高三生物第一輪復習 專題2 1植物細胞工程課件 新人教版選修3.ppt

專題2 細 胞 工 程 2.1 植物細胞工程,【知識梳理】 一、細胞工程的概念理解,細胞生物學,分子生物學,細胞水平,遺傳物質,遠緣雜交不親和,植物細胞工程,二、植物細胞的全能性 1.概念：具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞，都具有 _。 2.物質基礎：細胞內含有本物種全部的_。 3.體內細胞全能性不表達的原因：基因在特定的時間和空間條件 下_，形成不同的組織、器官。,發(fā)育成完整生物體的潛能,遺傳信息,選擇性表達,三、植物組織培養(yǎng)技術 1.原理：_。 2.概念理解 3.操作流程： 外植體 _ 根、芽或胚狀體試管苗。,培養(yǎng)對象：離體的_ 培養(yǎng)條件：_、人工配制的培養(yǎng)基、相關_等 培養(yǎng)結果：產生_、叢芽，最終形成_,細胞的全能性,植物器官、組織、細胞,無菌,激素,愈傷組織,完整植株,脫分化,愈傷組織,再分化,四、植物體細胞雜交技術 1.概念：將不同種的植物體細胞，在一定條件下融合成_細胞， 并把_細胞培育成新的_的技術。,雜種,雜種,植物體,2.操作流程：,(1)過程為去除_獲得具有活力的原生質體，常用方法是 酶解法，所用到的酶是_。 (2)過程是原生質體的融合，人工誘導的物理法包括_ _等；化學法一般用_(PEG)作為誘導劑。 (3)過程是原生質體融合后再生出_，這是原生質體融合成功的標志。 (4)植物體細胞雜交的意義：克服了_。,細胞壁,纖維素酶和果膠酶,離心、,振動、電激,聚乙二醇,細胞壁,遠緣雜交不親和的障礙,五、植物細胞工程的實際應用 1.植物繁殖的新途徑： (1)微型繁殖：用于_優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術。 (2)作物脫毒：選取作物_(如莖尖)進行組織培養(yǎng)，獲得脫毒苗的技術。 (3)人工種子：以植物組織培養(yǎng)得到的_、不定芽、頂芽、腋芽等為材料，經過人工薄膜包裝得到的種子。 2.作物新品種的培育：_和突變體的利用。 3.細胞產物的工廠化生產：如_的生產。,快速繁殖,無毒組織,胚狀體,單倍體育種,人參皂甙干粉,【速記卡片】 1.植物組織培養(yǎng)： (1)條件：離體組織、器官或細胞(外植體)、適宜的營養(yǎng)、植物激素。 (2)原理：細胞全能性。 (3)過程：脫分化、再分化。 (4)結果：得到個體或細胞產物。,2.植物體細胞雜交： (1)原理：細胞膜的流動性、細胞全能性。 (2)過程：去細胞壁、融合、植物組織培養(yǎng)。 (3)融合方法：物理法(離心、振動、電激等)、化學法(聚乙二醇等)。 (4)結果：雜種植株。 (5)意義：克服了遠緣雜交的不親和的障礙。,考點一 植物組織培養(yǎng)與植物體細胞雜交 1.植物組織培養(yǎng)與植物體細胞雜交比較：,2.脫分化和再分化的比較：,3.雜種植株分析： (1)雜種植株的特征：具備兩種植物的遺傳特征。原因是雜種植株中含有兩種植物的遺傳物質。 (2)雜種植株的染色體組成和基因型： 分析方法：體細胞雜交即兩個細胞融合成一個細胞，不管染色體、基因組還是染色體組都采用直接相加的方法。 實例：若一植物細胞含有2X條染色體，2個染色體組，基因型為Aabb，另一植物細胞含有2Y條染色體，2個染色體組，基因型為ccDd，則新植株應為四倍體，其體細胞中染色體數為2X+2Y，基因型為AabbccDd。,【高考警示】植物組織培養(yǎng)原理和過程的剖析 (1)全能性大小比較：不同細胞體現全能性能力的大小不同，具體表現為：受精卵生殖細胞體細胞，離體細胞的全能性表達與分化程度呈負相關，但生殖細胞特殊。 (2)植物組織培養(yǎng)過程對激素的要求：植物組織培養(yǎng)中不同培養(yǎng)階段培養(yǎng)基含有的激素比例不同，因為培養(yǎng)的目的不同(生根或生芽)。,【考題回訪】 1.(2015廣州模擬)如圖表示胡蘿卜的韌皮部細胞通過無菌操作接入試管后，在一定的條件下，形成試管苗的培育過程。請據圖回答下列問題：,(1)要促進細胞分裂生長，培養(yǎng)基中應有營養(yǎng)物質和激素。營養(yǎng)物質 包括 和小分子有機物，激素包括細胞分裂素和 兩類植物激素。 (2)此過程依據的原理是 。A和B階 段主要進行的分裂方式是 ，B階段除了細胞分裂 外，還進行細胞 等。,(3)此過程要無菌操作，主要是指對 進行滅菌消毒。 B階段需要光照，原因是 。 (4)試管苗的根細胞沒有葉綠素，而葉肉細胞具有葉綠素，這是 基因 的結果。,【解題指南】解答本題時特別關注以下兩點： (1)植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基成分中營養(yǎng)成分和激素的種類。 (2)植物組織培養(yǎng)的過程中需要無菌操作，脫分化過程中不需要光照，但再分化過程中需要光照。,【解析】(1)要促進細胞分裂生長，培養(yǎng)基中應有營養(yǎng)物質和激素。營養(yǎng)物質包括無機物和小分子有機物，激素包括細胞分裂素和生長素兩類植物激素。 (2)植物組織培養(yǎng)過程依據的原理是植物細胞的全能性。A是脫分化過程，B是再分化過程，兩者均進行有絲分裂，B階段除了細胞分裂外，還進行細胞分化等。 (3)植物組織培養(yǎng)過程需要無菌操作，主要是指對培養(yǎng)基進行滅菌消毒。再分化階段需要光照，原因是在此過程中芽發(fā)育成葉，葉肉細胞中葉綠素的合成需要光照條件。 (4)試管苗的根細胞沒有葉綠素，而葉肉細胞具有葉綠素，這是基因選擇性表達的結果。,答案：(1)無機物 生長素 (2)植物細胞的全能性 有絲分裂 分化 (3)培養(yǎng)基 芽發(fā)育成葉，葉肉細胞中葉綠素的合成需要光照條件 (4)選擇性表達,【延伸探究】本題圖中A階段和B階段對細胞分裂素和生長素的要求分別是什么？ 提示：在A階段，即脫分化階段，生長素/細胞分裂素的值相對適中；在B階段，即再分化階段，生長素/細胞分裂素的值高或低，則分別誘導生根或生芽。,2.(2015太原模擬)甲、乙是染色體數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B。某研究小組擬培育同時含有A和B的新型藥用植物。 回答下列問題： (1)為了培育該新型藥用植物，可取甲和乙的葉片，先去除細胞壁， 獲得具有活力的 ，再用化學誘導劑誘導二者融合。形 成的融合細胞進一步培養(yǎng)形成 組織，然后經過 形成完整的雜種植株。這種培育技術稱為 。,(2)上述雜種植株屬于多倍體，多倍體是指 。假設 甲和乙有性雜交的后代是不育的，而上述雜種植株是可育的，造成 這種差異的原因是 。 (3)這種雜種植株可通過制作人工種子的方法來大量繁殖，經植物組 織培養(yǎng)得到的 等材料用人工薄膜包裝后 可得到人工種子。,【解析】本題主要考查植物體細胞雜交過程。 (1)去除細胞壁后，得到原生質體。誘導融合后，原生質體需要經過脫分化過程形成愈傷組織，然后經過再分化形成完整的雜種植株。 (2)多倍體是指體細胞中含有三個或三個以上染色體組的個體，多倍體后代不育一般是由于減數分裂過程中同源染色體聯會紊亂，無法形成正常配子導致不育。 (3)經植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽或腋芽，包裹上人工種皮即可形成人工種子。,答案：(1)原生質體 愈傷 再分化(或分化) 植物體細胞雜交技術 (2)體細胞中含有三個或三個以上染色體組的個體(其他合理答案也可) 在減數分裂過程中，前者染色體聯會異常，而后者染色體聯會正常(其他合理答案也可) (3)胚狀體、不定芽、頂芽、腋芽(答對其中一個即可),【易錯提醒】動植物細胞融合的促融方法不同：動物可以用滅活的生物病毒促進細胞融合。,【加固訓練】 1.通過細胞工程技術，利用甲、乙兩種植物的各自優(yōu)勢(甲耐鹽、乙高產)，培育高產耐鹽的雜種植株。請完善下列實驗流程并回答問題：,(1)B是 ，D是具有 優(yōu)良性狀的幼芽。 D長成的幼苗需要選擇的原因是 。 (2)由C形成植株的過程利用了 技術，愈傷組織形成D需要經過 過程。整個培養(yǎng)過程要在 條件下進行。 (3)植物體細胞融合成功的標志是 。 目前植物體細胞雜交還存在許多問題沒有解決，如 。,【解析】(1)兩個原生質體經PEG誘導后融合，再生出細胞壁后變成雜種細胞，利用植物組織培養(yǎng)技術可得到愈傷組織、叢芽結構和試管苗，并非每個細胞都能表達出耐鹽性狀，需要利用含鹽培養(yǎng)基進行選擇。 (2)C細胞是雜種細胞，形成植株需要植物組織培養(yǎng)過程，經歷了細胞的脫分化過程和再分化過程。過程中涉及培養(yǎng)基培養(yǎng)過程，所以無菌操作非常重要。 (3)植物細胞融合時，核質應該都進行融合，當細胞壁再生時，說明融合后的細胞核與細胞質進行正常的新陳代謝，即融合成功。植物體細胞雜交雖然克服了遠緣雜交不親和的障礙，但讓雜合子表達出兩種植物的優(yōu)良性狀有時還比較困難。,答案：(1)融合的原生質體 耐鹽 有耐鹽高產和耐鹽不高產兩種 (2)植物組織培養(yǎng) 再分化 無菌 (3)再生出新的細胞壁 不能按照人的意愿表達兩個親本的性狀,2.(2015徐州模擬)下面為“番茄-馬鈴薯”的培育過程示意圖，請據圖回答問題：,(1)若運用傳統(tǒng)有性雜交(即用番茄、馬鈴薯雜交)能否得到可育的 雜種植株？為什么？_ 。 (2)在利用雜種細胞培育雜種植株的過程中，運用的技術手段 是 ，依據的原理是 ，其中過 程稱為 技術，過程相當于 。,(3)已知番茄、馬鈴薯分別為四倍體、二倍體，則“番茄-馬鈴薯” 屬于 倍體植株。 (4)柴油樹種子含有的柴油是植物細胞的代謝產物，可用植物組織 培養(yǎng)來實現柴油的工業(yè)化生產。若利用此技術，將柴油樹細胞培養(yǎng) 進行到 (填字母編號)階段即可。,【解題指南】解答本題的關鍵是明確以下兩點： (1)植物體細胞雜交的過程分為植物體細胞融合和植物組織培養(yǎng)兩個階段。 (2)植物體細胞雜交過程中染色體數目變化和染色體數目變異的聯系。,【解析】(1)番茄和馬鈴薯屬于兩種植物，存在生殖隔離，不能通過有性雜交產生后代。 (2)過程是把a、b兩個原生質體融合在一起，所以稱為原生質體融合。過程的結果是形成了愈傷組織，所以為脫分化。 (3)“番茄-馬鈴薯”屬于異源多倍體中的異源六倍體。 (4)柴油是植物細胞的代謝產物，要實現其工業(yè)化生產需將柴油樹細胞培養(yǎng)到愈傷組織，然后進行提取。,答案：(1)不能。不同種的植物存在生殖隔離 (2)植物組織培養(yǎng) 植物細胞的全能性 原生質體融合 脫分化 (3)六 (4)e,考點二 植物細胞工程的應用 1.植物繁殖的新途徑： (1)微型繁殖。 概念：用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術。 