高中生物选修3植物细胞工程

2.1植物细胞工程专题2细胞工程植物细胞工程理论基础：植物细胞的全能性常用技术植物组织培养植物体细胞杂交细胞全能性概念：是指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个体的潜能。细胞全能性原因：是生物体的每一个细胞都含有该物种全套遗传物质(全部基因)。操作水平：细胞水平、细胞器水平细胞全能性的大小：植物细胞＞动物细胞受精卵＞体细胞分化程度低的＞分化程度高的分裂能力强的＞分裂能力弱的幼嫩的细胞＞衰老的细胞全能性表现的条件：全能性未表现的原因：离体无菌、无毒的环境适宜的培养基(营养物质和植物激素)适宜的环境条件(温度、PH等)生物个体发育中，基因是选择性表达的结果。愈伤组织离体植物器官组织细胞脱分化（去分化）再分化幼根和芽或胚状体植物体过程:脱分化:：已分化的细胞，失去其特有的结构和功能而转变成未分化状态细胞的过程。一、植物组织培养愈伤组织：排列疏松,无规则，高度液泡化,无定形状态的薄壁细胞.再分化:愈伤组织在一定培养条件下，重新分化出胚状体或丛芽的过程。胚状体:像种子的胚一样的结构（有胚芽、胚轴、胚根）。阅读P34-35讨论：1.植物组织培养的材料(外植体)：2.达到无菌要求采取的方法：幼嫩的细胞、组织、器官（植物的茎尖、根尖、叶、花药）操作人员：酒精棉球擦手消毒、无菌操作操作器械：超净工作台、无菌滤纸、解剖刀、培养瓶进行消毒外植体：70﹪酒精消毒→无菌水冲洗→次氯酸钠处理→无菌水冲洗培养基灭菌:高压蒸汽灭菌（培养基、试管、培养皿、培养瓶、镊子、剪刀、无菌水等）消毒是指杀死病原微生物、但不一定能杀死细菌芽孢的方法。灭菌是指用物理或化学的方法杀灭全部微生物（包括致病和非致病微生物）以及芽孢。灭菌比消毒更彻底。消毒与灭菌:思考：1、脱分化前后，细胞的形态是否改变，细胞内遗传物质组成是否改变？2、脱分化过程，所需要的条件有哪些？3、脱分化培养基和再分化培养基中对生长素和细胞分裂素的比例要求是怎样的？形态改变，遗传物质不变。离体、无菌、适宜的培养基和温度、避光脱分化形成愈伤织主要区别是两种激素的配比。与植物激素的种类、浓度及使用的先后顺序均有关系。生长素/细胞分裂素=1时,形成愈伤组织；生长素/细胞分裂素1时,有利于生根；生长素/细胞分裂素1时，有利于生芽。再分化形成幼芽5.植物组织培养的培养基成分无机营养成分：矿质元素有机营养成分：蔗糖、维生素等植物激素：生长素、细胞分裂素等琼脂：凝固剂,起支持作用4.再分化过程中，所需要的条件有哪些？适宜的温度、适宜的培养基、适宜的光照、无菌条件思考：生长发育试管苗的形成移栽和一般植物一样进行大规模栽培去壁诱导融合二、植物体细胞杂交过程去壁的常用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等）物理法：离心、振动、电激化学法：聚乙二醇（PEG）诱导原生质体融合方法：杂种细胞形成的标志：新细胞壁的形成植物体细胞杂交完成的标志：杂种植株的形成去壁原生质体原生质体再生细胞壁脱分化再分化思考：原生质体与原生质层是不是相同的结构？愈伤组织幼根和芽理论基础：细胞膜的流动性、植物细胞的全能性白菜甘蓝2.利用多倍体育种能获得这种白菜-甘蓝吗？怎样获得？2N=142N=141.植物体细胞杂交得到的白菜甘蓝是几倍体、几个染色体组、多少染色体，是否可育？是四倍体、四个染色体组、28条染色体、可育能，先让两者进行有性杂交，对杂交所得种子在萌发成幼苗时，用秋水仙素处理，使其染色体加倍，恢复育性。思考：原生质体诱导融合去壁去壁再生细胞壁再分化）（脱分化、组织培养植物体细胞杂交意义？与有性杂交相比，克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍。番茄-马铃薯理想植株目前还不能让杂种植物完全按照人们的需要表达亲本的优良性状如：番茄-马铃薯尚未解决的问题？植物组织培养的过程愈伤组织离体植物器官组织细胞脱分化再分化胚状体或幼芽和根植物体植物体细胞杂交过程植物细胞A植物细胞B原生质体A原生质体B原生质体融合杂合的原生质体杂种细胞愈伤组织杂种植株去壁去壁生出新壁脱分化再分化四、植物细胞工程的应用（一）植物繁殖新途径（二）作物的新品种培育（三）细胞产物的工厂化生产1、微型繁殖(快速繁殖)（一）植物繁殖新途径：①繁殖速度快；②保持亲本优良性状;(无性繁殖）；③不受自然生长季节的限制（室内生产）。思考：与传统繁殖技术相比，有何特点？