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2.1.1 植物細胞工程的基本技術 【導學目標】 1.舉例說明植物細胞具有全能性。 2.簡述植物組織培養(yǎng)的原理。 3.概述植物組織培養(yǎng)技術。 4.舉例說出植物體細胞雜交技術及其應用。 【自主學習】 一、細胞的全能性 1.概念：具有某種生物 的任何一個細胞，都具有發(fā)育成 ，也就是說，每個生物細胞都具有全能性的特點。 2．現實表現：在生物的生長發(fā)育過程中，細胞并不會表現出全能性，而是分化成各種 。 3．原因：在特定的時間和空間條件下，細胞中的基因會有 地表達出各種 ，分化形成不同的細胞，從而構成生物體的不同 。 二、植物組織培養(yǎng)技術 1.原理：植物細胞的 。 2．過程：離體的植物器官、組織、細胞愈傷組織胚狀體或叢芽―→試管苗。 3．脫分化：已 的細胞經過誘導后，失去其特有的 而轉變成未分化細胞的過程。 4．植物組織培養(yǎng)的條件 (1) 的植物細胞、組織、器官。 (2) 和人工控制。 (3)培養(yǎng)在 上。 (4)給予 的培養(yǎng)條件。 三、植物體細胞雜交技術 1.概念：將不同種的植物體細胞，在一定條件下融合成 ，并把雜種細胞培育成 的技術。 2．過程： 細胞 不同種細胞原生質體 原生質體 雜種細胞雜種植株。 3．意義：因為不同種生物之間存在 隔離，此項技術在克服不同生物 的障礙上，取得了巨大的突破。 思考交流 1．體細胞具有全能性，由它產生的生殖細胞也具有全能性嗎？為什么？ 2．在去掉細胞壁的時候為什么想到用酶解法，且用纖維素酶和果膠酶？ 正誤判斷 1．植物的種子能發(fā)育成完整的植株，體現了細胞的全能性。( ) 2．植物組織培養(yǎng)的過程不需要在無菌條件下進行。( ) 3．植物體細胞雜交與細胞膜的流動性無關。( ) 4．只要將兩個去壁的植物細胞放在一起就能發(fā)生融合。( ) 【合作探究】 一、細胞的全能性 什么是細胞的全能性？細胞具有全能性的原因是什么？在證明細胞全能性方面，動物與植物存在什么不同？植物細胞實現全能性的條件有哪些？ 一般來說：（1）隨著細胞分化程度的不斷提高，細胞的全能性逐漸降低。(生殖細胞較特殊，其分化程度高，全能性也高)；（2）體細胞：分化程度低的＞分化程度高的；細胞分裂能力強的＞細胞分裂能力弱的；幼嫩的細胞＞衰老的細胞。 例1　下列有關植物細胞全能性的敘述中，正確的是(　　) A．植物體只有高度分化的體細胞才具有發(fā)育成完整個體的潛能 B．植物體內某些體細胞沒有表現出全能性，其原因是所含基因不同 C．植物細胞的全能性是植物體細胞雜交技術的理論基礎 D．植物細胞脫分化過程體現了植物細胞的全能性 【答案】　C 二、植物組織培養(yǎng)技術 植物組織培養(yǎng)的原理是什么？具體步驟有哪些？在植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基中經常添加的植物激素有哪些？ 例2 下圖所示為胡蘿卜的韌皮部細胞通過無菌操作，接入試管后，在一定條件下，形成試管苗的培育過程。請據圖回答下列問題： (1)要促進細胞分裂生長，培養(yǎng)基中應有營養(yǎng)物質和激素。營養(yǎng)物質包括________和小分子有機物，激素包括細胞分裂素和________兩類植物激素。 (2)此過程依據的原理是________。A和B階段主要進行的分裂方式是________，B階段除了細胞分裂外，還進行細胞 ________等。 (3)此過程要無菌操作，主要是指對________進行滅菌消毒。B階段需要光照，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)試管苗的根細胞沒有葉綠素，而葉的葉肉細胞具有葉綠素，這是________的結果。 (5)A、B兩過程能否在同一培養(yǎng)基上進行？________________________________________。 【答案】　(1)無機物　生長素 (2)細胞的全能性　有絲分裂　分化 (3)培養(yǎng)基　芽發(fā)育成葉，葉肉細胞中葉綠素的合成需要光照條件 (4)基因選擇性表達 (5)不能 三、植物體細胞雜交 植物體細胞雜交的原理是什么？操作流程是怎樣的？植物體細胞雜交成功的標志是什么？ 例3 白菜、甘藍均為二倍體，體細胞染色體數目分別為20、18。以白菜和甘藍進行體細胞雜交可得到“白菜—甘藍”雜種幼苗。 (1)白菜和甘藍是兩個不同的物種，存在________隔離。自然條件下，這兩個物種間不能通過________的方式產生后代。從雜交細胞到獲得“白菜—甘藍”雜種幼苗，所依據的理論基礎是植物細胞具有______________。 (2)白菜和甘藍的體細胞在融合前應先用________________處理兩種細胞的細胞壁獲得原生質體，再用____________作為促融劑誘導原生質體融合進而獲得雜種細胞，雜種細胞繼續(xù)培養(yǎng)，________(填“需要”或“不需要”)進行脫分化。 (3)經篩選獲得的“白菜—甘藍”雜種幼苗體細胞中的染色體是________條。 【答案】 (1)生殖　雜交(有性生殖)　全能性 (2)纖維素酶、果膠酶　聚乙二醇(PEG)　需要 (3)38 【達標檢測】 課堂達標 1．