植物細(xì)胞工程

植物細(xì)胞工程學(xué)習(xí)規(guī)定具體內(nèi)容原則

學(xué)習(xí)要求

簡(jiǎn)述植物組織培養(yǎng)

①簡(jiǎn)述細(xì)胞全能性的概念含義；②簡(jiǎn)述植物組織培養(yǎng)的過(guò)程和辦法；（理解）

③簡(jiǎn)述植物體細(xì)胞雜交技術(shù)；④列舉植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用；（理解）

活動(dòng)單元一：細(xì)胞全能性【導(dǎo)學(xué)提綱】1、細(xì)胞全能性的概念？2、卵細(xì)胞、、體細(xì)胞、受精卵、動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞全能性的比較？【識(shí)記】1．生物體的全部細(xì)胞幾乎都含有該物種的全套遺傳物質(zhì)，含有發(fā)育成為完整個(gè)體所必需的_________，因此，這些細(xì)胞都含有發(fā)育成為一種新的生物個(gè)體的_____。細(xì)胞的這種特性稱(chēng)為細(xì)胞全能性。2．植物體細(xì)胞在適宜的條件下可哺育成完整的正常植株，這就是細(xì)胞_______的有力證據(jù)。3．植物組織培養(yǎng)是指根據(jù)___________原理，在無(wú)菌條件下，分離植物的器官、組織、細(xì)胞或_________(稱(chēng)為外植體)，并在培養(yǎng)基上培養(yǎng)，在適宜條件下使其長(zhǎng)成部分或完整植株的技術(shù)。4．植物組織培養(yǎng)最慣用的培養(yǎng)材料是植株的莖尖、根尖、葉片和花藥等。5．由已經(jīng)分化的植物細(xì)胞形成愈傷組織的過(guò)程，稱(chēng)為植物細(xì)胞的_________________。愈傷組織重新誘導(dǎo)分化形成根、芽等器官的過(guò)程，稱(chēng)為再分化?！纠斫狻咳苄詔otipotency有關(guān)全能性的定義基本上能夠分三種。一種是說(shuō)“已分化細(xì)胞含有重新發(fā)育為完整個(gè)體的潛能”，這種說(shuō)法將受精卵排除在外，但事實(shí)上現(xiàn)在人們達(dá)成共識(shí)認(rèn)為受精卵全能性最強(qiáng)；一種說(shuō)法是“一種細(xì)胞包含著這種生物的全部遺傳信息，在適宜的條件下能夠發(fā)育成一種完整的生物體”，這種說(shuō)法嚴(yán)格講是將花藥離體培養(yǎng)或卵細(xì)胞發(fā)育成個(gè)體排除在外了（存疑）；1984年國(guó)際組織培養(yǎng)協(xié)會(huì)作出的定義最全方面“細(xì)胞全能性為細(xì)胞的某種特性，有這種能力的細(xì)胞保存形成有機(jī)體全部細(xì)胞類(lèi)型的能力”，這個(gè)定義包含了受精卵、花藥、卵細(xì)胞的分化發(fā)育，也包含了培養(yǎng)細(xì)胞生產(chǎn)次生代謝物的狀況（如紅豆杉細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)紫杉醇）。植物細(xì)胞全能性(1)內(nèi)涵：高度分化的細(xì)胞仍含有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能。(2)因素：含有該生物的全部遺傳信息。(3)體現(xiàn)的條件：離體，必備的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等。在體內(nèi)由于基因的選擇性體現(xiàn)，而使細(xì)胞發(fā)生分化。(4)全能性體現(xiàn)由高到低依次為：受精卵>干細(xì)胞>生殖細(xì)胞>體細(xì)胞；植物細(xì)胞>動(dòng)物細(xì)胞?；顒?dòng)單元二：植物組織培養(yǎng)技術(shù)【導(dǎo)學(xué)提綱】1.植物組織培養(yǎng)的過(guò)程？2.愈傷組織的特點(diǎn)？3.脫分化，再分化的意義？4.胚狀體的應(yīng)用？【識(shí)記】1．__________在一定的培養(yǎng)條件下也可誘導(dǎo)形成胚狀體(也稱(chēng)為體細(xì)胞胚)。如果模擬植物種子的基本構(gòu)造，在胚狀體外包裹人工胚乳和人工種皮，就可制成“人工種子”。2．人工種子有許多優(yōu)點(diǎn)，如不受_____因素的制約、繁殖速度快，可在短時(shí)間內(nèi)提供大量種苗、有助于保存種系的優(yōu)良性狀等。