1、2 1 植物細胞工程21.1 植物細胞工程的基本技術結合教目標導航1. 以胡蘿卜的組織培養為例，簡述植物組織培養技術的原理和過程。2.結合教材圖2 5，描述植物體細胞雜交技術的原理和過程。一、細胞工程和細胞的全能性( 閱讀P32 34)細胞工程的含義原理和方法細胞生物學和分子生物學操作水平細胞水平或細胞器水平目的按照人的意愿來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產品分類植物細胞工程和動物細胞工程. 細胞的全能性定義：具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞，都具有發育成完整生物體的潛能。植物細胞全能性實現的條件：離體、提供適宜的營養條件和激素。影響全能性表達的原因：在特定的時間和空間條件下，細胞中的基

2、因會有選擇性地表達出各種蛋白質，從而構成生物體的不同組織和器官。二、植物組織培養(閱讀P34 36)1 理論基礎：植物細胞的全能性。2前提：離體的植物器官、組織、細胞。3條件：無菌和人工控制條件下、人工配制的培養基上、適宜的營養條件。4結果：誘導產生愈傷組織、叢芽，最終形成完整植株。5胡蘿卜的組織培養過程( 閱讀P36 ( 閱讀P36 37)1 概念：將不同種的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新的植物體的技術。2過程在理論上，生物的每個細胞都具有發育成完整植株的潛力。細胞全能性的大小依次是：受精卵生殖細胞體細胞。(去壁：用纖維素酶和果膠酶去除植物細胞壁，獲得原生質體。

3、誘導原生質體融合的方法物理法：離心、振動、電激等。化學法：用聚乙二醇(PEG)誘導。3意義：克服了遠緣雜交不親和的障礙。判斷正誤：(1) 細胞工程是通過分子水平上的操作，按照人的意愿來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產品的一門綜合科學技術。()(植物的種子能發育成完整的植株，體現了細胞的全能性。 TOC o 1-5 h z 植物組織培養的理論基礎是基因的選擇性表達。()離體的植物組織在一定的培養條件下分化出根和芽的過程屬于脫分化。()植物體細胞雜交的理論基礎是細胞膜的流動性和細胞的全能性。()人工誘導原生質體融合的方法有物理法( 離心、 振動、 電激等 ) 和化學法( 聚乙二醇處理) 。1 植物

4、細胞的全能性原因：分化的體細胞( 或細胞核) 具有本物種個體發育所需要的全部基因。體現：在適合條件( 如離體狀態等) 下，有些分化的細胞能恢復分裂、重新分化并發育成完整的新個體。全能性大小比較：受精卵( 全能性最高) 卵細胞( 也具有較高的潛在全能性) 體細胞( 全能性較低) 。 未分化或分化程度低的細胞分化程度高的體細胞。植物細胞動物細胞； 增殖的細胞不增殖的細胞。隨著細胞分化程度的不斷提高，細胞的全能性逐漸減小。2植物組織培養的過程脫分化再分化外植體 ( 離體的植物器官、組織或細胞) 脫分化 愈傷組織再分化 根、芽 植物體。名稱過程形成體特點培養基光脫分化由外植體脫分化為愈傷組織排列疏松、

5、高度液 泡化的薄壁細胞團生長素與細胞分裂素的比例適中避光再分化由愈傷組織分化為幼苗或胚狀結構有根、芽或有生根發芽的能力上述比例小需光營養生長、生殖生長發育成完整的植物體由根、莖、葉、花、果實、種子組成自身產生各種激素需光3. 植物組織培養的影響因素(1) 滅菌：所有的實驗用具嚴格滅菌。接種過程嚴格的無菌操作。嚴格控制光照：在愈傷組織的誘導階段往往要暗培養，而在分化再生的階段一定要有光照。 因為愈傷組織誘導階段的暗培養有利于細胞的脫分化，產生愈傷組織，若有光照則容易分化產生維管組織，不利于產生大量的愈傷組織。植物激素在植物組織培養中的應用生長素/ 細胞分裂素的比值作用效果比值高時有利于根的分化，

