高中生物选修细胞工程学案带答案样本.doc

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专题二 细胞工程
2．1 植物细胞工程
【学习目标】
1、 描述植物组织培养的原理和过程。
2、 简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术。
3、 尝试进行植物组织培养。
【重难点】
1、 描述植物组织培养的原理和过程。
2、 简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术。
学以致用
一、 细胞工程
1．概念: 应用 细胞生物学 和 分子生物学 的原理和方法, 经过
细胞 水平或 细胞器 水平上的操作, 按照人的意愿来改变细胞内的 遗传物质 或获得 细胞产品 的一门综合科学技术。
2．分类: 根据操作对象不同, 可分为 植物细胞工程 、 动物细胞工程 。
二、 植物细胞的全能性
1．概念: 高度 分化 的细胞, 依然具有发育成 完整生物体 的潜能。
2．细胞具有全能性的原因: 细胞内含有本物种的全部__ 遗传信息 ___。
3．在理论上, 生物的任何一个细胞都具有 发育成完整植株 的潜能, 但在生物的生长发育过程中, 细胞并不表现出 全能性 性, 而是分化成各种 组织和器官 。这是因为在特定的 时间 和 空间 条件下, 细胞中的基因会 选择性 地表示出各种 蛋白质 , 从而构成生物体的不同组织和器官。
4．细胞全能性大小比较: (填﹥或﹤)
受精卵____﹥___生殖细胞___﹥____体细胞
植物细胞的体细胞___﹥_____动物细胞的体细胞
胚胎干细胞 ﹥ 其它干细胞 ﹥ 体细胞
三、 植物组织培养技术
1．原理: 植物细胞具有 全能性 。
2．过程
离体植物的 器官、 组织或细胞 _ 愈伤 组织幼根和芽或胚状体 完整植株。
3．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
而转变成未分化细胞的过程。
4．植物组织培养: 在 无菌 和 人工控制 的条件下, 将 离体 的植物器官、 组织、 细胞, 培养在人工配制的培养基上, 给予适宜的培养条件, 诱导其产生 愈伤组织 、 丛芽, 最终形成完整植株。
思考: 合作探究
1. 离体的器官、 组织或细胞如果不进行脱分化处理, 能否培养成完整的植物体? 为什么?
不能, 当已分化的植物器官、 组织或细胞脱离母体后, 在一定的营养物质、 激素等外界条件作用下分化形成愈伤组织( 一种相对没有分化的细胞团) , 继而在植物激素等诱导下发生再分化, 才能表示出全能性。发育成完整植株。离体的器官、 组织或细胞如果不进行脱分化处理将衰老凋亡。
2. 植物组织培养需要在什么条件下进行?
无菌, 离体, 营养, 激素, 适宜培养条件
3. 植物组织培养所用培养基成分包含的激素种类应该有哪些? 它们的作用是什么?
生长素, 脱分化、 愈伤组织分化出根; 细胞分裂素, 脱分化、 愈伤组织分化出芽
4. 在组织培养实验中, 为什么切取胡萝卜根的形成层, 其它部分也能培养成小植株吗?
形成层细胞全能性较高。其它部分也能培养成植株, 只是较困难。
5.为什么在脱分化形成愈伤组织时不需要光, 而在由愈伤组织再分化成试管苗时需要光照呢?
对于植物组织培养来说, 光照条件非常重要, 包括光照强度、 时间和波长。但在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养, 而在分化再生的过程中一定要有光照。愈伤组织诱导阶段的暗培养有利于细胞的脱分化产生愈伤组织, 如果在光照条件下容易分化产生维管等组织, 不利于产生大量的愈伤组织。
<植物组织培养过程中注意的问题>
(1)该过程从繁殖方式上应为无性繁殖, 细胞分裂方式为有丝分裂, 包含脱分化和再分化两个阶段。
(2)愈伤组织是脱分化、 高度液泡化的细胞, 故细胞内无叶绿体, 不能进行光合作用, 只能以现成有机物来提供物质和能量; 其代谢方式为异养、 需氧; 有细胞壁, 有大液泡, 故仍可进行质壁分离; 该过程进行有丝分裂, 故愈伤组织应是具有细胞周期的细胞; 愈伤组织为脱分化后形成的细胞, 故应视为无分化的细胞(同受精卵一样, 未分化)。

