第2章

細(xì)胞工程第1節(jié)

植物細(xì)胞工程第一課時植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)對蘭花進(jìn)行觀察并提出問題，體現(xiàn)了科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。

從古至今,我國人民都把蘭花看作高潔、典雅的象征,很多人喜歡養(yǎng)蘭花。但是,蘭花種子通常發(fā)育不全,在自然條件下萌發(fā)率極低，傳統(tǒng)分株繁殖的方法又存在繁殖周期長、繁殖率低等問題,如果靠自然繁殖,蘭花的價格可想而知了。如何能讓名貴的蘭花大量、快速地繁殖,從而走入尋常百姓家呢?1.闡明植物組織培養(yǎng)是在一定條件下,將離體的植物器官、組織和細(xì)胞等在適宜的培養(yǎng)條件下誘導(dǎo)形成愈傷組織,并重新分化,最終形成完整植株的過程。2.概述植物體細(xì)胞雜交是指將不同來源的植物體細(xì)胞在一定條件下融合成雜種細(xì)胞,繼而培育成新植物體的技術(shù)。1.結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)，交流討論，嘗試設(shè)計(jì)植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程簡圖。（科學(xué)探究）2.結(jié)合“菊花的組織培養(yǎng)”實(shí)驗(yàn)，了解組織培養(yǎng)技術(shù)已取得的進(jìn)展和尚未解決的問題，認(rèn)同科學(xué)是一個不斷發(fā)展的過程，激發(fā)學(xué)生探索科學(xué)奧秘的興趣。（社會責(zé)任）一、植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)1．細(xì)胞工程的含義項(xiàng)目內(nèi)容原理、方法

生物學(xué)、

生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)的原理和方法操作水平

水平、

水平或組織水平目的有目的地獲得特定的細(xì)胞、

、個體或其產(chǎn)品分類

細(xì)胞工程和

細(xì)胞工程細(xì)胞分子細(xì)胞器細(xì)胞組織、器官植物動物2．細(xì)胞的全能性(1)概念：細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生

或分化成其他

的潛能，即細(xì)胞具有全能性。(2)特點(diǎn)：在生物的生長發(fā)育過程中，并不是所有的細(xì)胞都能表現(xiàn)出

。(3)原因：生物體的每個細(xì)胞中都有發(fā)育成本物種個體所需

。

(4)影響全能性表達(dá)的原因：在特定的時間和空間條件下，細(xì)胞中的基因會

。完整生物體各種細(xì)胞全能性選擇性地表達(dá)全套遺傳信息1．為什么理論上每種植物的活細(xì)胞都具有全能性？正常的植物細(xì)胞具有該生物生長、發(fā)育和繁殖所需的全套的遺傳物質(zhì)。2．所有的活細(xì)胞都具有全能性嗎？試舉例說明。不是。例如，哺乳動物成熟的紅細(xì)胞無細(xì)胞核，不具有全能性。3．細(xì)胞全能性大小與細(xì)胞分化程度有什么關(guān)系？一般情況下，細(xì)胞分化程度越高，細(xì)胞的全能性越低；細(xì)胞分化程度越低，細(xì)胞的全能性越高。4．植物細(xì)胞全能性表達(dá)的條件有哪些？①離體；②提供營養(yǎng)物質(zhì)(有機(jī)物、無機(jī)物)；③提供激素(生長素、細(xì)胞分裂素等)；④提供其他適宜條件(溫度、無菌等)。？針對細(xì)胞全能性

提出問題，體現(xiàn)了科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。2．細(xì)胞全能性大小的比較(1)植物細(xì)胞>動物細(xì)胞(通常只能體現(xiàn)細(xì)胞核的全能性)。(2)受精卵>生殖細(xì)胞(精子、卵細(xì)胞)>體細(xì)胞。(3)體細(xì)胞：分化程度低的>分化程度高的；細(xì)胞分裂能力強(qiáng)的>細(xì)胞分裂能力弱的；幼嫩的細(xì)胞>衰老的細(xì)胞。(4)隨著細(xì)胞分化程度的不斷提高，細(xì)胞的全能性逐漸降低。1．細(xì)胞全能性(1)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞全能性的標(biāo)志：①發(fā)育成完整個體而不是形成某種組織或者器官。②能夠分化形成各種細(xì)胞。(2)體內(nèi)細(xì)胞未表現(xiàn)全能性的原因：基因在特定的時間和空間條件下選擇性表達(dá)。

