高中生物 专题二 细胞工程 2.1.1 植物细胞工程的基本技术课件 新人教版选修3.ppt

2 1植物细胞工程2 1 1植物细胞工程的基本技术 目标导航1 以胡萝卜的组织培养为例 简述植物组织培养技术的原理和过程 2 结合教材图2 5 描述植物体细胞杂交技术的原理和过程 预习导学挑战自我 点点落实 一 细胞工程和细胞的全能性 阅读p32 34 1 细胞工程的含义 细胞 分子 细胞 细胞器 遗传物质 细胞产品 动物 植物 2 细胞的全能性 1 定义 具有某种生物的任何一个细胞 都具有发育成的潜能 2 植物细胞全能性实现的条件 提供适宜的条件和激素 3 影响全能性表达的原因 在特定的时间和空间条件下 细胞中的基因会有地表达出各种蛋白质 从而构成生物体的不同组织和器官 全部遗传信息 完整生物体 离体 营养 选择性 二 植物组织培养 阅读p34 36 1 理论基础 2 前提 的植物器官 组织 细胞 3 条件 和人工控制条件下 人工配制的培养基上 适宜的条件 4 结果 诱导产生 最终形成完整植株 植物细胞的全能性 离体 无菌 营养 愈伤组织 丛芽 5 胡萝卜的组织培养过程 形成层 愈伤 组织 避光 分化 三 植物体细胞杂交技术 阅读p36 37 1 概念 将不同种的植物体细胞 在一定条件下融合成 并把杂种细胞培育成新的的技术 2 过程 杂种细胞 植物体 原生质体 细胞壁 杂种 愈伤 1 去壁 用去除植物细胞壁 获得原生质体 2 诱导原生质体融合的方法 物理法 等 化学法 用诱导 3 意义 克服了的障碍 纤维素酶和果胶酶 离心 振动 电激 聚乙二醇 peg 远缘杂交不亲和 预习诊断 判断正误 1 细胞工程是通过分子水平上的操作 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 在理论上 生物的每个细胞都具有发育成完整植株的潜力 3 细胞全能性的大小依次是 受精卵 生殖细胞 体细胞 4 植物的种子能发育成完整的植株 体现了细胞的全能性 5 植物组织培养的理论基础是基因的选择性表达 6 离体的植物组织在一定的培养条件下分化出根和芽的过程属于脱分化 7 植物体细胞杂交的理论基础是细胞膜的流动性和细胞的全能性 8 人工诱导原生质体融合的方法有物理法 离心 振动 电激等 和化学法 聚乙二醇处理 一 植物组织培养技术 课堂讲义重点难点 个个击破 1 植物细胞的全能性 1 原因 分化的体细胞 或细胞核 具有本物种个体发育所需要的全部基因 2 体现 在适合条件 如离体状态等 下 有些分化的细胞能恢复分裂 重新分化并发育成完整的新个体 3 全能性大小比较 受精卵 全能性最高 卵细胞 也具有较高的潜在全能性 体细胞 全能性较低 未分化或分化程度低的细胞 分化程度高的体细胞 植物细胞 动物细胞 增殖的细胞 不增殖的细胞 随着细胞分化程度的不断提高 细胞的全能性逐渐减小 2 植物组织培养的过程 3 植物组织培养的影响因素 1 灭菌 所有的实验用具严格灭菌 接种过程严格的无菌操作 2 严格控制光照 在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养 而在分化再生的阶段一定要有光照 因为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 若有光照则容易分化产生维管组织 不利于产生大量的愈伤组织 3 植物激素在植物组织培养中的应用 1 请比较基因工程和细胞工程的概念 总结二者的不同 答案 1 操作水平 基因工程是分子水平的操作 细胞工程是细胞水平或细胞器水平的操作 2 目的 基因工程的目的是创造出符合人们需要的新的生物类型和生物产品 细胞工程的目的是按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品 思维激活 2 理论上每种活细胞都具有全能性 请分析细胞具有全能性的原因 答案活细胞都具有发育成该物种个体所需的全套遗传物质 3 为什么在生物的生长发育过程中 细胞并不会表现出全能性 答案在特定的时间和空间条件下 细胞内的基因进行选择性表达 4 结合胡萝卜的组织培养实验 思考下列问题 1 在植物组织培养过程中 为什么要进行一系列的消毒 灭菌 并且要求无菌操作 答案避免杂菌在上面迅速生长消耗营养 且有些杂菌会危害培养物的生长 2 为什么切取胡萝卜根的形成层 其他部分也能培养成小植株吗 答案胡萝卜根的形成层容易诱导形成愈伤组织 