高中生物选修3细胞工程学案（带答案）

专题二 细胞工程 2．1 植物细胞工程

【学习目标】

1、描述植物组织培养的原理和过程。 2、简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术。 3、尝试进行植物组织培养。 【重难点】

1、描述植物组织培养的原理和过程。 2、简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术。

学以致用 一、细胞工程

1．概念：应用 细胞生物学 和 分子生物学 的原理和方法，通过 细胞 水平或 细胞器 水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的 遗传物质 或获得 细胞产品 的一门综合科学技术。

2．分类：根据操作对象不同，可分为 植物细胞工程 、 动物细胞工程 。 二、植物细胞的全能性

1．概念：高度 分化 的细胞，仍然具有发育成 完整生物体 的潜能。

2．细胞具有全能性的原因：细胞内含有本物种的全部__ 遗传信息 ___。

3．在理论上，生物的任何一个细胞都具有 发育成完整植株 的潜能，但在生物的生长发育过程中，细胞并不表现出 全能性 性，而是分化成各种 组织和器官 。这是因为在特定的 时间 和 空间 条件下，细胞中的基因会 选择性 地表达出各种 蛋白质 ，从而构成生物体的不同组织和器官。 4．细胞全能性大小比较：(填﹥或﹤)

受精卵____﹥___生殖细胞___﹥____体细胞 植物细胞的体细胞___﹥_____动物细胞的体细胞 胚胎干细胞 ﹥ 其它干细胞 ﹥ 体细胞 三、植物组织培养技术

1．原理：植物细胞具有 全能性 。 2．过程

离体植物的 器官、组织或细胞 ??幼根和芽或胚状体 ?脱分化??? _ 愈伤 组织??再分化?发育??? 完整植株。

3．细胞脱分化：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。

4．植物组织培养：在 无菌 和 人工控制 的条件下，将 离体 的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生 愈伤组织 、丛芽，最终形成完整植株。 思考：合作探究

1. 离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理，能否培养成完整的植物体？为什么？

不能，当已分化的植物器官、组织或细胞脱离母体后，在一定的营养物质、激素等外界条件作用下分化形成愈伤组织（一种相对没有分化的细胞团），继而在植物激素等诱导下发生再分化，才能表达出全能性。发育成完整植株。离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理将衰老凋亡。 2. 植物组织培养需要在什么条件下进行？

无菌，离体，营养，激素，适宜培养条件 3. 植物组织培养所用培养基成分包含的激素种类应该有哪些？它们的作用是什么？ 生长素，脱分化、愈伤组织分化出根；细胞分裂素，脱分化、愈伤组织分化出芽

4. 在组织培养实验中，为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？ 形成层细胞全能性较高。其他部分也能培养成植株，只是较困难。

5.为什么在脱分化形成愈伤组织时不需要光，而在由愈伤组织再分化成试管苗时需要光照呢？

对于植物组织培养来说，光照条件非常重要，包括光照强度、时间和波长。但在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，而在分化再生的过程中一定要有光照。愈伤组织诱导阶段的暗培养有利于细胞的脱分化产生愈伤组织，如果在光照条件下容易分化产生维管等组织，不利于产生大量的愈伤组织。

<植物组织培养过程中注意的问题>

(1)该过程从繁殖方式上应为无性繁殖，细胞分裂方式为有丝分裂，包含脱分化和再分化两个阶段。

(2)愈伤组织是脱分化、高度液泡化的细胞，故细胞内无叶绿体，不能进行光合作用，只能以现成有机物来提供物质和能量；其代谢方式为异养、需氧；有细胞壁，有大液泡，故仍可进行质壁分离；该过程进行有丝分裂，故愈伤组织应是具有细胞周期的细胞；愈伤组织为脱分化后形成的细胞，故应视为无分化的细胞(同受精卵一样，未分化)。

