第1節(jié)　植物細(xì)胞工程第1課時　植物細(xì)胞工程的基本技術(shù) 課標(biāo)內(nèi)容要求核心素養(yǎng)對接1.闡明植物組織培養(yǎng)是在一定的條件下，將離體植物器官、組織和細(xì)胞在適宜的培養(yǎng)條件下誘導(dǎo)形成愈傷組織，并重新分化，最終形成完整植株的過程。2．概述植物體細(xì)胞雜交是將不同植物體細(xì)胞在一定的條件下融合成雜合細(xì)胞，繼而培育新植物體的技術(shù)。1．科學(xué)思維：采用模型與建模、歸納與概括的方法掌握植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交的流程。2．科學(xué)探究：依據(jù)實驗步驟，制訂實驗方案，合作交流，完成菊花的組織培養(yǎng)的操作，并如實記錄實驗數(shù)據(jù)，得出實驗結(jié)論。 一、植物細(xì)胞的全能性1．概念：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．生長發(fā)育過程中細(xì)胞沒有表現(xiàn)全能性的原因在特定的時間和空間條件下，細(xì)胞中的基因會選擇性地表達(dá)。二、植物組織培養(yǎng)技術(shù)1．概念：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．菊花的組織培養(yǎng)(1)植物細(xì)胞全能性的表達(dá)過程①脫分化：讓已經(jīng)分化的細(xì)胞經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能，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，在一定的培養(yǎng)條件下，再分化出芽、根等器官，進(jìn)而形成完整的小植株。③激素的作用：植物激素中生長素和細(xì)胞分裂素是啟動細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵激素。(2)操作流程外植體的消毒：將流水充分沖洗后的外植體用酒精消毒30 s，用無菌水清洗2～3次后，再用次氯酸鈉溶液處理30 min，用無菌水清洗2～3次。　↓外植體的分割：用無菌濾紙吸去表面的水分，用解剖刀將外植體切成0.5～1 cm長的小段。　↓接種：在酒精燈火焰旁，將外植體的1/3～1/2插入誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基中。　↓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18～22℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。定期觀察和記錄愈傷組織的生長情況。　↓轉(zhuǎn)移培養(yǎng)：將生長良好的愈傷組織轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生芽的培養(yǎng)基上。長出芽后，再將其轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生根的培養(yǎng)基上，進(jìn)一步誘導(dǎo)形成試管苗。　↓移栽：將試管苗移植到消過毒的蛭石或珍珠巖上，壯苗后再移栽入土。三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)1．概念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．過程(1)去壁：用纖維素酶和果膠酶去除植物細(xì)胞壁，獲得原生質(zhì)體。(2)誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法①物理法：電融合法、離心法等。②化學(xué)法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法等。3．意義克服不同種生物遠(yuǎn)緣雜交的不親和性。判斷對錯(正確的打“√”，錯誤的打“×”)1．植物的每個細(xì)胞在植物體內(nèi)和體外都能表現(xiàn)出細(xì)胞的全能性。 (×)提示：具有某種生物全部遺傳信息的細(xì)胞在離體的情況下才能表現(xiàn)出全能性。2．脫分化和再分化是植物組織培養(yǎng)的重要過程。 (√)3．在植物組織培養(yǎng)過程中需要給予光照，以誘導(dǎo)脫分化過程。 (×)提示：植物組織培養(yǎng)過程中，脫分化過程是要求避光培養(yǎng)的。4．植物體細(xì)胞雜交要先去除細(xì)胞壁的原因是細(xì)胞壁阻礙了原生質(zhì)體的融合。  (√)5．植物體細(xì)胞雜交過程中，細(xì)胞融合成功的標(biāo)志是產(chǎn)生新的細(xì)胞壁。 (√)　植物組織培養(yǎng)1．植物組織培養(yǎng)的過程(1)外植體：用于植物組織培養(yǎng)的離體的植物器官、組織或細(xì)胞。(2)脫分化：已經(jīng)分化的細(xì)胞，經(jīng)過誘導(dǎo)，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。(3)愈傷組織：細(xì)胞排列疏松且無規(guī)則、高度液泡化、呈無定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞團(tuán)。