PAGEPAGE12第一節(jié)什么是克隆其次節(jié)植物的克隆課標(biāo)解讀重點難點1.比較有性繁殖與無性繁殖，簡述克隆的含義。2.通過舉例，概述克隆的基本條件。3.結(jié)合單細胞培育成完整植株的示意圖，理解細胞的全能性及簡述植物組織培育的程序。4.聯(lián)系植物克隆的實例，闡明植物克隆的概念、成就及應(yīng)用前景。1.克隆的定義及其基本條件。(重點)2.植物細胞的全能性的含義。(重點)3.植物組織培育。(重難點)無性繁殖與克隆1.克隆就是無性繁殖，即只要不通過兩個分子、兩個細胞或兩個個體的結(jié)合，只由一個模板分子、母細胞或母體干脆形成新一代分子、細胞或個體。2．在分子水平上，基因克隆是指某種目的基因的復(fù)制、分別過程。3．在細胞水平上，細胞克隆技術(shù)應(yīng)用在雜交瘤制備單克隆抗體的操作中。4．在個體水平上，植物可由母體的特定部位或結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新個體，而動物的克隆較困難，經(jīng)驗了由胚胎細胞克隆到體細胞克隆的發(fā)展過程。5．克隆的基本條件：具有完整基因組的細胞核的活細胞；能有效調(diào)控細胞核發(fā)育的細胞質(zhì)物質(zhì)；完成胚胎發(fā)育的必要的環(huán)境條件。1．克隆技術(shù)的發(fā)展經(jīng)驗了哪幾個階段？請嘗試舉例加以說明。【提示】微生物克隆，如菌落的形成；遺傳工程克隆，如DNA克隆或基因克隆；個體水平上克隆，如克隆動物。植物細胞的全能性1.基本含義：植物體的每一個生活細胞，都具有發(fā)育成完整植株的潛能。2．全能性的緣由：每個細胞都含有本物種所特有的全套遺傳物質(zhì)。3．特點：不同植物或同種植物不同基因型個體間，細胞全能性的表達程度大不相同。2．有人說只要找到秋海棠的一個細胞，就能再生出秋海棠，這依據(jù)的生物學(xué)原理是什么？【提示】能讓一個細胞發(fā)育成一個個體，依據(jù)的是細胞的全能性。植物組織培育1.原理：植物細胞具有全能性。2．過程：離體的植物器官、組織或細胞eq\o(→,\s\up7(脫分化))愈傷組織eq\o(→,\s\up7(再分化))根、芽→植物體。3．植物組織培育的一般程序(1)配制含有適當(dāng)養(yǎng)分物質(zhì)和植物生長調(diào)整劑并含有瓊脂的培育基，進行滅菌。(2)從消毒的根、莖或葉上切取組織塊。(3)將組織塊放在固體培育基上進行培育，獲得愈傷組織。(4)以適當(dāng)配比的養(yǎng)分物質(zhì)和生長調(diào)整劑誘導(dǎo)愈傷組織，直到再生出新植株。4．愈傷組織：是指在植物組織創(chuàng)傷表面形成的一種相對沒有分化的、高度液泡化的、活的薄壁細胞團。5．細胞培育：指處于適當(dāng)液體培育條件的單個植物細胞，經(jīng)過培育基中成分的誘導(dǎo)，可發(fā)生類似與受精卵發(fā)育成胚的過程，即從單細胞依次到細胞團、球形胚、心形胚和胚狀體，最終再生出完整的植株。6．培育物的胚胎發(fā)生和器官形成實力下降的可能緣由(1)染色體畸變、細胞核變異或非整倍體產(chǎn)生等，而且不行逆。(2)細胞或組織中激素平衡被打破，或細胞對外源生長物質(zhì)的敏感性發(fā)生變更。(3)隨著時間推移，由于其他各種緣由產(chǎn)生了缺乏成胚性的細胞系。7．植物細胞培育和器官培育的意義(1)可以在試驗室環(huán)境進行植物受精過程和植物自受精卵進行的胚胎發(fā)育過程，以及調(diào)整限制這些過程的環(huán)境因素、遺傳基礎(chǔ)和分子及生理生化機理探討。(2)可以進行遺傳工程的操作，完成與植物生長發(fā)育有關(guān)的重要基因或影響因素的探討。(3)可以通過試驗手段培育植物新品種。3.圖中①、②過程的選用的培育基相同嗎？【提示】不相同。原生質(zhì)體培育與植物細胞工程1.植物原生質(zhì)體的獲得方法：在0.5～0.6mol/L的甘露醇溶液環(huán)境(較高滲透壓)下用纖維素酶和果膠酶混合液處理根尖、葉片、愈傷組織或懸浮培育細胞，將細胞壁消化除去來獲得。