高中生物第二章克隆技术第1节什么是克隆第2节植物的克隆浙科版3.doc

第一节 什么是克隆 第二节 植物的克隆
课　标　解　读
重　点　难　点
1.比较有性繁殖与无性繁殖，简述克隆的含义。
2.通过举例，概述克隆的基本条件。
3.结合单细胞培养成完整植株的示意图，理解细胞的全能性及简述植物组织培养的程序。
4.联系植物克隆的实例，阐明植物克隆的概念、成就及应用前景。
1.克隆的定义及其基本条件。(重点)
2.植物细胞的全能性的含义。(重点)
3.植物组织培养。(重难点)

无性繁殖与克隆
1.克隆就是无性繁殖，即只要不通过两个分子、两个细胞或两个个体的结合，只由一个模板分子、母细胞或母体直接形成新一代分子、细胞或个体。
2．在分子水平上，基因克隆是指某种目的基因的复制、分离过程。
3．在细胞水平上，细胞克隆技术应用在杂交瘤制备单克隆抗体的操作中。
4．在个体水平上，植物可由母体的特定部位或结构产生新个体，而动物的克隆较复杂，经历了由胚胎细胞克隆到体细胞克隆的发展过程。
5．克隆的基本条件：具有完整基因组的细胞核的活细胞；能有效调控细胞核发育的细胞质物质；完成胚胎发育的必要的环境条件。

1．克隆技术的发展经历了哪几个阶段？请尝试举例加以说明。
【提示】　微生物克隆，如菌落的形成；遗传工程克隆，如DNA克隆或基因克隆；个体水平上克隆，如克隆动物。

植物细胞的全能性
1.基本含义：植物体的每一个生活细胞，都具有发育成完整植株的潜能。
2．全能性的原因：每个细胞都含有本物种所特有的全套遗传物质。
3．特点：不同植物或同种植物不同基因型个体间，细胞全能性的表达程度大不相同。

2．有人说只要找到秋海棠的一个细胞，就能再生出秋海棠，这依据的生物学原理是什么？
【提示】　能让一个细胞发育成一个个体，依据的是细胞的全能性。

植物组织培养
1.原理：植物细胞具有全能性。
2．过程：离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、 芽―→植物体。
3．植物组织培养的一般程序
(1)配制含有适当营养物质和植物生长调节剂并含有琼脂的培养基，进行灭菌。
(2)从消毒的根、茎或叶上切取组织块。
(3)将组织块放在固体培养基上进行培养，获得愈伤组织。
(4)以适当配比的营养物质和生长调节剂诱导愈伤组织，直到再生出新植株。
4．愈伤组织：是指在植物组织创伤表面形成的一种相对没有分化的、高度液泡化的、活的薄壁细胞团。
5．细胞培养：指处于适当液体培养条件的单个植物细胞，经过培养基中成分的诱导，可发生类似与受精卵发育成胚的过程，即从单细胞依次到细胞团、球形胚、心形胚和胚状体，最后再生出完整的植株。
6．培养物的胚胎发生和器官形成能力下降的可能原因
(1)染色体畸变、细胞核变异或非整倍体产生等，而且不可逆。
(2)细胞或组织中激素平衡被打破，或细胞对外源生长物质的敏感性发生改变。
(3)随着时间推移，由于其他各种原因产生了缺乏成胚性的细胞系。
7．植物细胞培养和器官培养的意义
(1)可以在实验室环境进行植物受精过程和植物自受精卵进行的胚胎发育过程，以及调节控制这些过程的环境因素、遗传基础和分子及生理生化机理研究。
(2)可以进行遗传工程的操作，完成与植物生长发育有关的重要基因或影响因素的研究。
(3)可以通过实验手段培育植物新品种。

3.
图中①、②过程的选用的培养基相同吗？
【提示】　不相同。

原生质体培养与植物细胞工程
1.植物原生质体的获得方法：在0.5～0.6 mol/L的甘露醇溶液环境(较高渗透压)下用纤维素酶和果胶酶混合液处理根尖、叶片、愈伤组织或悬浮培养细胞，将细胞壁消化除去来获得。
2．植物细胞工程的概念和操作过程是：培养植物细胞(包括原生质体)，借助基因工程方法，将外源遗传物质(DNA)导入受体细胞(包括原生质体受体)中，或通过细胞融合、显微注射等将不同来源的遗传物质重新组合，再通过对这些转基因细胞或重组细胞进行培养，获得具有特定性状的新植株。

