2019-2020年高中生物 211植物細胞工程的基本技術(shù)難點剖析 新人教版選修3.doc

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2019-2020年高中生物 211植物細胞工程的基本技術(shù)難點剖析 新人教版選修3 知識巧學(xué) 一、植物組織培養(yǎng)技術(shù) 1.植物組織培養(yǎng)：在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細胞，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)其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。 要點提示 注意此處空半格與植物和低等細胞相比，高等動物體細胞的發(fā)育潛能有顯著差異。雖然在胚胎發(fā)育中，早期胚胎細胞具有發(fā)育的全能性，但隨著分化程度的提高，細胞的發(fā)育潛能也逐漸變窄，細胞的生理活動也逐漸發(fā)生了不同的變化，如細胞的分裂能力逐漸降低，直至失去分裂能力成為末端分化細胞。但是通過細胞核移植技術(shù)能使高等動物的體細胞核去分化，重新獲得較高的發(fā)育能力。 2.胡蘿卜的組織培養(yǎng)的實驗原理：植物體的根、莖、葉細胞一般都具有全能性，在一定的營養(yǎng)和激素條件下，可以脫分化形成愈傷組織。將愈傷組織轉(zhuǎn)接到含有不同激素成分的培養(yǎng)基上，就可以誘導(dǎo)其再分化生成胚狀體或叢芽，進而發(fā)育成完整的小植株。植物組織培養(yǎng)的全過程，證明了分化的植物細胞，仍具有形成完整植株所需要的全部基因。 疑點突破 （1）全能性的含義：生物體的細胞具有使后代細胞形成完整的個體的潛能。 （2）全能性的基礎(chǔ)：每個體細胞都含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個體的全部基因。 （3）全能性程度：由高到低依次是，受精卵→生殖細胞→體細胞。 （4）生物體內(nèi)的細胞沒有表現(xiàn)出全能性的原因：基因在特定的時間和空間條件下選擇表達的結(jié)果。 （5）使其表現(xiàn)全能性的條件：①離體;②營養(yǎng)物質(zhì);③激素。 知識拓展 影響脫分化的一個重要因素是植物激素。當(dāng)細胞分裂素與生長素共同使用時，能強烈促進愈傷組織的形成，而兩者不同的濃度配比在再分化過程中，分別對誘導(dǎo)根或芽的產(chǎn)生起關(guān)鍵作用。當(dāng)細胞分裂素與生長素濃度比高時，有利于芽的發(fā)生；濃度比低時，有利于根的發(fā)生。 二、植物體細胞雜交技術(shù) 1978年，梅爾切斯等人首次獲得了番茄與馬鈴薯的屬間雜種，他們將培育的二倍體馬鈴薯品系和番茄葉片細胞進行融合，所產(chǎn)生的雜交株被稱為“番茄—馬鈴薯雜種植株”。 疑點突破 馬鈴薯—番茄沒有像人們預(yù)想的那樣，地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯，主要原因是：生物基因的表達不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，所以馬鈴薯—番茄雜交植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達，雜交植株不能地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯就是很自然的了。 植物體細胞雜交就是將不同種的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新的植物體的技術(shù)。體細胞雜交是克服植物有性雜交障礙、打破物種之間的生殖隔離、擴大遺傳重組范圍的一種手段。操作過程包括：原生質(zhì)體制備、原生質(zhì)體融合、雜種細胞篩選、雜種細胞培養(yǎng)、雜種細胞再生以及雜種植株鑒定等步驟。 要點提示 要進行原生質(zhì)體間的融合，必須要借助一定的技術(shù)手段進行人工誘導(dǎo)，方法基本可以分為物理方法（包括離心、振動、電刺激等）和化學(xué)方法（一般是用聚乙二醇）兩大類。 問題探究 問題1 分化的細胞為什么具有全能性？ 探究：分化的細胞具有全能性，可以從理論上分析細胞的來源——有絲分裂，形成的子細胞核應(yīng)與受精卵的完全相同：含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個體必需的全部基因，應(yīng)該具有全能性。實際上，在體內(nèi)分化的細胞沒有表達出全能性，原因是基因的選擇性表達。但離體培養(yǎng)時，脫離母體的限制，在一定條件下就能表達。 問題2植物組織培養(yǎng)中的愈傷組織是如何形成及再分化的？ 探究:植物組織培養(yǎng)中使用的外植體一般是高度分化了的細胞，在植物體中是不會再分裂繁殖的，只是執(zhí)行某種功能直至死亡。這些細胞在培養(yǎng)基上培養(yǎng)時會由原來的分化狀態(tài)，變成分生狀態(tài)的細胞，分裂產(chǎn)生愈傷組織，這個過程稱為脫分化過程。這種轉(zhuǎn)變在細胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化上都會產(chǎn)生一系列變化。