四、植物体细胞杂交技术

1．概念：不同种植物的 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

酶解法：纤维素酶，果胶酶 再生细胞壁 物理法：离心、振动、电激等 化学法：聚乙二醇 植物组织培养

3．原理：植物细胞融合依据的原理：细胞膜的流动性；形成杂种植物依据的原理：细胞的全能性。 4.植物体细胞杂交技术的优点： 克服不同生物远缘杂交的障碍 。

思考：1. 原生质体、原生质层和原生质有什么不同？

原生质体指脱去细胞壁的植物。原生质层指成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质。 原生质

是细胞内生命物质的总称。

2.如果只考虑两两融合，会得到几种融合的细胞？是否存在未融合的细胞？ 下一步该如何种处理？

3种。存在未融合细胞。下一步要进行杂种细胞的筛选及体细胞杂种的鉴定

3. 番茄是二倍体，马铃薯是四倍体，则植物体细胞杂交获得的杂种植株番茄－马铃薯为几倍体？

异源六倍体 4.为什么“番茄-马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？

基因选择性表达 学以致用

1．不能．．用于人工诱导原生质体融合的方法是 （ ） A．振动 B．电刺激 C．PEG D．重压

2．要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要．．． （ ） A．具有完整细胞核的细胞 B．离体状态 C．导入外源基因 D．一定的营养物质和激素

3．与传统的有性杂交法相比，植物体细胞杂交的最大优点是 （ ） A．可使两个亲本的优良性状组合到一起 B．可以克服远缘杂交不亲和的障碍 C．可以培育出高产性状明显的新品种 D．可以降低生成成本，提高接济效益 4．植物体细胞杂交的过程实质是 （ ） A．细胞质融合的过程 B．细胞核融合的过程 C．细胞膜融合的过程 D．细胞原生质体融合的过程

5．通过植物体细胞杂交，获得一个杂种植株需要的步骤是 （ ） A．分离原生质体→诱导原生质体融合→组织培养→得到杂种植物 B．分离原生质体→原生质体直接融合→组织培养→杂种植株 C．获取细胞→原生质体融合→组织培养→杂种植株 D．获取细胞→原生质体直接融合→组织培养→杂种植株

6．高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织，（ ）

A．该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的 B．该愈伤组织的细胞没有全能性

C．该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成

D．该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构

7．以下不能．．说明细胞具有全能性的实验是 （ ） A．胡萝卜韧皮部细胞培育出植株 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

8．植物组织培养过程中的脱分化是指 （ ） A．植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞 B．未成熟的种子经过长期培养，培养出幼苗的过程

C．植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程 D．取植物的枝芽培育成一株新植物的过程

9．在脱分化形成愈伤组织的过程中，下列各项为非．必要条件的是 （ ） A．培养基需要消毒灭菌 B．给予适宜的温度 C．给予充足的光照 D．给予适宜的养料和激素

10．植物体细胞杂交的过程是 （ ） A．用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体

下列叙述错．误．的是 B．以人工诱导法使两个不同植物的原生质体融合 C．用植物组织培养法培养融合的原生质体得到杂种植株 D．通过以上三者完成

11．科学家把天竺葵和香茅草进行体细胞杂交，培育出的驱蚊草含有香茅醛，能散发出一种特殊的气味，达到驱蚊且

对人体无害的效果。下列关于驱蚊草培育的叙述中，错．误．的是 （ ）

A．驱蚊草的培育属于细胞工程育种，其优点是能克服远源杂交不亲和的障碍。 B．驱蚊草培育过程要用纤维素酶、果胶酶、PEG等试剂。 C．培育过程中形成的愈伤组织，其代谢方式是自养需氧。

D．在由杂种细胞形成杂种植株的过程中，包含了有丝分裂和细胞分化。

2.1.2 植物细胞工程的实际应用

【学习目标】 列举植物细胞过程的实际应用 【重难点】植物细胞过程应用的实例

作物脱毒培养和人工种子的培育

知识梳理

一、植物繁殖的新途径 1.微型繁殖

（1）微型繁殖技术：用于 快速繁殖 优良品种的 植物组织培养 技术。 （2）特点：①保持优良品种的 遗传特性 。

②高效快速地实现种苗 大量繁殖 。

（3）实例：20世纪60年代，荷兰的科学家就成功地实现了利用 组织培养技术 来培育兰花。 2.作物脱毒

（1）材料：植物的 分生区 （如 茎尖 ）。分生区附近的病毒极少，甚至 无病毒 。 （2）脱毒苗：切取 一定大小的茎尖 进行组织培养获得的。 3.人工种子

（1）概念：一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。

（2）特点：①后代无 性状分离 。

②不受 季节 、 气候 和 地域 限制。

二、作为新品种的培育 1.单倍体育种

染色体加倍

（1）方法： 花药 离体培养 单倍体 植株 纯合子植株。

（2）优点：①后代是纯合子，能 稳定遗传 。②明显缩短了 育种年限 。 2.突变体的利用

（1）产生原因：在植物的组织培养过程中，易受 培养条件 和 外界压力