植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)學(xué)案?一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1.簡(jiǎn)述植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交技術(shù)。2.掌握植物組織培養(yǎng)的原理、過程及影響因素。3.理解植物體細(xì)胞雜交的原理、過程及意義。

二、學(xué)習(xí)重難點(diǎn)1.重點(diǎn)植物組織培養(yǎng)的原理和過程。植物體細(xì)胞雜交的過程。2.難點(diǎn)植物組織培養(yǎng)過程中脫分化和再分化的條件。植物體細(xì)胞雜交過程中原生質(zhì)體的融合及雜種細(xì)胞的篩選和培養(yǎng)。

三、知識(shí)梳理（一）植物細(xì)胞工程的概念植物細(xì)胞工程是指以植物細(xì)胞為基本單位，在離體條件下進(jìn)行培養(yǎng)、繁殖或人為地使細(xì)胞的某些生物學(xué)特性按人們的意愿發(fā)生改變，從而改良品種加速繁育植物個(gè)體或獲得有用物質(zhì)的過程。

（二）植物組織培養(yǎng)技術(shù)1.原理植物細(xì)胞具有全能性。細(xì)胞全能性是指具有某種生物全部遺傳信息的任何一個(gè)細(xì)胞，都具有發(fā)育成完整生物體的潛能。2.過程離體的植物器官、組織或細(xì)胞：這是植物組織培養(yǎng)的起始材料，需要選取生長(zhǎng)健壯、無(wú)病蟲害的植物材料，并進(jìn)行消毒處理。脫分化：已經(jīng)分化的細(xì)胞，經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過程。脫分化形成愈傷組織，愈傷組織是一團(tuán)排列疏松而無(wú)規(guī)則、高度液泡化的呈無(wú)定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞。再分化：脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)，又可以重新分化成根或芽等器官的過程。再分化形成胚狀體或叢芽，進(jìn)而發(fā)育成完整的植株。3.影響植物組織培養(yǎng)的因素材料：植物材料的種類、年齡、保存時(shí)間等都會(huì)影響組織培養(yǎng)的效果。一般來(lái)說(shuō)，幼嫩的組織比衰老的組織更容易培養(yǎng)成功。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：常用的培養(yǎng)基是MS培養(yǎng)基，其中含有大量元素、微量元素、有機(jī)物等營(yíng)養(yǎng)成分，還需要添加植物激素，如生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素。植物激素：生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素是啟動(dòng)細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵性激素。在生長(zhǎng)素存在的情況下，細(xì)胞分裂素的作用呈現(xiàn)加強(qiáng)的趨勢(shì)。當(dāng)生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的比值高時(shí)，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低時(shí)，有利于芽的分化、抑制根的形成；比值適中時(shí)，促進(jìn)愈傷組織的生長(zhǎng)。環(huán)境條件：pH、溫度、光照等環(huán)境條件對(duì)植物組織培養(yǎng)也有重要影響。一般來(lái)說(shuō)，pH為5.8左右，溫度為25℃左右，光照強(qiáng)度和時(shí)間根據(jù)不同的培養(yǎng)階段進(jìn)行調(diào)整。

（三）植物體細(xì)胞雜交技術(shù)1.原理細(xì)胞膜的流動(dòng)性和植物細(xì)胞的全能性。2.過程去除細(xì)胞壁：利用纖維素酶和果膠酶去除植物細(xì)胞壁，獲得原生質(zhì)體。原生質(zhì)體的融合：常用的誘導(dǎo)方法有物理法，如離心、振動(dòng)、電激等；化學(xué)法，如用聚乙二醇（PEG）作為誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)融合。融合后形成雜種細(xì)胞。雜種細(xì)胞的篩選和培養(yǎng)：通過特定的篩選方法，如利用選擇培養(yǎng)基篩選出雜種細(xì)胞，然后對(duì)雜種細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，使其脫分化形成愈傷組織，再經(jīng)過再分化形成雜種植株。3.意義克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，擴(kuò)大了可用于雜交的親本組合范圍，培育出自然界中沒有的新品種。

