
1.簡述植物組織培養(yǎng)技術(shù)和植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的原理和過程。2.嘗試進(jìn)行植物組織培養(yǎng)。3.舉例說明植物細(xì)胞工程的應(yīng)用,有效提高了生產(chǎn)效率。4.列舉植物細(xì)胞工程在作物新品種培育方面的應(yīng)用。5.概述細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)的原理。
1.生命觀念——會用生命觀念解釋植物細(xì)胞工程給人們帶來的影響。2.科學(xué)思維——結(jié)合單倍體育種、誘變育種等育種方法來理解植物組織培養(yǎng)在作物新品種培育方面的應(yīng)用。3.科學(xué)探究——結(jié)合具體實驗,嘗試設(shè)計植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程簡圖。4.社會責(zé)任——了解組織培養(yǎng)技術(shù)已取得的進(jìn)展和尚未解決的問題,認(rèn)同科學(xué)是一個不斷發(fā)展的過程。
第1課時 植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)
知識點一 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_________________或_____________________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_______________。
活 | 學(xué) | 巧 | 練1.任何細(xì)胞都具有全能性,任何細(xì)胞都能體現(xiàn)出全能性。( )2.細(xì)胞分化程度越高,全能性越高。( )
合 | 作 | 探 | 究與體細(xì)胞相比,生殖細(xì)胞如花粉的遺傳物質(zhì)減少了一半,為什么生殖細(xì)胞仍具有全能性?提示:在生物的體細(xì)胞中染色體是成對存在的,基因也是成對存在的,生殖細(xì)胞中遺傳物質(zhì)雖然減少了一半,但基因的種類沒有少,仍具有控制生長發(fā)育的全套的遺傳信息,因此生殖細(xì)胞仍具有全能性。
1.細(xì)胞全能性的分析(1)具有全能性的原因:一般生物體的每一個細(xì)胞都包含有該物種所特有的全套遺傳信息。(2)現(xiàn)實體現(xiàn):在生物的生長發(fā)育過程中,生物體內(nèi)的細(xì)胞并不會表現(xiàn)出全能性,而是分化成各種組織和器官。這是因為在特定的時間和空間條件下,細(xì)胞內(nèi)的基因會選擇性地表達(dá)。
(3)不同細(xì)胞全能性的大?、袤w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。②不同細(xì)胞的全能性:受精卵>胚胎干細(xì)胞>生殖細(xì)胞>體細(xì)胞。③不同生物的細(xì)胞全能性:植物細(xì)胞>動物細(xì)胞。(4)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
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,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
解析:細(xì)胞具有全能性的原因是細(xì)胞具有發(fā)育成完整個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;植物體內(nèi)細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性,這是細(xì)胞內(nèi)基因在特定時間和空間條件下選擇性表達(dá)的結(jié)果;同一植物體的不同細(xì)胞中的基因是相同的;細(xì)胞全能性表達(dá)的前提是離體培養(yǎng)的細(xì)胞、組織或器官;種子是植物的器官,由種子發(fā)育成植株,是正常的生命歷程,不屬于全能性的體現(xiàn)。
1.細(xì)胞表達(dá)全能性的標(biāo)志是發(fā)育成完整個體或分化成其他各種細(xì)胞。2.細(xì)胞具有全能性是因為細(xì)胞中具有發(fā)育成完整個體所必需的“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。
植物細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的必要條件是( )A.給予適宜的營養(yǎng)和外界條件B.脫離母體后,給予適宜的營養(yǎng)和外界條件C.導(dǎo)入其他植物細(xì)胞的基因D.將葉肉細(xì)胞的細(xì)胞核移植到去核的卵細(xì)胞內(nèi)解析: 植物細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的條件是:細(xì)胞離體和適宜的外界條件、一定的營養(yǎng)(無機(jī)、有機(jī)成分)和植物激素,B正確。
知識點二 植物組織培養(yǎng)技術(shù)