組織培養(yǎng)的研究結(jié)果表明分化細胞的脫分化需要兩個條件，即創(chuàng)傷和外源激素。 當(dāng)細胞脫分化形成愈傷細胞后，經(jīng)過一段時期的分裂，細胞群體又會產(chǎn)生分化，形成分生細胞或分生細胞團，由此再生成植株有兩條途徑：一是形成體細胞胚（功能類似于受精過程產(chǎn)生的胚），通過體細胞胚形成再生植株。二是走器官發(fā)生的途徑再生植株，分生細胞在一定的誘導(dǎo)條件下重建芽的分生組織，分化出芽后再生根，成為完整的植株。 問題3 植物體細胞雜交過程中，為什么要對獲得的雜種細胞進行篩選？應(yīng)選擇什么樣的細胞？ 探究：番茄和馬鈴薯的原生質(zhì)體融合后，將原生質(zhì)體轉(zhuǎn)移到適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基上培養(yǎng)，使原生質(zhì)體再生出細胞壁。這時，在細胞混合物中不僅有番茄—馬鈴薯雜種細胞，還有番茄細胞、馬鈴薯細胞、番茄—番茄細胞、馬鈴薯—馬鈴薯細胞。而只有番茄—馬鈴薯雜種細胞才同時具有雙親的遺傳物質(zhì)。 典題熱題 例1 要將胡蘿卜韌皮部細胞培養(yǎng)成完整植株，下列哪項是不需要的 …(　　) A.具有完整細胞核的細胞 B.離體狀態(tài) C.導(dǎo)入外源基因 D.一定的營養(yǎng)物質(zhì)和激素 解析：植物組織培養(yǎng)的原理是植物細胞的全能性，全能性必須有全套遺傳物質(zhì)，即有完整的細胞核。植物細胞只有在脫離了植物體，在一定的外部因素的作用下，經(jīng)細胞分裂形成愈傷組織，才能表現(xiàn)出全能性，由愈傷組織細胞發(fā)育、分化形成新的植物體。但該植物的組織培養(yǎng)不需導(dǎo)入外源基因。 答案：C 拓展延伸 進行細胞培養(yǎng)時，在離體的植物器官、組織或細胞脫分化增殖的過程中，離體培養(yǎng)條件應(yīng)與機體基本相同或相似；即需要消毒滅菌、適宜的溫度、pH、適宜的養(yǎng)料和激素等。 例2 下列有關(guān)植物體細胞雜交的敘述，正確的是(　　) A.植物體細胞雜交的過程實際是細胞核融合的過程 B.兩種體細胞的雜交相當(dāng)于有性雜交 C.能夠讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀 D.克服了不同生物遠緣雜交不親和的障礙 解析：植物體細胞雜交過程是原生質(zhì)體的融合（包括細胞質(zhì)的融合、細胞核的融合和細胞膜的融合），以及把雜種細胞培育成新的植物體。植物體細胞不同于生殖細胞，因此體細胞雜交不同于有性雜交，并且由于兩個物種遺傳物質(zhì)混合后的表達相互干擾，因此雜種植物不能按人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀，這一點與基因工程不同。 答案：D 例3 下列四個選項中，沒有采用植物組織培養(yǎng)技術(shù)的一項是(　　) A.花藥離體培養(yǎng)得到單倍體植株 B.秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗得到多倍體植株 C.基因工程培育的抗棉鈴蟲的棉花植株 D.細胞工程培育“番茄—馬鈴薯”雜種植株 解析：花藥離體培養(yǎng)是單倍體育種的一項基礎(chǔ)技術(shù)，其基本原理就是組織培養(yǎng)?；蚬こ膛嘤瓜x棉的過程中，把目的基因?qū)胧荏w細胞后，要誘導(dǎo)其分裂、分化，最后發(fā)育為一個植物體，必須經(jīng)過組織培養(yǎng)才能實現(xiàn)。細胞工程培育“番茄—馬鈴薯”雜種植株的過程中，對融合的雜種細胞，也必須經(jīng)過組織培養(yǎng)才能形成雜種植株。可見，組織培養(yǎng)是生物工程中的基礎(chǔ)技術(shù)手段。而利用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗得到多倍體植株，沒有利用到組織培養(yǎng)技術(shù)。 答案：B 例4 在離體的植物器官、組織或細胞脫分化形成愈傷組織的過程中，下列哪一項條件是不需要的(　　) A.消毒滅菌 B.適宜的溫度 C.適宜的養(yǎng)料和激素 D.充足的光照 解析：形成愈傷組織，需要在消毒滅菌的條件下進行，因為只有在消毒滅菌的條件下，才能保證培養(yǎng)出的組織細胞避免感染，否則培養(yǎng)基內(nèi)將長出許多霉菌，與離體細胞爭奪營養(yǎng)與生存空間，不能形成愈傷組織。由于此階段形成的是愈傷組織，并沒有形成具有根、莖、葉的植物體，因此不需要光照。 答案：D 誤區(qū)警示 對于植物組織培養(yǎng)來說，光照條件非常重要，包括光照強度、時間和波長。但在愈傷組織的誘導(dǎo)階段往往要暗培養(yǎng)，而在分化再生的過程中一定要有光照。愈傷組織誘導(dǎo)階段的暗培養(yǎng)有利于細胞的脫分化產(chǎn)生愈傷組織，如果在光照條件下，容易分化產(chǎn)生維管等組織，不利于產(chǎn)生大量的愈傷組織。 例5 植物體細胞融合完成的標(biāo)志是(　　) A.產(chǎn)生細胞壁 B.細胞質(zhì)發(fā)生融合 C.細胞核發(fā)生融合 D.細胞膜發(fā)生融合 解析：植物體細胞融合的過程既有細胞膜、細胞質(zhì)的融合，又有細胞核的融合。一般的植物細胞最外層為細胞壁，融合前應(yīng)去掉細胞壁，融合成功的標(biāo)志是再生出新的細胞壁。 答案：A