2、作物脱毒（培育无病毒植株）作物脱毒材料及原因:茎尖或根尖分生区细胞这些部位含病毒极少，甚至无病毒。3、人工种子通过植物组织培养的方法获得的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料外面包被着人工薄膜，在适宜的条件下可以发芽成幼苗的种子。组成：①胚状体(不定芽、顶芽和腋芽)②人工种皮（适量的无机盐、糖类和蛋白质；另外还有农药、抗生素、有益菌等）优点：•能保持亲本的优良特性•不受季节、气候和地域的限制•易于储藏和运输思考：人工种皮中应该具有什么成分？1、单倍体育种选择亲本有性杂交F1代单倍体植株诱导染色体加倍可育纯合子选择所需类型优点:•明显缩短育种年限•得到纯合子花粉离体培养二）.作物的新品种培育在植物组织培养中，培养的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）的影响而产生突变。（2）突变体的利用2.突变体的利用筛选对人们有利突变体,进而培育新品种（1）突变体的产生比较：单倍体育种：突变体的利用：植物体细胞杂交育种优点：育种原理：优点：育种原理：优点：育种原理：明显缩短育种年限染色体变异能够产生新性状基因突变克服远缘杂交不亲和障碍染色体变异（三）细胞产物的工厂化生产(1)种类:蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等.(2)技术:植物的组织培养.名贵药物人参皂甙干粉的生产红豆杉组织培养生产抗癌药物紫杉醇1.以下关于细胞全能性的描述错误的是()A．利用海岛烟草韧皮部细胞培育出植株体现了细胞的全能性B．受精卵的全能性最高C．水稻种子培育出植物表现了细胞的全能性D．只有在离体的条件下细胞的全能性才能得以体现C2.下图表示基因型为AaBb的水稻的花药通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下形成试管苗的培育过程。下列相关叙述错误的是()A．愈伤组织是花粉细胞通过有丝分裂后形成的不规则的细胞团B．在愈伤组织的形成过程中，必须从培养基中获得水、无机盐和小分子的有机物等营养物质C．为促进花粉细胞分裂生长，在培养基中应加入适宜浓度的生长素等植物激素D．试管苗可能出现的基因型有AABB或AAbb或aaBB或aabbD3.有关植物组织培养过程中的细胞脱分化的说法，不正确的是()A．已经分化的细胞失去特有的结构和功能而转变成未分化的细胞的过程B．已经分化的细胞转变成为具有分生能力的薄壁细胞，进而形成植物的愈伤组织的过程C．离体的植物组织在一定的培养条件下分化出根和芽的过程D．离体的植物组织在脱分化形成愈伤组织的过程中必须经过有关激素的诱导C4.植物体细胞杂交的过程是()A．用酶解法去掉植物细胞的细胞壁，分离出有活力的原生质体的过程B．以人工诱导方法使两个不同植物的原生质体融合的过程C．用植物组织培养法培养融合的原生质体，得到杂种植株的过程D．通过以上三项来完成D5.将烟草和大豆的原生质体混合后，将原生质体转移到适当的培养基上培养，使原生质体再生出细胞壁，这时，在细胞混合物中，可用显微镜观察到的细胞有()①烟草—大豆杂种细胞②烟草细胞③大豆细胞④烟草—烟草细胞⑤大豆—大豆细胞A．①B．①②③C．①④⑤D．①②③④⑤D6.美国科学家将分离得到的成熟的胡萝卜根的韧皮部细胞进行培养，由单个细胞发育成了完整的新植株。过程图解如图.(1)科学家所用的这种生物技术叫做________。依据的理论基础是植物细胞具有________性。②过程称为________，③过程称为_______。(2)通过②过程产生的愈伤组织细胞与根的韧皮部细胞在染色体数目上是否相同？________；染色体上所含的遗传物质是否相同？________；细胞中的RNA和蛋白质否相同？________。(3)在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外，还需要在培养基中加入________。同时，在培养过程中，除必需的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程必须保证________。(4)从育种的角度来看，植物组织培养与有性生殖相比，优势主要有(列举两条)____________________________。植物组织培养全能脱分化再分化相同相同不同植物激素无菌能保持母本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能培育无病毒植物.