生物学案：课堂探究植物细胞工程的基本技术

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精课堂探究探究点一细胞的全能性和植物组织培养技术·问题导引·兰花是深受国人喜爱的一种花卉，自然情况下，兰花的受精卵能够发育成胚，在种子萌发过程中，胚可以继续发育形成幼苗;而在人工条件下，兰花的叶肉细胞经组织培养也可以形成幼苗.思考:（1）解释受精卵和叶肉细胞都能形成幼苗的根本原因。（2）受精卵和叶肉细胞发育成幼苗的条件是不同的，前者为自然条件,后者为人工条件，两种条件的不同说明了什么？（3）讨论将兰花叶肉细胞培养成兰花幼苗所提供的“人工条件"。提示：（1）受精卵和叶肉细胞具有满足本物种发育所需的全套基因（遗传信息)。（2）受精卵的全能性比叶肉细胞高。（3）“人工条件”包括离体、激素诱导、无菌操作、提供营养等。·名师精讲·1．细胞全能性的标志：由细胞发育成完整的个体。2．细胞全能性的根本原因：具有本物种个体发育所需要的全部基因.3．不同细胞的全能性比较（1）受精卵（全能性最高）>卵细胞(具有较高的潜在全能性）>体细胞（全能性较低）。（2)未分化或分化程度低的细胞>分化程度高的体细胞.(3)植物细胞〉动物细胞;增殖细胞〉不增殖的细胞.（4）随着细胞分化的程度不断提高，细胞的全能性逐渐减小。4．植物细胞表达全能性的条件（1)具有完整细胞结构，处于离体状态.(2）在一定的营养物质、激素（主要是生长素、细胞分裂素等）和其他外界条件的作用下,就可能表现出全能性，发育成完整的植株.特别提醒细胞全能性的针对对象是多细胞生物的细胞，而非单细胞生物的细胞。5．植物组织培养的过程分析(1）愈伤组织：细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞.(2）脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程.（3）再分化：从愈伤组织分化出具有分生能力的根和芽的过程.特别提醒名称过程形成体特点培养基中的主要激素光照条件脱分化由外植体成为愈伤组织排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团生长素或2,4D（生长素类似物）避光再分化由愈伤组织成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、种子组成自身产生的各种植物激素需光【例题1】以下不能说明细胞全能性的实验是(）A．菊花花瓣细胞培育出菊花新植株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解析：细胞全能性是细胞发育成完整生物体的潜能。种子本身就是一个幼体，种子培育成植株，是幼体生长、发育的过程。答案：B典型方法细胞全能性高低的决定因素包括:细胞的分化程度、细胞的分裂能力、细胞的组织类型、细胞的物种类属等。变式训练蜜蜂的卵细胞能自然发育成雄蜂，而胡萝卜的韧皮部细胞经组织培养也能发育成植株。下列说法错误的是（)A．蜜蜂的卵细胞和胡萝卜的韧皮部细胞都含有本物种个体发育所需的全套基因B．蜜蜂的卵细胞发育成雄蜂不需要提供特殊的人工条件C．胡萝卜的韧皮部细胞全能性比胡萝卜的受精卵低D．无法确定蜜蜂的卵细胞和胡萝卜的韧皮部细胞全能性的高低解析:比较蜜蜂的卵细胞发育成雄蜂和胡萝卜的韧皮部细胞发育成植株的条件可知，蜜蜂的卵细胞全能性高.答案:D探究点二植物体细胞杂交技术·问题导引·白菜—甘蓝提示：（1）不能，因为白菜和甘蓝属于两个不同的物种，物种间存在生殖隔离。（2)植物体细胞杂交技术在遗传育种方面的意义是能克服常规育种存在的生殖隔离问题，实现物种间的基因交流.(3）植物体细胞杂交技术离不开植物组织培养技术，因为获得杂种细胞后,杂种细胞还需植物组织培养才能形成杂种植株.(4）制备原生质体→不同来源的原生质体融合→筛选杂种细胞→组织培养→获得杂种植株。·名师精讲·1．原理：细胞膜的流动性(植物原生质体细胞融合)、植物细胞的全能性（植物组织培养)。2．操作过程步骤方法原生质体的获得酶解法（纤维素酶、果胶酶)去除细胞壁，得到原生质体杂种细胞的形成通过一定的技术手段（电激、聚乙二醇诱导等）进行人工诱导实现原生质体的融合杂种植株的产生对杂种细胞用植物组织培养的方法进行培育3．优点：克服了植物远缘杂交不亲和的障碍,在培育作物新品种方面具有广阔的应用前景,如科学家已经培育出了白菜—甘蓝、烟草—海岛烟草等种间杂种。特别提醒①杂种细胞产生的标志是新细胞壁的形成。②植物体细胞杂交技术包括植物细胞融合和植物组织培养两个过程，结果是产生新的植株。③从生殖类型上看，植物体细胞杂交技术没有有性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.④假设用于体细胞杂交的双方细胞都有2个染色体组，则杂种细胞及由杂种细胞发育而来的杂种植株有4个染色体组,被称为四倍体.4．植物组织培养和植物体细胞杂交项目植物组织培养植物体细胞杂交原理植物细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性和植物细胞的全能性过程特别提醒植物体细胞杂交的终点是培育成杂种植株，而不是形成杂种细胞.【例题2】下图为植物体细胞杂交过程。据图回答问题。（1）①过程是__________，目前最常用的方法是______，需要的酶有______和______等.（2）②过程的发生需要进行__________,通常利用离心、振动、电激等______法，而化学法一般用______作诱导剂。（3）原生质体融合的关键是______的融合，利用的原理是______________________.（4)融合后的原生质体会生出细胞壁，新细胞壁的产生与细胞内的__________（细胞器）有关。解析：植物体细胞融合前,首先要利用纤维素酶和果胶酶去掉细胞壁,形成原生质体，即过程①.②过程为原生质体融合，需要进行人工诱导，人工诱导有两种方法:物理法和化学法。在化学法中常