其他部分如叶 花也能培养成小植株 只是稍微困难些 3 诱导愈伤组织的过程中是否都应避光培养 答案不一定 用不同植物或同一植物不同部位的组织细胞 诱导出愈伤组织所需的条件不一定相同 4 若培养物取自植物的幼茎 叶片等含有叶绿体的部位 愈伤组织中是否会含有叶绿体 答案培养物经过诱导后 失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞 愈伤组织中不含有叶绿体 应用示例 1 下图表示四倍体兰花叶片通过植物组织培养形成植株的过程 相关叙述中正确的是 a 和 阶段会发生减数分裂b 阶段需生长素而 阶段需细胞分裂素c 阶段有细胞增殖但无细胞分化d 此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体 问题导析 1 图中 是 是 和 阶段会发生有丝分裂 2 阶段和 阶段都需 只是二者比例不同 3 此兰花的花药离体培养所得植株为 答案c 脱分化 再分化 生长素和细胞分裂素 单倍体 一题多变判断正误 1 植物体的细胞发育成完整个体才体现了全能性 2 高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性 3 植物体内某些体细胞没有表现出全能性 其原因是所含基因不同 4 紫色糯性玉米种子培育成植株 这反映植物种子具有全能性 二 植物体细胞杂交技术 1 植物体细胞杂交有关知识点 2 植物体细胞杂交过程中的注意事项 1 原生质体融合的原理是细胞膜具有流动性 2 植物细胞融合完成的标志是杂种细胞再生出细胞壁 3 与传统有性杂交相比 其优越性的表现 克服植物远缘杂交不亲合的障碍 打破了物种之间的生殖隔离 扩大遗传重组的范围 4 体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞 不管染色体 基因组还是染色体组都采用直接相加的方法 若一植物细胞含有2x条染色体 2个染色体组 基因型为aabb 另一植物细胞含有2y条染色体 2个染色体组 基因型为ccdd 则新植株应为异源四倍体 其体细胞中染色体为 2x 2y 条 4个染色体组 基因型为aabbccdd 思维激活 1 去除植物细胞壁为什么要用纤维素酶和果胶酶 答案因为植物细胞壁的化学成分主要是纤维素和果胶 酶具有专一性 纤维素酶和果胶酶能够催化分解细胞壁 而对细胞膜没有破坏作用 2 体细胞融合成功后培养基中共有5种细胞类型 a b 其中融合细胞类型有种 而真正符合要求的是 因此要对融合细胞进行筛选 aa bb ab 3 ab 3 植物体细胞杂交技术属于无性生殖还是有性生殖 属于哪种变异类型 为什么说杂种植株具有两个亲本的遗传性状 答案植物体细胞杂交技术没有生殖细胞的形成和结合 应属于无性生殖 变异类型应是染色体数目的变异 由于含有两个亲本的遗传物质 因此具有两个亲本的遗传性状 4 培育新品种的过程中 遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传定律 为什么 答案不遵循 只有在有性生殖进行减数分裂过程中才符合遗传定律 而体细胞杂交没有此过程 5 回答下列关于植物体细胞杂交产生的 白菜 甘蓝 的相关问题 1 用传统的方法可否产生 答案不能 因为不同物种之间存在生殖隔离 2 白菜 甘蓝 为什么能表现出两种植物的遗传性状 答案体细胞杂交培育而成的 白菜 甘蓝 具有两个亲本的遗传物质 因此能表现出两种植物的遗传性状 3 融合成的杂种细胞内染色体组成有何特点 答案植物体细胞杂交后 染色体组数是两个物种的总和 形成异源多倍体 因为细胞内每条染色体仍然有其同源染色体 因此从理论上讲均是可育的 但育性会降低 6 区分植物组织培养与植物体细胞杂交的两种方法 1 看后代 植物组织培养是利用单一亲本的组织或细胞 经培养使之增殖 分化成为一个完整植株 为生殖过程 因此其后代一般均能保持 植物体细胞杂交的本质是将 在人为条件下进行 由于植物细胞具有全能性 融合之后的可以再生出具有双亲性状的 无性 该亲本的遗传特性 两种不同来源的原生质体 诱导融合 杂种细胞 杂种植株 2 看关系 杂种细胞需经植物组织培养才能发育为 否则将无任何意义 因此 植物组织培养是植物体细胞杂交的 具有双 亲遗传特性的杂种植株 基础 应用示例 2 利用体细胞杂交技术获得了 番茄 马铃薯 杂种植株 实验过程如图所示 遗憾的是该杂种植株并非是想象中的地上长番茄 