3．植物細(xì)胞培養(yǎng)是指在實(shí)驗(yàn)室工廠化生產(chǎn)條件下，將組織培養(yǎng)過(guò)程中形成的__________或其它易分散的組織置于_____培養(yǎng)基中，進(jìn)行懸浮培養(yǎng)，得到分散游離的懸浮細(xì)胞，通過(guò)繼代培養(yǎng)使細(xì)胞增殖，從而獲得大量的__________的一種技術(shù)。4．植物細(xì)胞培養(yǎng)是在_____________的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，但與組織培養(yǎng)不同的是，細(xì)胞培養(yǎng)的目的不是使細(xì)胞形成組織乃至更多的植物體，而是通過(guò)大規(guī)模的細(xì)胞培養(yǎng)以獲得人類(lèi)所需的_________________。5．原生質(zhì)體是指去除____________后獲得的裸露的植物細(xì)胞。用于細(xì)胞工程的原生質(zhì)體重要來(lái)源于多個(gè)植物的葉片、_____等部位，另外也可從組織培養(yǎng)產(chǎn)生的__________中獲得原生質(zhì)體。6．與未去除細(xì)胞壁的植物細(xì)胞同樣，原生質(zhì)體仍然含有____________，即含有再生細(xì)胞壁、進(jìn)行持續(xù)分裂并長(zhǎng)成完整植株的能力。原生質(zhì)體在一定條件下，除了能實(shí)現(xiàn)_________外，還能攝入______、質(zhì)粒、病毒、細(xì)菌、細(xì)胞器等外源物質(zhì)，是植物細(xì)胞工程進(jìn)行遺傳操作，如基因轉(zhuǎn)移的良好材料。7．植物體細(xì)胞雜交技術(shù)是一種非常有用的遺傳育種手段，能夠克服不同種植物之間雜交的________障礙，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣物種之間的核質(zhì)組合，從而獲得新品種植株。8．植物細(xì)胞工程在育種中成功應(yīng)用的另一范例是___________與運(yùn)用。單倍體植株的特點(diǎn)是植株弱小且高度不育，但它們?cè)谟N中含有能縮短_________、獲得純系等重要意義?！纠斫狻?.在進(jìn)行植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基中總是要添加一定量的生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素，其重要目的是什么？【提示】誘導(dǎo)細(xì)胞分裂和芽、根的分化。2．含有小靈芝草之稱(chēng)的金釵石斛是一種名貴的中草藥，它含有生津益胃、潤(rùn)肺止咳之功效。金釵石斛的有效化學(xué)成分為大黃酚和β－谷甾醇。我們能否在工廠內(nèi)大量生產(chǎn)這兩種物質(zhì)呢？【提示】取金釵石斛的莖尖或根尖組織，并培養(yǎng)為愈傷組織→放入液體培養(yǎng)基中，進(jìn)行懸浮培養(yǎng)→得到游離的懸浮細(xì)胞→篩選→采用液體培養(yǎng)基在生物發(fā)生器內(nèi)，運(yùn)用發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行培養(yǎng)→獲得大量的金釵石斛細(xì)胞→從混合液中分離純化大黃酚和β—谷甾醇。植物組織培養(yǎng)過(guò)程（無(wú)性繁殖過(guò)程）1、配備固體培養(yǎng)基2、無(wú)菌操作切取某些小塊組織獲得離體的植物器官、組織或細(xì)胞3、獲得愈傷組織4、誘導(dǎo)愈傷組織分化根、芽或胚狀體再生新植株出現(xiàn)進(jìn)行植物組織培養(yǎng)的條件和過(guò)程條件：①植物細(xì)胞要處在離體狀態(tài)。②予以一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如有機(jī)物(蔗糖、維生素、植物激素等)和礦質(zhì)元素等。③無(wú)菌條件：即確保培養(yǎng)材料、培養(yǎng)基、培養(yǎng)用品完全無(wú)菌。由于一旦感染微生物，它們就會(huì)快速繁殖，爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)，并且還會(huì)產(chǎn)生毒素，使培養(yǎng)物很快中毒死亡。④適宜的環(huán)境條件，如適宜的溫度和pH等。名稱(chēng)

