第四单元-植物细胞工程(教师版)高二生物单元复习知识清单

细胞工程第一节细胞工程一、植物细胞工程的基本技术1.细胞工程概念：细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性生物工程。(P31)①原理方法：细胞生物学、分子生物学和发育生物学；②操作水平：细胞器、细胞或组织水平；③目的：得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品；④分类：植物细胞工程、动物细胞工程。（一）植物细胞的全能性1．概念：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。(P34)2.是否表现出全能性的两种判断标准：（1）细胞经分裂和分化后是否产生完整生物体。（2）细胞是否能分化成其他各种细胞。3.判断以下例子是否表现出了细胞的全能性(1)利用菊花茎段培养获得试管苗是。(2)芽原基的细胞发育为芽，叶原基的细胞发育为叶否。(3)受精卵发育成个体是。(4)蜜蜂的孤雌生殖中，卵细胞直接发育成雄蜂是。(5)造血干细胞可分化形成多种血细胞否。(6)通过花药离体培养，获得单倍体幼苗是。(7)胚胎干细胞可分化发育成为各种组织器官的细胞是。(8)种子发育成完整植株否。4.细胞具有全能性的原因（物质基础）：一般来说，生物体的细胞中都含有该物种的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所需的全部遗传信息。5.生物体生长发育过程中细胞不表现全能性的原因（不离体的细胞无法表现出全能性的原因）：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达（从而形成生物体的不同组织和器官）。(P34)6.是不是所有的活细胞都具有全能性？不是，例如哺乳动物成熟的红细胞、植物成熟的筛管细胞。7.细胞具有的全能性一定能表现出来吗？不是，例如动物的体细胞。8.比较一般情况下下列细胞全能性的大小(1)受精卵＞生殖细胞＞体细胞(2)分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞、(3)分裂能力强的细胞＞分裂能力弱的细胞(4)植物细胞＞动物细胞(5)幼嫩的细胞＞衰老的细胞（二）植物组织培养技术1．植物组织培养概念：将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。(P35)2.离体培养的植物器官、组织或细胞被称为外植体。(P35)3.植物组织培养的原理：植物细胞的全能性。植物组织培养的生殖方式：无性生殖。植物组织培养的分裂方式：有丝分裂。菊花植物组织培养1.菊花植物组织培养的原理(1)植物细胞一般具有全能性；(P35)(2)脱分化：在一定的激素和营养等条件的诱导下，让已经分化的细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能，转变成未分化细胞的过程。结果：形成愈伤组织。*愈伤组织的特点：不定形的薄壁组织团块。(P35)一般不需要光照。此过程中涉及的生命活动只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化。(3)再分化：脱分化产生的愈伤组织，在一定的培养条件下，再分化出芽、根等器官，进而形成完整的小植株。(P35)需要给予适当时间和强度的光照，诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用。此过程中涉及的生命活动既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化。再分化实质：基因的选择性表达。(4)激素的作用：植物激素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激素。它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向；生长素用量与细胞分裂素用来的比值结果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.选材：经常选择根尖（分生区）、茎的韧皮部（形成层）等。原因：分裂能力强、分化程度低，容易诱导形成愈伤组织。3.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？为什么？愈伤组织中不含有叶绿体；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，因此，愈伤组织中不含有叶绿体。4.植物组织培养中细胞表现出全能性的条件(1)离体（最关键）。(2)严格的无菌条件。(3)适宜的培养条件。(4)适宜浓度和比例的激素。(5)一定的营养条件。5.为什么一定要离体才能表现出全能性？若细胞不离体，细胞中的基因会选择性地表达，从而形成生物体的不同组织和器官，不能表现出全能性。6.如何控制严格的无菌条件？(1)用体积分数为70%的酒精对手、超净工作台、外植体进行消毒,对外植体处理还需要质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液,清洗外植体需要使用无菌水。(2)对培养基和器械进行灭菌；(3)接种操作必须在酒精灯火焰旁进行。7.适宜的培养条件包括那些？①温度（例如菊花植物组织培养应为18-22℃）。②光照（例如脱分化需避光，再分化需照光）。8.一定的营养条件如何保证？配制合适的培养基，包括有机营养成分、无机营养成分、特定浓度和比例的激素。9.培养基组成(1)无机营养成分（水和无机盐）,(2)有机营养成分（蔗糖、氨基酸、维生素）,(3)特定浓度和比例的激素（主要是生长素和细胞分裂素）。蔗糖的作用：提供能量，调节渗透压。培养基灭菌方法为：湿热灭菌法（高压蒸汽灭菌）。10．操作流程（1）外植体的消毒：将流水冲洗后的外植体用酒精消毒30s，用无菌水清洗2～3次后，再用次氯酸钠溶液处理30min，用无菌水清洗2～3次。(P36)若想缩短次氯酸钠溶液处理时间应适当提高次氯酸钠溶液的浓度。（2）外植体的分割：用无菌滤纸吸去表面的水分，用解剖刀将外植体切成0.5～1cm长的小段。(P36)大小应适宜。（3）接种：在酒精灯火焰旁，并且实验中使用的培养基和所有的器械及每次使用后的器械都要灭菌，将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上做好标记。(P36)接种时注意外植体的方向，不要倒插。（4）培养：将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18～22℃的培养箱中培养。定期观察和记录愈伤组织的生长情况。(P37)诱导愈伤组织期间一般不需要光照，在后续的培养过程中，每日需要给予适当时间和强度的光照。（5）转移培养（再分化过程）：培养15-20d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上。长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。(P37)（6）移栽：试管苗不可以直接移栽入土，需先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日，将试管苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩上，壮苗后再移栽入土。(P37)11.为什么整个过程要保证无菌操作？避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，同时防止有些杂菌危害培养物的生长。12.