植物细胞工程

植物细胞工程学习规定具体内容原则

学习要求

简述植物组织培养

①简述细胞全能性的概念含义；②简述植物组织培养的过程和办法；（理解）

③简述植物体细胞杂交技术；④列举植物细胞工程的实际应用；（理解）

活动单元一：细胞全能性【导学提纲】1、细胞全能性的概念？2、卵细胞、、体细胞、受精卵、动物细胞、植物细胞全能性的比较？【识记】1．生物体的全部细胞几乎都含有该物种的全套遗传物质，含有发育成为完整个体所必需的_________，因此，这些细胞都含有发育成为一种新的生物个体的_____。细胞的这种特性称为细胞全能性。2．植物体细胞在适宜的条件下可哺育成完整的正常植株，这就是细胞_______的有力证据。3．植物组织培养是指根据___________原理，在无菌条件下，分离植物的器官、组织、细胞或_________(称为外植体)，并在培养基上培养，在适宜条件下使其长成部分或完整植株的技术。4．植物组织培养最惯用的培养材料是植株的茎尖、根尖、叶片和花药等。5．由已经分化的植物细胞形成愈伤组织的过程，称为植物细胞的_________________。愈伤组织重新诱导分化形成根、芽等器官的过程，称为再分化。【理解】全能性totipotency有关全能性的定义基本上能够分三种。一种是说“已分化细胞含有重新发育为完整个体的潜能”，这种说法将受精卵排除在外，但事实上现在人们达成共识认为受精卵全能性最强；一种说法是“一种细胞包含着这种生物的全部遗传信息，在适宜的条件下能够发育成一种完整的生物体”，这种说法严格讲是将花药离体培养或卵细胞发育成个体排除在外了（存疑）；1984年国际组织培养协会作出的定义最全方面“细胞全能性为细胞的某种特性，有这种能力的细胞保存形成有机体全部细胞类型的能力”，这个定义包含了受精卵、花药、卵细胞的分化发育，也包含了培养细胞生产次生代谢物的状况（如红豆杉细胞培养生产紫杉醇）。植物细胞全能性(1)内涵：高度分化的细胞仍含有发育成完整个体的潜能。(2)因素：含有该生物的全部遗传信息。(3)体现的条件：离体，必备的营养物质等。在体内由于基因的选择性体现，而使细胞发生分化。(4)全能性体现由高到低依次为：受精卵>干细胞>生殖细胞>体细胞；植物细胞>动物细胞。活动单元二：植物组织培养技术【导学提纲】1.植物组织培养的过程？2.愈伤组织的特点？3.脱分化，再分化的意义？4.胚状体的应用？【识记】1．__________在一定的培养条件下也可诱导形成胚状体(也称为体细胞胚)。如果模拟植物种子的基本构造，在胚状体外包裹人工胚乳和人工种皮，就可制成“人工种子”。2．人工种子有许多优点，如不受_____因素的制约、繁殖速度快，可在短时间内提供大量种苗、有助于保存种系的优良性状等。3．植物细胞培养是指在实验室工厂化生产条件下，将组织培养过程中形成的__________或其它易分散的组织置于_____培养基中，进行悬浮培养，得到分散游离的悬浮细胞，通过继代培养使细胞增殖，从而获得大量的__________的一种技术。4．植物细胞培养是在_____________的基础上发展起来的，但与组织培养不同的是，细胞培养的目的不是使细胞形成组织乃至更多的植物体，而是通过大规模的细胞培养以获得人类所需的_________________。5．原生质体是指去除____________后获得的裸露的植物细胞。用于细胞工程的原生质体重要来源于多个植物的叶片、_____等部位，另外也可从组织培养产生的__________中获得原生质体。6．与未去除细胞壁的植物细胞同样，原生质体仍然含有____________，即含有再生细胞壁、进行持续分裂并长成完整植株的能力。原生质体在一定条件下，除了能实现_________外，还能摄入______、质粒、病毒、细菌、细胞器等外源物质，是植物细胞工程进行遗传操作，如基因转移的良好材料。7．植物体细胞杂交技术是一种非常有用的遗传育种手段，能够克服不同种植物之间杂交的________障碍，实现远缘物种之间的核质组合，从而获得新品种植株。8．植物细胞工程在育种中成功应用的另一范例是___________与运用。单倍体植株的特点是植株弱小且高度不育，但它们在育种中含有能缩短_________、获得纯系等重要意义。【理解】1.在进行植物组织培养的培养基中总是要添加一定量的生长素和细胞分裂素，其重要目的是什么？【提示】诱导细胞分裂和芽、根的分化。2．含有小灵芝草之称的金钗石斛是一种名贵的中草药，它含有生津益胃、润肺止咳之功效。金钗石斛的有效化学成分为大黄酚和β－谷甾醇。我们能否在工厂内大量生产这两种物质呢？【提示】取金钗石斛的茎尖或根尖组织，并培养为愈伤组织→放入液体培养基中，进行悬浮培养→得到游离的悬浮细胞→筛选→采用液体培养基在生物发生器内，运用发酵技术进行培养→获得大量的金钗石斛细胞→从混合液中分离纯化大黄酚和β—谷甾醇。植物组织培养过程（无性繁殖过程）1、配备固体培养基2、无菌操作切取某些小块组织获得离体的植物器官、组织或细胞3、获得愈伤组织4、诱导愈伤组织分化根、芽或胚状体再生新植株出现进行植物组织培养的条件和过程条件：①植物细胞要处在离体状态。②予以一定的营养物质，如有机物(蔗糖、维生素、植物激素等)和矿质元素等。③无菌条件：即确保培养材料、培养基、培养用品完全无菌。由于一旦感染微生物，它们就会快速繁殖，争夺营养，并且还会产生毒素，使培养物很快中毒死亡。④适宜的环境条件，如适宜的温度和pH等。名称