6、抑制芽的形成比值低時有利于芽的分化、抑制根的形成比值適中時促進愈傷組織的形成請比較基因工程和細胞工程的概念，總結二者的不同。答案 (1) 操作水平：基因工程是分子水平的操作，細胞工程是細胞水平或細胞器水平的操作。2) 目的：基因工程的目的是創造出符合人們需要的新的生物類型和生物產品，細胞工程的目的是按照人的意愿來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產品。2理論上每種活細胞都具有全能性，請分析細胞具有全能性的原因。答案活細胞都具有發育成該物種個體所需的全套遺傳物質。3為什么在生物的生長發育過程中，細胞并不會表現出全能性？答案在特定的時間和空間條件下，細胞內的基因進行選擇性表達。4結合胡蘿卜的組織培養實

7、驗，思考下列問題：在植物組織培養過程中，為什么要進行一系列的消毒、滅菌，并且要求無菌操作？答案避免雜菌在上面迅速生長消耗營養，且有些雜菌會危害培養物的生長。為什么切取胡蘿卜根的形成層？其他部分也能培養成小植株嗎？答案胡蘿卜根的形成層容易誘導形成愈傷組織，其他部分如葉、花也能培養成小植株，只是稍微困難些。誘導愈傷組織的過程中是否都應避光培養？答案 不一定。 用不同植物或同一植物不同部位的組織細胞，誘導出愈傷組織所需的條件不一定相同。若培養物取自植物的幼莖、葉片等含有葉綠體的部位，愈傷組織中是否會含有葉綠體？答案 培養物經過誘導后，失去其特有的結構和功能而轉變成未分化細胞，愈傷組織中不含有葉綠體。

8、 下圖表示四倍體蘭花葉片通過植物組織培養形成植株的過程，相關敘述中正確的是()四倍體蘭花葉片 愈傷組織 胚狀體 植株A和階段會發生減數分裂B階段需生長素而階段需細胞分裂素C階段有細胞增殖但無細胞分化D此蘭花的花藥離體培養所得植株為二倍體問題導析(1) 圖中是脫分化，、是再分化。和階段會發生有絲分裂。階段和階段都需生長素和細胞分裂素，只是二者比例不同。此蘭花的花藥離體培養所得植株為單倍體。答案 C一題多變判斷正誤： TOC o 1-5 h z 植物體的細胞發育成完整個體才體現了全能性。()高度分化的植物細胞只有處于離體狀態時才有可能表現出全能性。()植物體內某些體細胞沒有表現出全能性，其原因是所

9、含基因不同。()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。()答案 (1) (2) (3) (4) 二、植物體細胞雜交技術1 植物體細胞雜交有關知識點名稱植物體細胞雜交原理細胞膜的流動性( 植物體細胞融合) 、植物細胞的全能性( 植物組織培養)融合前處理酶解法去壁誘導方法物理法、化學法原理第一步原生質體的制備第二步原生質體的融合與篩選第三步雜種細胞的形成與培養第四步雜種植株的鑒定與篩選用途克服遠緣雜交不親和的障礙，獲得具有優良性狀的雜種植株2. 植物體細胞雜交過程中的注意事項原生質體融合的原理是細胞膜具有流動性。植物細胞融合完成的標志是雜種細胞再生出細胞壁。與傳統有性雜交相比，其優

10、越性的表現克服植物遠緣雜交不親合的障礙，打破了物種之間的生殖隔離。擴大遺傳重組的范圍。體細胞雜交即兩個細胞融合成一個細胞，不管染色體、基因組還是染色體組都采用直接相加的方法。若一植物細胞含有2x 條染色體，2 個染色體組，基因型為Aabb，另一植物細胞含有2y 條染色體，2 個染色體組，基因型為ccDd，則新植株應為異源四倍體，其體細胞中染色體為(2x 2y)條，4 個染色體組，基因型為AabbccDd。1 去除植物細胞壁為什么要用纖維素酶和果膠酶？答案 因為植物細胞壁的化學成分主要是纖維素和果膠；酶具有專一性，纖維素酶和果膠酶能夠催化分解細胞壁，而對細胞膜沒有破壞作用。2體細胞融合成功后培養