2．植物細胞工程的概念和操作過程是：培育植物細胞(包括原生質(zhì)體)，借助基因工程方法，將外源遺傳物質(zhì)(DNA)導(dǎo)入受體細胞(包括原生質(zhì)體受體)中，或通過細胞融合、顯微注射等將不同來源的遺傳物質(zhì)重新組合，再通過對這些轉(zhuǎn)基因細胞或重組細胞進行培育，獲得具有特定性狀的新植株。4．嘗試寫出植物的全能性要表現(xiàn)出來須要哪些條件？【提示】植物細胞表現(xiàn)全能性的條件為：(1)脫離母體；(2)有肯定的養(yǎng)分激素；(3)無菌；(4)相宜的溫度等條件。1．通過胚胎細胞克隆出的山羊?qū)儆趥€體水平上的克隆。(√)2．生物體的體細胞的細胞核含有此生物體全部的遺傳信息。(×)【提示】細胞質(zhì)中的線粒體、葉綠體中含有少量的DNA即也含有遺傳信息。3．胚胎細胞克隆不屬于嚴格意義上的動物克隆。(√)4．經(jīng)單細胞特別培育形成的愈傷組織為一種高度分化的活的薄壁細胞團組成的新生組織。(×)【提示】愈傷組織為一種相對沒分化的薄壁細胞。5．適當(dāng)?shù)募に睾图毎至阉嘏浔瓤梢哉T導(dǎo)根的分化。(×)【提示】可誘導(dǎo)芽的分化，而不是根的分化。6．在培育基上加入不同濃度的NaCl，可使培育的細胞發(fā)生染色體變異，從而篩選出抗鹽或抗病變異體。(×)【提示】發(fā)生了基因突變。對三個水平上的克隆的理解【問題導(dǎo)思】①三個水平上的克隆分別是什么？②細胞分裂的克隆、胚胎細胞克隆兔分別屬于哪種克??？③克隆須要哪三個基本條件？1．分子水平克隆一般指DNA克隆(也叫分子克隆)。含義是將某一特定DNA片斷通過重組DNA技術(shù)插入到一個載體(如質(zhì)粒和病毒等)中，然后在宿主細胞中進行自我復(fù)制所得到的大量完全相同的該DNA片斷的“群體”。2．細胞水平克隆的實質(zhì)是由一個單一的共同祖先細胞分裂所形成的一個細胞群體。其中每個細胞的基因都相同。比如，使一個細胞在體外的培育液中分裂若干代所形成的一個遺傳背景完全相同的細胞集體即為一個細胞克隆。又如，在脊椎動物體內(nèi)，當(dāng)有外源物(如細菌或病毒)侵入時，會通過免疫反應(yīng)產(chǎn)生特異的識別抗體。產(chǎn)生某一特定抗體的全部漿細胞都是由一個B細胞分裂而成。這樣的一個漿細胞群體也是一個細胞克隆。細胞克隆是一種低級的生殖方式——無性繁殖，即不經(jīng)過兩性結(jié)合，子代和親代具有相同的遺傳性。生物進化的層次越低，越有可能實行這種繁殖方式。3．個體水平克隆是指基因型完全相同的兩個或更多的個體組成的一個群體。比如，兩個同卵雙胞胎即為一個克隆。因為他(她)們來自同一個受精卵，所以遺傳背景完全一樣。克隆的本質(zhì)是無性繁殖，克隆的技術(shù)主要是植物組織培育、細胞培育等，在這些過程中不出現(xiàn)減數(shù)分裂，只有有絲分裂和分化，因此可以保證遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性。如出現(xiàn)變異，也應(yīng)當(dāng)是有絲分裂和分化中可能存在的基因突變和染色體畸變，而不考慮基因重組。下列有關(guān)克隆的敘述，不正確的一項是()A．利用PCR技術(shù)擴增人的胰島素基因B．將人的胰島素基因整合到細菌的DNA中C．嫁接在果樹生產(chǎn)上用以保持品種優(yōu)良特性D．細胞克隆技術(shù)在利用雜交瘤細胞制備單克隆抗體的操作中得到充分運用【審題導(dǎo)析】理解克隆的概念：(1)不是兩個分子、兩個細胞或兩個個體的結(jié)合。(2)最終肯定形成新一代分子、細胞或個體?！揪v精析】A項屬于分子水平上的克??；B項利用的原理是基因重組，屬于基因工程范疇；C項嫁接屬于個體水平上的克隆，能保持親本的優(yōu)良特性?！敬鸢浮緽下列現(xiàn)象不屬于克隆的是()A．由一個DNA分子復(fù)制了很多一樣的子代DNA分子B．純種白花豌豆的子代都開白花C．綿羊“多莉”的產(chǎn)生過程D．一個大腸桿菌在培育基上形成了一個菌落【審題導(dǎo)析】解答此題的關(guān)鍵在于駕馭克隆的本質(zhì)是無性繁殖即由一個模板復(fù)制出很多相同后代?！