1.概念:將_______的植物器官、組織或細(xì)胞等,培養(yǎng)在___________________上,給予適宜的培養(yǎng)條件,誘導(dǎo)其形成___________的技術(shù)。
2.全能性表達(dá)的過程(植物組織培養(yǎng)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_____________,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。(3)激素的作用:植物激素中_________和_____________是啟動細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵激素。
注意:在誘導(dǎo)愈傷組織期間一般不需要光照,在后續(xù)的培養(yǎng)過程中,每日需要給予適當(dāng)時間和強(qiáng)度的光照。
活 | 學(xué) | 巧 | 練1.在植物組織培養(yǎng)過程中,細(xì)胞的遺傳物質(zhì)一般都發(fā)生改變。( )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。( )
合 | 作 | 探 | 究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:避免雜菌在培養(yǎng)基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.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)脫分化后,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.植物組織培養(yǎng)相關(guān)概念辨析(1)外植體:離體培養(yǎng)的植物器官、組織或細(xì)胞。(2)胚狀體:植物細(xì)胞離體培養(yǎng),經(jīng)過脫分化和再分化,發(fā)育成胚狀體。胚狀體經(jīng)過生長發(fā)育成完整植株。(3)愈傷組織:一團(tuán)沒有特定結(jié)構(gòu)和功能,排列疏松而無規(guī)則,高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁組織團(tuán)塊。
(4)脫分化和再分化的比較
2.植物組織培養(yǎng)的條件(1)離體、無菌。(2)環(huán)境條件適宜:如營養(yǎng)物質(zhì)(水、無機(jī)鹽、蔗糖、維生素等)、激素(生長素和細(xì)胞分裂素)、適宜的溫度和光照。3.植物組織培養(yǎng)的過程
4.菊花組織培養(yǎng)實驗的注意事項(1)關(guān)鍵: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。(2)取材:外植體的遺傳特征、取材位置都會影響愈傷組織的再分化能力。(3)培養(yǎng)基:培養(yǎng)基中必須含有植物生長發(fā)育所需要的全部營養(yǎng)物質(zhì),其中生長素和細(xì)胞分裂素用量和比例對器官的發(fā)生起決定作用。(4)光照: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。
下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)的敘述,正確的是( )A.需要對外植體進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌處理,以防止雜菌污染B.在培養(yǎng)過程中需要給予適宜的光照,以誘導(dǎo)脫分化過程C.培養(yǎng)基中所添加的激素種類和含量對培養(yǎng)過程起重要的調(diào)節(jié)作用D.若制備人工種子,外植體只需培養(yǎng)成愈傷組織即可
解析: 外植體一般只消毒,不進(jìn)行滅菌處理,以保持外植體的活性,A錯誤;愈傷組織的誘導(dǎo)一般不需要光照,在后續(xù)的培養(yǎng)過程中,每日需要給予適當(dāng)時間和強(qiáng)度的光照,B錯誤;培養(yǎng)基中所添加的激素種類和含量對培養(yǎng)過程起重要的調(diào)節(jié)作用,C正確;若制備人工種子,外植體需培養(yǎng)成胚狀體,再用人工種皮包裹,D錯誤。
植物組織培養(yǎng)中的“脫分化”過程是指( )A.已休眠的種子經(jīng)過處理使種子盡快萌發(fā)的過程B.植物根尖、莖尖等處分生組織細(xì)胞有絲分裂產(chǎn)生新細(xì)胞后分化為各種組織C.愈傷組織細(xì)胞分化為根與莖的過程D.離體的植物器官、組織、細(xì)胞經(jīng)培養(yǎng)產(chǎn)生愈傷組織的過程解析: 脫分化是指讓已經(jīng)分化的細(xì)胞,經(jīng)過誘導(dǎo)后,失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過程。A、B、C都是細(xì)胞分裂、分化的過程。
知識點三 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.植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的流程圖及相關(guān)分析(圖中a、b、c和d表示相應(yīng)過程)
