2019届江苏专版高考生物一轮复习第十四单元细胞工程胚胎工程第43课时细胞工程概述和植物细胞工程讲义

江苏版生物第43课时细胞工程概述和植物细胞工程考纲内容要求命题特点备考指南植物的组织培养B

考查内容:植物组织培养技术;植物体细胞杂交技术

考查形式:以选择题的形式考查植物组织培养的过

程及应用;以选择题的形式

考查植物体细胞杂交的知

识(1)联系细胞全能性的知识,

理解植物组织培养的原

理、条件和过程(2)结合流程图,掌握植物体

细胞杂交的原理、过程考纲导学

考点一细胞工程概述一、细胞工程的概念和分类1.概念:是指应用细胞生物学和①

的原理和方法,通过细胞

水平或②

水平上的操作,按照人的意愿来改变细胞内的③

或获得④

的综合性技术。2.分类:(1)根据操作对象的不同,可以将细胞工程分为:⑤

和⑥

等。教材研读分子生物学细胞器

遗传物质

细胞产品植物细胞工程动物细胞工程(2)根据所使用技术的不同,可以将细胞工程技术分为:⑦

、⑧

和细胞核移植技术等。二、细胞工程的基本技术1.植物组织培养技术:是指依据⑨

原理,在无菌条件下,分离

植物的器官、组织、细胞或原生质体,并在培养基上培养,在适宜的条件下

使其发育成部分或完整植株的技术。2.细胞融合技术:是采用自发或人工的方法使两个或多个细胞融合为⑩

的技术,常用的促融合方法有生物法、化学法和物理法等。植

物细胞融合前还需要用

等去除细胞壁。植物组织培养技术细胞融合技术细胞全能性

一个细胞纤维素酶3.细胞核移植技术:动物细胞核移植技术是把一个动物细胞的细胞核移入

一个已经

的卵母细胞中,使其重组并发育为一个新的胚胎,最终发育为一个动物个体的技术。去除细胞核

考点二细胞工程的应用1.植物组织培养技术的应用(1)快速繁殖:植物组织培养技术可以保持优良植物品种的①

。植物组织培养时,需要严格执行一定的程序,幼苗在实验室的培养瓶中

生长发育,整个生产过程实现微型化、精密化,所以又称为“微型繁殖技

术”。(2)培育无病毒植物:植物②

细胞中极少含有病毒甚至不含病

毒。采用培养茎尖③

的方法或结合热处理法,通过组织培养除

去绝大多数植物的病毒,可以大量繁殖无病毒植物。遗传特性分生组织生长点(3)人工种子:是指将在植物组织培养中得到的④

、不定芽、顶

芽或腋芽等,包埋在具有养分和保护功能的包被中,得到的在适宜的条件下

能够生根发芽的⑤

。优点是生产上不受⑥

的制

约;繁殖速度快;有利于保存该种系的优良性状;方便⑦

。2.植物细胞培养技术的应用(1)植物细胞代谢产物的工厂化生产利用植物细胞培养技术生产具有生理活性的植物细胞次生代谢产物,不仅

⑧

,而且不受季节、外部环境等条件的限制。(2)单倍体育种通过花药离体培养获得单倍体,再经过人工诱导获得纯合子,培育作物新品

种。胚状体颗粒体环境因素贮藏和运输

快速、高效

1.(2015江苏单科,20A)胚状体是外植体在培养基上脱分化形成的一团愈伤

组织。

()2.(2013江苏单科,11D)采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织培养。

()3.棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞全能性。

()4.花粉植株培育的原理是花粉粒细胞具有全能性,其技术是植物组织培

养。

()5.在脱分化和再分化过程中均需要进行光照。

()6.用人工薄膜将愈伤组织包装,可制成人工种子。

()7.植物体任何部位的活细胞均可作为组织培养的外植体。

()✕√√√✕✕✕8.不同培养阶段的培养基中生长素与细胞分裂素的比例应不同。

()9.用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时,常用的酶是纤维素酶和果胶酶。

()√√突破一植物组织培养

1.细胞全能性(1)原理:细胞内含有本物种全部的遗传信息。(2)体内细胞全能性不表达的原因:基因在特定的时间和空间条件下选择性

表达。(3)细胞全能性表达的条件:具完整细胞结构,离体,无菌,一定的营养、激素

和其他适宜的外界条件。(4)细胞全能性大小与细胞分化程度成反比。(5)全能性大小:考点突破受精卵>生殖细胞>体细胞。(动物细胞全能性受限制,但细胞核具有全能

性)。2.植物激素在组织培养中的作用在配制好的MS培养基中,常常需要添加植物激素,其中生长素和细胞分裂

素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。植物激素的浓度、

使用的先后顺序以及用量的比例等,都会影响实验结果。(1)按照不同的顺序使用这两类激素,会得到不同的实验结果。使用顺序实验结果先使用生长素,后使用细胞分裂素有利于细胞分裂,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又分化同时使用分化频率提高生长素与细胞分裂素的用量比值植物细胞的发育方向比值高有利于根的分化、抑制芽的形成比值低有利于芽的分化、抑制根的形成比值适中促进愈伤组织的形成(2)当同时使用这两类激素时,两者用量的比例影响植物细胞的发育方向。

