生物选修三植物细胞工程知识点清单

生物选修三植物细胞工程知识点清单一、植物细胞工程的基本技术

（一）细胞工程的概念1.操作水平：细胞水平或细胞器水平。2.目的：按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。

（二）植物细胞的全能性1.概念：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。2.原理：细胞内含有本物种的全部遗传信息。3.实例：植物组织培养（胡萝卜的组织培养）。4.大小比较：受精卵＞生殖细胞＞体细胞；植物细胞＞动物细胞。

（三）植物组织培养技术1.原理：植物细胞的全能性。2.过程离体的植物器官、组织或细胞：如根尖、茎尖、形成层细胞等。脱分化：已分化的细胞，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的过程。脱分化形成愈伤组织，愈伤组织是一团排列疏松而无规则、高度液泡化的、呈无定形状态的薄壁细胞。再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化成根或芽等器官的过程。完整植株：将再生形成的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等，包裹上人工种皮，制成人工种子，或移栽到土壤中，发育成完整植株。3.条件离体：保证细胞处于独立状态，不受其他细胞的干扰和影响。营养物质：包括无机物（如水、无机盐）和有机物（如蔗糖、维生素、氨基酸等），还需要添加植物激素（生长素和细胞分裂素）。植物激素：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。在生长素存在的情况下，细胞分裂素的作用呈现加强的趋势。当生长素与细胞分裂素的比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化、抑制根的形成；比值适中时，促进愈伤组织的生长。无菌条件：防止微生物污染，以免影响细胞的生长和分化。适宜的温度、pH和光照：温度一般控制在25℃左右，pH为5.8左右。光照条件根据不同阶段有所不同，脱分化阶段一般不需要光照，再分化阶段需要光照。

（四）植物体细胞杂交技术1.概念：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.过程去壁：用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，获得原生质体。诱导原生质体融合物理法：离心、振动、电激等。化学法：用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂诱导融合。原生质体融合：融合后形成杂种细胞，包含了两个亲本细胞的遗传物质。植物组织培养：将杂种细胞通过植物组织培养技术培育成杂种植株。3.意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍，扩大了可用于杂交的亲本组合范围，培育出自然界中没有的新品种。

二、植物细胞工程的实际应用

（一）植物繁殖的新途径1.微型繁殖概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。优点保持优良品种的遗传特性。高效快速地实现种苗的大量繁殖。不受自然生长季节的限制。2.作物脱毒原因：长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差。方法：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。应用：目前采用茎尖组织培养技术已获得脱毒苗的植物有马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝和香蕉等。3.人工种子概念：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，经过人工薄膜包装得到的种子。优点后代无性状分离，能保持亲本的优良性状。不受季节、气候和地域的限制。方便贮藏和运输。可以很方便地大量繁殖。

（二）作物新品种的培育1.单倍体育种原理：染色体变异。过程：花药离体培养获得单倍体植株，再用秋水仙素处理单倍体幼苗，使其染色体数目加倍，得到纯合子植株。优点明显缩短育种年限。后代都是纯合子，自交后代不发生性状分离。2.突变体的利用原理：基因突变。过程：在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，容易受到培养条件和外界压力（如射线、化学物质等）的影响而发生突变。从这些突变体中筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。应用：例如，抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。

（三）细胞产物的工厂化生产1.细胞产物的种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。2.培养技术：利用植物组织培养技术，将植物细胞培养到愈伤组织阶段，通过发酵技术，从细胞培养液中获取细胞产物。3.实例：人参皂甙的工厂化生产。人参的愈伤组织细胞中含有大量的人参皂甙，通过培养人参的愈伤组织细胞，提取人参皂甙，实现了细胞产物的工厂化生产。

三、植物细胞工程实验操作

（一）植物组织培养实验1.实验材料：胡萝卜根的韧皮部细胞。2.实验步骤制备MS培养基称量各种营养物质，如大量元素（N、P、K等）、微量元素（Fe、Mn、B等）、有机物（蔗糖、维生素、氨基酸等），按照配方要求准确称取，放入烧杯中。加入适量的蒸馏水，搅拌溶解，配制成母液。按照一定的比例取母液，加入琼脂（凝固剂），加热使其熔化，然后定容至所需体积，调节pH至5.8左右。外植体消毒将胡萝卜根用流水冲洗干净，切成1cm左右的小段。放入体积分数为70%的酒精中浸泡30s，立即取出，用无菌水冲洗23次。再放入质量分数为0.1%的氯化汞溶液中浸泡12min，取出后用无菌水冲洗35次。接种：在无菌操作台上，将消毒后的胡萝卜小段接种到MS培养基上，注意不要将外植体埋入培养基中，每瓶接种35个外植体。培养：将接种后的培养瓶放在温度为25℃左右、光照强度为10001500lx、每天光照1216h的培养室中培养。观察与记录：定期观察外植体的生长情况，记录愈伤组织的形成时间、颜色、质地等变化，以及再分化形成根和芽的时间等。移栽：当试管苗长到34片叶时，打开培养瓶的封口膜，在培养室内炼苗12天，然后将试管苗移栽到经过消毒处理的基质中，保持适宜的温度、湿度和光照条件，促进试管苗的生长和发育。