4．尝试写出植物的全能性要表现出来需要哪些条件？
【提示】　植物细胞表现全能性的条件为：(1)脱离母体；(2)有一定的营养激素；(3)无菌；(4)适宜的温度等条件。

1．通过胚胎细胞克隆出的山羊属于个体水平上的克隆。(√)
2．生物体的体细胞的细胞核含有此生物体全部的遗传信息。(×)
【提示】　细胞质中的线粒体、叶绿体中含有少量的DNA即也含有遗传信息。
3．胚胎细胞克隆不属于严格意义上的动物克隆。(√)
4．经单细胞特殊培养形成的愈伤组织为一种高度分化的活的薄壁细胞团组成的新生组织。(×)
【提示】　愈伤组织为一种相对没分化的薄壁细胞。
5．适当的激素和细胞分裂素配比可以诱导根的分化。(×)
【提示】　可诱导芽的分化，而不是根的分化。
6．在培养基上加入不同浓度的NaCl，可使培养的细胞发生染色体变异，从而筛选出抗盐或抗病变异体。(×)
【提示】　发生了基因突变。

对三个水平上的克隆的理解
【问题导思】
①三个水平上的克隆分别是什么？
②细胞分裂的克隆、胚胎细胞克隆兔分别属于哪种克隆？
③克隆需要哪三个基本条件？
1．分子水平
克隆一般指DNA克隆(也叫分子克隆)。含义是将某一特定DNA片断通过重组DNA技术插入到一个载体(如质粒和病毒等)中，然后在宿主细胞中进行自我复制所得到的大量完全相同的该DNA片断的“群体”。
2．细胞水平
克隆的实质是由一个单一的共同祖先细胞分裂所形成的一个细胞群体。其中每个细胞的基因都相同。比如，使一个细胞在体外的培养液中分裂若干代所形成的一个遗传背景完全相同的细胞集体即为一个细胞克隆。又如，在脊椎动物体内，当有外源物(如细菌或病毒)侵入时，会通过免疫反应产生特异的识别抗体。产生某一特定抗体的所有浆细胞都是由一个B细胞分裂而成。这样的一个浆细胞群体也是一个细胞克隆。细胞克隆是一种低级的生殖方式——无性繁殖，即不经过两性结合，子代和亲代具有相同的遗传性。生物进化的层次越低，越有可能采取这种繁殖方式。
3．个体水平
克隆是指基因型完全相同的两个或更多的个体组成的一个群体。比如，两个同卵双胞胎即为一个克隆。因为他(她)们来自同一个受精卵，所以遗传背景完全一样。

克隆的本质是无性繁殖，克隆的技术主要是植物组织培养、细胞培养等，在这些过程中不出现减数分裂，只有有丝分裂和分化，因此可以保证遗传物质的稳定性。如出现变异，也应该是有丝分裂和分化中可能存在的基因突变和染色体畸变，而不考虑基因重组。
　下列有关克隆的叙述，不正确的一项是(　　)
A．利用PCR技术扩增人的胰岛素基因
B．将人的胰岛素基因整合到细菌的DNA中
C．嫁接在果树生产上用以保持品种优良特性
D．细胞克隆技术在利用杂交瘤细胞制备单克隆抗体的操作中得到充分运用
【审题导析】　理解克隆的概念：(1)不是两个分子、两个细胞或两个个体的结合。
(2)最后一定形成新一代分子、细胞或个体。
【精讲精析】　A项属于分子水平上的克隆；B项利用的原理是基因重组，属于基因工程范畴；C项嫁接属于个体水平上的克隆，能保持亲本的优良特性。
【答案】　B
　下列现象不属于克隆的是(　　)
A．由一个DNA分子复制了许多一样的子代DNA分子
B．纯种白花豌豆的子代都开白花
C．绵羊“多莉”的产生过程
D．一个大肠杆菌在培养基上形成了一个菌落
【审题导析】　解答此题的关键在于掌握克隆的本质是无性繁殖即由一个模板复制出许多相同后代。
【精讲精析】　A、C、D分别是分子、个体、细胞水平的克隆，B选项的豌豆自花受粉植物，白花豌豆为纯合子，其后代不会发生性状分离，所以子代全为白花，属于有性生殖。
【答案】　B