(4)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或芽等器官的過程。2．植物組織培養(yǎng)技術(shù)的注意事項(1)外植體的選擇與制備①外植體的選擇：外植體脫分化的難易因植物種類、器官來源及生理狀況的不同而不同。一般來說，植物的花和幼嫩的組織脫分化相對比較容易，而植物的莖、葉和成熟的組織較難。②制備外植體首先要消毒，其次要選取有形成層的部分，因為形成層細(xì)胞易脫分化。(2)無菌操作植物組織培養(yǎng)成功的關(guān)鍵是避免微生物的污染，所有實驗用具要嚴(yán)格滅菌，接種過程要進(jìn)行嚴(yán)格的無菌操作。(3)光照的控制對于植物組織培養(yǎng)來說，光照條件非常重要。①脫分化階段：避光培養(yǎng)，有利于脫分化產(chǎn)生愈傷組織(如果是在光照條件下，容易分化產(chǎn)生維管等組織，不利于產(chǎn)生大量的愈傷組織)。②再分化階段：一定要有光照，有利于葉片內(nèi)葉綠素的合成。(4)植物激素的使用生長素和細(xì)胞分裂素是啟動細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵性激素，兩類激素的濃度及用量的比例等都會影響實驗結(jié)果。生長素/細(xì)胞分裂素的值作用效果比值高促進(jìn)根的分化、抑制芽的形成比值低促進(jìn)芽的分化、抑制根的形成比值適中促進(jìn)愈傷組織的形成1．在植物組織培養(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：避免雜菌在上面迅速生長消耗營養(yǎng)，且有些雜菌會危害培養(yǎng)物的生長。2．在組織培養(yǎng)過程中，誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基、誘導(dǎo)生芽的培養(yǎng)基和誘導(dǎo)生根的培養(yǎng)基的成分有什么不同？提示：三種培養(yǎng)基成分的不同是生長素和細(xì)胞分裂素的比例不同。3．誘導(dǎo)愈傷組織期間一般不需要光，后續(xù)培養(yǎng)過程中，為什么每日要給予適當(dāng)時間和強(qiáng)度的光照？提示：后續(xù)培養(yǎng)過程中，給予適當(dāng)時間和強(qiáng)度的光照的目的是誘導(dǎo)葉綠素的形成，進(jìn)一步形成葉綠體進(jìn)行光合作用。4．若培養(yǎng)物取自植物的幼莖、葉片等含有葉綠體的部位，愈傷組織中是否會含有葉綠體？提示：培養(yǎng)物經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞，愈傷組織中不含有葉綠體。1．(2021·湖北省適應(yīng)性測試)植物組織培養(yǎng)過程中，無菌操作步驟至關(guān)重要。下列關(guān)于無菌操作的敘述，錯誤的是(　　)A．不耐高溫的植物激素需過濾除菌后才能添加到已滅菌的培養(yǎng)基中B．超凈工作臺可用紫外線消毒，鑷子、剪刀可灼燒滅菌C．植物材料用次氯酸鈉消毒后接種到培養(yǎng)基中D．玻璃培養(yǎng)皿常采用干熱滅菌法滅菌C　[對不耐高溫的植物激素除菌時無法用高壓蒸汽滅菌法，可以用濾膜過濾除菌，再添加到已滅菌的培養(yǎng)基中，A正確；接種室和超凈工作臺等，可用紫外線進(jìn)行消毒，鑷子、剪刀等金屬器具可灼燒滅菌，B正確；植物組織培養(yǎng)中的外植體用70%的酒精和次氯酸鈉進(jìn)行消毒，外植體取出后，在無菌水中漂洗了消毒液后才能接種到培養(yǎng)基中，C錯誤；玻璃培養(yǎng)皿常采用干熱滅菌法滅菌，D正確。]2．培養(yǎng)胡蘿卜根組織可獲得試管苗，獲得試管苗的過程如圖所示。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，這是因為植物細(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。[解析]　(1)分化的植物細(xì)胞可以培養(yǎng)成完整的植株，這是因為植物細(xì)胞具有全能性。(2)在本實驗中，切取胡蘿卜塊時要切取含有形成層的部分，原因是形成層容易誘導(dǎo)形成愈傷組織。(3)決定植物細(xì)胞脫分化和再分化的關(guān)鍵因素是植物激素的種類和比例，步驟⑤(誘導(dǎo)愈傷組織形成)和步驟⑥(誘導(dǎo)愈傷組織分化形成試管苗)所需的生長素和細(xì)胞分裂素的比例不同，故從步驟⑤到步驟⑥需更換培養(yǎng)基。愈傷組織通過細(xì)胞的再分化過程形成試管苗。(4)步驟⑥需要照光培養(yǎng)，其作用是誘導(dǎo)葉綠素的形成，使試管苗能夠進(jìn)行光合作用。(5)組織培養(yǎng)沒有經(jīng)過兩性生殖細(xì)胞的結(jié)合，因此屬于無性繁殖，組織培養(yǎng)得到的植株保持了原品種的遺傳特性。[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　植物體細(xì)胞雜交1．原理(1)細(xì)胞膜的流動性：原生質(zhì)體融合的過程。(2)植物細(xì)胞的全能性：雜種細(xì)胞發(fā)育成雜種植株。2．操作過程步驟圖解技術(shù)原生質(zhì)體的獲取纖維素酶和果膠酶去掉細(xì)胞壁獲得原生質(zhì)體原生質(zhì)體的融合物理法：電融合法、離心法等化學(xué)法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法等雜種植株的形成植物組織培養(yǎng)3．