11、基中共有5 種細胞類型(A、 B、 AA、BB、 AB)，其中融合細胞類型有 3 種，而真正符合要求的是AB，因此要對融合細胞進行篩選。3植物體細胞雜交技術屬于無性生殖還是有性生殖？屬于哪種變異類型？為什么說雜種植株具有兩個親本的遺傳性狀？答案 植物體細胞雜交技術沒有生殖細胞的形成和結合，應屬于無性生殖；變異類型應是染色體數目的變異；由于含有兩個親本的遺傳物質，因此具有兩個親本的遺傳性狀。4培育新品種的過程中，遺傳物質的傳遞是否遵循孟德爾的遺傳定律？為什么？答案 不遵循。 只有在有性生殖進行減數分裂過程中才符合遺傳定律，而體細胞雜交沒有此過程。5回答下列關于植物體細胞雜交產生的“白菜甘藍”的相

12、關問題：用傳統的方法可否產生？“白菜甘藍”為什么能表現出兩種植物的遺傳性狀？融合成的雜種細胞內染色體組成有何特點？答案 (1) 不能，因為不同物種之間存在生殖隔離。體細胞雜交培育而成的“白菜甘藍”具有兩個親本的遺傳物質，因此能表現出兩種植物的遺傳性狀。植物體細胞雜交后，染色體組數是兩個物種的總和，形成異源多倍體。因為細胞內每條染色體仍然有其同源染色體，因此從理論上講均是可育的，但育性會降低。6區分植物組織培養與植物體細胞雜交的兩種方法看后代植物組織培養是利用單一親本的組織或細胞，經培養使之增殖、分化成為一個完整植株，為無性生殖過程，因此其后代一般均能保持該親本的遺傳特性。植物體細胞雜交的本質是

13、將兩種不同來源的原生質體，在人為條件下進行誘導融合。由于植物細胞具有全能性，融合之后的雜種細胞可以再生出具有雙親性狀的雜種植株。看關系：雜種細胞需經植物組織培養才能發育為具有雙親遺傳特性的雜種植株，否則將無任何意義，因此，植物組織培養是植物體細胞雜交的基礎。2利用體細胞雜交技術獲得了“番茄馬鈴薯”雜種植株，實驗過程如圖所示，遺憾的是該雜種植株并非是想象中的地上長番茄、地下結馬鈴薯的“超級作物”。材 料 中 所 用 到 的 植 物 體 細 胞 雜 交 技 術 應 用 到 原 生 質 體 融 合 和 技 術 ， 該 技 術 的 理 論 基 礎 是圖中步驟所示植物細胞用除去細胞壁，分離出有活力的原生

14、質體。圖中過程細胞兩兩融合時，可出現種融合細胞，要促進雜種細胞分裂生長，培養基中應有和 兩類激素。由雜種細胞培育成試管苗，需要經過細胞的和 過程。其中過程必須給予光照，其原因是能利用光能制造有機物，供試管苗生長發育。利用馬鈴薯和番茄的得到單倍體植株，然后取單倍體植株細胞進行體細胞雜交，再用處理之后也可得到可育的“番茄馬鈴薯”雜種植株。問題導析(1) 植物體細胞雜交要應用植物組織培養技術才能得到雜種植株，其理論基礎是植物細胞的全能性。細胞壁的主要成分是纖維素和果膠，因此用纖維素酶和果膠酶可以特異性地去除細胞壁。甲、乙兩種細胞融合時，可能會出現三種情況：甲、甲融合，乙、乙融合，甲、乙融合，其中甲、