揪v精析】A、C、D分別是分子、個體、細胞水平的克隆，B選項的豌豆自花受粉植物，白花豌豆為純合子，其后代不會發(fā)生性狀分別，所以子代全為白花，屬于有性生殖。【答案】B植物組織培育與細胞的全能性【問題導(dǎo)思】①為什么細胞有全能性？②細胞全能性體現(xiàn)的條件有哪些？③植物組織培育的原理過程是怎樣的？④如何誘導(dǎo)愈傷組織產(chǎn)生根或芽？1．細胞全能性(1)概念生物體的細胞具有發(fā)育成完整個體的潛能，細胞的這種特性叫做細胞的全能性。(2)生物體細胞具有全能性的緣由生物體的每一個細胞都含有該物種所特有的全套遺傳信息，都有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因。(3)細胞全能性體現(xiàn)的條件①離體(必要條件)。②肯定的養(yǎng)分物質(zhì)(水、無機鹽、維生素和氨基酸等)。③激素(細胞分裂素、生長素等)。④相宜條件(相宜溫度、光、pH等)。(4)細胞全能性大小的比較①比較大小的依據(jù)：細胞全能性體現(xiàn)所要求條件的難易程度。②一般狀況下細胞全能性大小的比較依次。植物體細胞>動物體細胞(核有全能性)。受精卵細胞>生殖細胞>體細胞。2．植物組織培育技術(shù)(1)植物組織培育原理植物細胞的全能性，即具有某種植物全部遺傳信息的任何一個細胞，都具有發(fā)育成完整植株的潛能。(2)植物組織培育的過程(如圖)離體的植物器官、組織或細胞eq\o(→,\s\up7(脫分化))愈傷組織eq\o(→,\s\up7(再分化),\s\do7(激素、光))根、芽→植物體。(3)脫分化、再分化的比較①細胞脫分化：已分化的細胞，經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)化成未分化細胞的過程。②生物體細胞不能表達全能性的緣由：植物體細胞內(nèi)的基因選擇性表達。③脫分化和再分化的比較比較內(nèi)容脫分化再分化過程細胞→愈傷組織愈傷組織→幼苗形成體特點排列疏松、高度液泡化的薄壁細胞團有根、芽須要條件①離體②相宜的養(yǎng)分③生長素和細胞分裂素①離體②相宜的養(yǎng)分③生長素和細胞分裂素④光照④影響脫分化、再分化的因素影響脫分化、再分化的重要因素為植物激素。當(dāng)細胞分裂素與生長素共同運用時，能劇烈的促進愈傷組織的形成，兩者不同濃度的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的濃度比高時，有利于芽的產(chǎn)生；濃度比低時，有利于根的產(chǎn)生。正確理解細胞的全能性(1)全能性表達的標(biāo)記：已分化的細胞能形成完整的個體。(2)全能性的原理：細胞具有發(fā)育成完整個體所必需的“全套”基因而不是“全部”基因，因此含染色體組的配子中有全套基因，同樣具有全能性。有關(guān)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胞形成完整個體，因此全能性最高B．生物體內(nèi)細胞由于分化，全能性不能表達C．卵細胞與受精卵一樣，細胞未分化，全能性很高D．植物細胞離體培育在肯定條件下，能表現(xiàn)出全能性【審題導(dǎo)析】解答本題的關(guān)鍵是：明確細胞的全能性大小與細胞分化及分化的程度、細胞全能性實現(xiàn)的條件的關(guān)系?！揪v精析】本題需從以下幾方面入手分析：①受精卵是個體發(fā)育的起點，在自然條件下，通過細胞的分裂、分化形成完整的個體，所以全能性最高；②體內(nèi)每一個體細胞都是通過有絲分裂形成的，都含有發(fā)育成完整個體所必需的全部基因，理論上講都應(yīng)當(dāng)具有全能性，但由于分化，基因在不同的細胞中選擇性表達，因而體細胞并不能表現(xiàn)出全能性；③卵細胞在肯定條件下，全能性表現(xiàn)比體細胞高，但與受精卵相比，細胞的分化程度較高；④分化的植物細胞具有全能性，但要表達全能性，必需在肯定條件下離體培育?！