高中生物 新人教版 選擇性必修3 植物細(xì)胞工程的基本技術(shù) 教案

第1課時植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)

新課標(biāo)核心素養(yǎng)

1.科學(xué)探究：結(jié)合具體實驗，與同學(xué)交流討論，

1.簡述植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交技術(shù)。嘗試設(shè)計植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程簡圖。

2.理解植物組織培養(yǎng)的原理和過程、植物體細(xì)2.社會責(zé)任：結(jié)合“菊花的組織培養(yǎng)”實驗，

胞雜交的原理。了解組織培養(yǎng)技術(shù)已取得的進(jìn)展和尚未解決

3.嘗試進(jìn)行菊花的組織培養(yǎng)。的問題，認(rèn)同科學(xué)是一個不斷發(fā)展的過程，

激發(fā)學(xué)生探索科學(xué)奧秘的興趣。

知識點(diǎn)(一)植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)

「課前」自主學(xué)習(xí)

1.細(xì)胞工程的含義

項目內(nèi)容

原理、方法細(xì)胞生物學(xué)、分壬生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)的原理和方法

操作水平細(xì)胞器水平、細(xì)胞水平或組織水平

目的有目的地獲得特定的細(xì)胞、組織、器官、個體或其產(chǎn)品

分類植物細(xì)胞工程和動物細(xì)胞工程

2.細(xì)胞的全能性

(1)概念：細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細(xì)胞的潛

能，即細(xì)胞具有全能性。

(2)特點(diǎn)：在生物的生長發(fā)育過程中，并不是所有的細(xì)胞都能表現(xiàn)出全能拄。

(3)影響全能性表達(dá)的原因：在特定的時間和空間條件下，細(xì)胞中的基因會選擇性地表

達(dá)。

【正誤判斷】

(1)細(xì)胞工程是通過分子水平上的操作，按照人的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得

細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)(義)

(2)在理論上，具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細(xì)胞都具有發(fā)育成完整生物體的

潛力(J)

(3)細(xì)胞在生物體內(nèi)沒有表現(xiàn)出全能性的原因是在特定的時間和空間條件下，細(xì)胞內(nèi)的

基因會選擇性地表達(dá)(J)

課堂/互動探究年A

L（生命觀念）為什么理論上每種植物的活細(xì)胞都具有全能性？

提示：正常的植物細(xì)胞具有該生物生長、發(fā)育和繁殖所需的全套的遺傳物質(zhì)。

2.（生命觀念）是否所有的活細(xì)胞都具有全能性？試舉例說明。

提示：不是。例如，哺乳動物成熟的紅細(xì)胞無細(xì)胞核，不具有全能性。

3.（科學(xué)思維）細(xì)胞全能性大小與細(xì)胞分化程度有什么關(guān)系？

提示：一般情況下，細(xì)胞分化程度越高，細(xì)胞的全能性越低。

4.（科學(xué)思維）植物細(xì)胞全能性表達(dá)的條件有哪些？

提示：①離體；②提供營養(yǎng)物質(zhì)（有機(jī)物、無機(jī)物）；③提供激素（生長素、細(xì)胞分裂素

等）；④提供其他適宜條件（溫度、無菌等）。

【針對訓(xùn)練】

1.在植物體內(nèi)，莖的頂端分生組織的細(xì)胞具有細(xì)胞周期，但不能表現(xiàn)出全能性，是因

為（）

A.細(xì)胞核失去了全能性

B.不同細(xì)胞中的基因是不同的

C.細(xì)胞中基因的表達(dá)有選擇性

D.細(xì)胞核中的基因發(fā)生了不同的變異

解析：選C莖頂端分生組織的細(xì)胞，其細(xì)胞核沒有失去全能性，A錯誤；同一個體

的所有體細(xì)胞都是由同一個受精卵經(jīng)有絲分裂形成的，都具有相同的遺傳物質(zhì)，B、D錯誤;

由于細(xì)胞中基因的選擇性表達(dá)，使得莖頂端分生組織的細(xì)胞具有細(xì)胞周期，但不能表現(xiàn)出

全能性，C正確。

2.下列有關(guān)細(xì)胞全能性的敘述，不正確的是（）

A.受精卵在自然條件下能使后代細(xì)胞形成完整個體，因此全能性最高

B.生物體內(nèi)的體細(xì)胞由于細(xì)胞分化，全能性不能表達(dá)