15、 乙融合類型的細胞才是最終需要的雜種細胞；植物組織培養過程中需要的激素主要有兩種：生長素和細胞分裂素。雜種細胞經脫分化和再分化過程形成完整植株，愈傷組織再分化成幼苗時需要光照合成葉綠素以進行光合作用。利用花藥離體培養得到的二倍體的單倍體植株一般不可育，需用秋水仙素處理使染色體加倍才可育。(3)3 細胞分裂素答案 (1) 植物組織培養植物細胞的全能性(2) (3)3 細胞分裂素生長素(4) 脫分化再分化葉綠體(5) 花藥離體培養秋水仙素 一題多變 依據上圖判斷： TOC o 1-5 h z 植物體細胞雜交的最大優點是可以克服遠緣雜交不親和的障礙。()雜種細胞經過和過程可以培育成雜種植株說明雜種細

16、胞具有全能性。()盡管愈傷組織可以進行光合作用，但其培養基中仍需要糖類、氨基酸等有機營養。()若 A的基因型為Rr， B的基因型為Yy， 則最終形成的雜種植株的基因型為RrYy。 ()(5) 雜種細胞形成的標志是雜種細胞再生出細胞壁，在此過程中活躍的細胞器是核糖體。()答案 (5) 雜種細胞形成的標志是雜種細胞再生出細胞壁，在此過程中活躍的細胞器是核糖體。()答案 (1) (2) (3) (4) (5)1 如圖為植物組織培養過程，有關說法不正確的是()A B 試管中細胞全能性最高B D 試管中培育出的個體都是純合子C AB 的過程不需要光照D AD 的細胞分裂都是有絲分裂 答案 B解析 試管中

17、的試管苗來源相同，都是通過植物組織培養培育而成的，植株的基因型相同，但不一定是純合子。2下列有關植物細胞全能性的敘述，正確的是()A植物體只有高度分化的體細胞才具有發育成完整個體的潛能B植物體內某些體細胞沒有表現出全能性，其原因是所含基因不同C植物細胞的全能性是植物體細胞雜交技術的理論基礎D高度分化的植物細胞隨時可能表現出全能性 答案 C解析 植物細胞的全能性是指高度分化的植物細胞仍然具有發育成完整植物體的潛能，實際上只要植物細胞含有本物種生長發育的全套基因就應具有全能性，如配子；植物體內所有體細胞均來源于同一受精卵的有絲分裂，遺傳物質應相同。高度分化的植物細胞只有處于離體狀態時才有可能表現出

18、全能性。3植株甲是二倍體水稻，利用植株甲獲得了植株乙，而后利用植株甲和乙又獲得植株丙和丁。培養過程如圖所示。下列有關敘述正確的是()A用秋水仙素處理植株甲的雌蕊柱頭可獲得植株乙 B植株丙與植株丁的體細胞中染色體組的數目相同 C植株丁的花藥離體培養可得到植株丙 D獲得植株丙和植株丁的過程都屬于有性生殖答案 C解析 用秋水仙素處理植株甲萌發的種子或幼苗可得到植株乙；圖示丙植株體細胞中染色體組數應為3，而丁植株體細胞中染色體組數應為6；獲得植株丙為有性生殖，獲得植株丁的過程為無性生殖。4科學家利用細胞工程培育了“白菜甘藍”雜種植株，如圖所示，請據圖回答由 D 形成 F 過程所依據的原理是，從本質上講

19、，“白菜甘藍”雜種植株具有的性狀是的結果。若“白菜甘藍”雜種植株為四倍體，則該植株的花粉經離體培養得到的植株是倍體。“白菜甘藍”雜種植株的食用部分是葉，但葉又易受昆蟲危害而影響產量，科學家又利用基因工程培育出帶有抗蟲基因的“白菜甘藍”植株， 請你設計實驗，檢測此植株的抗蟲基因是否表達。取昆蟲幼蟲放到帶有抗蟲基因的“白菜甘藍”植株甲上， 再取等量生活狀態基本一致的昆蟲幼蟲放在植株乙上。適宜條件下培養一段時間后，分別觀察 的生活情況。若 ，說明甲植株的抗蟲基因未得到表達；若，說明甲植株的抗蟲基因得到表達。答案 (1) 細胞的全能性基因選擇性表達(2) 單 (3) 長勢相似的普通“白菜甘藍”昆蟲幼蟲