過(guò)程

成果

生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑

光

脫分化

由外植體脫分化為愈傷組織

形成排列疏松、高度液泡化的薄壁細(xì)胞團(tuán)

生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素

避光

再分化

由愈傷組織分化為幼苗或胚狀體

有根、芽或有生根發(fā)芽的能力

生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素

需光

營(yíng)養(yǎng)生

長(zhǎng)生殖

生長(zhǎng)

發(fā)育成完整的植物體

由根、莖、葉、花、果實(shí)、種子構(gòu)成

本身產(chǎn)生多個(gè)激素

需光

植物激素調(diào)節(jié)（1）、在生長(zhǎng)素存在的狀況下，細(xì)胞分裂素的作用呈現(xiàn)加強(qiáng)的趨勢(shì)；（2）、使用次序影響實(shí)驗(yàn)成果：使用次序

實(shí)驗(yàn)成果

先使用生長(zhǎng)素，后使用細(xì)胞分裂素

有助于細(xì)胞分裂，但細(xì)胞不分化

先使用細(xì)胞分裂素，后使用生長(zhǎng)素

細(xì)胞既分裂也分化

同時(shí)使用

分化頻率提高

（3）、激素用量的比例影響實(shí)驗(yàn)成果：生長(zhǎng)素用量不不大于細(xì)胞分裂素用量時(shí)，有助于根的分化、克制芽的形成；不大于時(shí)，有助于芽的分化，克制根的形成；量相等時(shí)，增進(jìn)愈傷組織的生長(zhǎng)?？偨Y(jié)：生長(zhǎng)素>細(xì)胞分裂素

利于根的分化

生長(zhǎng)素<細(xì)胞分裂素

利于芽的分化

生長(zhǎng)素=細(xì)胞分裂素

增進(jìn)愈傷組織形成人工種子(1)哺育過(guò)程：植物組織培養(yǎng)誘導(dǎo)體細(xì)胞胚狀體的發(fā)生→胚胎發(fā)育同時(shí)化的控制→人工種皮的包埋等。(2)構(gòu)造：(3)優(yōu)點(diǎn)：可使在自然條件下不結(jié)實(shí)或種子昂貴的植物得以繁殖；保持親本的優(yōu)良性狀；節(jié)省糧食，減少種子的使用。活動(dòng)單元三：植物體細(xì)胞雜交【導(dǎo)學(xué)提綱】1.細(xì)胞融合劑有哪些？2.去壁的辦法？3.細(xì)胞融合的原理?4.體細(xì)胞雜交的意義?【識(shí)記】植物體細(xì)胞雜交技術(shù)是指用兩個(gè)來(lái)自不同植物的體細(xì)胞融合成一種___________細(xì)胞，且把該細(xì)胞哺育成________________的技術(shù)。植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)或意義：__________________________________________________________【理解】原生質(zhì)，原生質(zhì)體，原生質(zhì)層的區(qū)別？原生質(zhì)與原生質(zhì)體幾乎沒(méi)有區(qū)別在顯微鏡還不發(fā)達(dá)的時(shí)代，人們通過(guò)顯微因此，管植物細(xì)胞內(nèi)的構(gòu)造成為原生質(zhì)或原生質(zhì)體。也就是細(xì)胞膜＋細(xì)胞質(zhì)＋細(xì)胞核。動(dòng)物細(xì)胞直接就是原生質(zhì)。在某些植物細(xì)胞工程中，常人為去掉細(xì)胞壁，這樣所獲得其它的細(xì)胞構(gòu)造也就成為原生質(zhì)體。原生質(zhì)層指成熟植物細(xì)胞的細(xì)胞膜、液泡膜和這兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì)。由于成熟植物細(xì)胞的液泡體主動(dòng)大，因此能夠把這3部分當(dāng)作一層極薄的膜，稱(chēng)為原生質(zhì)層。相稱(chēng)于滲入作用中的半透膜，起到選擇透過(guò)的作用植物體細(xì)胞雜交