【歸納提升】【例1】在植物體內(nèi)，莖的頂端分生組織的細(xì)胞具有細(xì)胞周期，但不能表現(xiàn)出全能性，這是因?yàn)?/p>

(

)

A．細(xì)胞核失去了全能性B．不同細(xì)胞中的基因是不同的C．細(xì)胞中基因的表達(dá)有選擇性D．細(xì)胞核中的基因發(fā)生了不同的變異莖頂端分生組織的細(xì)胞，其細(xì)胞核沒有失去全能性，A錯誤；同一個體的所有體細(xì)胞都是由同一個受精卵經(jīng)有絲分裂形成的，都具有相同的遺傳物質(zhì)，B、D錯誤；由于細(xì)胞中基因的選擇性表達(dá)，使得莖頂端分生組織的細(xì)胞具有細(xì)胞周期，但不能表現(xiàn)出全能性，C正確。C二、植物組織培養(yǎng)技術(shù)1．植物組織培養(yǎng)的概念：是指將

的植物器官、組織或細(xì)胞等，培養(yǎng)在

的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其形成

的技術(shù)。2．植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)：植物細(xì)胞的

。離體完整植株全能性人工配制3．植物組織培養(yǎng)的過程接種

(――→)

(――→)根、芽等(――→)植株。(1)脫分化：已經(jīng)分化的細(xì)胞可以經(jīng)過脫分化，即失去其特有的

，轉(zhuǎn)變成未分化的細(xì)胞，進(jìn)而形成不定形的薄壁組織團(tuán)塊。(2)再分化：愈傷組織能重新分化成

等器官，該過程稱為再分化。脫分化外植體愈傷組織再分化發(fā)育結(jié)構(gòu)和功能芽、根4．菊花的組織培養(yǎng)(1)滅菌①用酒精擦拭雙手和

臺面。②將流水充分沖洗后的

(幼嫩的莖段)用

消毒30s，然后立即用無菌水清洗2～3次；再用

溶液處理30min后，立即用無菌水清洗2～3次。(2)取材：用解剖刀將消過毒的外植體切成

cm長的小段。(3)接種：在酒精燈火焰旁，將外植體的

插入誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基中。超凈工作臺外植體酒精次氯酸鈉0.5～11/3～1/2(4)培養(yǎng)：①將接種了外植體的錐形瓶或植物組織培養(yǎng)瓶置于

℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。②將生長良好的愈傷組織轉(zhuǎn)接到

的培養(yǎng)基上。長出芽后，再將其轉(zhuǎn)接到

的培養(yǎng)基上，進(jìn)一步誘導(dǎo)形成試管苗。(5)移栽：將幼苗移植到消過毒的蛭石或珍珠巖等環(huán)境中，待其

再移栽入土。18～22誘導(dǎo)生芽誘導(dǎo)生根長壯后觀察菊花植物組織培養(yǎng)流程圖，回答問題：1.選用菊花的外植體時，一般選用形成層細(xì)胞或組織塊，其原因是什么？形成層細(xì)胞由于分裂旺盛，全能性高，容易誘導(dǎo)形成愈傷組織，其他部分如葉、花全能性低，不易培養(yǎng)成小植株。對植物組織培養(yǎng)流程進(jìn)行分析并提出問題，體現(xiàn)了科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。？3．為什么說從繁殖方式上看，植物組織培養(yǎng)的繁殖方式是無性繁殖？2．植物組織培養(yǎng)所用的培養(yǎng)基中，在脫分化和再分化中起關(guān)鍵作用的激素是什么？細(xì)胞分裂素和生長素。植物組織培養(yǎng)是在細(xì)胞有絲分裂和細(xì)胞分化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，此過程并沒有生殖細(xì)胞的產(chǎn)生，所以是無性繁殖?！疽族e提醒】1.植物組織培養(yǎng)≠植物細(xì)胞培養(yǎng)。（1）植物組織培養(yǎng)是把外植體培養(yǎng)成完整的植物體。（2）植物細(xì)胞培養(yǎng)是將外植體培養(yǎng)成大量的細(xì)胞群體,以便獲得人類所需的細(xì)胞次生代謝產(chǎn)物。2.影響植物組織培養(yǎng)的光照條件不僅是光照強(qiáng)度,光照時間和波長等都會有一定的影響。[歸納提升]生長素和細(xì)胞分裂素的使用順序及用量的比例對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響1.使用的順序不同，結(jié)果不同使用順序?qū)嶒?yàn)結(jié)果有利于細(xì)胞分裂，但細(xì)胞不分化先使用細(xì)胞分裂素，后使用生長素同時使用分化頻率提高以上關(guān)系可簡記為：先“生”，分裂不分化；后“生”，分裂又分化；同“使”分化頻率高先使用生長素，后使用細(xì)胞分裂素細(xì)胞既分裂又分化2.用量的比例不同，結(jié)果也不同生長素/細(xì)胞分裂素的值作用效果比值高時促進(jìn)根的分化、抑制芽的形成促進(jìn)芽的分化、抑制根的形成比值適中以上關(guān)系可簡記為：“高根低芽中愈傷”對植物組織培養(yǎng)過程中激素的使用進(jìn)行歸納概括，體現(xiàn)了科學(xué)思維的核心素養(yǎng)。比值低時促進(jìn)愈傷組織的形成【例2】（2024·遼寧重點(diǎn)高中聯(lián)考）人參是重要的藥用植物，常以根入藥，由于過度采挖導(dǎo)致人參資源枯竭，而人工栽培周期長，研究表明，可采用植物組織培養(yǎng)的方式培養(yǎng)人參不定根，用以滿足市場需求。據(jù)圖分析下列說法錯誤的是（）A.人參不定根培養(yǎng)中有脫分化和再分化過程 B.過程①必須光照培養(yǎng)以增加有機(jī)物來源C.過程②所需要的生長素比例大于細(xì)胞分裂素 D.需要檢測獲得的不定根中有效成分如人參皂苷的含量圖中①表示脫分化形成愈傷組織，②表示再分化形成不定根，人參不定根培養(yǎng)中有①脫分化和②再分化過程，A正確；脫分化過程不需要光照，再分化需要光照，B錯誤；生長素和細(xì)胞分裂素的比值高時，有利于根的分化，所以過程②再分化形成根所需要的生長素比例大于細(xì)胞分裂素，C正確；需要檢測不定根中有效成分判定不定根的藥用價值，D正確。B去除細(xì)胞壁細(xì)胞壁再生脫分化再分化移栽植物組織培養(yǎng)原生質(zhì)體融合（植物細(xì)胞的全能性）（細(xì)胞膜的流動性）去除細(xì)胞壁原理：高爾基體直接參與線粒體供能誘導(dǎo)融合三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)1．植物體細(xì)胞雜交的過程雜種細(xì)胞再生出

新的細(xì)胞壁(1)去除細(xì)胞壁的方法：用

去除植物細(xì)胞壁，獲得原生質(zhì)體。(2)誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法：①物理法：

、離心法等。②化學(xué)法：

等。(3)篩選雜種細(xì)胞的方法：纖維素酶和果膠酶電融合法聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法方法1：熒光標(biāo)記。方法2：觀察染色體數(shù)。2．植物體細(xì)胞雜交的概念將

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

的技術(shù)。3．植物體細(xì)胞雜交的意義植物體細(xì)胞雜交技術(shù)在打破

，實(shí)現(xiàn)

