植物细胞工程的基本技术

2.1.1植物细胞工程的基本技术【教材内容解读】要点1细胞工程(1)概念：细胞工程是指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：根据操作对象的不同，细胞工程分为植物细胞工程和动物细胞工程。(3)植物细胞工程的基本技术有植物组织培养和植物体细胞杂交。要点2植物组织培养（1）过程首先要通过细胞的脱分化过程，培养出愈伤组织，然后再从愈伤组织分化形成小植株。这里所说的细胞脱分化就是让已经分化的细胞，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。在植物中，一些分化的细胞，经过激素的诱导，可以脱分化为具有分生能力的薄壁细胞，进而形成植物的愈伤组织。愈伤组织在一定的培养条件下，又可以再分化出幼根和芽，形成完整的小植株。（2）图示过程（3）原理[来源:Z&xx&k.Com]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，也就是说，每个生物细胞都具有全能性的特点。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力。（4）概念植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，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。最终形成完整的植株。（5）生物体上的体细胞不表达全能性的原因在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性，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，细胞中的基因会有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。（6）胡萝卜组织培养的实验方法步骤①将胡萝卜根用自来水充分洗净，削去外皮，并切成段(约10cm)。用酒精棉球擦手消毒。[来源:学.科.网Z.X.X.K]②在超净工作台(或接种箱)上将胡萝卜段用酒精溶液消毒30s后，立即用无菌水清洗2～3次，再用次氯酸钠溶液处理30min后，立即用无菌水清洗2～3次。③用无菌的滤纸吸去胡萝卜段表面的水分。然后，在消毒瓷砖上，用无菌的解剖刀将胡萝卜段切成1cm厚的横切片，再选取有形成层的部位，切取lcm3左右的小块。④将胡萝卜组织块接种到培养基上，用锡箔纸封盖瓶口，并用橡皮筋扎紧。然后，在培养瓶上贴上标签，写明材料名称、接种日期和小组号。⑤将接种后的胡萝卜组织块，放在23～26℃恒温避光条件下培养。4d后，检查培养材料的污染情况；14d后，观察愈伤组织的生长状况。然后，在恒温箱中继续避光培养。在培养过程中，注意定期观察和记录愈伤组织的生长情况。⑥培养一段时间后，将生长良好的愈伤组织转接到分化培养基上，培养一段时间后，胡萝卜的愈伤组织就可以诱导出试管苗。然后将试管苗移栽到大田，培养成正常植株。要点3植物体细胞杂交[来源:Z&xx&k.Com]（1）步骤先利用纤维素酶和果胶酶去除这层细胞壁，获得具有活力的原生质体。接着进行原生质体间的融合，并培养融合的原生质体获得再生出细胞壁的杂种细胞。再将杂种细胞进行植物组织培养获得杂种植株。（2）概念植物体细胞杂交就是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。（3）诱导原生质体融合的方法分为两类：物理法和化学法。物理法包括离心、振动、电激等；化学法一般是用聚乙二醇作为诱导剂来诱导细胞融合。（4）图示过程（5）育种上的优点由于不同种植物存在生殖隔离，普通杂交方法无法获得杂种植株。植株体细胞杂交技术克服了远缘杂交不亲和的障碍，获得杂种植株。（6）植株体细胞杂交技术尚未解决的问题杂种植株并未按照人们的期望表现性状，还有待于进一步研究。（7）杂种植株——白菜甘蓝的优点同普通白菜相比，具有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。【典型例题解析】【例1】(2003年江苏·多选题)要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，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[来源:学§科§网Z§X§X§K]【分析】组织培养需要具有完整细胞核的细胞，因为只有具有完整细胞核的细胞才具有全能性；需要离体状态并需要一定的营养物质和激素。因为，植物细胞只有脱离了植物体，才能在一定的外部因素作用下，如一定的营养物质和激素。经过细胞脱分化形成愈伤组织，由愈伤组织分化、发育成新的植物体，表现出细胞的全能性，不需要导入外源基因。【答案】ABD【例2】有关细胞全能性的叙述，不正确的是()A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高B.生物体内细胞由于分化全能性不能表达C.卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高D.植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性【分析】首先受精卵是个体发育的起点，在自然条件下，通过细胞的分裂、分化形成完整的个体，所以全能性最高；第二，体内每一个体细胞都是通过有丝分裂形成，都含有发育成完整个体所必需的全部基因，理论上讲都应该具有全能性，但由于分化。