C.卵細(xì)胞與受精卵一樣，細(xì)胞未分化，全能性最高

D.植物細(xì)胞在一定條件下離體培養(yǎng)能表現(xiàn)出全能性

解析：選C受精卵是未分化的細(xì)胞，在自然條件下能形成完整個體，全能性最高，A

正確；生物體內(nèi)的體細(xì)胞由于細(xì)胞分化，基因選擇性表達(dá)程度高，因此全能性不能表達(dá)，B

正確；卵細(xì)胞屬于已分化的細(xì)胞，卵細(xì)胞的全能性相較于受精卵低，兩者全能性不同，C

錯誤；植物細(xì)胞在離體狀態(tài)及適宜的條件下培養(yǎng)能夠形成完整的植株個體，具有全能性，D

正確。

［歸納提升］

1.細(xì)胞全能性

(1)實現(xiàn)細(xì)胞全能性的標(biāo)志：①發(fā)育成完整個體而不是形成某種組織或者器官。②能夠

分化形成各種細(xì)胞。

(2)體內(nèi)細(xì)胞未表現(xiàn)全能性的原因：基因在特定的時間和空間條件下選擇性表達(dá)。

2.細(xì)胞全能性大小的比較

(1)植物細(xì)胞＞動物細(xì)胞(通常只能體現(xiàn)細(xì)胞核的全能性)。

(2)受精卵＞生殖細(xì)胞(精子、卵細(xì)胞)〉體細(xì)胞。

(3)體細(xì)胞：分化程度低的＞分化程度高的；細(xì)胞分裂能力強(qiáng)的〉細(xì)胞分裂能力弱的；幼

嫩的細(xì)胞〉衰老的細(xì)胞。

(4)隨著細(xì)胞分化程度的不斷提高，細(xì)胞的全能性逐漸降低。

知識點(diǎn)(二)植物組織培養(yǎng)技術(shù)

課刖自主學(xué)習(xí)

1.植物組織培養(yǎng)：是指將離休的植物器官、組織或細(xì)胞等，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基

上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其形成完整植株的技術(shù)。

2.理論基礎(chǔ)：植物細(xì)胞的全能性。

3.過程

接種外植體殷絲愈傷組織迎根、芽等工植株。

(1)脫分化：已經(jīng)分化的細(xì)胞可以經(jīng)過脫分化，即失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能,轉(zhuǎn)變成未

分化的細(xì)胞，進(jìn)而形成不定形的薄壁組織團(tuán)塊。

(2)再分化：愈傷組織能重新分化成整泥等器官，該過程稱為再分化。

4.菊花的組織培養(yǎng)

⑴滅菌

①用酒精擦拭雙手和超凈工作臺臺面。

②將流水充分沖洗后的處植體(幼嫩的莖段)用酒糖消毒30s,然后立即用無菌水清洗

2?3次；再用次氨酸鈉溶液處理30min后，立即用無菌水清洗2?3次。

(2)取材：用解剖刀將消過毒的外植體切成0.5-1cm長的小段。

(3)接種：在酒精燈火焰旁，將外植體的坨￡蛇插入誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基中。

⑷培養(yǎng)：①將接種了外植體的錐形瓶或植物組織培養(yǎng)瓶置于18?22℃的培養(yǎng)箱中培

養(yǎng)。

②將生長良好的愈傷組織轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生芽的培養(yǎng)基上。長出芽后，再將其轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)

生根的培養(yǎng)基上,進(jìn)一步誘導(dǎo)形成試管苗。

(5)移栽：將幼苗移植到消過毒的蛭石或珍珠巖等環(huán)境中，待其長壯后再移栽入土。

【正誤判斷】

⑴植物激素中生長素和赤霉素是啟動細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵激素(X)

（2）實驗中除外植體不需要滅菌外，使用的培養(yǎng)基和所有的器械都要滅菌（X）

（3）接種操作必須在酒精燈火焰旁進(jìn)行，并且每次使用后的器械都要滅菌（J）

（4）移栽前先打開封口膜或瓶蓋，讓試管苗在培養(yǎng)箱內(nèi)生長幾日（J）

課堂互動探究靖畿a

L（生命觀念）觀察菊花植物組織培養(yǎng)流程圖，探究以下問題:

