng)過　　　　形成的。?(2)過程④由愈傷組織形成胚狀體要經(jīng)過　　　　和　　　　過程。?(3)一個(gè)蘭花莖尖在一年之內(nèi)可以生產(chǎn)出400萬株蘭花苗。與有性生殖相比,植物組織培養(yǎng)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在　　　　　　　　;　　　　　　　。
答案:(1)強(qiáng)　強(qiáng)　脫分化(2)細(xì)胞分裂　細(xì)胞分化(3)保持母體的優(yōu)良性狀　培育周期短,繁殖效率高
植物菊花組織培養(yǎng)中植物激素的使用生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素是啟動(dòng)細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵激素。配制好的MS培養(yǎng)基中,常常需要添加植物激素。植物激素的濃度、使用的先后順序以及比例等都會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(1)生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的使用順序不同,結(jié)果不同
(2)生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的比例不同,結(jié)果不同
草莓傳統(tǒng)的繁殖方式易將所感染的病毒傳播給后代,導(dǎo)致產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差。運(yùn)用微型繁殖技術(shù)可以培育出無病毒幼苗。草莓微型繁殖的基本過程如下:
請(qǐng)回答下列問題。(1)微型繁殖培育無病毒草莓時(shí),一般選取　　　　　　　　作為外植體,其依據(jù)是　? 　。?
(2)在過程①中,常用的MS培養(yǎng)基的主要成分包括大量元素、微量元素和　　　　　　　　等,在配制好的培養(yǎng)基中,常常需要添加　　　　　　,以利于外植體啟動(dòng)細(xì)胞分裂形成愈傷組織。接種后2~5 d,發(fā)現(xiàn)外植體邊緣局部污染,原因可能是　? 　。?(3)在過程②中,愈傷組織在誘導(dǎo)生根的培養(yǎng)基中未形成根,但分化出了芽,其原因可能是?? 　。?
答案:(1)莖尖(或根尖)　莖尖(或根尖)所含病毒極少,甚至無病毒　(2)有機(jī)物　植物激素　外植體消毒不徹底　(3)培養(yǎng)基中生長(zhǎng)素用量與細(xì)胞分裂素用量的比值偏低解析:(1)通過植物組織培養(yǎng)培育無毒苗時(shí),常選取根尖或莖尖部位,原因是該部位含病毒極少,甚至無病毒。(2)MS培養(yǎng)基的成分包括大量元素、微量元素和有機(jī)物等,在配制好的培養(yǎng)基中,常需要添加生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素等植物激素。植物組織培養(yǎng)應(yīng)注意無菌操作。(3)生長(zhǎng)素用量與細(xì)胞分裂素用量的比值低時(shí),有利于芽的分化,比值高時(shí),有利于根的分化。

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版本： 人教版 (2019)

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