敬鸢浮緾如圖所示為胡蘿卜的韌皮部細胞通過無菌操作接入試管后，在肯定條件下形成試管苗的培育過程，請據(jù)圖回答下列問題。(1)要促進細胞分裂、生長，培育基中應(yīng)有________和________。(2)此過程依據(jù)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階段須要光照，緣由是__________________________________________________________________________________________________________。(4)試管苗的根細胞沒有葉綠素，而葉的葉肉細胞具有葉綠素，這是基因____________的結(jié)果?！舅季S導(dǎo)圖】解答此題的思維流程如下：eq\x(植物組織培育的目的：將植物細胞培育成完整的個體)↓須要條件eq\x(無菌、無毒、足夠的養(yǎng)分物質(zhì)、植物激素、相宜的條件)↓eq\x(分析、綜合、推斷)【精講精析】(1)細胞的分裂、生長須要養(yǎng)分物質(zhì)和植物激素。(2)植物細胞的全能性保證細胞發(fā)育成一個完整的個體，細胞分裂的方式為有絲分裂，在再分化過程中，還有細胞的分化。(3)植物組織培育過程中，須要無菌、無毒的條件，因此要對培育基和器械滅菌，對離體的組織消毒。植物細胞產(chǎn)生葉綠素須要光照。(4)細胞形態(tài)、功能不同是分化的結(jié)果即基因選擇性表達的結(jié)果。【答案】(1)養(yǎng)分物質(zhì)激素(2)植物細胞的全能性有絲分裂分化(3)培育基、器械細胞中葉綠素的合成須要光照條件(4)選擇性表達植物細胞工程及植物克隆的應(yīng)用【問題導(dǎo)思】①植物細胞工程的操作過程如何？②如何獲得植物原生質(zhì)體？1．植物細胞工程的概念和操作過程培育植物細胞，借助基因工程方法，將外源遺傳物質(zhì)導(dǎo)入受體細胞中，或通過細胞融合、顯微注射等將不同的遺傳物質(zhì)重新組合，再通過對這些轉(zhuǎn)基因細胞或重組細胞進行培育，獲得具有特定性狀的新植株。2．植物克隆的應(yīng)用(1)原生質(zhì)體制備及植物體細胞雜交①植物原生質(zhì)體的獲得方法：在0.5～0.6mol/L的甘露醇溶液環(huán)境下用纖維素酶和果膠酶混合液處理根尖、葉片、愈傷組織或懸浮培育細胞，將細胞壁消化除去。②植物體細胞雜交(2)快速繁殖(微型繁殖)通過組織培育的方式，可以快速大量的繁殖種苗。(3)作物脫毒采納莖尖(幾乎無病毒)組織培育的方式來脫除植物的病毒。(4)培育作物新品種用植物的花藥進行離體培育形成單倍體，人工誘導(dǎo)染色體加倍后篩選出須要的新品種；利用組織培育過程中出現(xiàn)的突變體，培育新的品種。(5)細胞產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)從人工培育的愈傷組織中提取細胞的某種成分，如紫草素、香料等。請回答問題。(1)植物微型繁殖技術(shù)屬于植物組織培育的范疇。該技術(shù)可以保持品種的________，繁殖種苗的速度__________。離體的葉肉細胞在相宜的條件下培育，最終能夠形成完整的植株，說明該葉肉細胞具有該植物的全部________。(2)把試管苗轉(zhuǎn)接到新的培育基上時，須要在超凈工作臺上進行，其緣由是避開________的污染。(3)微型繁殖過程中，相宜濃度的生長素單獨運用可誘導(dǎo)試管苗________，而與________配比相宜時可促進芽的增殖。若要抑制試管苗的生長，促使愈傷組織產(chǎn)生和生長，須要運用的生長調(diào)整劑是_________________________(填“脫落酸”或“2,4-D”)。(4)將某植物試管苗培育在含不同濃度蔗糖的培育基上一段時間后，單株鮮重和光合作用強度的變更如圖。據(jù)圖分析，隨著培育基中蔗糖濃度的增加，光合作用強度的變更趨勢是________，單株鮮重的變更趨勢是________。據(jù)圖推斷，培育基中不含蔗糖時，試管苗光合作用產(chǎn)生的有機物的量________(填“能”或“不能”)滿意自身最佳生長的須要。