四、 植物体细胞杂交技术
1．概念: 不同种植物的 体细胞 , 在一定条件下融合成 杂种细胞 , 并把杂种细胞培育成新的 植物体 的技术。

2．过程
植物组织培养
物理法: 离心、 振动、 电激等
化学法: 聚乙二醇
酶解法: 纤维素酶, 果胶酶
再生细胞壁

3．原理: 植物细胞融合依据的原理: 细胞膜的流动性; 形成杂种植物依据的原理: 细胞的全能性。
4.植物体细胞杂交技术的优点: 克服不同生物远缘杂交的障碍 。

思考: 1. 原生质体、 原生质层和原生质有什么不同?
原生质体指脱去细胞壁的植物。原生质层指成熟植物细胞的细胞膜、 液泡膜和两层膜之间的细胞质。 原生质是细胞内生命物质的总称。
2.如果只考虑两两融合, 会得到几种融合的细胞? 是否存在未融合的细胞?
下一步该如何种处理?
3种。存在未融合细胞。下一步要进行杂种细胞的筛选及体细胞杂种的鉴定
3. 番茄是二倍体, 马铃薯是四倍体, 则植物体细胞杂交获得的杂种植株番茄－马铃薯为几倍体?
异源六倍体
4.为什么”番茄-马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想的那样, 地上长番茄、 地下结马铃薯?
基因选择性表示
学以致用
1．不能用于人工诱导原生质体融合的方法是 ( )
A．振动       B．电刺激     C．PEG            D．重压
2．要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株, 不需要 ( )
A．具有完整细胞核的细胞        B．离体状态
C．导入外源基因               D．一定的营养物质和激素
3．与传统的有性杂交法相比, 植物体细胞杂交的最大优点是                   (    )
A．可使两个亲本的优良性状组合到一起  B．能够克服远缘杂交不亲和的障碍
C．能够培育出高产性状明显的新品种    D．能够降低生成成本, 提高接济效益
4．植物体细胞杂交的过程实质是                                  (    )
A．细胞质融合的过程                     B．细胞核融合的过程
C．细胞膜融合的过程                    D．细胞原生质体融合的过程
5．经过植物体细胞杂交, 获得一个杂种植株需要的步骤是 ( )
A．分离原生质体→诱导原生质体融合→组织培养→得到杂种植物
B．分离原生质体→原生质体直接融合→组织培养→杂种植株
C．获取细胞→原生质体融合→组织培养→杂种植株
D．获取细胞→原生质体直接融合→组织培养→杂种植株
6．高度分化的植物细胞、 组织和器官进行组织培养能够形成愈伤组织, 下列叙述错误的是 ( )
A．该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的
B．该愈伤组织的细胞没有全能性
C．该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成
D．该愈伤组织能够形成具有生根发芽能力的胚状结构
7．以下不能说明细胞具有全能性的实验是 ( )
A．胡萝卜韧皮部细胞培育出植株
B．紫色糯性玉米种子培育出植株
C．转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株
D．番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株
8．植物组织培养过程中的脱分化是指 ( )
A．植物体的分生组织经过细胞分裂产生新细胞
B．未成熟的种子经过长期培养, 培养出幼苗的过程
C．植物的器官、 组织或细胞, 经过离体培养产生愈伤组织的过程
D．取植物的枝芽培育成一株新植物的过程
9．在脱分化形成愈伤组织的过程中, 下列各项为非必要条件的是 ( )
A．培养基需要消毒灭菌 B．给予适宜的温度
C．给予充分的光照 D．给予适宜的养料和激素
10．植物体细胞杂交的过程是 ( )
A．用酶解法去掉细胞壁, 分离出有活力的原生质体
B．以人工诱导法使两个不同植物的原生质体融合
C．用植物组织培养法培养融合的原生质体得到杂种植株
D．经过以上三者完成
11．科学家把天竺葵和香茅草进行体细胞杂交, 培育出的驱蚊草含有香茅醛, 能散发出一种特殊的气味, 达到驱蚊且对人体无害的效果。下列关于驱蚊草培育的叙述中, 错误的是 ( )
A．驱蚊草的培育属于细胞工程育种, 其优点是能克服远源杂交不亲和的障碍。
B．驱蚊草培育过程要用纤维素酶、 果胶酶、 PEG等试剂。
C．培育过程中形成的愈伤组织, 其代谢方式是自养需氧。
D．在由杂种细胞形成杂种植株的过程中, 包含了有丝分裂和细胞分化。

