高中生物 探究導學課型 專題2 細胞工程 2.1.1 植物細胞工程的基本技術同課異構課件 新人教版選修3.ppt

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專題2 細胞工程 2.1 植物細胞工程 2.1.1 植物細胞工程的基本技術,探究1 細胞工程和細胞的全能性 【研讀教材·自主認知】 1.細胞工程的概念和分類: (1)概念:,細胞生物學,細胞水平,遺傳物質,獲得細胞產品,(2)分類。 ①依據:_________的不同。 ②類型:___________________________。,操作對象,植物細胞工程和動物細胞工程,2.植物細胞的全能性: (1)含義:具有某種生物_____________的任何一個細胞,都具有發(fā)育 成___________的潛能。 (2)表達時兩個重要的過程。 ①脫分化:讓已經分化的細胞,經過誘導后,失去其特有的___________ 而轉變成未分化細胞的過程。 ②再分化:脫分化產生的_________在一定的培養(yǎng)條件下,再分化出___ _______,形成完整的小植株。,全部遺傳信息,完整生物體,結構和功能,愈傷組織,幼,根和芽,【小判斷】 (1)細胞工程是通過分子水平上的操作,按照人們的意愿來改變細胞內 的遺傳物質或獲得細胞產品的一門綜合性科學技術。 ( ) 【分析】細胞工程是在細胞水平或細胞器水平上改變細胞內的遺傳物 質或獲得細胞產品的一門技術。,×,(2)并不是每個細胞都具有全能性。 ( ) 【分析】細胞具有全能性的原因是細胞核中含有該生物生長發(fā)育繁殖所需的全部遺傳信息,如果細胞中沒有細胞核就不具有全能性,如哺乳動物成熟的紅細胞。 (3)隨著細胞的生長,細胞的全能性越來越強。 ( ) 【分析】隨著細胞的生長,細胞分裂能力變弱,分化程度變高,全能性越來越弱。,√,×,(4)從操作水平上看,基因工程和細胞工程是同一水平。 ( ) 【分析】基因工程是在分子水平上的操作,細胞工程是在細胞水平上的操作。,×,【合作探究·核心歸納】 1.細胞全能性的基礎: (1)理論上每種植物的活細胞都具有全能性,其原因是什么? 提示:正常的植物細胞具有該生物生長發(fā)育和繁殖所需的全套的遺傳物質。 (2)花粉是減數(shù)分裂產生的,染色體數(shù)比正常體細胞減少了一半,則花粉是否還具有全能性?為什么? 提示:具有。因為體細胞中染色體是成對的,花粉中染色體數(shù)目減半,但含有完整的染色體組,具有控制生物體性狀的全部基因。,(3)是否所有的活細胞都具有全能性呢?試舉例說明。 提示:不是。例如,哺乳動物成熟的紅細胞無細胞核,不具有全能性。,2.細胞全能性的大小: (1)不同體細胞表達全能性的難易程度相同嗎?哪種體細胞的全能性更容易體現(xiàn)? 提示:不相同。分化程度低的細胞全能性更容易體現(xiàn)。 (2)受精卵和體細胞相比,哪種細胞的全能性更容易體現(xiàn)?為什么? 提示:受精卵的全能性更容易體現(xiàn)。因為受精卵可以在自然情況下直接發(fā)育成新個體。,3.細胞全能性的判斷: 探究下列實例是否體現(xiàn)出細胞的全能性。 (1)植物的花藥經培養(yǎng)獲得植株。 判斷:___。(“是”或“否”) 理由:____________________________________________________。 (2)利用某植物細胞培育出愈傷組織獲得大量細胞產物。 判斷:___。(“是”或“否”) 理由:______________________________________________________ ____________________________________。