整个过程中使用的培养基中是一成不变的吗？不是。分别为诱导愈伤组织的培养基→诱导生芽的培养基→诱导生根的培养基。13.以上培养基中，生长素/细胞分裂素的比值大小是如何变化的？比值适中→比值低→比值高。14.接种后，外植体被污染的可能原因：（1）培养基、接种工具灭菌不彻底。（2）外植体消毒不彻底。（3）操作过程不符合无菌操作要求等。15.若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？空白对照：不加任何激素。实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1；实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1；实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1。（三）植物体细胞杂交技术1.用传统的有性杂交方法能得到杂种后代吗？为什么？不能，因为两种生物之间存在着生殖隔离。2．植物体细胞杂交的概念：将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。(P38)3.植物体细胞杂交的主要步骤：植物细胞融合和植物组织培养。(P38)（1）在进行体细胞杂交之前，必须先去除细胞壁：用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，获得原生质体。(P37)去壁原因：细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体间的融合）。(P36)（2）诱导原生质体融合的方法(P37)①物理法：电融合法、离心法等。②化学法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋－高pH融合法等。（3）细胞融合完成的标志*：再生出新的细胞壁。植物体细胞杂交完成的标志：培育出杂种植株。（4）再生出细胞壁的相关的细胞器：高尔基体和线粒体。（5）验证再生出新壁的实验：质壁分离和质壁分离复原实验。4.纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，试分析原因？使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常。5.植物体细胞杂交的原理：细胞膜具有一定的流动性、植物细胞的全能性。6.植物体细胞杂交的生殖方式：无性生殖。7.植物体细胞杂交的分裂方式：有丝分裂。8.植物体细胞杂交的涉及的可遗传变异类型：染色体变异。9.获得的所有细胞一定是需要的杂交细胞吗？不一定；诱导融合后的产物有三类：未融合的细胞、两两融合的细胞、多细胞融合体。10.植物体细胞杂交的意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。(P38)11.杂种植株包含两个物种的全部遗传物质，各种基因都包含在内，却未按照人们的要求表现出亲本所有的性状，例如“番茄-马铃薯”并没有地上结番茄，地下长马铃薯，这是为什么？(P36)生物体内基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，杂种植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，它们不能像在原植株细胞内实现有序表达，因此不能按照人们的要求表现出亲本所有的性状。植物细胞工程的应用1.植物细胞工程的应用包括植物繁殖的新途径、作物新品种的培育、细胞产物的工厂化生产。(P39--P41)（一）植物繁殖的新途径1.植物繁殖的新途径包括快速繁殖（也叫微型繁殖）和作物脱毒。(P39)2.快速繁殖(1)快速繁殖概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。(P39)(2)优点：可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖；无性繁殖可以保持优良品种的遗传特性；可实现工厂化生产。(P39)注意：扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖技术。2．作物脱毒（1）适用范围：无性繁殖的作物(马铃薯、草莓、香蕉）。（2）进行作物脱毒的原因：用无性繁殖的方式进行繁殖的作物，它们感染的病毒很容易传给后代，病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低、品质变差。(P40)（3）外植体选材部位：植物顶端分生区附近部位，如茎尖。(P40)（4）选分生区的原因：植物顶端分生区附近病毒极少，甚至无病毒。(P40)（5）优点：脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物。(P40)（6）作物脱毒具体操作过程：切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。(P40)（7）脱毒苗是否不会再感染病毒？不是，脱毒苗≠抗毒苗。(P40)（8）实例：目前采用茎尖组织培养技术来脱去病毒，在马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝、香蕉等主要经济作物上已获得成功。(P40)（二）作物新品种的培育1.作物新品种的培育包括单倍体育种和突变体的利用。(P40--P41)2.单倍体育种(1)过程：花药（或花粉）离体培养（花药取自二倍体植株）→单倍体植株eq\o(→,\s\up9(染色体加倍))纯合子植株。当年就能培育出遗传性状相对稳定的纯合二倍体植株。(P40)(2)优点①后代是纯合子，能稳定遗传。②极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。=3\*GB3③大多数单倍体植株可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。(P40)（3）为什么大多数单倍体植株可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料？大多数单倍体植株的细胞中只含一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。(P40)2．突变体的利用（1）过程：（2）诱变处理对象：一般为愈伤组织。（3）产生原因：在植物的组织培养过程中，易受培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。(P41)（4）原理：基因突变和植物细胞的全能性。（5）诱变育种的缺点：突变具有不定向性和低频性，因此需大量处理实验材料。（6）诱变育种的优点：通过人工诱变提高愈伤组织的突变率，从而筛选获得抗病、抗盐、高产、优质的新品种，加快育种进程。(P41)(7)利用：筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。(P41)（三）细胞产物的工厂化生产1.代谢产物的分类a.初生代谢产物：初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动；产物：糖类、脂质、蛋白质、核酸等(P41相关信息)b.次生代谢产物：植物代谢会产生一些一般认为不是生物生长所必需的，一般在特定组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。产物：一类小分子有机化合物（如酚类、萜类、含氮化合物等)(P41相关信息)2.细胞产物的工厂化生产的目标产物：次生代谢产物。(P41)