植物组织培养与细胞的全能性
【问题导思】
①为什么细胞有全能性？
②细胞全能性体现的条件有哪些？
③植物组织培养的原理过程是怎样的？
④如何诱导愈伤组织产生根或芽？
1．细胞全能性
(1)概念
生物体的细胞具有发育成完整个体的潜能，细胞的这种特性叫做细胞的全能性。
(2)生物体细胞具有全能性的原因
生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的全套遗传信息，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。
(3)细胞全能性体现的条件
①离体(必要条件)。
②一定的营养物质(水、无机盐、维生素和氨基酸等)。
③激素(细胞分裂素、生长素等)。
④适宜条件(适宜温度、光、pH等)。
(4)细胞全能性大小的比较
①比较大小的依据：细胞全能性体现所要求条件的难易程度。
②一般情况下细胞全能性大小的比较顺序。
植物体细胞>动物体细胞(核有全能性)。
受精卵细胞>生殖细胞>体细胞。
2．植物组织培养技术
(1)植物组织培养原理
植物细胞的全能性，即具有某种植物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整植株的潜能。
(2)植物组织培养的过程(如图)

离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽―→植物体。
(3)脱分化、再分化的比较
①细胞脱分化：已分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转化成未分化细胞的过程。
②生物体细胞不能表达全能性的原因：植物体细胞内的基因选择性表达。
③脱分化和再分化的比较
比较内容
脱分化
再分化
过程
细胞→愈伤组织
愈伤组织→幼苗
形成体特点
排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团
有根、芽
需要条件
①离体
②适宜的营养
③生长素和细胞分裂素
①离体
②适宜的营养
③生长素和细胞分裂素
④光照
④影响脱分化、再分化的因素
影响脱分化、再分化的重要因素为植物激素。当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈的促进愈伤组织的形成，两者不同浓度的配比在再分化过程中，分别对诱导根或芽的产生起关键作用。当细胞分裂素与生长素的浓度比高时，有利于芽的产生；浓度比低时，有利于根的产生。

正确理解细胞的全能性
(1)全能性表达的标志：已分化的细胞能形成完整的个体。
(2)全能性的原理：细胞具有发育成完整个体所必需的“全套”基因而不是“全部”基因，因此含染色体组的配子中有全套基因，同样具有全能性。
　有关全能性的叙述，不正确的是(　　)
A．受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高
B．生物体内细胞由于分化，全能性不能表达
C．卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高
D．植物细胞离体培养在一定条件下，能表现出全能性
【审题导析】　解答本题的关键是：明确细胞的全能性大小与细胞分化及分化的程度、细胞全能性实现的条件的关系。
【精讲精析】　本题需从以下几方面入手分析：①受精卵是个体发育的起点，在自然条件下，通过细胞的分裂、分化形成完整的个体，所以全能性最高；②体内每一个体细胞都是通过有丝分裂形成的，都含有发育成完整个体所必需的全部基因，理论上讲都应该具有全能性，但由于分化，基因在不同的细胞中选择性表达，因而体细胞并不能表现出全能性；③卵细胞在一定条件下，全能性表现比体细胞高，但与受精卵相比，细胞的分化程度较高；④分化的植物细胞具有全能性，但要表达全能性，必须在一定条件下离体培养。
【答案】　C
　如图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗的培育过程，请据图回答下列问题。

(1)要促进细胞分裂、生长，培养基中应有________和________。
(2)此过程依据的原理是_________________________________________。
A和B阶段主要进行的分裂方式是________，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞________等。
(3)此过程要无菌操作，主要是指对________________进行灭菌、消毒。B阶段需要光照，原因是____________________________________________
______________________________________________________________。
(4)试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因____________的结果。
【思维导图】　解答此题的思维流程如下：

↓　需要条件

↓

【精讲精析】　(1)细胞的分裂、生长需要营养物质和植物激素。
(2)植物细胞的全能性保证细胞发育成一个完整的个体，细胞分裂的方式为有丝分裂，在再分化过程中，还有细胞的分化。
(3)植物组织培养过程中，需要无菌、无毒的条件，因此要对培养基和器械灭菌，对离体的组织消毒。植物细胞产生叶绿素需要光照。
(4)细胞形态、功能不同是分化的结果即基因选择性表达的结果。
【答案】　(1)营养物质　激素　(2)植物细胞的全能性
有丝分裂　分化　(3)培养基、器械　细胞中叶绿素的合成需要光照条件　(4)选择性表达

