(课标人教版)选修三 第二讲 细胞工程(克隆技术) 一 植物细胞工程

知识内容考纲要求1植物的组织培养Ⅱ2动物的细胞培养与体细胞克隆Ⅰ3细胞融合与单克隆抗体Ⅱ植物细胞工程基本技术植物细胞工程1.理论依据生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。2．全能性的高低(大小)(1)受精卵＞配子＞体细胞。(2)分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞。(3)植物细胞＞动物细胞。3．体细胞未表现全能性的原因：基因的表达具有选择性。4．体现全能性的条件：处于离体状态，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下。5．植物组织培养(1)过程：离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽―→植物体。脱分化再分化名称过程形成体特点培养基光脱分化由外植体脱分化为愈伤组织排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团生长素与细胞分裂素的比例大避光再分化由愈伤组织分化为幼苗或胚状结构有根、芽或有生根发芽的能力上述比例小需光营养生长生殖生长发育成完整的植物体由根、茎、叶、花、果实、种子组成自身产生各种激素需光(2)地位：是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。(1)离体的动物体细胞，其全能性受到限制，但其细胞核仍然保持全能性(如克隆技术培养动物个体)，然而需要卵细胞质才能体现出来，这说明细胞质中有调控核内基因表达的因素存在。(2)植物组织培养的结果据培养目标而异：①繁殖——培育成试管苗；②生产人工种子——培育至愈伤组织再分化；③生产细胞产品——培育至愈伤组织。1.(2010·荆州模拟)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，下列各项中为非必要条件的是()A.培养基需消毒灭菌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解析：在植物组织培养过程中，将离体的组织细胞置于相应的培养基中，在一定的激素刺激下，使其发生脱分化后形成愈伤组织，并在此基础上，逐渐分化成具有根、芽的植物胚状体。在脱分化形成愈伤组织时，由于植物细胞脱离了植物体，所有营养必须从培养基中获得，同时在此过程中易受到细菌的感染而死亡，因此必须对培养基进行消毒。愈伤组织再分化成根、芽的胚状体时，需给予光照刺激，以促进叶绿素的合成，为随后的光合作用提供有利条件，本题中的限定前提是细胞脱分化形成愈伤组织的过程而不是再分化过程。答案：C2.下列关于运用植物组织培养技术产生新个体的叙述错误的是()A.属于无性生殖B.主要理论依据是植物细胞具有全能性C.培养过程中由于人工培养基含大量营养，不需光照就能发育成完整植株D.人工培养基中含植物生长发育所需的全部营养物质，包括矿质元素、糖、维生素等解析：植物组织培养属于无性生殖，依据的理论基础为细胞的全能性；在培养基中含有植物细胞发育所需要的全部营养物质；组织培养的脱分化阶段不需要光，但是再分化阶段需要光。答案：C1.过程2.意义(1)克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。(2)产生新的物种。3．原理：生物膜具有一定的流动性和细胞的全能性3．(2010·江门模拟)科学家利用细胞工程培育了“白菜—甘蓝”杂种植株，如图所示，请据图回答下列问题：(1)由D形成F过程所依据的原理是______________，从本质上讲，“白菜—甘蓝”杂种植株具有的性状是_________________的结果。(2)若“白菜—甘蓝”杂种植株为四倍体，则该植株的花粉经离体培养得到的植株是________倍体。(3)“白菜—甘蓝”杂种植株的食用部分是叶，但叶又易受昆虫危害而影响产量，科学家又利用基因工程培育出带有抗虫基因的“白菜－甘蓝”植株，请你设计实验，检测此植株的抗虫基因是否表达。①取昆虫幼虫放到带有抗虫基因的“白菜—甘蓝”植株甲上，再取等量生活状态基本一致的昆虫幼虫放在_______________________________植株乙上。