3.意義:打破植物的___________,實現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種。
活 | 學(xué) | 巧 | 練1.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。( )2.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。( )
合 | 作 | 探 | 究1.植物體細(xì)胞雜交實現(xiàn)的基礎(chǔ)和植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)分別是什么?提示:細(xì)胞膜的流動性;植物細(xì)胞的全能性。2.將兩個不同種的植物細(xì)胞A和B去除細(xì)胞壁后,經(jīng)一定的方法促融,若只考慮兩兩融合,可以形成幾種融合細(xì)胞?符合要求的雜種細(xì)胞是哪種?提示:3種(AA、BB、AB);AB。
3.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)緣雜交的障礙,使不同種植物雜交成為可能。
1.植物體細(xì)胞雜交的過程
2.植物體細(xì)胞雜交育種的優(yōu)點和局限性(1)優(yōu)點:打破生殖隔離,克服遠(yuǎn)緣雜交不親和障礙。(2)局限性:目前有許多理論和技術(shù)問題未解決,還不能讓雜種植株按照人們的需求表現(xiàn)出雙親的雜合性狀。
3.植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交的比較
用植物細(xì)胞工程技術(shù)將天竺葵與香茅草進(jìn)行雜交可產(chǎn)生驅(qū)蚊香草,使有驅(qū)蚊作用的香茅醛隨著植物的蒸騰作用散發(fā)到空氣中,達(dá)到驅(qū)蚊的效果。下列有關(guān)培養(yǎng)過程的敘述,錯誤的是( )A.原生質(zhì)體的融合常用PEG作為誘導(dǎo)劑B.形成的愈傷組織其代謝類型是自養(yǎng)需氧型C.由雜種細(xì)胞→雜種植株,要經(jīng)過有絲分裂和細(xì)胞的分化D.該項技術(shù)可克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙
解析: 植物體細(xì)胞雜交過程中,誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合常用的誘導(dǎo)劑是PEG。雜種細(xì)胞經(jīng)組織培養(yǎng)形成的愈傷組織,自身不含葉綠素?zé)o法進(jìn)行光合作用,其營養(yǎng)物質(zhì)來自培養(yǎng)基,代謝類型是異養(yǎng)需氧型。雜種細(xì)胞要經(jīng)過有絲分裂、脫分化和再分化才能形成雜種植株。植物體細(xì)胞雜交克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。
青枯病是馬鈴薯的常見病害之一,少數(shù)馬鈴薯野生種對青枯病有抗性,但野生種難以與馬鈴薯栽培種直接雜交繁育。為獲得抗青枯病的馬鈴薯栽培種,研究人員進(jìn)行了植物體細(xì)胞雜交的實驗研究,過程如圖所示。下列分析正確的是( )A.常利用纖維素酶和果膠酶在低滲溶液中去除A、B的細(xì)胞壁B.過程①是人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合,可采用物理法或化學(xué)法C.細(xì)胞C含有A和B的遺傳物質(zhì),因此培育的雜種植株一定有抗性D.過程③歷經(jīng)了脫分化和再分化,其本質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)
解析:植物細(xì)胞去除細(xì)胞壁之后,如果處在低滲溶液中,會吸水漲破,所以去壁的過程不能放在低滲溶液中進(jìn)行,A錯誤;誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合可采用物理法,如電融合法、離心法等方法,也可以采用化學(xué)法,如PEG融合法、高Ca2+—高pH融合法等方法,B正確;雖然細(xì)胞C含有A和B的遺傳物質(zhì),但是并不會把A、B兩種植株的優(yōu)良性狀都表達(dá)出來,而是隨機(jī)表達(dá),C錯誤;過程③表示從愈傷組織到胚狀體,只是經(jīng)過再分化過程,沒有脫分化,D錯誤。
混淆植物體細(xì)胞雜交和有性雜交(1)植物體細(xì)胞雜交若兩個不同品種的植物細(xì)胞A、B進(jìn)行融合,A含有2X條染色體,2個染色體組,基因型為Aabb,B含有2Y條染色體,2個染色體組,基因型為ccDd,則新植株應(yīng)為四倍體,其體細(xì)胞中染色體數(shù)為2X+2Y,基因型為AabbccDd,從中不難看出,體細(xì)胞雜交即兩個細(xì)胞融合成一個細(xì)胞,不管是染色體數(shù)、基因型還是染色體組都采用直接相加的方法。
(2)植物有性雜交有性雜交的子代細(xì)胞中染色體數(shù)為“X+Y”,基因型為“AbcD”或“abcD”或“Abcd”或“abcd”,即先減半,再相加。(3)植物有性雜交過程中,遺傳物質(zhì)的傳遞遵循孟德爾遺傳定律,而植物體細(xì)胞雜交過程中,遺傳物質(zhì)的傳遞不遵循孟德爾遺傳定律。