,是,花藥離體培養(yǎng)得到了單倍體植株,體現(xiàn)了花藥細胞的全能性,發(fā)育成完整生物個體才體現(xiàn)細胞的全能性,發(fā)育成某種組織或,器官,如形成愈傷組織未體現(xiàn)細胞全能性,否,(3)種子發(fā)育成了完整的植株。 判斷:___。(“是”或“否”) 理由:_______________________________________________________ _________________________________。,否,種子的胚已經完成了早期的發(fā)育,相當于新植物體的幼體,發(fā)育,成完整植株的過程相當于植物的長大,【歸納總結】細胞全能性大小的分析 (1)體細胞全能性與細胞分化程度:分化程度低的分化程度高的。 (2)體細胞全能性與細胞分裂能力:分裂能力強的分裂能力弱的。 (3)不同類型細胞的全能性:受精卵生殖細胞體細胞。 (4)不同生物細胞的全能性:植物細胞動物細胞。,【過關小練·即時應用】 1.下列有關細胞全能性的敘述,正確的是 ( ) A.植物體只有體細胞才具有發(fā)育成完整個體所必需的全套基因 B.高度分化的植物細胞只有處于離體狀態(tài)時才有可能表現(xiàn)出全能性 C.植物體內某些體細胞沒有表現(xiàn)出全能性,其原因是所含基因不同 D.紫色糯性玉米種子培育成植株,這反映植物種子具有全能性 【解題指南】解答本題的關鍵:(1)全能性與全能性表達是兩個不同的概念;(2)種子發(fā)育成個體,是正常生命歷程,不屬于細胞全能性的范疇。,【解析】選B。細胞具有全能性的原因是細胞具有發(fā)育成完整個體所必需的全套基因,而配子也具有這樣的全套基因,同樣具有全能性,A項錯誤;植物體內細胞沒有表現(xiàn)出全能性,這是細胞內基因在特定時間和空間條件下選擇性表達的結果,C項錯誤;種子發(fā)育成植株是正常生命歷程,未體現(xiàn)全能性,D項錯誤。細胞全能性的表達前提是離體培養(yǎng),B項正確。,2.用高度分化的植物細胞、組織或器官進行組織培養(yǎng)可以形成愈傷組織,則關于該愈傷組織的說法錯誤的是 ( ) A.是細胞經過脫分化形成的 B.細胞沒有全能性 C.由排列疏松的薄壁細胞組成 D.可以形成具有生根發(fā)芽能力的胚狀結構 【解題指南】解答本題時注意以下兩個方面: (1)愈傷組織是由已分化的細胞經過誘導形成的。 (2)愈傷組織是未分化的細胞。,【解析】選B。愈傷組織是經脫分化形成的高度液泡化、無定形狀態(tài)的薄壁細胞,具有全能性,可以再分化為根、芽,進而形成新植株。,3.從細胞全能性角度看 ( ) A.分化程度高,具有較高的全能性 B.分化程度低,具有較低的全能性 C.分化程度低,具有較高的全能性 D.細胞分化程度與全能性高低無關 【解題指南】解答本題的關鍵是理解細胞分化程度和細胞全能性的關系。 【解析】選C。細胞分化程度越低,它所具有的發(fā)育成為一個新的生物個體的潛能越大,即細胞全能性越高。,【補償訓練】 1.以下不能說明細胞全能性的實驗是 ( ) A.人工種子的獲得 B.胡蘿卜韌皮部細胞培育出植株 C.抗蟲棉的培育 D.番茄與馬鈴薯體細胞雜交后培育出植株,【解析】選A。細胞的全能性指的是植物的體細胞經過組織培養(yǎng)形成新的植株的過程,而人工種子的獲得,沒有長成新的植株,所以不能體現(xiàn)細胞的全能性,故A項符合題意,B、C、D項都是由細胞經過培養(yǎng)形成了完整的植株,故不符合題意。,2.植物細胞表現(xiàn)出全能性的必要條件是 ( ) A.給予適宜的營養(yǎng)和外界條件 B.導入其他植物細胞的基因 C.脫離母體后,給予適宜的營養(yǎng)和外界條件 D.將成熟篩管的細胞核移植到去核的卵細胞內 【解題指南】解答本題的關鍵有兩點: (1)準確把握細胞全能性的概念。 (2)認識到離體是表達全能性的必要條件,其他都是在此基礎之上的。,【解析】選C。植物細胞全能性是指具有細胞核的高度分化的植物細胞,在離開母體后,在適宜的營養(yǎng)和外界條件下,細胞首先發(fā)生脫分化,然后恢復細胞分裂形成愈傷組織,再在一定的誘導因素作用下發(fā)生分化,最后形成具有根、莖、葉的完整植株。高度分化的植物細胞的全能性只有在離開母體后才能表現(xiàn)出來。成熟篩管細胞無細胞核,D項錯誤。B項中,導入其他植物細胞的基因屬于基因工程,與細胞的全能性沒有必然的聯(lián)系。,3.在一個生物體內,細胞沒有表現(xiàn)出全能性,是因為 ( ) A.細胞失去了全能性 B.不同的細胞基因是不同的 C.不同細胞的基因,表達是不同的 D.不同細胞的基因,變異是不同的 【解析】選C。細胞在生物體內沒有表現(xiàn)出全能性,是細胞分化后細胞中基因選擇性表達的結果。,探究2 植物組織培養(yǎng)技術 【研讀教材·自主認知】 1.理論基礎:植物細胞具有_______。 2.實驗:胡蘿卜的組織培養(yǎng)。 (1)原理:,全能性,離體的植物,根、莖、葉細胞,脫分化,愈傷組織,再分化,(2)過程:,形成層,愈傷組織,愈傷組織,避光,分化培養(yǎng)基,【小判斷】 (1)植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基中添加蔗糖的目的是提供營養(yǎng)和調節(jié)滲透 壓。 ( ) 【分析】植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基中添加蔗糖的目的有兩個:一是提供 營養(yǎng),二是調節(jié)滲透壓。 (2)胡蘿卜的組織培養(yǎng)只能選擇韌皮部部分,其他部分如莖、葉則不能 用于組織培養(yǎng)。 ( ) 【分析】植物細胞都具有全能性,每一個細胞都有發(fā)育成一個植物體 的潛能。,√,×,(3)同一植物的不同體細胞經植物組織培養(yǎng)產生的植株基因型不同。 ( ) 【分析】同一植物的不同體細胞所含的基因是相同的,故其發(fā)育成的 不同植株的基因型也是相同的。,×,【合作探究·核心歸納】 1.植物組織培養(yǎng)的操作: (1)在植物組織培養(yǎng)過程中,為什么要進行一系列的消毒、滅菌,并且要求無菌操作? 提示:防止雜菌感染。 (2)植物組織培養(yǎng)中的脫分化階段,培養(yǎng)的組織細胞是自養(yǎng)型還是異養(yǎng)型,為什么? 提示:脫分化過程中細胞營異養(yǎng)生活,因為此時細胞沒有葉綠體,并且一般要避光培養(yǎng),無法進行光合作用。,2.植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基中的激素配比: (1)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鍵作用的激素是什么? 提示:細胞分裂素和生長素。,(2)結合激素的生理作用,嘗試分析激素的不同配比的作用。 情況①:___________________________。 作用:_______________________。 情況②:___________________________。 作用:_______________________。 情況③:_____________________________。 作用:_________________。,生長素與細胞分裂素的比值高,促進根分化、抑制芽形成,生長素與細胞分裂素的比值低,促進芽分化、抑制根形成,生長素與細胞分裂素的比值適中,促進愈傷組織形成,3.