基因在不同的细胞中选择表达，因而体内细胞并没有表达出全能性；再者，卵细胞在一定条件下，全能性表现比体细胞高，但与受精卵不同，细胞的分化程度也很高；第四，分化的植物细胞具有全能性，但要表达必须在一定条件下离体培养。【答案】C【例3】(2004年广东·多选题)下面关于植物细胞工程的叙述，正确的是()A.叶肉细胞脱分化后可形成无定形状态的薄壁细胞B.叶肉细胞经再分化过程可形成愈伤组织C.融合植物叶肉细胞时，应先去掉细胞膜D.叶肉细胞离体培养时，可以表现出全能性【分析】本题属于识记水平的试题，考查植物细胞工程的操作过程和特点。解答本题应从以下几个方面入手分析：(1)植物细胞工程利用的原理是细胞的全能性，当离体的植物组织、器官或细胞经过脱分化形成愈伤组织，愈伤组织经过再分化形成芽、根，最后发育成一个植物体，故B项错误，D项正确；(2)愈伤组织是排列疏松、无定形、高度液泡化的薄壁细胞，故A项正确；(3)在植物体细胞杂交时，应用酶解法除去阻碍细胞融合的细胞壁，故C项错误。【答案】AD【同步训练与拓展】1.用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[来源:学|科|网Z|X|X|K]2.将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是()A.具有完整细胞核的细胞B.一定的营养物质和植物激素C.离体状态D.导入指定基因3.在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的()A.消毒灭菌B.适宜的温度C.充足的光照D.适宜的养料和激素4.在生物体所有细胞中全能性最高的是()A.卵细胞B.植物花粉C.体细胞D.受精卵5.下列植物细胞全能性最高的是()A.形成层细胞B.韧皮部细胞C.木质部细胞D.叶肉细胞6.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.把成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程C.取植物的枝芽发育成一株新植物的过程D.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7.愈伤组织是一类()A.高度液泡化、呈无定形的薄壁细胞B.排列紧密的细胞壁C.具有小泡的薄壁细胞[来源:学|科|网Z|X|X|K]D.形状规则的一群细胞8.用于组织培养中的植物器官或组织，称为()A.组织切片B.原生质体C.外植体D.愈伤组织9.植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导的植物激素分别是()①体细胞全能性②离体植物器官、组织或细胞③产生根、芽④生长素和细胞分裂素⑤生长素和乙烯⑥愈伤组织⑦再分化⑧脱分化⑨植物体A.①，②⑧⑥⑦③⑨、④B.①，②⑦⑥⑧③⑨、⑤C.①，⑥②⑨⑧③⑦、⑤D.①，②⑨⑧⑥⑦③、④10.下列叙述中不符合愈伤组织的概念及结构功能特点的是()A.胡萝卜根切片上的组织[来源:Zxxk.Com][来源:Z_xx_k.Com]B.这种组织细胞壁很薄．没有发生分化C.将植物体器官或组织的一部分切下放在适当的培养基上经分裂且脱分化形成D.在适当的条件下可以再分化而产生出植物的各种组织和器官。进而发育成一棵完整的植株11.植物组织培养的过程可以归纳为:，对此叙述有错误的是（）A.②→③的再分化过程中，细胞增殖的方式为有丝分裂B.植物组织培养依据的原理是细胞的全能性C.③→④过程指植物的营养生长和生殖生长阶段D.将①经脱分化培养成②时，表现出植物细胞的全能型12.细胞工程的发展所依赖的理论基础是()A.DNA双螺旋结构模型的建立B.生物体细胞全能性的证明C.遗传密码的确立及其通用性的发现D.遗传信息传递的“中心法则”的发现13.植物体细胞杂交完成的标志是()A.产生新的细胞壁B.细胞膜发生融合C.细胞质发生融合D.细胞核发生融合14.植物细胞杂交的过程实际是()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15.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.可能降低生产成本，提高经济效益16.人工种子是指植物离体培养中产生的胚状体，包裹在含有养分和具有保护功能的物质中，并在适宜条件下能够发芽出苗的颗粒体。下列与人工种子形成过程无关的是()A.细胞的脱分化和再分化B.细胞全能性C.细胞有丝分裂D.细胞减数分裂[来源:Z&xx&k.Com]17.植物细胞表现出全能性的必要条件是()A.给予适宜的营养和外界条件B.导入其他植物细胞的基因C.脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件D.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内[来源:学_科_网]18.下列属于组织培养的是()A.花粉培养成单倍体植株B.芽发育成枝条C.根尖分生区发育成成熟区D.未受精的卵发育成植株19.如图为种间植物细胞融合再生植物示意图。请根据图回答:(1)步骤①是使植物细胞形成阶段，其关键技术是。(2)步骤②一般要用。(3)③为过程，完成体细胞杂交。(4)在形成再生植株的过程中，与组织培养相似的步骤是。(5)培养的杂种植株在形态上表现为，其根本原因是。(6)若亲本植物A与亲本植物B都是二倍体，杂种植株为倍体。其原因是。[来源:学.科.网Z.X.X.K](7)从理论上讲，杂种个体的育性为。理由是。因此，该项研究解决了育种过程中的问题。答案：[来源:学科网]