专题细胞工程.doc

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   专题2 细胞工程
2.1.1   植物细胞工程的基本技术
学习目标:
1．理解植物细胞的全能性
2．了解植物细胞脱分化和再分化的结果
3．掌握植物组织培养的特点
4．理解植物体细胞杂交和植物细胞培养的联系
学习重难点:
1.植物组织培养的操作过程
2.植物体细胞杂交的操作过程
学习过程:
【知识回顾】
1、 植物细胞的基本结构包括            、            、            。
2、 植物细胞主要的增殖方式是             。
细胞分化是指                                               
其实质是___________________________________________。
【自主探究】
观察专题2题图, 回答:
1.细胞工程的概念

2.是在什么水平上进行的操作。

一、 细胞的全能性与细胞分化
1、 概念: 细胞的全能性是指                                                   。
2、 细胞全能性的原因( 物质基础) :
生物体的每个细胞都含有                       , 都有发育成为完整个体所必须的全部基因。从理论上说, 一个染色体组中含有发育为该物种的个体所必须的全部基因。
3、 细胞全能性大小比较:
植物细胞    动物细胞( 动物细胞只有细胞核具有全能性)
受精卵    生殖细胞( 配子、 精子、 卵细胞)    体细胞     幼嫩的细胞   衰老的细胞
体细胞: 分化程度低的  分化程度高的    细胞分裂能力强的   细胞分裂能力弱的
4、 细胞在生物体内没有表现全能性的原因:
在生物体内细胞不表现全能性, 而是分化为不同的组织、 器官, 其原因在于                    。
5、 实现细胞全能性的条件:
离体( 必要条件) 、 一定的营养物质( 水、 无机盐、 维生素、 氨基酸等) 、 激素( 细胞分裂素、 生长素) 、 适宜的外界环境( 适宜的温度、 pH) 。
6、 细胞全能性的应用: 植物的组织培养, 动物的核移植( 即克隆) 。
二、 植物组织培养
1.植物组织培养的原理                               
2.植物组织培养的过程能够归纳为:
外植体 愈伤组织 根、 芽  植物体
脱分化:                                                  
再分化:                                                   
注意: 在植组织培养的过程中, 影响脱分化产生愈伤组织的一个重要因素是植物激素, 当细胞分裂素与生长素共同使用时, 能强烈刺激愈伤组织的形成。植物激素还会影响到再分化过程中芽和根的发生, 当细胞分裂素含量高时, 能促进芽的形成, 细胞分裂素含量低时, 促进根的发育。
思考: 设计出一种植物花药组织培养和染色体加倍的实验流程。

花药 花粉细胞培养 愈伤组织 分化出小植物 单倍体植株
正常植株

总结: 植物组织培养就是:                                                           
三．植物体细胞杂交:
1．概念: 用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞, 并把杂种细胞培育成新植物体的方法。
2．杂交的时间: 植物细胞杂交是从细胞融合开始, 到培育成的新植物体结束。
3．过程:

4.优点:                          , 扩大杂交亲本范围, 培养新品种。
注意: 植物体细胞杂交技术是在植物组织培养技术基础上发展起来的, 因此说植物组织培养技术是植物体细胞杂交技术的环节之一。
重难点归纳:
1、   理解细胞全能性的概念, 把握细胞全能性的特点:
细胞全能性是指生物体的细胞具有形成完整个体的潜能的特性。受精卵、 生殖细胞和已分化的体细胞均具有全能性。生物体的细胞具有全能性的根本原因是细胞内含有形成完整个体所需的全套基因。同一个体的每一个已分化的体细胞都由受精卵经有丝分裂而来, 体细胞核内基因与受精卵一样, 因此都具有全能性。分化的体细胞之因此没有表示出全能性, 是因为基因选择性表示。在离体和适当的条件下, 分化的体细胞也能表示其全能性。全能性表示的难易程度: 受精卵＞生殖细胞＞体细胞; 植物细胞＞动物细胞。
2、   植物组织培养操作的特点:
( 1) 选择外植体时 由于外植体的脱分化难易因植物种类、 器官来源及生理状况的不同而有很大差异。花和幼嫩的组织脱分化较为容易, 而植物的茎、 叶和成熟的老组织则较难。另外制备外植体时应选取有形成层的部分, 因为形成层细胞易脱分化。
( 2) 消毒。植物组织培养要想取得成功, 必须有效防止细菌等的污染。因为如果培养基上有细菌等微生物存在时, 它们比植物细胞生长、 繁殖得更快, 而且它们会产生毒素, 使培养的植物细胞很快中毒死亡。因此在培养过程中要求进行一系列的消毒、 灭菌, 而且要求无菌操作。
( 3) 光照。离体的植物细胞、 组织和器官脱分化形成愈伤组织时, 需避光处理。愈伤组织再分化形成植物幼苗时, 需光照处理。
( 4) 激素调控: 生长素含量高于细胞分裂素时, 主要诱导植物组织脱分化和根原基的形成; 当细胞分裂素的效应高于生长素时, 主要诱导植物组织再分化和芽原基的形成。