雜交育種，培育植物新品種等方面展示出獨(dú)特的優(yōu)勢。不同來源新植物體生殖隔離遠(yuǎn)緣1．植物體細(xì)胞雜交實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和植物組織培養(yǎng)的基礎(chǔ)分別是什么？細(xì)胞膜的流動性。植物細(xì)胞的全能性。2．要想讓A和B兩個來自不同植物的體細(xì)胞融合在一起，遇到的第一個障礙是什么？如何處理？都具有細(xì)胞壁，阻礙融合。利用纖維素酶和果膠酶處理去掉A、B的細(xì)胞壁(酶解法)。？對植物體細(xì)胞雜交過程進(jìn)行分析并提出問題，體現(xiàn)了科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。5．二倍體番茄和二倍體馬鈴薯細(xì)胞雜交得到的“番茄—馬鈴薯”有多少個染色體組，是幾倍體？4．細(xì)胞融合完成的標(biāo)志和植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志分別是什么？雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁。培育出雜種植株。四。四。3．將兩個不同種的植物細(xì)胞A和B去除細(xì)胞壁后，經(jīng)一定的方法促進(jìn)融合，若只考慮兩兩融合，可以形成幾種融合細(xì)胞？符合要求的雜種細(xì)胞是哪種？3種(AA、BB、AB)。AB。7．從結(jié)果上看雜種植株在遺傳上有什么特點(diǎn)？從雜種植株的染色體組成上看屬于哪種變異類型？遺傳物質(zhì)來自兩個親本，具有雙親的遺傳性狀。染色體數(shù)目變異。8．從新品種培育的角度分析，植物體細(xì)胞雜交技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是什么？打破生殖隔離，使不同種植物雜交成為可能。6．植物體細(xì)胞雜交產(chǎn)生新個體屬于哪種生殖方式？無性生殖。[歸納提升]植物組織培養(yǎng)與植物體細(xì)胞雜交的比較項(xiàng)目植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交原理過程

植物細(xì)胞的全能性細(xì)胞膜的流動性和植物細(xì)胞的全能性離體的植物器官、組織或細(xì)胞等項(xiàng)目植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交注意事項(xiàng)①取材：選取根尖、莖尖、形成層等容易誘導(dǎo)形成

的部位；②光照：在愈傷組織的誘導(dǎo)階段往往要避光培養(yǎng)(有利于細(xì)胞的

產(chǎn)生愈傷組織)。當(dāng)愈傷組織分化出芽和葉時，一定要有光照(有利于葉片內(nèi)

的合成)①去除細(xì)胞壁的方法：酶解法(所用的酶是

和果膠酶)；②人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法：a.物理法——離心法、電融合法；b.化學(xué)法——聚乙二醇融合法或

融合法愈傷組織脫分化葉綠素纖維素酶高Ca2＋—高pH【例3】(2024·湖北高考)植物甲抗旱、抗病性強(qiáng)，植物乙分蘗能力強(qiáng)、結(jié)實(shí)性好?？蒲腥藛T通過植物體細(xì)胞雜交技術(shù)培育出兼有甲、乙優(yōu)良性狀的植物丙，過程如下圖所示。下列敘述錯誤的是

()A.過程①中酶處理的時間差異，原因可能是兩種親本的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)有差異B.過程②中常采用滅活的仙臺病毒或PEG誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合C.過程④和⑤的培養(yǎng)基中均需要添加生長素和細(xì)胞分裂素D.可通過分析植物丙的染色體，來鑒定其是否為雜種植株過程②為原生質(zhì)體的融合，常用物理法和PEG誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合，滅活的仙臺病毒可誘導(dǎo)動物細(xì)胞融合，不能用于植物細(xì)胞融合，B錯誤。B概念植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)細(xì)胞工程植物體細(xì)胞雜交技術(shù)特點(diǎn)體內(nèi)細(xì)胞不表現(xiàn)全能性的原因概念過程意義細(xì)胞全能性植物組織培養(yǎng)技術(shù)過程理論基礎(chǔ)概念1．下列有關(guān)細(xì)胞全能性的敘述，錯誤的是(

)