植物體細(xì)胞雜交

多倍體育種

不同點(diǎn)

基本原理不同

原生質(zhì)體融合和組織培養(yǎng)

染色體數(shù)目的變異

辦法不同

原生質(zhì)體融合

秋水仙素解決萌發(fā)的種子和幼苗

染色體來(lái)源和數(shù)目不同

普通來(lái)自不同種的生物，染色體不一定是倍數(shù)關(guān)系（2N+2N）

來(lái)自同種生物，加倍的是同源染色體

同

都是通過(guò)變化細(xì)胞的染色體數(shù)目來(lái)變化遺傳物質(zhì)，從而變化生物的性狀。

4、常見(jiàn)育種方式比較辦法

原理

因素

實(shí)例

優(yōu)點(diǎn)

雜交育種

基因重組

非同源染色體上的非等位基因自由組合

抗倒伏抗銹病小麥

集中優(yōu)良性狀

誘變育種

基因突變

人工辦法使

青霉素高產(chǎn)菌株

提高變異頻率，出現(xiàn)新性狀

單倍體育種

染色體變異

秋水仙素解決單倍體使其染色體加倍

小麥新品種

縮短育種年限

多倍體育種

染色體變異

秋水仙素解決使染色體加倍

無(wú)籽西瓜

器官大，營(yíng)養(yǎng)成分含量高

細(xì)胞工程育種

染色體變異

實(shí)現(xiàn)不同種植物之間的核質(zhì)融合

白菜

克服遠(yuǎn)源雜交不親和的障礙

基因工程育種

基因重組

將不同生物的基因拼接在一起

抗蟲(chóng)棉

目的性強(qiáng)，打破物種界限

【反饋】例1.1958年美國(guó)科學(xué)家將胡蘿卜韌皮部的細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)生完整植株(以下圖)，請(qǐng)回答：(1)科學(xué)家所用的胡蘿卜韌皮部的細(xì)胞，在正常生物體內(nèi)與否能夠進(jìn)行有絲分裂？闡明因素。(2)韌皮部細(xì)胞通過(guò)________和________形成植株，形成的植株的特點(diǎn)是________________________________________________________________________。(3)此實(shí)驗(yàn)證明了高度分化的植物細(xì)胞仍有發(fā)育成完整植株的能力，即含有________，高度分化的細(xì)胞含有此特性是由于________________________________________________________________________。(4)下表為幾個(gè)組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基配方的部分成分及培養(yǎng)條件和特點(diǎn)。培養(yǎng)基作用

糖類(lèi)