(5)據(jù)圖推想，若要在誘導(dǎo)試管苗生根的過程中提高其光合作用實力，應(yīng)________(填“降低”或“增加”)培育基中蔗糖濃度，以便提高試管苗的自養(yǎng)實力?！緦忣}導(dǎo)析】解答此題應(yīng)識讀坐標(biāo)曲線圖中的有關(guān)量的變更關(guān)系，即蔗糖濃度為0時，盡管光合作用強度最大，但植物積累的有機物較少，不能滿意植物自身的須要。【精講精析】(1)植物組織培育屬于無性繁殖，后代能夠保持親本的遺傳特性。植物微型繁殖技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)快速繁殖。植物組織培育的原理是植物細胞具有全能性，即已經(jīng)分化的細胞，仍舊具有發(fā)育成完整個體的潛能。(2)植物組織培育接種和試管苗轉(zhuǎn)接過程中都須要無菌操作，以避開微生物(雜菌)污染。(3)微型繁殖培育基中運用的生長素與細胞分裂素比例不同，可以分別誘導(dǎo)根、芽的形成。運用高濃度的植物生長素類似物(如2,4-D)可以抑制試管苗的生長。(4)、(5)分析圖中曲線可知：光合作用強度隨著培育基中蔗糖濃度的增大而下降，但單株鮮重的變更趨勢是先增加后下降。培育基中不含蔗糖時，光合作用強度最大，但由于該時期光合作用產(chǎn)生的有機物積累量較少，不能滿意自身最佳生長的須要。在蔗糖濃度為1%左右時，單株鮮重達到最大，此時有機物的量滿意自身最佳生長須要。【答案】(1)遺傳特性快遺傳信息(2)微生物(3)生根細胞分裂素2,4-D(4)漸漸減小先增加后下降不能(5)降低本課知識小結(jié)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建結(jié)論語句1．克隆是指只由一個模板分子、母細胞或母體干脆形成新一代分子、細胞或個體的無性繁殖技術(shù)。2．克隆分基因克隆、細胞克隆、個體克隆。3．植物克隆的原理是植物細胞的全能性。4．植物組織培育必需經(jīng)過脫分化和再分化。5．用纖維素酶和果膠酶可脫去植物細胞壁。1．利用植物的莖尖、葉片、莖段等，在無菌的條件下，培育在玻璃器皿中人工配制的培育基上，使它發(fā)育成完整的植株。這種技術(shù)可以用來培育新品種，可以在較短時間內(nèi)大量繁殖植物，還可以防止植物病毒的危害。下列關(guān)于這種培育技術(shù)敘述正確的是()①這種技術(shù)利用了植物細胞的全能性②這種技術(shù)叫做植物組織培育，可以克隆生物體③這種技術(shù)屬于克隆的應(yīng)用領(lǐng)域之一④這種技術(shù)屬于無性繁殖的方式A．①B．①②C．①②③D．①②③④【解析】利用植物的莖尖、葉片、莖段等使它發(fā)育成完整的植株，是養(yǎng)分繁殖也是無性繁殖方式，此種技術(shù)叫植物組織培育，利用的是植物細胞的全能性，屬于個體水平克隆的應(yīng)用?！敬鸢浮緿2．下列屬于克隆的是()A．將雞的某個DNA片段整合到小鼠的DNA分子中B．將抗藥性的某基因?qū)氩萋南x的細胞內(nèi)C．將鼠的骨髓瘤細胞與經(jīng)過免疫的B淋巴細胞融合成雜交瘤細胞D．將某腫瘤細胞在體外培育繁殖成一個細胞系【解析】A項敘述的是基因工程中DNA(基因)的重組過程，此過程中沒有涉及DNA分子的復(fù)制；B項是將目的基因?qū)胧荏w細胞的過程；C項中描述的是細胞融合的過程；D項屬于細胞水平上的克隆?！敬鸢浮緿3．某科技活動小組將二倍體番茄植株的花粉按下圖所示的程序進行試驗。據(jù)圖所示對該試驗的分析正確的是()A．該試驗不能說明植物生殖細胞具有全能性B．植株B的全部細胞中都含有兩個染色體組C．植株A細胞內(nèi)沒有等位基因D．由花粉培育到植株B的過程都必需在無菌條件下進行【解析】由花粉培育成植株說明生殖細胞具有全能性。秋水仙素處理的是植株A的地上部分，根細胞未處理，得到的植株B的根細胞仍含有一個染色體組。植株A是單倍體，細胞內(nèi)沒有等位基因。由花粉培育到植株A的過程必需在無菌條件下進行，由植株A到植株B可在田地中進行，不必?zé)o菌操作。【答案】C4．下列關(guān)于基因及其克隆的說法不正確