植物組織培養(yǎng)的結果: 從繁殖方式上看,植物組織培養(yǎng)屬于哪種繁殖方式?為什么? 提示:無性繁殖。植物組織培養(yǎng)是在細胞有絲分裂和細胞分化的基礎上實現(xiàn)的,此過程并沒有生殖細胞的產生,所以是無性繁殖。,【歸納總結】植物組織培養(yǎng)中的四點注意事項 (1)材料的選擇:植物組織培養(yǎng)時應該選擇幼嫩的植物組織,如根尖、莖尖、形成層細胞,易于脫分化。 (2)無菌:植物組織培養(yǎng)成功的關鍵是避免微生物的污染,所有實驗用具要嚴格滅菌,接種過程進行嚴格的無菌操作。 (3)營養(yǎng)比:培養(yǎng)基中必須含有植物生長發(fā)育所需要的全部營養(yǎng)物質,其中生長素和細胞分裂素用量的比例對器官的生成起決定作用。 (4)光照時期:脫分化產生愈傷組織時需要避光培養(yǎng),愈傷組織再分化時需要在光照條件下培養(yǎng)。,【過關小練·即時應用】 1.(2015·連云港高二檢測)下圖為植物組織培養(yǎng)過程,有關說法正確的是 ( ),A.實驗中②試管細胞全能性最高 B.④試管中培育出的個體都是純合子 C.①→②過程需要光照 D.①→④過程培養(yǎng)基保持不變,【解題指南】解答本題時注意理解以下兩個方面: (1)植物組織培養(yǎng)時對于光照和培養(yǎng)基的需求在不同的培養(yǎng)階段是不同的。 (2)植物組織培養(yǎng)進行的是有絲分裂,屬于無性繁殖。,【解析】選A。①試管中是組織塊,經脫分化形成②試管中的愈傷組織,愈傷組織是未分化的細胞,全能性最高;植物組織培養(yǎng)屬于無性繁殖,不改變基因型,所以產生的個體類型與母本是相同的,可能是純合子,也可能是雜合子;脫分化形成愈傷組織的過程中不需要光照;在植物組織培養(yǎng)的不同階段需要的條件不同,培養(yǎng)基中所含有的物質比例也不同,如生長素和細胞分裂素比例適中時有利于形成愈傷組織,比例高時,有利于根的分化。,【互動探究】 上題圖①②③④中哪些過程需要特別強調“無菌”操作? 提示:①②③需要特別強調無菌操作。,2.用高度分化的植物細胞、組織和器官進行組織培養(yǎng)可以形成愈傷組織,下列敘述錯誤的是 ( ) A.該愈傷組織是細胞經過脫分化和分裂形成的 B.該愈傷組織的細胞沒有全能性 C.該愈傷組織是由排列疏松的薄壁細胞組成的 D.該愈傷組織可以形成具有生根發(fā)芽能力的胚狀結構 【解題指南】解答本題的關鍵在于明白愈傷組織的形成是通過脫分化過程來實現(xiàn)的。,【解析】選B。植物組織培養(yǎng)中離體的植物細胞先脫分化恢復分裂能力,然后經細胞分裂形成愈傷組織,A項正確;愈傷組織是由一系列薄壁細胞構成的,C項正確;愈傷組織經誘導分化可以形成胚狀體,進而形成完整植株,故愈傷組織的細胞具有全能性,B項錯誤,D項正確。,3.下圖表示植物組織培養(yǎng)過程: (1)圖中①過程獲得的細胞是正常植物體經 形成的,在這一過 程中染色體的變化是 。 (2)圖中③過程形成的細胞與正常體細胞相比,具有_______________ 等特點。 (3)從過程④的結果看,它的實質是 。,(4)某人在探究細胞脫分化和再分化的實驗中,得到了如下結果: ①只有細胞分裂素時,組織塊產生愈傷組織 ②細胞分裂素=生長素時,愈傷組織不分化 ③細胞分裂素生長素時,愈傷組織分化出芽 ④細胞分裂素生長素時,愈傷組織分化出根 由實驗結果,你能得出什么結論?,【解題指南】本題考查植物組織培養(yǎng)技術,解答本題需明確以下兩點: (1)植物組織培養(yǎng)過程。 (2)影響植物組織培養(yǎng)的因素。,【解析】(1)性細胞是植物體經減數(shù)分裂形成的,減數(shù)分裂時,染色體復制一次,細胞分裂兩次,子細胞中染色體數(shù)目減半。 (2)圖中③是脫分化,形成的愈傷組織是高度液泡化、無定形狀態(tài)的薄壁細胞。 (3)圖中④是再分化,從實質上看是基因選擇性表達的結果。 (4)分析實驗結果可以看出,細胞分裂素與生長素的含量不同,對愈傷組織的形成和分化的影響不同。,答案:(1)減數(shù)分裂 染色體復制一次,細胞分裂兩次,子細胞中染色體數(shù)目是親代細胞中的一半 (2)排列疏松、高度液泡化、細胞壁薄 (3)基因在特定的時間和空間條件下選擇性表達的結果 (4)植物激素的種類和含量不同,對愈傷組織的形成和分化的影響不同。,【互動探究】 (1)上述培養(yǎng)基中加入生長素,說明生長素有何生理作用? 提示:生長素能促進生根。 (2)性細胞和體細胞經過③④都能形成胚狀體,最終發(fā)育為完整植株,說明了什么? 提示:說明生殖細胞和體細胞都具有該植物的全部遺傳物質,即都具有全能性。,探究3 植物體細胞雜交技術 【研讀教材·自主認知】 1.概念:將不同種的植物_______,在一定條件下融合成_________,并 把雜種細胞培育成___________的技術。,體細胞,雜種細胞,新的植物體,2.過程:,原生質,體細胞融合,細胞壁,體融合,脫分化,再分化,組織培養(yǎng),3.意義:克服不同生物_________的障礙。,遠緣雜交,【小判斷】 (1)不同種植物原生質體融合過程屬于植物體細胞雜交過程。( ) 【分析】植物體細胞雜交的過程,實質上是不同種植物體細胞的原生 質體融合的過程。 (2)植物體細胞雜交過程中,原生質體融合的結構基礎是膜的流動性。 ( ) 【分析】原生質體融合首先是膜的融合,生物膜具有流動性是原生質 體融合的結構基礎。,√,√,(3)植物體細胞雜交只能在同種植物間操作。 ( ) 【分析】植物體細胞雜交能克服不同生物遠緣雜交的障礙,使不同植 物間實現(xiàn)雜交。 (4)去除植物細胞壁時用纖維素酶和果膠酶,這利用了酶的專一性。 ( ) 【分析】植物細胞壁的主要成分是纖維素和果膠,利用纖維素酶和果 膠酶可以去除細胞壁而不會對原生質體產生傷害,利用了酶的專一性。,×,√,【合作探究·核心歸納】 1.雜交過程: (1)將來自不同植物的兩個體細胞融合時,首先遇到的障礙是什么?用 什么方法可以解除此障礙? 提示:細胞壁阻礙細胞間的融合。用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁。 (2)將兩個不同種的植物細胞A和B去除細胞壁后,經一定的方法促融, 只考慮兩兩融合,可以形成幾種融合細胞?哪種融合細胞才是符合要求 的? 提示:三種。AB才是符合要求的。,(3)細胞融合完成的標志與植物體細胞雜交完成的標志相同嗎?為什么? 提示:不相同。細胞融合完成的標志是雜種細胞再生出細胞壁,而植物體細胞雜交完成的標志是培育出雜種植株,而不是形成雜種細胞。,2.雜交結果和意義: (1)從結果上看雜種植株在遺傳上有何特點?從雜種植株的染色體組成上看屬于何種變異? 提示:①遺傳物質來自兩個親本,具有雙親的遺傳性狀。②染色體數(shù)目增加,屬于染色體數(shù)目的變異。 (2)利用植物體細胞雜交技術產生的白菜—甘藍,用傳統(tǒng)的方法能否產生?為什么? 提示:不能,因為不同物種之間存在生殖隔離。,(3)從新品種培育的角度分析,植物體細胞雜交技術最大的優(yōu)點是什么? 提示:克服了不同種植物遠緣雜交的障礙,使不同種植物雜交成為可能。,【歸納總結】植物體細胞雜交的原理和過程 (1)原理。 ①植物體細胞雜交實現(xiàn)的基礎:細胞膜的流動性。 ②植物組織培養(yǎng)的基礎:植物細胞的全能性。,(2)操作過程:,【過關小練·即時應用】 1.