微型繁殖有兩個優(yōu)點。 a.保持優(yōu)良品種的遺傳特性。 b.高效快速地實現種苗的大量繁殖。,(2)作物脫毒。 解決的問題：無性繁殖的作物，感染的病毒在體內逐年積累，產量降低，品質變差。 解決方法：切取一定大小的莖尖進行組織培養(yǎng)，再生的植株有可能不帶病毒，從而獲得脫毒苗。 理論基礎：植物分生區(qū)附近病毒極少，甚至無病毒。 成果：采用莖尖組織培養(yǎng)技術，已獲得脫毒的馬鈴薯、草莓、甘蔗、菠蘿和香蕉等。,(3)人工種子。 獲取方法：以植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，用人工薄膜包裝。,解決的問題。 a.一些植物繁殖周期長，數年后才能結出種子； b.有些作物優(yōu)良雜種的后代因發(fā)生性狀分離而喪失其優(yōu)良特性； c.常規(guī)種子的生產受季節(jié)、氣候和地域的限制，并且占用大量的土地。 2.細胞產物的工廠化生產： (1)細胞產物的種類：蛋白質、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。 (2)成功的實例：人參、三七、紫草和銀杏的細胞產物都已實現了工廠化生產。,【提分技法】依據不同的育種需求選擇不同的育種方法 (1)雜交育種的選擇依據：將兩親本的優(yōu)良性狀集中于同一個生物體上。 (2)單倍體育種的選擇依據：需要快速育種，經過秋水仙素處理幼苗，即可得到純合植株。 (3)誘變育種的選擇依據：需要大幅度改良某一性狀。 (4)多倍體育種的選擇依據：需要提高品種產量，提高營養(yǎng)物質含量。 (5)植物微型繁殖技術的選擇依據：需要短時間內大面積繁殖某一品種的植物。,【考題回訪】 1.(2014廣東高考)鐵皮石斛是我國名貴中藥，生物堿是其有效成分之一。應用組織培養(yǎng)技術培養(yǎng)鐵皮石斛擬原球莖(簡稱PLBs，類似愈傷組織)生產生物堿的實驗流程如下：,在固體培養(yǎng)基上，PLBs的重量、生物堿含量隨增殖培養(yǎng)時間的變化如圖所示，請回答下列問題：,(1)選用新生營養(yǎng)芽為外植體的原因是 ，誘導 外植體形成PLBs的過程稱 。 (2)與黑暗條件下相比，PLBs在光照條件下生長的優(yōu)勢體現在 ， ， 。,(3)脫落酸(ABA)能提高生物堿含量，但會抑制PLBs的生長。若采用液體培養(yǎng)，推測添加適量的ABA可提高生物堿產量。同學們擬開展探究實驗驗證該推測，在設計實驗方案時探討了以下問題： ABA的濃度梯度設置和添加方式：設4個ABA處理組，1個空白對照組，3次重復。因ABA受熱易分解，故一定濃度的無菌ABA母液應在各組液體培養(yǎng)基 后按比例加入。,實驗進程和取樣：實驗50天完成，每10天取樣，將樣品(PLBs)稱 重(g/瓶)后再測定生物堿含量。如初始(第0天)數據已知，實驗過 程中還需測定的樣品數為 。 依所測定數據確定適宜的ABA濃度和培養(yǎng)時間：當某3個樣品(重復 樣)的 時，其對應的ABA濃度為適宜濃度， 對應的培養(yǎng)時間是適宜培養(yǎng)時間。,【解題指南】(1)圖示信息：實驗流程中形成PLBs，聯系由植物離體組織形成愈傷組織的過程；坐標曲線圖中曲線的走勢表示生物堿含量和PLBs重量變化情況，光照影響PLBs重量。 (2)隱含知識：脫落酸的作用、細胞的全能性、脫分化、影響PLBs的因素。,【解析】本題考查植物組織培養(yǎng)相關知識及讀圖析圖能力、分析實驗能力。 (1)新生營養(yǎng)芽細胞分化程度低，容易形成PLBs；根據題干可知，PLBs類似愈傷組織，外植體形成愈傷組織的過程是脫分化。 (2)據圖分析可知，在光照條件下，PLBs約從15天時開始生長，早于黑暗條件下(約從第30天開始生長)；光照條件下PLBs生長時間約35天，長于黑暗條件下生長時間(約20天)；光照條件下最終PLBs重量高于黑暗條件下的PLBs重量。,(3)由于ABA受熱易分解，所以各組液體培養(yǎng)基滅菌后冷卻，再加入ABA。根據題干信息可知，實驗中4組ABA處理組加1組對照組，3次重復，測定10、20、30、40、50天共5組數據，共計75組樣品。在適宜的ABA濃度、適宜的培養(yǎng)時間時，樣品中生物堿含量最大。 答案：(1)細胞分化程度低，分裂能力強，生長旺盛 脫分化 (2)生長起始較快 增重持續(xù)時間較長 PLBs產量較高 (3)滅菌冷卻 75 生物堿含量最大,2.(2013天津高考)花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病，野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定劑量的紫外線處理黑芥原生質體可使其染色體片段化，并喪失再生能力。再利用此原生質體作為部分遺傳物質的供體與完整的花椰菜原生質體融合，以獲得抗黑腐病雜種植株。流程如下圖。,據圖回答下列問題： (1)過程所需的酶是 。 (2)過程后，在顯微鏡下觀察融合的活細胞中有供體的_ 存在，這一特征可作為初步篩選雜種細胞的標志。 (3)原生質體培養(yǎng)液中需要加入適宜濃度的甘露醇以保持一定的滲 透壓，其作用是 。原生質體經過 再生，進而分裂和脫分化形成愈傷組織。 (4)若分析再生植株的染色體變異類型，應剪取再生植株和_ 植株的根尖，通過 、 、染色和制片等過程制成裝片，然后在顯微鏡下觀察比較染色體的形態(tài)和數目。,(5)采用特異性引物對花椰菜和黑芥基因組DNA進行PCR擴增，得到 兩親本的差異性條帶，可用于雜種植株的鑒定。下圖是用該引物對 雙親及再生植株14進行PCR擴增的結果。據圖判斷，再生植株1 4中一定是雜種植株的有 。 (6)對雜種植株進行 接種實驗，可篩選出具有高抗性的雜種植株。,【解析】(1)過程表示原生質體的制備，要用纖維素酶和果膠酶去除植物細胞的細胞壁。(2)用于融合的兩個細胞，一個是黑芥苗的葉肉細胞，一個是花椰菜的根細胞，其中供體細胞特有的結構是葉綠體，可通過觀察葉綠體的有無作為初步篩選雜種細胞的標志。(3)原生質體沒有細胞壁的保護，需要加入適宜濃度的甘露醇以保證滲透壓的穩(wěn)定，以避免原生質體吸水或失水破壞原生質體的完整性；原生質體通過細胞壁再生形成雜種細胞，進而形成愈傷組織。,(4)分析再生植株染色體變異類型，需要制片觀察再生植株細胞染色體和黑芥苗與花椰菜細胞中的染色體，制作裝片的基本程序是解離、漂洗、染色、制片。(5)根據圖譜，花椰菜含有堿基對為300和600的DNA片段，黑芥含有堿基對為1 000、1 300和1 500的片段，再生植株3只含有長度為300和600的片段，與花椰菜一致，1、2、4既含有花椰菜DNA片段，又含有黑芥DNA片段，為雜種植株。(6)對雜種植株接種黑腐病菌，能正常生長的即為具有高抗性的雜種植株。,答案：(1)纖維素酶和果膠酶 (2)葉綠體 (3)保持原生質體完整性 細胞壁 (4)雙親(或花椰菜和黑芥) 解離 漂洗 (5)1、2、4 (6)黑腐病菌,【延伸探究】(1)黑芥原生質體與原生質層是否相同？ 提示：否。原生質體是指去掉細胞壁后細胞剩余部分，原生質層是指細胞膜、液泡膜以及兩層膜之間的細胞質。 (2)植物體細胞雜交與植物組織培養(yǎng)有沒有關系？ 提示：有。形成雜種細胞后，必須經過植物組織培養(yǎng)的脫分化、再分化得到雜種植株。