雜種植株遺傳物質(zhì)的變化(1)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)之和。(2)染色體組數(shù)通常也是兩親本細(xì)胞染色體組數(shù)之和，形成異源多倍體。4．植物體細(xì)胞雜交育種的優(yōu)點和局限性(1)優(yōu)點：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)出雙親的優(yōu)良性狀。1．從結(jié)果上看雜種植株在遺傳上有何特點？從雜種植株的染色體組成上看屬于何種變異？  提示：遺傳物質(zhì)來自兩個親本，具有雙親的遺傳性狀。染色體數(shù)目增加，屬于染色體數(shù)目變異。2．從新品種培育的角度分析，植物體細(xì)胞雜交技術(shù)最大的優(yōu)點是什么？提示：克服了不同種植物遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，使不同種植物雜交成為可能。3．科學(xué)家采用植物體細(xì)胞雜交的方法得到了“番茄—馬鈴薯”雜種植物，但這種植物并沒有地上結(jié)番茄，地下長馬鈴薯。你如何解釋這一現(xiàn)象？提示：基因之間、基因與基因產(chǎn)物之間、基因與環(huán)境之間存在著復(fù)雜的相互作用，兩種生物的基因結(jié)合到一個細(xì)胞中之后，不能按照原來的順序表達(dá)了。(2021·重慶市適應(yīng)性測試改編)某研究人員設(shè)計了下列技術(shù)路線，以期獲得甘藍(lán)和蘿卜體細(xì)胞雜交植株。請回答下列問題：(1)制備原生質(zhì)體時，常用兩種酶處理，分別是_________。誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合常用的化學(xué)誘導(dǎo)劑是________。原生質(zhì)體融合成功的標(biāo)志是______________。圖中X是________。(2)為誘導(dǎo)融合體產(chǎn)生不定芽，通常應(yīng)在培養(yǎng)基中加入兩類植物激素，其中起主要作用的是____________________。(3)若想獲得抗鹽植株，可選用融合原生質(zhì)體作為人工誘變的材料，原因是_________，且需在含較高濃度的NaCl培養(yǎng)基中篩選。[解析]　(1)植物細(xì)胞壁的主要成分是纖維素和果膠，所以制備原生質(zhì)體，需要用纖維素酶和果膠酶將細(xì)胞壁分解，誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合常用的化學(xué)誘導(dǎo)劑是PEG(聚乙二醇)。原生質(zhì)體融合成功的標(biāo)志是雜種細(xì)胞再生成細(xì)胞壁；圖中X經(jīng)過離體培養(yǎng)，可以形成試管苗，所以X是愈傷組織。(2)植物組織培養(yǎng)中常加入細(xì)胞分裂素和生長素，當(dāng)生長素與細(xì)胞分裂素的比值低時，有利于芽的形成，所以起主要作用的是細(xì)胞分裂素。(3)由于融合原生質(zhì)體包含了兩個物種的全部遺傳信息，且具有全能性，所以可選用融合原生質(zhì)體作為人工誘變的材料。[答案]　(1)纖維素酶和果膠酶　PEG(聚乙二醇)　雜種細(xì)胞再生成細(xì)胞壁　愈傷組織　(2)細(xì)胞分裂素　(3)具有分裂分化能力，突變頻率高，融合原生質(zhì)體包含了兩個物種的全部遺傳信息，且具有全能性　(1)由愈傷組織進(jìn)行細(xì)胞分化時，一般要先誘導(dǎo)其生芽，然后誘導(dǎo)其生根，可通過控制培養(yǎng)基中生長素和細(xì)胞分裂素的比例來實現(xiàn)。(2)體細(xì)胞融合后培養(yǎng)基中共有5種細(xì)胞類型(A、B、AA、BB、AB)，其中融合細(xì)胞類型有3種(AA、BB、AB)，而真正符合要求的是AB，因此要對融合細(xì)胞進(jìn)行篩選(注明：不考慮三個或三個以上細(xì)胞的融合)。下面是某科研小組研究某植物組織培養(yǎng)過程中的實驗數(shù)據(jù)，請思考并回答問題：編號植物生長調(diào)節(jié)劑濃度/(mg/L)愈傷組織誘導(dǎo)率/%2，4-D6-BA13052.1±2.225055.2±2.1330.142.4±1.9450.146.9±2.0570.138.6±1.4630.343.7±2.8本案例考查學(xué)生演繹與推理的科學(xué)思維能力及實驗設(shè)計和對實驗結(jié)果的交流討論的能力。(1)表中2，4-D和6-BA分別是什么類型的植物生長調(diào)節(jié)劑？(科學(xué)思維)(2)誘導(dǎo)愈傷組織的最佳植物生長調(diào)節(jié)劑濃度是多少？(科學(xué)探究)(3)誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基中加入的3%的蔗糖的作用是什么？(科學(xué)思維)(4)該實驗需要不需要光照條件？(生命觀念)提示：(1)2，4-D是生長素類調(diào)節(jié)劑、6-BA是細(xì)胞分裂素類調(diào)節(jié)劑。(2)5 mg/L 2，4-D，不添加6-BA。(3)提供營養(yǎng)，調(diào)節(jié)滲透壓。(4)不需要光照條件。[課堂小結(jié)]知 識 網(wǎng) 絡(luò) 構(gòu) 建核 心 語 句 背 誦1.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)的原理是植物細(xì)胞的全能性，主要過程包括脫分化和再分化。