地下结马铃薯的 超级作物 1 材料中所用到的植物体细胞杂交技术应用到原生质体融合和 技术 该技术的理论基础是 2 图中 步骤所示植物细胞用 除去细胞壁 分离出有活力的原生质体 3 图中 过程细胞两两融合时 可出现 种融合细胞 要促进杂种细胞分裂生长 培养基中应有 和 两类激素 4 由杂种细胞培育成试管苗 需要经过细胞的 和 过程 其中 过程必须给予光照 其原因是 能利用光能制造有机物 供试管苗生长发育 5 利用马铃薯和番茄的 得到单倍体植株 然后取单倍体植株细胞进行体细胞杂交 再用 处理之后也可得到可育的 番茄 马铃薯 杂种植株 问题导析 1 植物体细胞杂交要应用技术才能得到杂种植株 其理论基础是植物细胞的 2 细胞壁的主要成分是 因此用可以特异性地去除细胞壁 3 甲 乙两种细胞融合时 可能会出现三种情况 甲 甲融合 乙 乙融合 融合 其中融合类型的细胞才是最终需要的杂种细胞 植物组织培养过程中需要的激素主要有两种 和 纤维素和果胶 全能性 植物组织培养 纤维素酶和果 胶酶 甲 乙 甲 乙 生长素 细胞分裂素 4 杂种细胞经过程形成完整植株 愈伤组织再分化成幼苗时需要光照合成叶绿素以进行光合作用 5 利用得到的二倍体的单倍体植株一般不可育 需用处理使染色体加倍才可育 脱分化和再分化 花药离体培养 秋水仙素 答案 1 植物组织培养植物细胞的全能性 2 纤维素酶和果胶酶 3 3细胞分裂素生长素 4 脱分化再分化叶绿体 5 花药离体培养秋水仙素 一题多变依据上图判断 1 植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍 2 杂种细胞经过 和 过程可以培育成杂种植株说明杂种细胞具有全能性 3 尽管愈伤组织可以进行光合作用 但其培养基中仍需要糖类 氨基酸等有机营养 4 若a的基因型为rr b的基因型为yy 则最终形成的杂种植株的基因型为rryy 5 杂种细胞形成的标志是杂种细胞再生出细胞壁 在此过程中活跃的细胞器是核糖体 课堂小结 植物细胞的全能型 脱分化 再分化 对点练习 1 2 3 4 1 如图为植物组织培养过程 有关说法不正确的是 a b试管中细胞全能性最高b d试管中培育出的个体都是纯合子c a b的过程不需要光照d a d的细胞分裂都是有丝分裂 1 2 3 4 解析试管中的试管苗来源相同 都是通过植物组织培养培育而成的 植株的基因型相同 但不一定是纯合子 答案b 2 下列有关植物细胞全能性的叙述 正确的是 a 植物体只有高度分化的体细胞才具有发育成完整个体的潜能b 植物体内某些体细胞没有表现出全能性 其原因是所含基因不同c 植物细胞的全能性是植物体细胞杂交技术的理论基础d 高度分化的植物细胞随时可能表现出全能性 1 2 3 4 解析植物细胞的全能性是指高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植物体的潜能 实际上只要植物细胞含有本物种生长发育的全套基因就应具有全能性 如配子 植物体内所有体细胞均来源于同一受精卵的有丝分裂 遗传物质应相同 高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性 答案c 1 2 3 4 3 植株甲是二倍体水稻 利用植株甲获得了植株乙 而后利用植株甲和乙又获得植株丙和丁 培养过程如图所示 下列有关叙述正确的是 1 2 3 4 a 用秋水仙素处理植株甲的雌蕊柱头可获得植株乙b 植株丙与植株丁的体细胞中染色体组的数目相同c 植株丁的花药离体培养可得到植株丙d 获得植株丙和植株丁的过程都属于有性生殖 解析用秋水仙素处理植株甲萌发的种子或幼苗可得到植株乙 图示丙植株体细胞中染色体组数应为3 而丁植株体细胞中染色体组数应为6 获得植株丙为有性生殖 获得植株丁的过程为无性生殖 答案c 1 2 3 4 1 2 3 4 4 科学家利用细胞工程培育了 白菜 甘蓝 杂种植株 如图所示 请据图回答下列问题 1 由d形成f过程所依据的原理是 从本质上讲 白菜 甘蓝 杂种植株具有的性状是 的结果 解析d f的过程说明细胞具有全能性 杂种植株具有的性状是基因选择性表达的结果 细胞的全能性 基因选择性表达 1 2 3 4 2 若 白菜 甘蓝 杂种植株为四倍体 则该植株的花粉经离体培养得到的植株是 倍体 解析凡是由未受精的配子发育而成的个体都是单倍体 单 1 2 3 4 3 白菜 甘蓝 杂种植株的食用部分是叶 但叶又易受昆虫危害而影响