試

外

管

植愈傷

苗

體組織

選用菊花的外植體時，一般選用形成層細(xì)胞或組織塊，其原因是什么？

提示：形成層細(xì)胞由于分裂旺盛，全能性高，容易誘導(dǎo)形成愈傷組織，其他部分如葉、

花全能性低，不易培養(yǎng)成小植株。

2.（科學(xué)思維）植物組織培養(yǎng)所用的培養(yǎng)基中，在脫分化和再分化中起關(guān)鍵作用的激素

是什么？

提示：細(xì)胞分裂素和生長素。

3.（科學(xué)思維）為什么說從繁殖方式上看，植物組織培養(yǎng)的繁殖方式是無性繁殖？

提示：植物組織培養(yǎng)是在細(xì)胞有絲分裂和細(xì)胞分化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，此過程并沒有生

殖細(xì)胞的產(chǎn)生，所以是無性繁殖。

【針對訓(xùn)練】

1.植物組織培養(yǎng)依據(jù)的原理、培養(yǎng)過程的順序及誘導(dǎo)的植物激素分別是（）

①細(xì)胞全能性②離體植物器官、組織或細(xì)胞

③根、芽④生長素和細(xì)胞分裂素⑤生長素和乙烯

⑥愈傷組織⑦再分化⑧脫分化⑨植物體

A.①、②⑧⑥⑦③⑨、④

B.①、②⑦⑥⑧③⑨、⑤

C.①、⑥②⑨⑧③⑦、⑤

D.①、②⑨⑧⑥⑦③、④

解析：選A植物組織培養(yǎng)技術(shù)依據(jù)的原理是植物細(xì)胞的全能性，即①；植物組織培

養(yǎng)的過程是將離體的植物器官、組織或細(xì)胞經(jīng)脫分化過程形成愈傷組織，再經(jīng)再分化過程

形成根、芽，最終發(fā)育成完整植物體，即②⑧⑥⑦③⑨；決定植物脫分化和再分化的關(guān)鍵

因素是生長素和細(xì)胞分裂素的比例，即④，故A正確。

2.下面是植物組織培養(yǎng)過程示意圖，相關(guān)說法不正確的是（）

外植體2愈傷組織士生芽上生根且移栽成活

A.上述植物組織培養(yǎng)的過程依據(jù)的生物學(xué)原理是植物細(xì)胞具有全能性

B.外植體若是菊花某段組織，則在配制③過程固體培養(yǎng)基時，添加的生長素/細(xì)胞分

裂素的值應(yīng)偏高

C.外植體若是月季的花藥，則圖中的①過程不需要光照

D.外植體若是菊花的根尖組織，因細(xì)胞中沒有葉綠體，故培養(yǎng)成的新植株葉片無色

解析：選D植物組織培養(yǎng)的原理是植物細(xì)胞具有全能性，A正確；菊花某段組織培

養(yǎng)時，生長素/細(xì)胞分裂素的值偏高時，促進(jìn)根的分化，B正確；①過程是脫分化過程，月

季花藥的脫分化過程不需要光照，幼小植株形成后才需要光照，C正確；菊花根尖組織中

含有控制葉綠體形成的基因，在培養(yǎng)過程中，基因的選擇性表達(dá)會使培養(yǎng)成的新植株葉片

呈綠色，D錯誤。

［歸納提升］

生長素和細(xì)胞分裂素的使用順序及用量的比例對實驗結(jié)果的影響

⑴使用順序不同，結(jié)果不同

使用順序?qū)嶒灲Y(jié)果

先使用生長素，后使用細(xì)胞分裂素有利于細(xì)胞分裂，但細(xì)胞不分化

先使用細(xì)胞分裂素，后使用生長素細(xì)胞既分裂又分化

同時使用分化頻率提高

以上關(guān)系可簡記為：先“生”，分裂不分化；后“生”，分裂又分化；同“使分化頻率高”

⑵用量的比例不同，結(jié)果也不同

生長素/細(xì)胞分裂素的值作用效果

比值高時促進(jìn)根的分化、抑制芽的形成

比值低時促進(jìn)芽的分化、抑制根的形成

比值適中促進(jìn)愈傷組織的形成

以上關(guān)系可簡記為：”高根低芽中愈傷”

知識點(diǎn)（三）植物體細(xì)胞雜交技術(shù)