20、甲、 乙植株上昆蟲幼蟲均正常生活甲植株上昆蟲幼蟲死亡，乙植株上昆蟲幼蟲正常生活( 、其他答案合理即可)解析 (1)D F 的過程說明細胞具有全能性，雜種植株具有的性狀是基因選擇性表達的結果。 (2) 凡是由未受精的配子發育而成的個體都是單倍體。(3) 應注意實驗設計的對照原則、等量原則及單一變量原則。基礎鞏固1 在離體的植物器官、組織或細胞脫分化形成愈傷組織的過程中，下列哪一項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 適宜的養料和激素答案 C解析 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，因此一般不需要光照。2生物體內細胞沒有表現出全能性，而是分化為不同

21、的組織、器官，這是因為()A細胞喪失了全能性B基因的選擇性表達C不同的細胞內基因不完全相同D在個體發育的不同時期，細胞內的基因發生了變化答案 B解析 生物體內的細胞表現不出全能性，是因為發生了基因的選擇性表達而分化為不同的組織和器官。3下列屬于組織培養的是()A花粉培養成單倍體植株B植物的枝條插到土里發育成新的個體C根尖分生區發育成成熟區D未受精的卵發育成個體 TOC o 1-5 h z 答案A解析B 項不是在無菌和人工控制條件下發育的，是在正常環境下，所以仍屬自然發育過程。C 項是通過細胞的分化形成組織的過程。D 項中未受精的卵發育成個體在自然條件下也可發生，屬于有性生殖中的孤雌生殖。4植物

22、組織培養依據的原理、培養過程的順序及誘導的植物激素分別是()體細胞全能性離體植物器官、組織或細胞根、 芽 生長素和細胞分裂素生長素和乙烯愈傷組織再分化脫分化植物體A、B、C、D、答案 B解析 植物組織培養的原理是細胞的全能性；培養過程的順序是離體植物器官、組織或細胞脫分化形成愈傷組織，愈傷組織再分化得到根、芽，由根、芽分化成植物體；所用激素是生長素和細胞分裂素。5植物體細胞雜交尚未解決的問題有()A去掉細胞壁，分離出有活力的原生質體B將雜種細胞培育成植株C讓雜種植物按照人們的需要表現親代的優良性狀D尚未培育出屬間雜種植物答案 C解析 目前植物體細胞雜交產生的雜種植株并沒有完全表現出人們所需要的

23、性狀。 TOC o 1-5 h z 6植物體細胞融合完成的標志是()A形成新的細胞壁B 細胞質發生融合C細胞核發生融合D細胞膜發生融合答案A解析植物體細胞融合的過程既有細胞膜、細胞質的融合，又有細胞核的融合。植物細胞最外層為細胞壁，融合前應去掉細胞壁，融合完成的標志是再生出新的細胞壁。7下圖所示為植物體細胞雜交技術的過程，下列相關敘述錯誤的是()A A細胞和B細胞誘導融合前要先去除細胞壁，可用纖維素酶和果膠酶處理B從A細胞和B細胞到C細胞的過程中，常用離心、振動、電激或聚乙二醇(PEG)誘導融合C A細胞和B細胞融合完成的標志是再生出新的細胞壁D植物體細胞雜交技術的目的是獲得雜種細胞答案 D解

24、析 植物細胞壁的主要成分是纖維素和果膠，因此細胞融合前需先用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁；誘導植物細胞融合時常用物理法或化學法；融合完成的標志是再生出新的細胞壁；植物體細胞雜交的目的是獲得雜種植株。鞏固提升8下列有關細胞全能性的敘述，不正確的是()A受精卵在自然條件下能使后代細胞形成完整個體，因此全能性最高B生物體內細胞由于分化，全能性不能表達C卵細胞與受精卵一樣，細胞未分化，全能性很高D植物細胞在一定條件下離體培養能表現出全能性答案 C解析 卵細胞是高度分化的細胞，并不是未分化的細胞。下圖表示基因型為AaBb的水稻的花藥通過無菌操作，接入試管后，在一定條件下形成試管苗的培育過程。下列相關敘述錯