大量元素

微量元素

植物激素

條件

建立愈傷組織的培養(yǎng)基

蔗糖

N、P、KCa、Mg、S等

B、Cu、Mn、Mo、Cl、Fe等

2,4-D

25℃黑暗

培養(yǎng)根尖的培養(yǎng)基

蔗糖

N、P、K、Ca、Mg、S等

B、Cu、Mn、Mo、Cl、Fe等

－

15℃黑暗

培養(yǎng)莖尖的培養(yǎng)基

蔗糖

N、P、K、Ca、Mg、S等

B、Cu、Mn、Mo、Cl、Fe等

萘乙酸

18℃持續(xù)光照

根據(jù)上表分析闡明，組織培養(yǎng)的條件和特點(diǎn)是：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)試簡(jiǎn)要闡明組織培養(yǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)以及這一技術(shù)在實(shí)踐中的具體應(yīng)用。1.植物組織培養(yǎng)根據(jù)的原理、培養(yǎng)過(guò)程的次序及誘導(dǎo)的植物激素分別是()①細(xì)胞的全能性②離體植物器官、組織或細(xì)胞③根，芽④生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素⑤生長(zhǎng)素和乙烯⑥愈傷組織⑦再分化⑧脫分化⑨植物體A．①、②⑧⑥⑦③⑨和④B．①、②⑦⑥⑧③⑨和⑤C．①、⑥②⑨⑧③⑦和⑤D．①、②⑨⑧⑥⑦③和④例2.醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)紫杉醇能有效治療某些癌癥。獲得紫杉醇的傳統(tǒng)辦法是從紅豆杉屬植物的樹(shù)皮中提取，但產(chǎn)量有限，也不利于瀕危植物紅豆杉的保護(hù)。研究發(fā)現(xiàn)，紅豆杉的其它組織細(xì)胞也能生產(chǎn)紫杉醇，有人嘗試用植物細(xì)胞工程技術(shù)生產(chǎn)。下圖為三種紅豆杉細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中細(xì)胞數(shù)量、紫杉醇產(chǎn)量與培養(yǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)圖。請(qǐng)回答：(1)據(jù)圖分析，獲得高產(chǎn)紫杉醇應(yīng)選________紅豆杉為原料，培養(yǎng)后期紫杉醇產(chǎn)量出現(xiàn)下降的因素涉及________________________________________________________________________等。(2)將紅豆杉細(xì)胞經(jīng)組織培養(yǎng)形成________方可接種到培養(yǎng)基中。(3)運(yùn)用組織培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)與傳統(tǒng)辦法提取紫杉醇相比，前者含有________(最少答出兩點(diǎn))優(yōu)點(diǎn)。2.對(duì)細(xì)胞全能性的表述對(duì)的的是A、非離體植物細(xì)胞能夠體現(xiàn)出全能性B、動(dòng)物細(xì)胞融合標(biāo)志著動(dòng)物細(xì)胞全能性的實(shí)現(xiàn)C、單克隆抗體的制備原理根據(jù)是細(xì)胞的全能性D、花粉哺育成單倍體是細(xì)胞全能性的體現(xiàn)3.植物細(xì)胞體現(xiàn)出全能性的必要條件是A．予以適宜的營(yíng)養(yǎng)和外界條件B．脫離母體后，予以適宜的營(yíng)養(yǎng)和外界條件C．導(dǎo)入其它植物細(xì)胞的基因D．將成熟篩管的細(xì)胞核移植到去核的卵細(xì)胞內(nèi)4.在生物體的全部細(xì)胞中，全能性最高的是A．卵細(xì)胞B植物花粉C．體細(xì)胞D.受精卵5.在生物體內(nèi)，細(xì)胞沒(méi)有體現(xiàn)出全能性，而是分化為不同的組織、器官，是由于：A.細(xì)胞喪失了全能性B.基因的體現(xiàn)有選擇性C.不同的細(xì)胞內(nèi)基因不完全相似D.在個(gè)體發(fā)育的不同時(shí)期，細(xì)胞內(nèi)的基因發(fā)生了變化6.植物組織培養(yǎng)根據(jù)的原理、培養(yǎng)過(guò)程的次序及誘導(dǎo)的植物激素分別是①細(xì)胞的全能性②離體植物器官，組織或細(xì)胞③根，芽④生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素⑤生長(zhǎng)素和乙烯⑥愈傷組織⑦再分化⑧脫分化⑨植物體A．①②⑧⑥⑦③⑨和④B．①②⑦⑥⑧③⑨和⑤C．①⑥②⑨⑧③⑦和⑤D．①②⑨⑧⑥⑦③和④7.植物組織培養(yǎng)能夠形成愈傷組織，下列有關(guān)愈傷組織的敘述錯(cuò)誤的是A．愈傷組織是離體細(xì)胞通過(guò)脫分化形成的B.形成愈傷組織的培養(yǎng)基不需含有機(jī)分子C．愈傷組織能夠形成含有生根能力的胚狀構(gòu)造D．愈傷組織細(xì)胞的線粒體和核糖體可能發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)8.能刺激愈傷組織形成的誘導(dǎo)劑是A．細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素B、赤霉素C．生長(zhǎng)素和赤霉素