植物细胞工程及植物克隆的应用
【问题导思】
①植物细胞工程的操作过程如何？
②如何获得植物原生质体？
1．植物细胞工程的概念和操作过程
培养植物细胞，借助基因工程方法，将外源遗传物质导入受体细胞中，或通过细胞融合、显微注射等将不同的遗传物质重新组合，再通过对这些转基因细胞或重组细胞进行培养，获得具有特定性状的新植株。
2．植物克隆的应用
(1)原生质体制备及植物体细胞杂交
①植物原生质体的获得方法：在0.5～0.6 mol/L的甘露醇溶液环境下用纤维素酶和果胶酶混合液处理根尖、叶片、愈伤组织或悬浮培养细胞，将细胞壁消化除去。
②植物体细胞杂交

(2)快速繁殖(微型繁殖)
通过组织培养的方式，可以快速大量的繁殖种苗。
(3)作物脱毒
采用茎尖(几乎无病毒)组织培养的方式来脱除植物的病毒。
(4)培育作物新品种
用植物的花药进行离体培养形成单倍体，人工诱导染色体加倍后筛选出需要的新品种；利用组织培养过程中出现的突变体，培育新的品种。
(5)细胞产物的工业化生产
从人工培养的愈伤组织中提取细胞的某种成分，如紫草素、香料等。
　请回答问题。
(1)植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴。该技术可以保持品种的________，繁殖种苗的速度__________。离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养，最终能够形成完整的植株，说明该叶肉细胞具有该植物的全部________。
(2)把试管苗转接到新的培养基上时，需要在超净工作台上进行，其原因是避免________的污染。
(3)微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗________，而与________配比适宜时可促进芽的增殖。若要抑制试管苗的生长，促使愈伤组织产生和生长，需要使用的生长调节剂是_________________________(填“脱落酸”或“2,4­D”)。

(4)将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养基上一段时间后，单株鲜重和光合作用强度的变化如图。据图分析，随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作用强度的变化趋势是________，单株鲜重的变化趋势是________。据图判断，培养基中不含蔗糖时，试管苗光合作用产生的有机物的量________(填“能”或“不能”)满足自身最佳生长的需要。
(5)据图推测，若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用能力，应________(填“降低”或“增加”)培养基中蔗糖浓度，以便提高试管苗的自养能力。
【审题导析】　解答此题应识读坐标曲线图中的有关量的变化关系，即蔗糖浓度为0时，尽管光合作用强度最大，但植物积累的有机物较少，不能满足植物自身的需要。
【精讲精析】　(1)植物组织培养属于无性繁殖，后代能够保持亲本的遗传特性。植物微型繁殖技术能够实现快速繁殖。植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性，即已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。(2)植物组织培养接种和试管苗转接过程中都需要无菌操作，以避免微生物(杂菌)污染。(3)微型繁殖培养基中使用的生长素与细胞分裂素比例不同，可以分别诱导根、芽的形成。使用高浓度的植物生长素类似物(如2,4­D)可以抑制试管苗的生长。
(4)、(5)分析图中曲线可知：光合作用强度随着培养基中蔗糖浓度的增大而下降，但单株鲜重的变化趋势是先增加后下降。培养基中不含蔗糖时，光合作用强度最大，但由于该时期光合作用产生的有机物积累量较少，不能满足自身最佳生长的需要。在蔗糖浓度为1%左右时，单株鲜重达到最大，此时有机物的量满足自身最佳生长需要。
【答案】　(1)遗传特性　快　遗传信息　(2)微生物　(3)生根　细胞分裂素　2,4­D　(4)逐渐减小　先增加后下降　不能　(5)降低
本 课 知 识 小 结
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结 论 语 句
1．克隆是指只由一个模板分子、母细胞或母体直接形成新一代分子、细胞或个体的无性繁殖技术。
2．克隆分基因克隆、细胞克隆、个体克隆。
3．植物克隆的原理是植物细胞的全能性。
4．植物组织培养必须经过脱分化和再分化。
5．用纤维素酶和果胶酶可脱去植物细胞壁。