过程

成果

生长调节剂

光

脱分化

由外植体脱分化为愈伤组织

形成排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团

生长素与细胞分裂素

避光

再分化

由愈伤组织分化为幼苗或胚状体

有根、芽或有生根发芽的能力

生长素与细胞分裂素

需光

营养生

长生殖

生长

发育成完整的植物体

由根、茎、叶、花、果实、种子构成

本身产生多个激素

需光

植物激素调节（1）、在生长素存在的状况下，细胞分裂素的作用呈现加强的趋势；（2）、使用次序影响实验成果：使用次序

实验成果

先使用生长素，后使用细胞分裂素

有助于细胞分裂，但细胞不分化

先使用细胞分裂素，后使用生长素

细胞既分裂也分化

同时使用

分化频率提高

（3）、激素用量的比例影响实验成果：生长素用量不不大于细胞分裂素用量时，有助于根的分化、克制芽的形成；不大于时，有助于芽的分化，克制根的形成；量相等时，增进愈伤组织的生长。总结：生长素>细胞分裂素

利于根的分化

生长素<细胞分裂素

利于芽的分化

生长素=细胞分裂素

增进愈伤组织形成人工种子(1)哺育过程：植物组织培养诱导体细胞胚状体的发生→胚胎发育同时化的控制→人工种皮的包埋等。(2)构造：(3)优点：可使在自然条件下不结实或种子昂贵的植物得以繁殖；保持亲本的优良性状；节省粮食，减少种子的使用。活动单元三：植物体细胞杂交【导学提纲】1.细胞融合剂有哪些？2.去壁的办法？3.细胞融合的原理?4.体细胞杂交的意义?【识记】植物体细胞杂交技术是指用两个来自不同植物的体细胞融合成一种___________细胞，且把该细胞哺育成________________的技术。植物体细胞杂交技术的优点或意义：__________________________________________________________【理解】原生质，原生质体，原生质层的区别？原生质与原生质体几乎没有区别在显微镜还不发达的时代，人们通过显微因此，管植物细胞内的构造成为原生质或原生质体。也就是细胞膜＋细胞质＋细胞核。动物细胞直接就是原生质。在某些植物细胞工程中，常人为去掉细胞壁，这样所获得其它的细胞构造也就成为原生质体。原生质层指成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和这两层膜之间的细胞质。由于成熟植物细胞的液泡体主动大，因此能够把这3部分当作一层极薄的膜，称为原生质层。相称于渗入作用中的半透膜，起到选择透过的作用植物体细胞杂交

