一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)
1.植物組織培養(yǎng)：在無(wú)菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細(xì)胞，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)其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。
要點(diǎn)提示 注意此處空半格與植物和低等細(xì)胞相比，高等動(dòng)物體細(xì)胞的發(fā)育潛能有顯著差異。雖然在胚胎發(fā)育中，早期胚胎細(xì)胞具有發(fā)育的全能性，但隨著分化程度的提高，細(xì)胞的發(fā)育潛能也逐漸變窄，細(xì)胞的生理活動(dòng)也逐漸發(fā)生了不同的變化，如細(xì)胞的分裂能力逐漸降低，直至失去分裂能力成為末端分化細(xì)胞。但是通過(guò)細(xì)胞核移植技術(shù)能使高等動(dòng)物的體細(xì)胞核去分化，重新獲得較高的發(fā)育能力。
2.胡蘿卜的組織培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)原理：植物體的根、莖、葉細(xì)胞一般都具有全能性，在一定的營(yíng)養(yǎng)和激素條件下，可以脫分化形成愈傷組織。將愈傷組織轉(zhuǎn)接到含有不同激素成分的培養(yǎng)基上，就可以誘導(dǎo)其再分化生成胚狀體或叢芽，進(jìn)而發(fā)育成完整的小植株。植物組織培養(yǎng)的全過(guò)程，證明了分化的植物細(xì)胞，仍具有形成完整植株所需要的全部基因。
疑點(diǎn)突破
（1）全能性的含義：生物體的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞形成完整的個(gè)體的潛能。
（2）全能性的基礎(chǔ)：每個(gè)體細(xì)胞都含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個(gè)體的全部基因。
（3）全能性程度：由高到低依次是，受精卵→生殖細(xì)胞→體細(xì)胞。
（4）生物體內(nèi)的細(xì)胞沒(méi)有表現(xiàn)出全能性的原因：基因在特定的時(shí)間和空間條件下選擇表達(dá)的結(jié)果。
（5）使其表現(xiàn)全能性的條件：①離體;②營(yíng)養(yǎng)物質(zhì);③激素。
知識(shí)拓展
影響脫分化的一個(gè)重要因素是植物激素。當(dāng)細(xì)胞分裂素與生長(zhǎng)素共同使用時(shí)，能強(qiáng)烈促進(jìn)愈傷組織的形成，而兩者不同的濃度配比在再分化過(guò)程中，分別對(duì)誘導(dǎo)根或芽的產(chǎn)生起關(guān)鍵作用。當(dāng)細(xì)胞分裂素與生長(zhǎng)素濃度比高時(shí)，有利于芽的發(fā)生；濃度比低時(shí)，有利于根的發(fā)生。
二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)
1978年，梅爾切斯等人首次獲得了番茄與馬鈴薯的屬間雜種，他們將培育的二倍體馬鈴薯品系和番茄葉片細(xì)胞進(jìn)行融合，所產(chǎn)生的雜交株被稱(chēng)為“番茄—馬鈴薯雜種植株”。
疑點(diǎn)突破
馬鈴薯—番茄沒(méi)有像人們預(yù)想的那樣，地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬鈴薯，主要原因是：生物基因的表達(dá)不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，所以馬鈴薯—番茄雜交植株的細(xì)胞中雖然具備兩個(gè)物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達(dá)，雜交植株不能地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬鈴薯就是很自然的了。
植物體細(xì)胞雜交就是將不同種的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的技術(shù)。體細(xì)胞雜交是克服植物有性雜交障礙、打破物種之間的生殖隔離、擴(kuò)大遺傳重組范圍的一種手段。操作過(guò)程包括：原生質(zhì)體制備、原生質(zhì)體融合、雜種細(xì)胞篩選、雜種細(xì)胞培養(yǎng)、雜種細(xì)胞再生以及雜種植株鑒定等步驟。
要點(diǎn)提示 要進(jìn)行原生質(zhì)體間的融合，必須要借助一定的技術(shù)手段進(jìn)行人工誘導(dǎo)，方法基本可以分為物理方法（包括離心、振動(dòng)、電刺激等）和化學(xué)方法（一般是用聚乙二醇）兩大類(lèi)。
問(wèn)題·探究
問(wèn)題1
分化的細(xì)胞為什么具有全能性？
探究：分化的細(xì)胞具有全能性，可以從理論上分析細(xì)胞的來(lái)源——有絲分裂，形成的子細(xì)胞核應(yīng)與受精卵的完全相同：含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個(gè)體必需的全部基因，應(yīng)該具有全能性。實(shí)際上，在體內(nèi)分化的細(xì)胞沒(méi)有表達(dá)出全能性，原因是基因的選擇性表達(dá)。但離體培養(yǎng)時(shí)，脫離母體的限制，在一定條件下就能表達(dá)。
問(wèn)題2植物組織培養(yǎng)中的愈傷組織是如何形成及再分化的？
探究:植物組織培養(yǎng)中使用的外植體一般是高度分化了的細(xì)胞，在植物體中是不會(huì)再分裂繁殖的，只是執(zhí)行某種功能直至死亡。這些細(xì)胞在培養(yǎng)基上培養(yǎng)時(shí)會(huì)由原來(lái)的分化狀態(tài)，變成分生狀態(tài)的細(xì)胞，分裂產(chǎn)生愈傷組織，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為脫分化過(guò)程。這種轉(zhuǎn)變?cè)诩?xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化上都會(huì)產(chǎn)生一系列變化。組織培養(yǎng)的研究結(jié)果表明分化細(xì)胞的脫分化需要兩個(gè)條件，即創(chuàng)傷和外源激素。