1．利用植物的茎尖、叶片、茎段等，在无菌的条件下，培养在玻璃器皿中人工配制的培养基上，使它发育成完整的植株。这种技术可以用来培育新品种，可以在较短时间内大量繁殖植物，还可以防止植物病毒的危害。下列关于这种培养技术叙述正确的是(　　)
①这种技术利用了植物细胞的全能性
②这种技术叫做植物组织培养，可以克隆生物体
③这种技术属于克隆的应用领域之一
④这种技术属于无性繁殖的方式
A．①　　 B．①② C．①②③ D．①②③④
【解析】　利用植物的茎尖、叶片、茎段等使它发育成完整的植株，是营养繁殖也是无性繁殖方式，此种技术叫植物组织培养，利用的是植物细胞的全能性，属于个体水平克隆的应用。
【答案】　D
2．下列属于克隆的是 (　　)
A．将鸡的某个DNA片段整合到小鼠的DNA分子中
B．将抗药性的某基因导入草履虫的细胞内
C．将鼠的骨髓瘤细胞与经过免疫的B淋巴细胞融合成杂交瘤细胞
D．将某肿瘤细胞在体外培养繁殖成一个细胞系
【解析】　A项叙述的是基因工程中DNA(基因)的重组过程，此过程中没有涉及DNA分子的复制；B项是将目的基因导入受体细胞的过程；C项中描述的是细胞融合的过程；D项属于细胞水平上的克隆。
【答案】　D
3．某科技活动小组将二倍体番茄植株的花粉按下图所示的程序进行实验。据图所示对该实验的分析正确的是 (　　)

A．该实验不能说明植物生殖细胞具有全能性
B．植株B的所有细胞中都含有两个染色体组
C．植株A细胞内没有等位基因
D．由花粉培养到植株B的过程都必须在无菌条件下进行
【解析】　由花粉培养成植株说明生殖细胞具有全能性。秋水仙素处理的是植株A的地上部分，根细胞未处理，得到的植株B的根细胞仍含有一个染色体组。植株A是单倍体，细胞内没有等位基因。由花粉培养到植株A的过程必须在无菌条件下进行，由植株A到植株B可在田地中进行，不必无菌操作。
【答案】　C
4．下列关于基因及其克隆的说法不正确的是(　　)
A．不同生物的基因不同
B．基因存在于DNA分子中
C．基因能控制生物的性状
D．克隆产生的基因与原来的基因一定相同
【解析】　基因是有遗传效应的DNA片段，能控制一定的生物性状，基因存在于DNA分子上，不同生物基因的种类、数目不同。由于基因突变的原因，所以克隆产生的基因与原来的基因不一定相同。
【答案】　D
5．对于植物细胞工程的操作过程，下列表示方法不正确的是(　　)
A．植物细胞原生质体―→新植株

　　　　　外源基因
B.
C．
D.
【解析】　现在还不具备将动植物细胞融合并发育成一个新个体的技术。
【答案】　D
6．美国科学家将分离得到的成熟的胡萝卜根的韧皮部细胞进行培养，由单个细胞发育成了完整的新植株。过程图解如下，回答与之有关的问题。

(1)通过B过程产生的愈伤组织的细胞与根的韧皮部细胞在染色体的数目上是否相同？________；染色体上所含的遗传物质是否相同？________；细胞的形态结构是否相同？________。
(2)培养过程中，在培养基上需加入蔗糖，培养时需要照光，那么，培养的植物到底是自养型还是异养型？光的作用是什么？对于上述疑问，某研究性学习小组进行了下列实验：一组在培养基中加入30%的蔗糖，另一组不加蔗糖，接种后，每组再分成两个小组，分别在光下和暗中培养。1个月后，观察植物体生长、分化情况，结果为下表：
培养条件
加蔗糖
不加蔗糖
光
正常生长，分化
不生长，死亡
暗
只生长，不分化
不生长，死亡
由此，你能得出什么结论？________________________________________。
【解析】　愈伤组织的细胞是通过有丝分裂由根细胞生成的，所以二者的染色体数目、染色体上的遗传物质是相同的，但细胞的形态结构不同，这是遗传物质选择性表达的结果。通过对比分析四组结果的生长和分化情况，可以得到蔗糖是植物生长所必需的，光是分化所必需的。
【答案】　(1)相同　相同　不同　(2)蔗糖是植物生长、分化所必需的，光是分化所必需的

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