植物体细胞杂交

多倍体育种

不同点

基本原理不同

原生质体融合和组织培养

染色体数目的变异

办法不同

原生质体融合

秋水仙素解决萌发的种子和幼苗

染色体来源和数目不同

普通来自不同种的生物，染色体不一定是倍数关系（2N+2N）

来自同种生物，加倍的是同源染色体

同

都是通过变化细胞的染色体数目来变化遗传物质，从而变化生物的性状。

4、常见育种方式比较办法

原理

因素

实例

优点

杂交育种

基因重组

非同源染色体上的非等位基因自由组合

抗倒伏抗锈病小麦

集中优良性状

诱变育种

基因突变

人工办法使

青霉素高产菌株

提高变异频率，出现新性状

单倍体育种

染色体变异

秋水仙素解决单倍体使其染色体加倍

小麦新品种

缩短育种年限

多倍体育种

染色体变异

秋水仙素解决使染色体加倍

无籽西瓜

器官大，营养成分含量高

细胞工程育种

染色体变异

实现不同种植物之间的核质融合

白菜

克服远源杂交不亲和的障碍

基因工程育种

基因重组

将不同生物的基因拼接在一起

抗虫棉

目的性强，打破物种界限

【反馈】例1.1958年美国科学家将胡萝卜韧皮部的细胞培养产生完整植株(以下图)，请回答：(1)科学家所用的胡萝卜韧皮部的细胞，在正常生物体内与否能够进行有丝分裂？阐明因素。(2)韧皮部细胞通过________和________形成植株，形成的植株的特点是________________________________________________________________________。(3)此实验证明了高度分化的植物细胞仍有发育成完整植株的能力，即含有________，高度分化的细胞含有此特性是由于________________________________________________________________________。(4)下表为几个组织培养的培养基配方的部分成分及培养条件和特点。培养基作用

糖类

大量元素

微量元素

植物激素

条件

建立愈伤组织的培养基

蔗糖

N、P、KCa、Mg、S等

B、Cu、Mn、Mo、Cl、Fe等

2,4-D

25℃黑暗

培养根尖的培养基

蔗糖

N、P、K、Ca、Mg、S等

B、Cu、Mn、Mo、Cl、Fe等

－

15℃黑暗

培养茎尖的培养基

蔗糖

N、P、K、Ca、Mg、S等

B、Cu、Mn、Mo、Cl、Fe等

萘乙酸

18℃持续光照

根据上表分析阐明，组织培养的条件和特点是：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)试简要阐明组织培养技术的优点以及这一技术在实践中的具体应用。1.植物组织培养根据的原理、培养过程的次序及诱导的植物激素分别是()①细胞的全能性②离体植物器官、组织或细胞③根，芽④生长素和细胞分裂素⑤生长素和乙烯⑥愈伤组织⑦再分化⑧脱分化⑨植物体A．①、②⑧⑥⑦③⑨和④B．①、②⑦⑥⑧③⑨和⑤C．①、⑥②⑨⑧③⑦和⑤D．①、②⑨⑧⑥⑦③和④例2.医学研究发现紫杉醇能有效治疗某些癌症。获得紫杉醇的传统办法是从红豆杉属植物的树皮中提取，但产量有限，也不利于濒危植物红豆杉的保护。研究发现，红豆杉的其它组织细胞也能生产紫杉醇，有人尝试用植物细胞工程技术生产。下图为三种红豆杉细胞培养过程中细胞数量、紫杉醇产量与培养时间的数据图。请回答：(1)据图分析，获得高产紫杉醇应选________红豆杉为原料，培养后期紫杉醇产量出现下降的因素涉及________________________________________________________________________等。(2)将红豆杉细胞经组织培养形成________方可接种到培养基中。(3)运用组织培养技术生产与传统办法提取紫杉醇相比，前者含有________(最少答出两点)优点。2.对细胞全能性的表述对的的是A、非离体植物细胞能够体现出全能性B、动物细胞融合标志着动物细胞全能性的实现C、单克隆抗体的制备原理根据是细胞的全能性D、花粉哺育成单倍体是细胞全能性的体现3.植物细胞体现出全能性的必要条件是A．予以适宜的营养和外界条件B．脱离母体后，予以适宜的营养和外界条件C．导入其它植物细胞的基因D．将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内4.在生物体的全部细胞中，全能性最高的是A．卵细胞B植物花粉C．体细胞D.受精卵5.在生物体内，细胞没有体现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，是由于：A.细胞丧失了全能性B.基因的体现有选择性C.不同的细胞内基因不完全相似D.在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化6.植物组织培养根据的原理、培养过程的次序及诱导的植物激素分别是①细胞的全能性②离体植物器官，组织或细胞③根，芽④生长素和细胞分裂素⑤生长素和乙烯⑥愈伤组织⑦再分化⑧脱分化⑨植物体A．①②⑧⑥⑦③⑨和④B．①②⑦⑥⑧③⑨和⑤C．①⑥②⑨⑧③⑦和⑤D．①②⑨⑧⑥⑦③和④7.植物组织培养能够形成愈伤组织，下列有关愈伤组织的叙述错误的是A．愈伤组织是离体细胞通过脱分化形成的B.形成愈伤组织的培养基不需含有机分子C．愈伤组织能够形成含有生根能力的胚状构造D．愈伤组织细胞的线粒体和核糖体可能发生碱基互补配对8.能刺激愈伤组织形成的诱导剂是A．细胞分裂素和生长素B、赤霉素C．生长素和赤霉素