②适宜条件下培养一段时间后，分别观察______________________的生活情况。③若__________________，说明甲植株的抗虫基因未得到表达；若_______________，说明甲植株的抗虫基因得到表达。解析：(1)D→F的过程说明细胞具有全能性，杂种植物具有的性状是基因选择性表达的结果。(2)凡是由未受精的配子发育而成的个体都是单倍体。(3)应注意实验设计的对照原则、等量原则及单一变量原则。答案：(1)细胞的全能性基因选择性表达(2)单(3)①长势相似的普通“白菜—甘蓝”②昆虫幼虫③甲、乙植株上昆虫幼虫均正常生活甲植株上昆虫幼虫灭亡，乙植株上昆虫幼虫正常生活(②、③其他答案合理也可)下列关于植物体细胞杂交或植物细胞质遗传的叙述，错误的是()A.利用植物体细胞杂交技术可克服生殖隔离的限制，培育远缘杂种B.不同种植物原生质体融合的过程属于植物体细胞杂交过程C.两个不同品种的紫茉莉杂交，正交、反交所得F1的表现型一致D.两个不同品种的紫茉莉杂交，F1的遗传物质来自母本的多于来自父本的[解析]植物体细胞杂交包括植物原生质体融合、植物组织培养两过程。利用植物体细胞杂交技术可克服物种间生殖隔离的限制，培育远缘杂种。紫茉莉枝条颜色遗传属于细胞质遗传，故两个不同品种的紫茉莉杂交，正交、反交所得F1的表现型不一致。因受精卵的细胞质几乎全来自卵细胞，故两个不同品种的紫茉莉杂交，F1的细胞中遗传物质来自母本的多于来自父本的。[答案]C(1)表示细胞融合完成的标志是新的细胞壁的生成。植物体细胞杂交的终点是培育成杂种植株，而不是形成杂种细胞就结束。杂种植株特征：具备两种植物的遗传特征，原因是杂种植株中含有两种植物的遗传物质。(2)体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管染色体基因组还是染色体组都采用直接相加的方法。(3)该过程培育新品种的过程中，遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传定律。酶解法制备原生质体的原理是利用酶溶液对细胞壁成分的降解作用。蜗牛酶液从蜗牛(以植物为食)消化腺中提取；果胶酶、纤维素酶从微生物中提取。为了研究不同酶液的酶解效果，某实验小组取无菌烟草幼叶，切成相同大小的小片，等量放入6支试管中，试剂用量和实验结果列于下表。请回答有关问题。试管编号项目ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ蒸馏水(mL)201111缓冲液(mL)0210.50.50.5果胶酶液(mL)0000.500蜗牛酶液(mL)00000.50纤维素酶液(mL)000000.5实验结果(绿色深浅程度)－－－＋＋＋＋＋＋＋＋＋(注：“＋”越多表示绿色越深，“—”表示颜色无显著变化)(1)实验过程中，需要轻摇试管，其目的是____________________________________________________________，________________________使原生质体从叶小片中游离出来，以便观察悬浮液绿色的深浅。(2)从绿色的深浅可推测：蜗牛酶液酶解效果最好，原因是蜗牛酶液含有____________________等多种酶。该实验中________是空白对照组，其设置意义是______________________________________________________________。(3)用网筛过滤原生质体到离心管内，离心后收集沉淀物，并用________洗涤。(4)原生质体是否符合要求还需进行检验，其检验的方法是___________________________________________。[解析](1)底物与酶接触的越充分，反应速率越大，从而可提高酶解的效果。(2)细胞壁的成分为纤维素和果胶，蜗牛酶液酶解效果最好，则其必含纤维素酶和果胶酶。空白对照实验中，没有实验处理的为对照组。此实验中无酶处理的为对照组。目的是为了排除无关变量对实验的干扰。(3)离心管内的沉淀物为原生质体，为防止洗涤时被破坏，可用等渗溶液洗涤。(4)原生质体是否获得成功，即看植物细胞的细胞壁是否被去净。可以通过低渗吸涨，把获得的材料放到低渗溶液中，检测材料是否吸水涨破。