知能拓展

植物组织培养的条件①无菌:由于培养基的营养十分丰富,微生物极易在培养基上生长繁殖,因

此,需要对外植体采用酒精、过氧化氢等进行消毒,消毒后的外植体需要用

无菌水充分冲洗,以避免消毒剂对外植体生长分化产生影响。在整个植物

组织培养过程中都需要保持严格的无菌条件。②培养基:植物组织培养的培养基无机营养包括水和无机盐,有机营养包括

蔗糖、维生素和氨基酸等。激素包括生长素和细胞分裂素。当生长素∕

细胞分裂素这一比例大时,主要诱导根原基的形成;比例小时,主要诱导芽

原基的形成。因此激素的含量是培养基配制的关键所在。③选材:所选材料的组织细胞要具有分裂能力。④环境条件:在脱分化形成愈伤组织时,要在黑暗条件下培养。在有光条件

下容易分化产生维管组织,不利于产生大量的愈伤组织。而再分化时,则一

定要有光照,因为有光条件下植物才能进行光合作用,为植物提供营养。考向以选择题的形式考查植物组织培养过程(2015江苏南通一调,17,2分)科学家能利用胡萝卜组织在实验室中培育出完

整的胡萝卜植株。此过程中不需要

(

)A.制备含蔗糖等有机营养物质的固体培养基B.对离体的组织要进行快速消毒C.使用胰蛋白酶处理制备细胞悬液D.控制光照及培养基中植物激素的种类和含量分),如蔗糖和植物激素(生长素和细胞分裂素),而且需加入琼脂制成固体培

养基;植物组织培养需要无菌无毒条件,需要对离体的组织要进行快速消

毒,对培养基进行灭菌;植物组织培养不需要制备细胞悬浮液;外植体的脱

分化和再分化与培养基中的植物激素的种类及其比例有密切关系,如细胞

分裂素和生长素的浓度和比例不同,诱导生根和发芽的能力不同,另外愈伤

组织的诱导往往需要暗培养,再分化一定要有光照,D正确。 答案

C植物组织培养需在培养基中加入一定的营养(无机、有机成突破二植物体细胞杂交

1.概念:指将不同种的植物体细胞在一定条件下融合成杂种细胞,并把杂种

细胞培育成新的植物体的技术。2.原理:细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。3.过程:

(1)过程①为去除细胞壁获得具有活力的原生质体,常用方法是酶解法,所用

到的酶是纤维素酶和果胶酶。(2)过程②是原生质体的融合,人工诱导融合的物理法包括离心、振动、电

激等;化学法一般用聚乙二醇(PEG)作诱导剂。(3)过程③是原生质体融合后再生出细胞壁,这是原生质体融合成功的标

志。(4)植物体细胞杂交的意义:克服远缘杂交不亲和的障碍,培育作物新品

种。

知能拓展

植物体细胞杂交过程中杂种细胞类型及检测方法(1)诱导产物(假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B)①未融合的细胞:A和B;②两两融合的细胞:AA、BB和AB;③多细胞融合体。(2)检测方法:对诱导产物中的细胞进行植物组织培养,然后根据得到的植

物性状进行判断。①若只表现出一种植物的性状,说明是未融合细胞。②若得到的是具有两种亲本性状的植物,说明是杂种植株。③若得到的是两种亲本性状的植物,且一种植物的性状得到加强,则是多