植物體細胞雜交是利用不同物種的兩個體細胞融合成一個雜種細胞的過程。該過程是指 ( ) A.不同植物的精子與卵細胞融合 B.不同植物細胞的原生質體的融合 C.完整的兩個植株體細胞的融合 D.植物花粉細胞的兩兩融合,【解題指南】解答本題的關鍵是明確參與細胞融合的是去掉細胞壁后的兩個原生質體,而不是完整的兩個植物細胞。 【解析】選B。精子與卵細胞屬于生殖細胞,所以二者的融合不屬于體細胞雜交;兩個完整的植物體細胞由于有細胞壁而無法融合,必須去除細胞壁,得到原生質體,因而植物體細胞雜交實質是不同植物細胞的原生質體的融合。,2.為了培育菊花新品種,科學家利用二倍體野生夏菊和六倍體栽培秋菊進行雜交,培育過程如圖所示。下列有關敘述正確的是 ( ),A.野生夏菊和栽培秋菊自然雜交后是四倍體,屬于同一物種 B.①過程常選擇酶解法去除細胞壁,一般在低滲溶液中進行 C.②過程有關的細胞器只有高爾基體比較活躍 D.d植株含有夏菊和秋菊的遺傳物質,【解題指南】解答本題的關鍵有兩點: (1)生殖隔離的存在使不同的物種之間不能進行自然雜交。 (2)植物體細胞雜交技術的原理與方法。 【解析】選D。夏菊和秋菊存在生殖隔離,二者屬于不同物種,不能自然雜交,A項錯誤。酶解后原生質體沒有細胞壁,在低滲溶液中會出現(xiàn)吸水漲破的現(xiàn)象,B項錯誤。②過程屬于形成新細胞壁的過程,細胞中線粒體和高爾基體都比較活躍,C項錯誤。d植株屬于雜種植株,含有親本夏菊和秋菊的遺傳物質,D項正確。,【互動探究】圖示③④過程的技術名稱是什么?原理是什么? 提示:植物組織培養(yǎng)技術。利用了植物細胞的全能性。,3.以下為植物體細胞雜交技術流程圖,其中甲和乙分別表示兩種二倍體植物細胞,所含有的染色體組分別是AA和BB。據圖分析回答:,(1)①過程的目的是 。 (2)將若干a和b等量混合后轉移到培養(yǎng)基上培養(yǎng),再經過②和③,c的細 胞類型有 (不考慮三個或三個以 上的細胞融合,用染色體組表示)。 (3)在采用化學法進行過程②時,一般是用 作為誘導 劑。 (4)上述培育新植株的方法所包括的技術手段有__________________ 。,【解題指南】解答本題應注意以下幾點: (1)明確植物體細胞雜交的基本過程。 (2)明確獲得的雜種植株中染色體組成情況。,【解析】(1)①是去除植物細胞壁的過程。 (2)將若干a和b等量混合后轉移到培養(yǎng)基上培養(yǎng),經過細胞融合,c的細胞類型包括沒有融合的細胞、相同細胞融合的細胞和不同細胞融合的細胞,即AA、BB、AAAA、BBBB、AABB。 (3)在采用化學法進行過程②時,一般是用聚乙二醇(PEG)作為誘導劑。 (4)植物體細胞雜交過程首先進行細胞融合,融合形成雜種細胞后再經過植物組織培養(yǎng)技術形成雜種植株。,答案:(1)去除細胞壁 (2)AA、BB、AAAA、BBBB、AABB (3)聚乙二醇(PEG) (4)細胞融合、植物組織培養(yǎng),【互動探究】 圖中②過程除了第(3)問中的方法外,還有什么方法來誘導融合? 提示:物理法,如電激、離心、振動等。,【補償訓練】(2015·鎮(zhèn)江高二檢測)A種植物細胞和B種植物細胞的結構如圖所示(僅顯示細胞核),將A、B兩種植物細胞去掉細胞壁后,誘導二者的原生質體融合,形成單核的雜種細胞,若經過組織培養(yǎng)后得到了雜種植株,則該雜種植株是 ( ),A.二倍體;基因型是DdYyRr B.三倍體;基因型是DdYyRr C.四倍體;基因型是DdYyRr D.四倍體;基因型是DDddYYyyRRrr 【解析】選C。據圖分析,A物種基因型為Dd,屬于二倍體,B物種基因型為YyRr,也屬于二倍體,植物細胞融合后形成的雜種細胞含有兩個親本的遺傳物質,基因型為DdYyRr,屬于異源四倍體。,