,【加固訓練】 1.紅豆杉是瀕危植物，其樹皮產生的紫杉醇對癌癥有一定的療效。如圖是紅豆杉植物組織培養(yǎng)和細胞培養(yǎng)的流程圖。,請據圖回答下列問題： (1)圖中為愈傷組織，通過B過程可最終產生新的植株，通過 C過程可產生大量細胞，則圖中A、B、C分別表示的過程為 。其中B過程的實質是 。 (2)對的培養(yǎng)一般要采用 培養(yǎng)基，并要不斷通入無菌 空氣并進行攪拌，其目的是_。,(3)對的培養(yǎng)可獲得代謝產物紫杉醇，但培養(yǎng)后期紫杉醇產 量下降，其原因包括_等。 (4)若是紅豆杉(基因型為DdTt)的花藥，可選用 (填編號)制成人工種子，該“種子”萌發(fā)的幼苗用 處理，可快速獲得純種植株，該植株的基因型為 。,【解析】(1)圖中為紅豆杉離體的植物器官、組織或細胞(外植體)，為愈傷組織，為試管苗(胚狀體)，為植物體，為大量的紅豆杉細胞；再分化的實質是細胞內基因的選擇性表達。(2)的培養(yǎng)目的是快速增殖細胞，一般采用液體培養(yǎng)基進行培養(yǎng)，在培養(yǎng)過程中通入無菌空氣是為了保證細胞生長過程中氧氣的供應，不斷攪拌的目的是讓細胞和培養(yǎng)液充分接觸。(3)培養(yǎng)后期，由于細胞代謝產物的積累，以及營養(yǎng)物質的消耗，導致細胞代謝減弱。(4)紅豆杉的花藥經培養(yǎng)可獲得單倍體，再經秋水仙素處理，可使染色體加倍，快速獲得純種植株；如果親本的基因型為DdTt，則獲得的純種植株的基因型有DDTT、DDtt、ddTT、ddtt四種。,答案：(1)脫分化、再分化、有絲分裂 基因的選擇性表達 (2)液體 保證氧氣的供應、使細胞和培養(yǎng)液充分接觸 (3)某些代謝產物的積累，營養(yǎng)物質的消耗 (4) 秋水仙素 DDTT、DDtt、ddTT、ddtt,2.如圖所示為科學家利用番茄葉細胞和馬鈴薯葉細胞雜交培育“番茄-馬鈴薯”植株的過程，請回答下列問題：,(1)過程使用了酶，以使植物原生質體相互分離，此處使用的 溶液濃度較大，從而保證植物細胞會發(fā)生 ，以保護原 生質體不被破壞；在動物細胞培養(yǎng)技術中，使細胞分離開來的酶 是 。 (2)過程在化學藥劑 的作用下會發(fā)生細胞融合； 動物細胞融合的方法與植物細胞不相同的是 。 (3)過程 屬于脫分化，過程 屬于再分化，細胞發(fā) 生分化的根本原因是 。,(4)過程的細胞工程技術是 ， 其培養(yǎng)時選用的材料通常是分生組織，原因是 。 (5)植物體細胞雜交的研究在_ 方面，取得了巨大突破。,【解析】(1)圖中過程使用含有纖維素酶和果膠酶的高濃度溶液處理植物細胞，使植物細胞發(fā)生質壁分離，從而保護原生質體不被破壞。在動物細胞培養(yǎng)技術中，使細胞分離開來的酶是胰蛋白酶或膠原蛋白酶。(2)過程是誘導原生質體融合，常用的化學促融劑是聚乙二醇(PEG)，而用滅活的病毒促進細胞融合是動物細胞融合特有的方式。(3)過程為脫分化，過程為再分化，愈傷組織在細胞增殖過程中，由于基因選擇性表達形成具有根、莖、葉的植物體。(4)過程為植物組織培養(yǎng)。植物組織培養(yǎng)過程中，由于分生組織細胞分裂旺盛、全能性高，因此常作為組織培養(yǎng)的材料。(5)植物體細胞雜交可以克服不同生物遠緣雜交不親和的障礙，實現不同物種間的基因交流。,答案：(1)質壁分離 胰蛋白酶(或膠原蛋白酶) (2)聚乙二醇(PEG) 可以使用滅活的病毒 (3) 基因的選擇性表達 (4)植物組織培養(yǎng) 全能性高，易培養(yǎng)形成愈傷組織 (5)克服不同生物遠緣雜交不親和的障礙,