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脱分化_愈伤组织再分化幼根和芽或胚状体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。原生质再生细胞壁植物组织培养酶解法：纤维素酶，果胶酶物理法：离心、振动、电激等化学法：聚乙二醇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．PEGD．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，下列叙述错误．．的是（）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（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染色体加倍（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。（2）利用：筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。三、细胞产物的工厂化生产1.细胞产物种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。2.技术：植物组织培养技术。3.实例：我国利用植物组织培养技术实现了大量生产人参皂甙干粉；另外，三七、紫草和银杏的细胞产物也都已经实现了工厂化生产。注意：获取细胞产品的时期应为脱分化之后再分化之前的愈伤组织；制作人工种子需再分化后形成的胚状体阶段。4.生物育种方法比较技术原理优点缺点诱变育种基因突变提高生物变异的频率，使后代变异频率较快稳定；可大幅度改良某些性状，缩短育种进程盲目性大，需大量处理供试材料杂交育种基因重组使位于不同个体的优良性状，集中于一个个体周期长，难以克服远缘杂交不亲和的障碍单倍体育种染色体变异获得个体均为纯种，明显缩短育种年限技术复杂，须与杂交育种配合、且需利用细胞工程参与多倍体育种染色体变异器官大，提高产量和营养成分适用于植物，动物方面难以实现基因工程育种基因重组打破物种界限，定向改造生物遗传性状存在技术上、安全上、伦理道德上的问题细胞工程育种细胞生物学和分子生物学原理、基因突变①植物体细胞杂交可以克服远缘杂交不亲和的障碍；扩大了用于杂交的亲本组合范围；定向改变生物遗传性状②体细胞诱变育种，同前述诱变育种。①远缘杂种不能按照人们的需要表现出亲代的优良性状②体细胞诱变育种同诱变育种学以致用1．甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化，目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及．．．细胞的（）A．有丝分裂B．分化C．减数分裂D．全能性2．人参皂苷粉是人参中重要的药用成分，以前只能通过从人参中提取，产量极低，因而价格较贵。目前，可以通过下列哪项技术迅速大量获取（）A．基因工程B．植物组织培养C．植物体细胞杂交D．发酵工程3．胚状体是在植物组织培养的哪一阶段上获得的（）A．愈伤组织B．再分化C．形成完整植株D．取离体组织4．下列哪一项不是．．植物繁殖的新途径（）A．微型繁殖B．作物脱毒C．双受精D．人工种子5．马铃薯利用块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法（）A．选择优良品种进行杂交B．进行远缘植物体细胞杂交C．利有茎尖进行组织培养D．人工诱导基因突变6．如下图是人工种子的结构简图，对其叙述不正确．．．的是（）A．人工种子胚乳中含有胚状体发育所需要的营养物质，还可添加农药和植物激素B．人工种子可以工业化生产，播种人工种子可节省大量粮食C．人工种子克服了有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题D．人工种子胚状体还未分化出胚芽、胚轴和胚根等结构7．利用植物的茎尖、茎段、花药、花粉等，在无菌的条件下，放在玻璃器皿中人工配制的培养基上，使它发育成完整的植株。这种技术可以用来培育植物新品种，也可以在较短时间内大量繁殖植物，还可以防止植物病毒的危害。下列关于这种技术的叙述，正确的是（）①这种技术利用了植物的全能性②这种技术叫做组织培养，可以克隆生物体③这种技术属于细胞工程的应用领域之一④这种技术是一种无性繁殖的方式A．①B．①②．①②③D．①②③④