（二）植物体细胞杂交实验（以番茄马铃薯为例）1.实验材料：番茄和马铃薯的体细胞。2.实验步骤制备原生质体分别取番茄和马铃薯的叶片，用镊子撕去下表皮，切成小块，放入含有纤维素酶和果胶酶的混合液中，在25℃左右的条件下酶解46h，去除细胞壁，获得原生质体。将酶解后的混合液通过离心、过滤等方法，收集原生质体，并用CPW溶液清洗23次，去除酶液。诱导原生质体融合将番茄和马铃薯的原生质体按照一定的比例混合，放入离心管中，加入适量的PEG溶液，轻轻摇匀，在室温下诱导融合1015min。然后加入高钙、高pH的溶液，稀释PEG溶液，终止融合反应，再通过离心收集融合后的原生质体。杂种细胞的筛选与培养将融合后的原生质体接种到含有特定选择培养基的培养皿中，该培养基中含有能抑制未融合的原生质体生长的物质，只有杂种细胞才能生长。在适宜的条件下培养杂种细胞，观察杂种细胞的分裂和生长情况，当杂种细胞形成小的细胞团时，将其转移到分化培养基上，诱导再分化形成愈伤组织，进而发育成完整的植株。杂种植株的鉴定形态学鉴定：观察杂种植株的形态特征，如叶片形状、植株高度、果实形状等，与番茄和马铃薯亲本进行比较。染色体数目鉴定：取杂种植株的根尖，经过固定、解离、漂洗、染色和制片等步骤，观察染色体的数目，判断是否为体细胞杂交后代。同工酶鉴定：分析杂种植株和双亲的同工酶谱带，比较酶谱的差异，进一步确定杂种植株的遗传组成。

四、知识拓展与总结

（一）植物激素在植物组织培养中的作用机制生长素和细胞分裂素在植物组织培养中起着关键的调节作用。它们通过影响细胞的分裂、伸长和分化来调控植物组织培养的进程。1.生长素促进细胞伸长，诱导细胞分化，影响根的形成。生长素与细胞分裂素的比值高时，有利于根的分化；比值低时，有利于芽的分化；比值适中时，促进愈伤组织的生长。2.细胞分裂素促进细胞分裂，诱导芽的分化，延缓细胞衰老。与生长素协同作用，调节植物组织培养中细胞的分裂和分化方向。

（二）植物体细胞杂交中融合方法的原理1.物理法离心、振动、电激等方法可以使原生质体相互接触并融合。其原理是通过这些物理手段，改变原生质体的细胞膜结构，使其流动性增加，从而促进原生质体的融合。2.化学法聚乙二醇（PEG）作为诱导剂，能使原生质体的细胞膜发生融合。PEG分子具有亲水性，它可以改变原生质体表面的电荷分布，使原生质体相互靠近并融合。

（三）植物细胞工程与其他生物技术的联系1.基因工程植物细胞工程为基因工程提供了良好的受体细胞和表达系统。通过植物组织培养技术，可以将导入外源基因的受体细胞培育成完整的转基因植株。基因工程可以对植物细胞进行遗传改造，然后利用植物细胞工程技术进行大规模的繁殖和培养，实现转基因植物的快速生产。2.发酵工程植物细胞工程与发酵工程相结合，可以实现植物细胞产物的工厂化生产。利用植物组织培养技术培养植物细胞，再通过发酵工程的方法，从细胞培养液中提取和纯化细胞产物。发酵工程可以优化植物细胞培养的条件，提高细胞产物的产量和质量。

（四）植物细胞工程在农业生产中的应用前景1.培育优良品种利用植物体细胞杂交技术，可以克服远缘杂交不亲和的障碍，培育出具有优良性状的新品种，如抗逆性强、产量高、品质好的作物品种。通过基因工程和植物细胞工程相结合的方法，还可以培育出具有特定功能的转基因植物，如抗虫、抗病、抗除草剂的植物品种，为农业生产提供更多的选择。2.提高农作物产量和品质微型繁殖技术可以快速繁殖优良品种的种苗，保证农作物的产量和品质稳定。作物脱毒技术可以去除作物感染的病毒，恢复作物的优良性状，提高农作物的产量和品质。3.解决资源和环境问题人工种子的应用可以减少对天