課刖自主學(xué)習(xí)

1.過程

(1)去壁：用纖維素酶和果膠酶去除植物細(xì)胞壁,獲得原生質(zhì)體。

⑵誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法

①物理法：電融合法、離心法等。

②化學(xué)法:聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca>—高pH融合法等。

2.概念

植物體細(xì)胞雜交是指將丕同來源的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把

雜種細(xì)胞培育成就植物體的技術(shù)。

3.意義

植物體細(xì)胞雜交技術(shù)在打破生殖隔離，實現(xiàn)遠(yuǎn)箜雜交育種，培育植物新品種等方面展

示出獨(dú)特的優(yōu)勢。

【正誤判斷】

(1)在進(jìn)行體細(xì)胞雜交之前，必須先利用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁，獲得原生質(zhì)體

(V)

(2)原生質(zhì)體融合時常用的化學(xué)法包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法

等(J)

(3)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的最終目的是得到雜種細(xì)胞(X)

課堂」互動探究墻畿A

1.(生命觀念)植物體細(xì)胞雜交實現(xiàn)的基礎(chǔ)和植物組織培養(yǎng)的基礎(chǔ)分別是什么？

提示：細(xì)胞膜的流動性。植物細(xì)胞的全能性。

2.(科學(xué)思維)要想讓A和B兩個來自不同植物的體細(xì)胞融合在一起，遇到的第一個障

礙是什么？如何處理？

提示：都具有細(xì)胞壁，阻礙融合。利用纖維素酶和果膠酶處理去掉A、B的細(xì)胞壁(酶

解法)。

3.(生命觀念)將兩個不同種的植物細(xì)胞A和B去除細(xì)胞壁后，經(jīng)一定的方法促融，若

只考慮兩兩融合，可以形成幾種融合細(xì)胞？符合要求的雜種細(xì)胞是哪種？

提示：3種(AA、BB、AB)?AB。

4.（科學(xué)思維）細(xì)胞融合完成的標(biāo)志和植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志分別是什么？

提示：雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁。培育出雜種植株。

5.（生命觀念）二倍體番茄和二倍體馬鈴薯細(xì)胞雜交得到的“番茄一馬鈴薯”有多少個

染色體組，是幾倍體？

提示：四。四。

6.（生命觀念）植物體細(xì)胞雜交產(chǎn)生新個體屬于哪種生殖方式？

提示：無性生殖。

7.（科學(xué)思維）從結(jié)果上看雜種植株在遺傳上有什么特點(diǎn)？從雜種植株的染色體組成上

看屬于哪種變異類型？

提示：遺傳物質(zhì)來自兩個親本，具有雙親的遺傳性狀。染色體數(shù)目變異。

8.（科學(xué)思維）從新品種培育的角度分析，植物體細(xì)胞雜交技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是什么？

提示：打破生殖隔離，使不同種植物雜交成為可能。

【針對訓(xùn)練】

1.甲、乙是染色體數(shù)目相同的兩種二倍體藥用植物，甲含有效成分A,乙含有效成分

Bo某研究小組擬培育同時含有A和B的新型藥用植物。下列敘述錯誤的是（）

A.為了培育該新型藥用植物，取甲和乙的葉片，先用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁

B.用化學(xué)誘導(dǎo)劑PEG或高Ca2+—高pH誘導(dǎo)二者融合

C.形成的融合細(xì)胞進(jìn)一步培養(yǎng)形成愈傷組織，之后形成整個植株，這一過程中進(jìn)行了

植物組織培養(yǎng)