25、誤的是()A愈傷組織是花粉細胞通過有絲分裂后形成的不規則的細胞團B在愈傷組織的形成過程中，必須從培養基中獲得水、無機鹽和小分子的有機物等營養物 質C為促進花粉細胞分裂生長，在培養基中應加入適宜濃度的生長素等激素D試管苗可能出現的基因型有AABB或 AAbb或 aaBB或 aabb答案 D解析 花粉是通過減數分裂形成的，其基因型為AB或 Ab或 aB或 ab，由花粉發育而來的個體未經秋水仙素處理，是單倍體。1858 年，美國科學家斯圖爾德應用植物組織培養技術，將二倍體胡蘿卜韌皮部的一些細胞進行離體培養，最終發育成完整的新植株( 如右圖 ) 。 下列關于這一科學事實敘述中，錯誤的是 ()該實驗證明

26、了植物細胞具有全能性此種生殖產生的后代有廣泛的變異韌皮部細該實驗證明了植物細胞具有全能性此種生殖產生的后代有廣泛的變異韌皮部細胞通過減數分裂增加數目此種生殖產生的后代能保持親本的性狀AB C D 答案B解析 體細胞組織培養屬于無性生殖，其后代能保持親本的性狀，變異性小；體細胞不能進行減數分裂。11 A種植物細胞( 基因型為Aa) 、 B 種植物細胞( 基因型為Bb)去掉細胞壁后，誘導兩種細胞的原生質體融合，形成單核的雜種細胞。則經過組織培養得到的雜種植株是()A二倍體，基因型為AaBbB二倍體，基因型為AAaaBBbbC四倍體，基因型為AaBbD四倍體，基因型為AAaaBBbb答案 C解析 雜

27、種植株為四倍體，基因型為AaBb。12下圖是“白菜甘藍”雜種植株的培育過程。下列說法正確的是()A植物體細胞雜交技術已經能使雜種植物按照人們的需要表現出親代的優良性狀B愈傷組織是由排列緊密的薄壁細胞組成C上述過程中包含了有絲分裂、細胞分化和減數分裂等過程D“白菜甘藍”雜種植株具有的性狀是基因選擇性表達的結果答案 D解析 植物體細胞雜交技術還不能使雜種植物按照人們的需要表現出親代的優良性狀；愈傷組織是由排列疏松的薄壁細胞組成的；在“白菜甘藍”雜種植株幼苗的培育過程中有細胞的有絲分裂和細胞分化，但不進行減數分裂。下圖表示胡蘿卜的韌皮部細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

28、，請據圖回答下列問題：要促進細胞分裂生長，培養基中應有營養物質和激素。營養物質包括和小分子有機物，激素包括細胞分裂素和兩類植物激素。此過程依據的原理是 。 A和 B 階段主要進行的分裂方式是 ，B 階段除了細胞分裂外，還進行細胞 等。此過程要無菌操作，主要是指對進行滅菌消毒。B 階段需要光照，原因是 。試管苗的根細胞沒有葉綠素，而葉的葉肉細胞具有葉綠素，這是基因的結果。答案 (1) 無機物生長素(2) 細胞的全能性有絲分裂分化 (3) 培養基芽發育成葉，葉肉細胞中葉綠素的合成需要光照條件(4) 選擇性表達解析 植物組織培養是用離體的植物組織、器官或細胞接種到經消毒滅菌的培養基中，培養基含有供組織細胞生長發育所需要的無機物和小分子有機物，還有調節細胞脫分化和再分化的細胞分裂素和生長素。由外植體發育成試管苗，脫分化階段細胞進行有絲分裂，再分化階段愈傷組織細胞經有絲分裂和分化形成試管苗，此階段需要光照，原因是葉肉細胞中葉綠素的合成需要光照條件。14據下圖回答問題：過程是用處理細胞的細胞壁，后經過程誘導原生質體融合，實際融合的過程中原生質體可能會形成種細胞團( 只考慮兩個細胞融合的情況) 。是 的過程