3、 植物体细胞杂交杂种细胞的筛选和培养:
以烟草与大豆细胞融合为例。烟草与大豆的原生质体融合后, 将原生质体转移到适当的培养基上培养, 使原生质体再生出细胞壁。这时, 在细胞混合物中, 不但有烟草-大豆细胞, 还有烟草细胞、 大豆细胞、 烟草-烟草细胞、 大豆-大豆细胞, 因此需要对杂种细胞进行筛选。得到烟草-大豆细胞后, 再经过植物组织培养技术, 培育杂种植株。

典例剖析:
1.下列属于组织培养的是:
A.花粉培养成单倍体植株               B.芽发育成枝条
C.根尖分生区发育成成熟区             D.未受精的卵发育成植株
[解析]解答此题需从以下几个方面入手: 首先, 组织培养是指离体的植物器官、 组织或细胞经脱分化形成愈伤组织, 再经再分化形成具有根、 芽结构的胚状体, 然后由胚状体发育成完整植物体的过程。花粉粒能培养成单倍体, 是在离体条件下培养形成的。第二, 芽发育成枝条、 根尖分生区发育成成熟区, 是体内分化的器官和组织形成了机体的一部分, 未受精的卵发育成植物体, 这就是自然情况下单倍体的形成过程, 是在母体的调控下完成的。                                                                [答案] A
2.在细胞工程——原生质体融合育种技术中, 其技术的重要一环是将营养细胞的细胞壁除去, 一般是采用纤维素酶和果胶酶的酶解破壁法处理。如将去掉了细胞壁的成熟植物细胞置于清水中, 细胞将:
A.皱缩          B.胀破        C.呈球形         D.保持原状
[解析]成熟植物去壁后, 置于清水中, 由于细胞内外浓度差较大, 又无细胞壁保护, 细胞会大量吸水, 直至细胞破裂。                                      [答案]B
3.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
[解析]原生质体是除去细胞壁的植物细胞, 它实际上就是植物细胞的原生质部分。当进行植物体细胞杂交时, 先用纤维素酶、 果胶酶除去细胞壁, 分离出具有活力的原生质体, 获得原生质体后就能够进行植物体细胞杂交了。植物体细胞杂交的过程实质是不同植物体细胞的原生质体融合的过程。将不同植物体细胞放在一起培养, 必须经过一定的技术手段进行人工诱导。诱导方法有物理法和化学法两大类。物理法就是利用离心、 振动、 电刺激等促使原生质体融合 化学法是用聚乙二醇等试剂作为诱导剂诱导细胞的原生质体融合, 聚乙二醇简称为PEG。重压不能促使原生质体的融合。                     [答案]D
4.在离体的植物器官、 组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中, 下列哪一项条件是不需要的
A.消毒灭菌        B.适宜的温度     C.充分的光照      D.适宜的养料和激素
[解析]解答该题需从如下三个方面入手分析:
①由离体的植物器官、 组织或细胞形成愈伤组织的过程是植物组织培养过程中的一个阶段。该阶段要进行细胞的增殖和细胞的脱分化, 这就必须要有适宜的养料和激素, 必须要有适宜的温度, 这样, 才能保证细胞进行正常的新陈代谢。
②由离体的植物器官、 组织形成愈伤组织必须是在无菌条件下, 只有在这样的条件下, 才能保证培养产生出的细胞是正常细胞, 否则培养基内将长出许多霉菌, 与离体细胞争夺营养与生存空间, 形不成愈伤组织。
③由于此阶段形成的是愈伤组织, 并没有形成具有根、 茎、 叶的植物体, 因此不需要光照。                                                          [答案]C
5.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
[解析]考查植物组织培养的知识。要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株, 需要具有完整细胞核的细胞, 细胞处于离体状态, 培养基中含有一定的营养物质和激素。 [答案]C