3.生長素和細(xì)胞分裂素是啟動細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵激素。4.植物組織培養(yǎng)成功的關(guān)鍵是避免微生物的污染，所有實驗用具要嚴(yán)格滅菌，接種過程進(jìn)行嚴(yán)格的無菌操作。5.植物細(xì)胞融合依據(jù)的生物學(xué)原理是細(xì)胞膜的流動性，融合成功的標(biāo)志是雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁。1．下列有關(guān)植物細(xì)胞全能性的說法，錯誤的是(　　)A．體細(xì)胞具有發(fā)育成完整個體所必需的全部基因B．高度分化的細(xì)胞只有處于離體狀態(tài)時才有可能表現(xiàn)出全能性C．植物細(xì)胞的全能性是植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)之一D．從一粒玉米種子長成一棵植株體現(xiàn)了細(xì)胞具有全能性D　[植物的體細(xì)胞具有發(fā)育成完整個體所必需的全部基因，即植物細(xì)胞的全能性，也是植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)之一，A、C正確；高度分化的細(xì)胞只有處于離體狀態(tài)且有適宜的生長條件時才有可能表現(xiàn)出全能性，B正確；從一粒玉米種子長成一棵植株是自然生長過程，不能體現(xiàn)植物細(xì)胞的全能性，D錯誤。]2．下列關(guān)于“菊花的組織培養(yǎng)”實驗的敘述，不正確的是(　　)A．該實驗的理論依據(jù)是植物細(xì)胞具有全能性B．在本實驗中，應(yīng)將切好的外植體全部插入培養(yǎng)基中C．實驗過程中需要注意器械的滅菌和實驗人員的無菌操作D．整個培養(yǎng)過程需要適宜的溫度和一定的營養(yǎng)條件B　[在菊花的組織培養(yǎng)實驗中，應(yīng)將切好的外植體的1/3～1/2插入誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基中，B錯誤。]3．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，下列哪一項條件是不需要的(　　)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C　[形成愈傷組織，需要在消毒滅菌條件下進(jìn)行。因為只有在消毒滅菌條件下，才能保證培養(yǎng)出的組織、細(xì)胞避免感染，否則培養(yǎng)基內(nèi)將長出許多微生物，與離體細(xì)胞爭奪營養(yǎng)與生存空間，使其不能形成愈傷組織。由于此階段形成的是愈傷組織，并沒有形成具有根、莖、葉的植物體，因此不需要光照。]4．下圖表示以某種雜合體名貴花卉的綠色葉片為材料，利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)繁殖該植物過程中岀現(xiàn)的不同結(jié)果。下列分析正確的是(　　)A　　　B　　　　CA．不同結(jié)果的岀現(xiàn)主要是由是否提供光照造成的B．A通過脫分化得到B通過再分化得到CC．利用花粉粒進(jìn)行單倍體育種也能培養(yǎng)岀該雜合子花卉D．B組細(xì)胞的全能性高于A組和C組D　[不同結(jié)果的出現(xiàn)主要是細(xì)胞分裂素與生長素的比例不同導(dǎo)致的，A錯誤；愈傷組織B在不同植物激素比例下分化為A根或C叢芽，B錯誤；利用花粉進(jìn)行單倍體育種得到的一般為純合子，C錯誤；B組細(xì)胞分化程度很低，其全能性最高，D正確。]5．下圖是植物體細(xì)胞雜交過程示意圖，如果A、B植物均為二倍體，據(jù)圖分析回答：(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)________(細(xì)胞器)有關(guān)。(4)③和④過程分別是________和________過程。則該雜種植株有________個染色體組。(5)該技術(shù)最顯著的優(yōu)勢是____________________。[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)胞膜具有流動性；將雜種細(xì)胞培育成新的個體，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二倍體細(xì)胞融合成的雜種細(xì)胞培育成的新個體，含有四個染色體組。(5)植物體細(xì)胞雜交可以克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。[答案]　(1)細(xì)胞膜具有流動性、植物細(xì)胞具有全能性(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  

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高中生物人教版 (2019)選擇性必修3電子課本

一 植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修3

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