细胞融合体。④若得到的是一种植物的性状,但是效果得到加强,则是同种细胞融合的结

果。名称植物组织培养植物体细胞杂交原理细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性和细胞的全

能性4.植物体细胞杂交与植物组织培养的比较过程离体的植物器官、组织或细胞

愈伤组织

根、芽或胚状体

植物体植物细胞A

原生质体A原生质体B 

融合的原生质体AB

植物细胞B杂种细胞AB

杂种植株

愈伤组织注意事项(1)取材:选取有形成层的部位最容易

诱导形成愈伤组织(2)光照:在愈伤组织的诱导阶段往往

要暗培养,有利于细胞的脱分化产生

愈伤组织。当愈伤组织分化出芽和叶

时,一定要有光照,有利于叶片内叶绿

素的合成(1)去壁方法:酶解法,所用的酶是纤维

素酶和果胶酶(2)人工诱导融合的方法:物理法:离心、振动、电激化学法:聚乙二醇

易混辨析

植物体细胞杂交和有性杂交的比较①植物体细胞杂交:若两个不同品种的植物细胞A、B进行融合,A含有2X

条染色体,2个染色体组,基因型为Aabb,B含有2Y条染色体,2个染色体组,其

基因型为ccDd,则新植株应为四倍体,其体细胞中染色体数为2X+2Y,基因型

为AabbccDd。从中不难看出,体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞,不

管是染色体数、基因型还是染色体组都采用直接相加的方法。②植物的有性杂交:植物有性杂交是利用遗传性状不同的亲本进行交配,以

组合两个或多个亲本的优良性状于杂种体中,并经过基因的分离和重组,产

生各种性状的变异类型,从中选择出最需要的基因型,进而创造出对人类有

利的优良品种。根据杂交亲本间亲缘关系的远近,有性杂交又分为近缘杂

交和远缘杂交两大类。前者是指同一植物种内的不同品种之间的杂交,后

者指在不同植物种或属间进行的杂交,包括野生种和栽培种之间的杂交。③有性生殖过程中性状的遗传符合孟德尔遗传规律,而植物体细胞杂交性

状的遗传不符合孟德尔遗传规律。

考向以选择题的形式考查植物体细胞杂交的知识1.如图表示通过植物体细胞杂交技术培育番茄—马铃薯的流程图.相关叙

述错误的是

(

)

A.图中①至⑤过程涉及细胞的分裂和分化,但不涉及减数分裂B.②过程常用的方法有电激、PEG诱导和灭活病毒诱导C.激素的浓度和比例可以调控④⑤过程中细胞的脱分化和再分化D.图中依据的生物学原理有细胞膜的流动性和植物细胞的全能性

答案

B图中①至⑤过程表示植物体细胞杂交,涉及细胞的分裂和分化,但不涉及有性生殖过程的减数分裂,A正确;②过程常用的方法有电激、

PEG诱导,但不采用灭活的病毒,B错误;生长素和细胞分裂素的浓度和比例

可以调控④⑤过程中细胞的脱分化和再分化,C正确;植物体细胞杂交技术

依据的原理有细胞膜的流动性和植物细胞的全能性,D正确。2.(2015江苏徐州质量检测,19,2分)下面关于植物体细胞杂交技术的说法,不

正确的是

(

)A.必须有纤维素酶和果胶酶的存在B.要经过组织培养的过程C.可以实现种间或种内杂交D.原生质体融合必须借助诱导剂

答案

D在进行植物体细胞杂交时,要除去细胞壁才能进行原生质体的融合。植物细胞细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,利用纤维素酶和果

胶酶就可除去细胞壁。植物体细胞杂交主要指种间杂交,也可以进行种内

杂交。原生质体融合时可以借助诱导剂,如聚乙二醇,也可以采用物理法,

如离心、振动、电激等。在完成体细胞杂交形成杂种细胞后,再通过组织

培养的过程,产生新个体。突破三植物细胞工程的应用

1.微型繁殖:不仅可以保持优良品种的遗传特性,还可以高效快速地实现种

苗的大量繁殖。2.脱毒植物的培养与检测(1)培育脱毒植株的原因:生产上许多无性繁殖作物均受到病毒的侵染,从

而导致品种严重退化、产量降低和品质变差。(2)培育方法:利用植物分生组织进行培养,可以使新长成的植株脱除病毒。(3)原理:茎尖等新生组织中不带病毒(病毒在植物体内分布不均匀);植物细

胞的全能性。(4)检测病毒存在的方法:①在分子水平上用DNA分子杂交技术检测病毒的基因;②在分子水平上利用抗原—抗体的杂交反应检测病毒的蛋白,进而判断病

毒是否存在;③在个体水平上通过采用病毒侵染、观察个体是否发生病变的方法进行

检测。3.人工种子下图是人工种子的结构示意图。

(2)人工胚乳中可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生

素、有益菌等,以利于胚状体生长发育成幼苗。(3)人工种子的优点①解决了某些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。②固定杂种优势。天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现

象,因而会造成某些遗传性状的改变,而人工种子则可以完全保持优良品种

的遗传特性。③快捷高效的繁殖方式。天然种子在生产上受季节的限制,一般每年只能

繁殖1~2次,有些甚至十几年才繁殖一次,而人工种子生产不受季节限制,而

且快捷高效。(1)获取方法:以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料,用人工薄膜包装。④可控制植物的生长发育与抗逆性。针对植物种类和土壤条件,在人工种

子的包裹中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生

素、有益菌等。⑤用人工种子播种