D.上述雜種植株屬于二倍體

解析：選D植物細(xì)胞壁的主要成分是纖維素和果膠，根據(jù)酶的專一性原理，利用纖

維素酶和果膠酶可以除去植物細(xì)胞壁，獲得具有活力的原生質(zhì)體，A正確；誘導(dǎo)原生質(zhì)體

融合可用化學(xué)誘導(dǎo)劑PEG或高Ca2+—高pH等，B正確；形成的融合細(xì)胞經(jīng)植物組織培養(yǎng)，

脫分化形成愈傷組織，之后形成植株，C正確；甲、乙都是二倍體，體細(xì)胞雜交得到的是

四倍體，D錯誤。

2.下圖為番茄（2N=24）和馬鈴薯（4N=48）體細(xì)胞雜交示意圖，①?⑤表示過程，A?F

表示結(jié)構(gòu)。下列相關(guān)說法正確的是（）

A.A和B均為原生質(zhì)層，②過程可采用電融合法、離心法誘導(dǎo)二者融合

B.③為再生細(xì)胞壁，C的形成是原生質(zhì)體誘導(dǎo)融合成功的標(biāo)志

C.④過程通常需要避光培養(yǎng)，E需培養(yǎng)在密閉無氧的容器中

D.圖中雜種植株理論上為可育的六倍體，每個染色體組中染色體數(shù)相同

解析：選D①過程表示用纖維素酶和果膠酶去除植物細(xì)胞壁，因此得到的A和B均

為原生質(zhì)體，②過程為誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合，可采用電融合法等物理方法誘導(dǎo)二者融合，A

錯誤；③為再生細(xì)胞壁，D為雜種細(xì)胞，融合的原生質(zhì)體再生出細(xì)胞壁標(biāo)志著誘導(dǎo)融合成

功，B錯誤；④過程為脫分化，通常需要避光培養(yǎng)，E為愈傷組織，需培養(yǎng)在無菌的容器中，

而不是無氧的容器中，C錯誤；番茄(2N=24)為二倍體，每個染色體組含有12條染色體，

馬鈴薯(4N=48)為四倍體，每個染色體組也含有12條染色體，因此經(jīng)細(xì)胞融合后形成的雜

種植株理論上為可育的六倍體(2N+4N=72),每個染色體組中染色體數(shù)相同，均為12條，

D正確。

［歸納提升］

植物組織培養(yǎng)與植物體細(xì)胞雜交的比較

項目植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交

原理植物細(xì)胞的全能性細(xì)胞膜的流動性和植物細(xì)胞的全能性

離體的植物器官、組織或細(xì)胞

植物細(xì)胞A

，脫分化|去壁

原生

愈傷組織質(zhì)在Ay二融合的原

原生/卷率生質(zhì)體AB

過程、，再分化質(zhì)體B1再生壁

t去壁”

植%.雜種細(xì)胞AB

芽或根

細(xì)胞B|脫分化

,，發(fā)育雜種植株志愈傷組織

植物體

①取材：選取根尖、莖尖、形成層

等容易誘導(dǎo)形成愈傷組織的部位；①去除細(xì)胞壁的方法：酶解法(所用的

②光照：在愈傷組織的誘導(dǎo)階段往酶是纖維素酶和果膠酶)；②人工誘導(dǎo)

注意事項往要避光培養(yǎng)(有利于細(xì)胞的脫分原生質(zhì)體融合的方法:a.物理法離

化產(chǎn)生愈傷組織)。當(dāng)愈傷組織分心法、電融合法；b.化學(xué)法——聚乙

化出芽和葉時，一定要有光照(有二醇融合法或高Ca2+—高pH融合法

利于葉片內(nèi)葉綠素的合成)

［學(xué)習(xí)小結(jié)］

植

物

八

概念

工程

細(xì)細(xì)胞

暮W

性「

全能

胞細(xì)胞

工

原因

性的

全能

表現(xiàn)

胞不

芮細(xì)

程I一體

的

基

礎(chǔ)

髓基

技術(shù)F

培養(yǎng)

組織

本植物

1

技-過程

術(shù)

詰方

術(shù)「

交技

胞雜

體細(xì)

植物

一意義

檢測,

、課堂

）

（

程是

學(xué)過

生物

性的

全能

細(xì)胞

現(xiàn)體

能體

分化且

了細(xì)胞

列發(fā)生

i.下

尾部

出新的

后再生

蜴斷尾

A.蜥

株

成新植

養(yǎng)發(fā)育

組織培

細(xì)胞經(jīng)

韌皮部

蘿卜根

B.胡

血細(xì)胞

成各種

細(xì)胞形

造血干

鼠骨髓

C.小

株

倍體植

育成單

培養(yǎng)發(fā)

經(jīng)離體

麥花粉

D.小

胞的

體現(xiàn)細(xì)

但沒有

化，

胞分

了細(xì)

發(fā)生

程中

的過

尾部

出新

再生

尾后

蜴斷

蜥

選B

解析：

,

胞分化

生了細(xì)

程中發(fā)