細胞工程技術是一門綜合科學技術，下列哪項技術不屬于細胞工程(　　) A．有性雜交　　　B．體細胞雜交 C．組織培養(yǎng) D．細胞核移植 2．在離體的植物器官、組織或細胞脫分化形成愈傷組織的過程中，下列哪一項條件是不需要的(　　) A．消毒滅菌　　　　B．適宜的溫度 C．充足的光照 D．適宜的養(yǎng)料和激素 3．下列屬于植物組織培養(yǎng)的是(　　) A．花粉培養(yǎng)成單倍體植株 B．芽發(fā)育成枝條 C．根尖分生區(qū)發(fā)育成成熟區(qū) D．受精卵發(fā)育成植株 4．植物體細胞融合完成的標志是(　　) A．細胞膜發(fā)生融合 B．產生新的細胞壁 C．細胞質發(fā)生融合 D．細胞核發(fā)生融合 5．下列有關植物體細胞雜交的敘述，錯誤的是(　　) A．有可能把兩個植物體的優(yōu)良性狀集中在雜種植株上 B．需要用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁 C．利用聚乙二醇可以促進原生質體融合 D．植物體細胞雜交就是將不同的植物體細胞融合成雜種細胞 6．下圖為“番茄—馬鈴薯”的培育過程示意圖，請據圖回答問題。 (1)在“番茄—馬鈴薯”的培育過程中，運用了植物細胞工程中的________________技術，原理是 ________________________________________________________________________。 (2)可用______________________對番茄和馬鈴薯細胞進行處理獲得原生質體；誘導番茄和馬鈴薯原生質體融合的化學試劑一般用__________________________________。 (3)愈傷組織常用作誘變育種的理想材料，理由是_________________________________________。 (4)不同物種生物之間存在著天然的________，用傳統(tǒng)的有性雜交方法不可能得到二者的雜種后代，而體細胞雜交可以克服遠緣雜交不親和的障礙。 (5)植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基中除了含有一定的營養(yǎng)物質之外，還必須含有______________，從而促進愈傷組織的形成和再分化。 課外強化 1．以下不能說明細胞全能性的實驗是(　　) A．玉米花粉粒培育出植株 B．轉入貯存蛋白基因的向日葵細胞培育出植株 C．燒傷病人的健康細胞培養(yǎng)出皮膚 D．核移植獲得的組裝細胞培育出的鯉鯽移核魚 2．韌皮部細胞是高度分化的植物細胞，用韌皮部細胞進行組織培養(yǎng)可以形成愈傷組織。下列敘述錯誤的是(　　) A．該愈傷組織是細胞經過脫分化和細胞分裂形成的 B．該愈傷組織的細胞沒有全能性 C．該愈傷組織是由排列疏松的薄壁細胞組成 D．該愈傷組織可以形成具有生根發(fā)芽能力的胚狀結構 3．下列關于運用植物組織培養(yǎng)技術產生新個體的敘述，錯誤的是(　　) A．屬于無性生殖 B．主要理論依據是植物細胞具有全能性 C．培養(yǎng)過程中由于人工培養(yǎng)基含大量營養(yǎng)，不需光照就能發(fā)育成完整植株 D．人工培養(yǎng)基中含植物生長發(fā)育所需的全部營養(yǎng)物質，包括礦質元素、糖、維生素等 4．下圖為植物組織培養(yǎng)過程，有關說法錯誤的是(　　) A．b試管中細胞全能性最高 B．d試管中培育出的個體都是純合子 C．a→b的過程需要激素的刺激 D．a→d的細胞分裂都是有絲分裂 5．下列對植物組織培養(yǎng)過程中的脫分化，敘述正確的是(　　) A．植物體的分生組織通過細胞分裂產生新細胞的過程 B．體內分化的細胞形態(tài)、結構和功能發(fā)生改變的過程 C．高度分化的植物器官、組織或細胞產生愈傷組織的過程 D．愈傷組織分裂產生大量相同細胞的過程 6．某二倍體植物是雜合子，下圖為其花藥中未成熟花粉在適宜的培養(yǎng)基上培養(yǎng)產生完整植株的過程。據圖回答問題。 (1)圖中①表示的是該花粉培養(yǎng)過程中的________過程，②表示的是________過程。X代表的是_________________，③表示的是________過程，④表示的是誘導________過程。 (2)圖中從愈傷組織形成完整植株的途徑有兩條，具體通過哪一條途徑主要取決于培養(yǎng)基成分中________________________________________________________________________ 的種類及其濃度配比，最后獲得的來源于未成熟花粉的完整植株都稱為________植株(甲)。未成熟花粉經培養(yǎng)能形成完整植株，說明未成熟花粉具有__________________________。 (3)對植株甲進行________，才能使其結實產生后代(乙)，否則植株甲只有通過________的方式才能產生后代(丙)。乙、丙兩種植株中，能產生可育花粉的是________植株，該植株群體中每一植株產生可育花粉的基因組成種類數為________種，該群體植株產生可育花粉的基因組成種類數為________種?；ㄋ庪x體培養(yǎng)在育種上的特殊意義是________________，從而開辟育種新途徑。