巩固练习
一．选择题:
1.下列有关细胞工程的叙述不正确的是          ( 　 )
　　A. 在细胞整体水平上定向改变遗传物质
B．在细胞器水平上定向改变遗传物质
　　C．在细胞器水平上定向改变细胞核的遗传物质
D．在细胞整体水平上获得细胞产品
2.细胞全能性是指    (     )
A、 生物体内的细胞具有的形成完整个体的特性
B、 生物体的细胞具有细胞膜、 细胞质和细胞核
C、 生物体的细胞能完成各种生理活动的特性
D、 生物体的细胞具有形成完整个体的潜能
3.细胞具有全能性的原因是                                            ( 　)
　　A.生物体细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能
　　B.生物体的每一个细胞都具有全能性
　　C.生物体的每一个细胞都含有个体发育的全部基因
　　D.生物体的每一个细胞都是由受精卵发育来的
4.植物细胞表现出全能性的必要条件是                          ( 　 )
　　A.给予适宜的营养和外界条件
　　B导入其它植物细胞的基因
　　C.脱离母体后, 给予适宜的营养和外界条件
　　D.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内
5.下列细胞的全能性最高的是                                          (     )
A.植物的卵细胞  B.植物的精子  C.被子植物的受精卵  D.被子植物的叶肉细胞
6.植物组织培养是指    ( 　)
A．离体的植物器官或细胞培育成愈伤组织
B．愈伤组织培育成植株
C．离体的植物器官、 组织或细胞培养成完整植物体
D．愈伤组织形成高度液泡化组织

7．植物组织培养过程的顺序是                                            ( 　 )
①离体的植物器官、 组织或细胞    ②根、 芽   ③愈伤组织    ④脱分化
⑤再分化      ⑥植物体
A．①④③⑤②⑥               B．①④③②⑤⑥
C．①⑤④③②⑥               D．⑥①④③⑤②
9.将一粒花粉培育成幼苗, 将它的茎尖用秋水仙素处理, 长大后该植物正常开花结果。与该植株染色体数目不相同的是                       (     )
A、 根细胞           B、 叶细胞           C、 茎细胞           D、 子房壁细胞
10.愈伤组织是一类                                                      (     )
A、 高度液泡化、 呈无定型状态的薄壁细胞   B、 排列紧密的细胞壁
C、 具有小泡的薄壁细胞                   D、 性状规则的一群细胞
11.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．未成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程
　　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
12.用杂合种子尽快获得纯合子植株的方法是                       (     )
A、 种植→F1→选出不分离者→纯合子     B、 种植→秋水仙素处理→纯合子
C、 种植→生长素处理→纯合子
D、 种植→花药离体培养→单倍体幼苗→秋水仙素处理→纯合子
13.植物体细胞融合完成的标志是                          (     )
A.产生新的细胞壁    B.细胞膜发生融合  C.细胞质发生融合  D.细胞核发生融合
14.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
15.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
16.在植物细胞工程中, 当原生质体融合成一个细胞后, 需要诱导产生细胞壁, 参与这一过程的细胞器是                                            (     )
A、 叶绿体、 高尔基体               B、 线粒体、 高尔基体
C、 叶绿体、 线粒体                 D、 线粒体、 内质网
17.植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是  ( 　 )
A.植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁   B.细胞壁使原生质体失去活力
C.细胞壁阻碍了原生质体的融合            D.细胞壁不是原生质的组成部分
18.植物体细胞杂交的结果是                          ( 　 )
A.产生杂种植株　B．产生杂种细胞 C．原生质体融合 D．形成愈伤组织
19.科学家把天竺葵的原生质体和香茅草的原生质体进行诱导融合, 培育出的驱蚊草含有香茅醛, 能散发出一种特殊的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到纤维素酶、 果胶酶、 PEG等试剂或离心、 振动、 电刺激等方法
C．驱蚊草培育过程是植物体细胞杂交, 不同于植物组织培养, 无愈伤组织和试管苗形成
D．驱蚊草不能经过天竺葵和香茅草杂交而获得是因为不同物种间存在生殖隔离
20.植物体细胞杂交的目的中错误的是            ( 　 )
　　A.把两个植物体的优良性状集中在杂种植株上                  B.获得杂种植株
　　C.克服远源杂交不亲和的障碍                                          D.实现原生质体的融合
21.A种植物的细胞和B种植物细胞的结构如右图所示( 仅显示细胞核) , 将A、 B两种植物细胞去掉细胞壁后, 诱导二者的原生质体融合, 形成单核的杂种细胞, 若经过组织培养后得到了杂种植株, 则该杂种植株是  ( )                            A．二倍体; 基因型是DdYyRr  B．三倍体; 基因型是DdYyRr
C．四倍体; 基因型是DdYyRr
D．四倍体; 基因型是DDddYYyyRRrr
22.以下关于原生质的叙述, 正确的是                   ( 　 )
A、 原生质泛指细胞内的基质　　　　　　　 B、 原生质就是细胞质
C、 一个动物细胞就是一团原生质　　　　　 D、 细胞膜、 细胞核和细胞壁是原生质
23.下列提法正确的是                          ( 　 )
A、 原生质专指细胞质　　　 B、 人体内的水都属于原生质
C、 细胞核不是原生质　　　 D、 一个动物细胞就是一团原生质