2.1.2 植物细胞工程的实际应用

【学习目标】 列举植物细胞过程的实际应用
【重难点】植物细胞过程应用的实例
作物脱毒培养和人工种子的培育
知识梳理
一、 植物繁殖的新途径
1.微型繁殖
( 1) 微型繁殖技术: 用于 快速繁殖 优良品种的 植物组织培养 技术。
( 2) 特点: ①保持优良品种的 遗传特性 。
②高效快速地实现种苗 大量繁殖 。
( 3) 实例: 20世纪60年代, 荷兰的科学家就成功地实现了利用 组织培养技术 来培育兰花。
2.作物脱毒
( 1) 材料: 植物的 分生区 ( 如 茎尖 ) 。分生区附近的病毒极少, 甚至 无病毒 。
( 2) 脱毒苗: 切取 一定大小的茎尖 进行组织培养获得的。
3.人工种子
( 1) 概念: 一植物组织培养得到的 胚状体 、 不定芽 、 顶芽和 腋芽 等为材料, 经过人工 薄膜 包装得到的种子。
( 2) 特点: ①后代无 性状分离 。
②不受 季节 、 气候 和 地域 限制。
二、 作为新品种的培育
染色体加倍
1.单倍体育种
( 1) 方法: 花药 离体培养 单倍体 植株 纯合子植株。
( 2) 优点: ①后代是纯合子, 能 稳定遗传 。②明显缩短了 育种年限 。
2.突变体的利用
( 1) 产生原因: 在植物的组织培养过程中, 易受 培养条件 和 外界压力
( 如 射线 、 化学物质 等) 的影响而 产生突变 。
( 2) 利用: 筛选出对人们有用的 突变体 , 进而培育成 新品种 。
三、 细胞产物的工厂化生产
1.细胞产物种类: 蛋白质 、 脂肪、 糖类、 药物 、 香料、 生物碱等。
2.技术: 植物 组织培养 技术。
3.实例: 中国利用植物组织培养技术实现了大量生产 人参皂甙干粉 ; 另外, 三七、 紫草和银杏的 细胞产物 也都已经实现了工厂化生产。
注意: 获取细胞产品的时期应为脱分化之后再分化之前的愈伤组织;
制作人工种子需再分化后形成的胚状体阶段。
4.生物育种方法比较
技术
原理
优点
缺点
诱变
育种
基因突变
提高生物变异的频率, 使后代变异频率较快稳定; 可大幅度改良某些性状, 缩短育种进程
盲目性大, 需大量处理供试材料
杂交
育种
基因重组
使位于不同个体的优良性状, 集中于一个个体
周期长, 难以克服远缘杂交不亲和的障碍
单倍体育种
染色体
变异
获得个体均为纯种, 明显缩短育种年限
技术复杂, 须与杂交育种配合、 且需利用细胞工程参与
多倍体育种
染色体
变异
器官大, 提高产量和营养成分
适用于植物, 动物方面难以实现
基因工程育种
基因
重组
打破物种界限, 定向改造生物遗传性状
存在技术上、 安全上、 伦理道德上的问题
细胞工程育种
细胞生物学和分子生物学原理、 基因突变
①植物体细胞杂交能够克服远缘杂交不亲和的障碍; 扩大了用于杂交的亲本组合范围; 定向改变生物遗传性状②体细胞诱变育种, 同前述诱变育种。
①远缘杂种不能按照人们的需要表现出亲代的优良性状
②体细胞诱变育种同诱变育种
学以致用
1．甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化, 当前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗, 以保证该品种和产量水平。这种经过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的 ( )
A．有丝分裂 B．分化 C．减数分裂 D．全能性
2．人参皂苷粉是人参中重要的药用成分, 以前只能经过从人参中提取, 产量极低, 因而价格较贵。当前, 能够经过下列哪项技术迅速大量获取 ( )
A．基因工程 B．植物组织培养 C．植物体细胞杂交 D．发酵工程
3．胚状体是在植物组织培养的哪一阶段上获得的 ( )
A．愈伤组织 B．再分化 C．形成完整植株 D．取离体组织
4．下列哪一项不是植物繁殖的新途径 ( )
A．微型繁殖 B．作物脱毒 C．双受精 D．人工种子
5．马铃薯利用块茎进行无性繁殖, 种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产, 为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法( 　 )
A．选择优良品种进行杂交 B．进行远缘植物体细胞杂交
C．利有茎尖进行组织培养 D．人工诱导基因突变
6．如下图是人工种子的结构简图, 对其叙述不正确的是 ( 　　)

A．人工种子胚乳中含有胚状体发育所需要的营养物质, 还可添加农药和植物激素
B．人工种子能够工业化生产, 播种人工种子可节省大量粮食
C．人工种子克服了有些作物品种繁殖能力差、 结子困难或发芽率低等问题
D．人工种子胚状体还未分化出胚芽、 胚轴和胚根等结构
7．利用植物的茎尖、 茎段、 花药、 花粉等, 在无菌的条件下, 放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。这种技术能够用来培育植物新品种, 也能够在较短时间内大量繁殖植物, 还能够防止植物病毒的危害。下列关于这种技术的叙述, 正确的是 ( )
①这种技术利用了植物的全能性 ②这种技术叫做组织培养, 能够克隆生物体
③这种技术属于细胞工程的应用领域之一 ④这种技术是一种无性繁殖的方式
A．① B．①② C．①②③ D．①②③④