[答案](1)为了使细胞壁与酶充分接触，提高酶解效果(2)果胶酶和纤维素酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ排除无关变量的干扰(3)等渗溶液(4)低渗涨破法某二倍体植物是杂合体，下图为其花药中未成熟花粉在适宜的培养基上培养产生完整植株的过程。据图回答：(1)图中①表示的是该花粉培养过程中的________过程，②表示的是________过程，X代表的是________，③表示的是________过程，④表示的是诱导________过程。(2)图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条，具体通过哪一条途径主要取决于培养基成分中________的种类及其浓度配比，最后获得的来源于未成熟花粉的完整植株都称为________植株(甲)。未成熟花粉经培养能形成完整植株，说明未成熟花粉具有________。(3)对植株甲进行________，才能使其结实产生后代(乙)，否则植株甲只有通过________的方式才能产生后代(丙)。乙、丙两种植株中，能产生可育花粉的是________植株，该植株群体中每一植株产生可育花粉的基因组成种类数为________种，该群体植株产生可育花粉的基因组成种类数为________种。花药培养在育种上的特殊意义是________，从而开辟育种新途径。[解析]由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程为植物细胞的脱分化，愈伤组织继续培养，重新分化成根或芽等器官的过程为再分化。而植物激素是植物细胞脱分化、再分化不可缺少的调节物质，且不同激素的浓度比影响再分化过程。乙植株为纯合的二倍体，所以每一株乙植株产生可育花粉的基因组成种类为1种。该群体植株有多种基因型的纯合体，所以，该群体植物产生的可育花粉的基因组成种类为多种。[答案](1)脱分化再分化胚状体分化(或发育)生根(2)激素单倍体细胞的全能性(3)染色体加倍(其他合理答案也给分)无性繁殖乙(或经过染色体加倍)一多缩短育种周期本讲实验胡萝卜的组织培养(1)取材：含形成层(分生组织)的部分易于诱导形成愈伤组织。尽管植物体其他已分化的部分也可以用于组织培养，但诱导愈伤组织的形成比较困难。(2)消毒：培养基中含有丰富的营养物质，不仅有利于培养物的生长，也利于各种杂菌的生长。一旦污染，迅速生长的各种杂菌不仅会与培养物争夺营养，而且杂菌会产生大量对培养物有害的物质，导致培养物死亡。(3)激素的使用①生长素类细胞分裂素类：诱导植物组织脱分化和根原基形成。②生长素类细胞分裂素类：诱导愈伤组织再分化和芽原基形成。③赤霉素类：促进分化的丛芽和小植株快速生长，但使用中要注意内外源激素的含量及协同作用。影响脱分化的一个重要因素是植物激素。当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈促进愈伤组织的形成，而两者不同的浓度配比在再分化过程中，分别对诱导根或芽的产生起关键作用。当细胞分裂素与生长素浓度比高时，有利于芽的发生；浓度比低时，有利于根的发生。下图所示胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下，形成试管苗的培育过程，请据图回答下列问题：(1)要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和两类植物激素。(2)此过程依据的原理是。A和B阶段主要进行的分裂方式是，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞等。(3)此过程要无菌操作，主要是指对进行灭菌消毒。B阶段需要光照，原因是。(4)试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因的结果。[解析]植物组织培养是用离体的植物组织、器官或细胞接种到经灭菌的培养基中，培养基含有供组织细胞生长发育所需要的无机物和小分子有机物，还有供调节细胞脱分化和再分化的细胞分裂素和生长素。由外植体发育到试管苗，脱分化阶段细胞进行有丝分裂，再分化阶段愈伤组织经细胞有丝分裂和分化形成试管苗，此阶段需要光照，原因是叶中叶绿素的合成需要光照条件。[答案](1)无机物生长素(2)细胞的全能性有丝分裂分化(3)培养基芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件(4)选择性表达[随堂高考]1．(2008·江苏高考)