A種植物細(xì)胞和B種植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)如下圖所示(僅顯示細(xì)胞核中部分染色體),將A、B兩種植物細(xì)胞去掉細(xì)胞壁后,誘導(dǎo)二者的原生質(zhì)體融合,形成單核的雜種細(xì)胞,若經(jīng)過組織培養(yǎng)后得到了雜種植株,則該雜種植株是( )A.二倍體;基因型是DdYyRrB.三倍體;基因型是DdYyRrC.四倍體;基因型是DdYyRrD.四倍體;基因型是DDddYYyyRRrr
解析:據(jù)圖分析,A種植物的基因型為Dd,屬于二倍體,B種植物的基因型為YyRr,也屬于二倍體。植物體細(xì)胞融合后形成的雜種細(xì)胞含有兩個親本的遺傳物質(zhì),基因型為DdYyRr,屬于異源四倍體,C項符合題意。
學(xué) | 霸 | 記 | 憶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。
5.誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法:物理法和化學(xué)法。物理法包括電融合法、離心法等;化學(xué)法包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等。6.植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的意義:克服了不同種生物遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。
1.從細(xì)胞全能性的角度看,下列敘述正確的是( )A.分化程度高,具有較高的全能性B.分化程度低,具有較低的全能性C.分化程度低,具有較高的全能性D.分化程度高低與全能性無關(guān)解析: 分化程度越高,全能性越低,A錯誤;分化程度越低,全能性越高,B錯誤,C正確;全能性越高,細(xì)胞分裂能力越強(qiáng),分化程度越低,D錯誤。
2.下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)的敘述中,錯誤的是( )A.其原理是細(xì)胞的全能性B.必須在無菌條件下進(jìn)行C.再分化的過程中需要一定光照D.一般需用培養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)解析:植物組織培養(yǎng)所依據(jù)的原理是細(xì)胞的全能性,A正確;為保證實驗成功,植物組織培養(yǎng)的主要過程必須在無菌條件下進(jìn)行,B正確;愈傷組織的再分化過程中需要光照,原因是葉肉細(xì)胞中的葉綠素的合成需要光照,C正確;植物組織培養(yǎng)一般需要用固體培養(yǎng)基,D錯誤。
3.下圖為A、B兩種二倍體植物體細(xì)胞雜交過程示意圖,請據(jù)圖回答下列問題:(1)步驟①采用的方法是_________。步驟②常用的化學(xué)試劑是_____________________,之后_______(填“需要”或“不需要”)篩選雜種細(xì)胞。
(2)在利用雜種細(xì)胞培育雜種植株的過程中,運(yùn)用的技術(shù)手段是___________________,其中步驟④是_________。植物體細(xì)胞雜交的目的是獲得新的雜種植株,與A、B兩種植物相比,該雜種植株是新物種的原因是___________________________________________。(3)培育該雜種植株的過程中,遺傳物質(zhì)的傳遞是否遵循孟德爾遺傳定律?為什么?_______________________________。
該雜種植株與A、B兩種植物均存在生殖隔離
不遵循,該過程不屬于有性生殖
這是一份高中生物人教版 (2019)選擇性必修3一 植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)授課ppt課件,共60頁。PPT課件主要包含了課前自主預(yù)習(xí)案,課堂互動探究案,細(xì)胞生物學(xué),分子生物學(xué),發(fā)育生物學(xué),細(xì)胞器,組織水平,生物工程,植物細(xì)胞工程,動物細(xì)胞工程等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份高中生物人教版 (2019)選擇性必修3一 植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)多媒體教學(xué)ppt課件,共38頁。PPT課件主要包含了知識點一細(xì)胞工程,旁欄邊角想一想,結(jié)論語句辨一辨,情境探究,方法突破,視角應(yīng)用,視角1細(xì)胞全能性等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份高中一 植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)教課ppt課件,共19頁。
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