當(dāng)細(xì)胞脫分化形成愈傷細(xì)胞后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)期的分裂，細(xì)胞群體又會(huì)產(chǎn)生分化，形成分生細(xì)胞或分生細(xì)胞團(tuán)，由此再生成植株有兩條途徑：一是形成體細(xì)胞胚（功能類(lèi)似于受精過(guò)程產(chǎn)生的胚），通過(guò)體細(xì)胞胚形成再生植株。二是走器官發(fā)生的途徑再生植株，分生細(xì)胞在一定的誘導(dǎo)條件下重建芽的分生組織，分化出芽后再生根，成為完整的植株。
問(wèn)題3 植物體細(xì)胞雜交過(guò)程中，為什么要對(duì)獲得的雜種細(xì)胞進(jìn)行篩選？應(yīng)選擇什么樣的細(xì)胞？
探究：番茄和馬鈴薯的原生質(zhì)體融合后，將原生質(zhì)體轉(zhuǎn)移到適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基上培養(yǎng)，使原生質(zhì)體再生出細(xì)胞壁。這時(shí)，在細(xì)胞混合物中不僅有番茄—馬鈴薯雜種細(xì)胞，還有番茄細(xì)胞、馬鈴薯細(xì)胞、番茄—番茄細(xì)胞、馬鈴薯—馬鈴薯細(xì)胞。而只有番茄—馬鈴薯雜種細(xì)胞才同時(shí)具有雙親的遺傳物質(zhì)。
典題·熱題
例1 要將胡蘿卜韌皮部細(xì)胞培養(yǎng)成完整植株，下列哪項(xiàng)是不需要的 …( )
解析：植物組織培養(yǎng)的原理是植物細(xì)胞的全能性，全能性必須有全套遺傳物質(zhì)，即有完整的細(xì)胞核。植物細(xì)胞只有在脫離了植物體，在一定的外部因素的作用下，經(jīng)細(xì)胞分裂形成愈傷組織，才能表現(xiàn)出全能性，由愈傷組織細(xì)胞發(fā)育、分化形成新的植物體。但該植物的組織培養(yǎng)不需導(dǎo)入外源基因。
答案：C
拓展延伸
進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，在離體的植物器官、組織或細(xì)胞脫分化增殖的過(guò)程中，離體培養(yǎng)條件應(yīng)與機(jī)體基本相同或相似；即需要消毒滅菌、適宜的溫度、pH、適宜的養(yǎng)料和激素等。
例2 下列有關(guān)植物體細(xì)胞雜交的敘述，正確的是( )
解析：植物體細(xì)胞雜交過(guò)程是原生質(zhì)體的融合（包括細(xì)胞質(zhì)的融合、細(xì)胞核的融合和細(xì)胞膜的融合），以及把雜種細(xì)胞培育成新的植物體。植物體細(xì)胞不同于生殖細(xì)胞，因此體細(xì)胞雜交不同于有性雜交，并且由于兩個(gè)物種遺傳物質(zhì)混合后的表達(dá)相互干擾，因此雜種植物不能按人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀，這一點(diǎn)與基因工程不同。
答案：D
例3 下列四個(gè)選項(xiàng)中，沒(méi)有采用植物組織培養(yǎng)技術(shù)的一項(xiàng)是( )
D.細(xì)胞工程培育“番茄—馬鈴薯”雜種植株
解析：花藥離體培養(yǎng)是單倍體育種的一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)，其基本原理就是組織培養(yǎng)。基因工程培育抗蟲(chóng)棉的過(guò)程中，把目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，要誘導(dǎo)其分裂、分化，最后發(fā)育為一個(gè)植物體，必須經(jīng)過(guò)組織培養(yǎng)才能實(shí)現(xiàn)。細(xì)胞工程培育“番茄—馬鈴薯”雜種植株的過(guò)程中，對(duì)融合的雜種細(xì)胞，也必須經(jīng)過(guò)組織培養(yǎng)才能形成雜種植株?？梢?jiàn)，組織培養(yǎng)是生物工程中的基礎(chǔ)技術(shù)手段。而利用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗得到多倍體植株，沒(méi)有利用到組織培養(yǎng)技術(shù)。
答案：B
例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(guò)程中，下列哪一項(xiàng)條件是不需要的( )
解析：形成愈傷組織，需要在消毒滅菌的條件下進(jìn)行，因?yàn)橹挥性谙緶缇臈l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(zhǎng)出許多霉菌，與離體細(xì)胞爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)與生存空間，不能形成愈傷組織。由于此階段形成的是愈傷組織，并沒(méi)有形成具有根、莖、葉的植物體，因此不需要光照。
答案：D
誤區(qū)警示
對(duì)于植物組織培養(yǎng)來(lái)說(shuō)，光照條件非常重要，包括光照強(qiáng)度、時(shí)間和波長(zhǎng)。但在愈傷組織的誘導(dǎo)階段往往要暗培養(yǎng)，而在分化再生的過(guò)程中一定要有光照。愈傷組織誘導(dǎo)階段的暗培養(yǎng)有利于細(xì)胞的脫分化產(chǎn)生愈傷組織，如果在光照條件下，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。
例5 植物體細(xì)胞融合完成的標(biāo)志是( )
解析：植物體細(xì)胞融合的過(guò)程既有細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)的融合，又有細(xì)胞核的融合。一般的植物細(xì)胞最外層為細(xì)胞壁，融合前應(yīng)去掉細(xì)胞壁，融合成功的標(biāo)志是再生出新的細(xì)胞壁。
答案：A

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2.1.1 植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)

版本： 人教版 (新課標(biāo))

年級(jí)： 選修3《現(xiàn)代生物科技專(zhuān)題》

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