A．受精卵在自然條件下能使后代細(xì)胞形成完整個體，因此全能性最高B．生物體內(nèi)的體細(xì)胞由于細(xì)胞分化，全能性不能表達(dá)C．卵細(xì)胞與受精卵一樣，細(xì)胞未分化，全能性最高D．植物細(xì)胞在一定條件下離體培養(yǎng)能表現(xiàn)出全能性C受精卵是未分化的細(xì)胞，在自然條件下能形成完整個體，全能性最高，A正確；生物體內(nèi)的體細(xì)胞由于細(xì)胞分化，基因選擇性表達(dá)程度高，因此全能性不能表達(dá)，B正確；卵細(xì)胞屬于已分化的細(xì)胞，卵細(xì)胞的全能性相較于受精卵低，兩者全能性不同，C錯誤；植物細(xì)胞在離體狀態(tài)及適宜的條件下培養(yǎng)能夠形成完整的植株個體，具有全能性，D正確。2．（多選）下面關(guān)于植物組織培養(yǎng)過程，說法正確的是(

)A．上述植物組織培養(yǎng)的過程依據(jù)的生物學(xué)原理是植物細(xì)胞具有全能性B．在配制培養(yǎng)基時，需要添加生長素和細(xì)胞分裂素C．若外植體是月季的花藥，脫分化過程不需要光照D．若外植體是菊花的根尖組織，因細(xì)胞中沒有葉綠體，故培養(yǎng)成的新植株葉片無色

ABC植物組織培養(yǎng)的原理是植物細(xì)胞具有全能性，A正確；配制培養(yǎng)基時，需要加入生長素、細(xì)胞分裂素，B正確；脫分化過程不需要光照，幼小植株形成后才需要光照，C正確；菊花根尖組織中含有控制葉綠體形成的基因，在培養(yǎng)過程中，基因的選擇性表達(dá)會使培養(yǎng)成的新植株葉片呈綠色，D錯誤。3．(2023·廣東高考)人參皂苷是人參的主要活性成分,科研人員分別誘導(dǎo)人參根與胡蘿卜根產(chǎn)生愈傷組織并進(jìn)行細(xì)胞融合,以提高人參皂苷的產(chǎn)率。下列敘述錯誤的是()A.細(xì)胞融合前應(yīng)去除細(xì)胞壁B.高Ca2+—高pH溶液可促進(jìn)細(xì)胞融合C.融合的細(xì)胞即為雜交細(xì)胞D.雜交細(xì)胞可能具有生長快速的優(yōu)勢C在細(xì)胞融合前,必須先用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁,再誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合,A正確;人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合有物理法和化學(xué)法,用高Ca2+—高pH溶液可促進(jìn)細(xì)胞融合,B正確;融合的細(xì)胞中有人參根-人參根細(xì)胞、人參根-胡蘿卜根細(xì)胞、胡蘿卜根-胡蘿卜根細(xì)胞,只有人參根-胡蘿卜根細(xì)胞才是雜交細(xì)胞,C錯誤;雜交細(xì)胞含兩種細(xì)胞的遺傳物質(zhì),可能具有生長快速的優(yōu)勢,D正確。4.（2024·紅河高二檢測）下列有關(guān)菊花的組織培養(yǎng)的說法，正確的是（）A.培養(yǎng)前要將外植體分散成單個細(xì)胞B.要用高壓蒸汽對培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌，即在100℃下保持15minC.在培養(yǎng)形成愈傷組織的過程中需要光照誘導(dǎo)葉綠素合成D.用酒精對外植體進(jìn)行消毒時，持續(xù)的時間不能太長在進(jìn)行菊花的組織培養(yǎng)中，培養(yǎng)前不需要將外植體分散成單個細(xì)胞，可利用植物的花芽、葉芽等處的分生組織作外植體，A錯誤；在對培養(yǎng)基進(jìn)行高壓蒸汽滅菌時，要在121℃下保持15～30min，以便殺死微生物的細(xì)胞、芽孢和孢子等，B錯誤；在培養(yǎng)形成愈傷組織的過程中不需要光照，此時不需要誘導(dǎo)葉綠素合成，C錯誤；用酒精對外植體進(jìn)行消毒時，持續(xù)的時間不能太長，否則容易殺死外植體細(xì)胞，D正確。D5.（2024·齊齊哈爾高二檢測）科學(xué)家用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)，培育出了“番茄—馬鈴薯”雜種植株，培育過程如下圖所示，其中①～⑤表示過程，a～f表示細(xì)胞、組織或植株。據(jù)圖回答