四、典型例題（一）選擇題1.植物細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的必要條件是（）A.給予適宜的營(yíng)養(yǎng)和外界條件B.導(dǎo)入其他植物細(xì)胞的基因C.脫離母體后，給予適宜的營(yíng)養(yǎng)和外界條件D.將成熟篩管的細(xì)胞核移植到去核的卵細(xì)胞內(nèi)答案：C解析：植物細(xì)胞全能性的表達(dá)需要在離體的條件下，給予適宜的營(yíng)養(yǎng)和外界條件，才能發(fā)育成完整的植株。A選項(xiàng)缺少離體條件；B選項(xiàng)導(dǎo)入其他基因不是表現(xiàn)全能性的必要條件；D選項(xiàng)成熟篩管細(xì)胞沒有細(xì)胞核，不符合題意。2.在植物組織培養(yǎng)過程中，容易獲得突變體的主要原因是（）A.培養(yǎng)的細(xì)胞一直處于不斷的分生狀態(tài)B.培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)豐富，易于植物生長(zhǎng)C.紡錘絲的形成容易受抑制D.DNA復(fù)制容易受抑制答案：A解析：在植物組織培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)的細(xì)胞一直處于不斷的分生狀態(tài)，容易受到外界因素的影響而發(fā)生基因突變，從而獲得突變體。B選項(xiàng)培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)豐富不是獲得突變體的主要原因；C選項(xiàng)紡錘絲形成受抑制主要影響細(xì)胞分裂的方式，與突變體的獲得關(guān)系不大；D選項(xiàng)DNA復(fù)制受抑制不一定導(dǎo)致突變體的產(chǎn)生。3.植物體細(xì)胞雜交尚未解決的問題是（）A.去掉細(xì)胞壁，分離出有活力的原生質(zhì)體B.將雜種細(xì)胞培育成植株C.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.尚未培育出屬間雜種植物答案：C解析：植物體細(xì)胞雜交已經(jīng)能夠去掉細(xì)胞壁，分離出有活力的原生質(zhì)體，并將雜種細(xì)胞培育成植株，也培育出了一些屬間雜種植物。但是目前還不能讓雜種植物完全按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀。4.在植物組織培養(yǎng)過程中，生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的使用會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。下列說(shuō)法正確的是（）A.兩種激素用量的比例影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果B.兩種激素使用的先后順序影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果C.兩種激素使用時(shí)的濃度影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果D.以上說(shuō)法全部正確答案：D解析：生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的用量比例、使用先后順序以及濃度都會(huì)影響植物組織培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素比值高時(shí)有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低時(shí)有利于芽的分化、抑制根的形成；比值適中時(shí)促進(jìn)愈傷組織的生長(zhǎng)。使用先后順序不同，對(duì)細(xì)胞脫分化和再分化的影響也不同。激素濃度也會(huì)影響細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化。

（二）非選擇題1.下圖表示植物組織培養(yǎng)過程，請(qǐng)回答相關(guān)問題：

（1）外植體若是菊花莖段組織，則在配制MS固體培養(yǎng)基時(shí)，（填"必需"或"不必需"）添加植物激素。（2）外植體若是月季的花藥，則圖中的①過程（填"需要"或"不需要"）光照，而經(jīng)②③④過程培養(yǎng)出的植物一般稱為植株。該植株產(chǎn)生的途徑除了圖中所示外，還可以是花粉通過階段發(fā)育而來(lái)。（3）外植體若是菊花的根尖組織，則在正常環(huán)境下培養(yǎng)成的新菊花植株葉片的顏色是，這過程體現(xiàn)了植物細(xì)胞具有。答案：（1）不必需（2）不需要單倍體胚狀體（3）綠色全能性解析：（1）菊花莖段組織培養(yǎng)時(shí)，MS固體培養(yǎng)基中不必需添加植物激素。（2）月季花藥培養(yǎng)時(shí)，①脫分化過程不需要光照，經(jīng)②③④過程培養(yǎng)出的植物是單倍體植株。單倍體植株產(chǎn)生的途徑除了圖中所示，還可以是花粉通過胚狀體階段發(fā)育而來(lái)。（3）菊花根尖組織培養(yǎng)成的新菊花植株葉片顏色是綠色，這體現(xiàn)了植物細(xì)胞具有全能性。2.白菜、甘藍(lán)均為二倍體，體細(xì)胞染色體數(shù)目分別為20、18。以白菜為母本、甘藍(lán)為父本。經(jīng)人工授粉后，將雌蕊離體培養(yǎng)，可得到"白菜甘藍(lán)"雜種幼苗。請(qǐng)回答問題：（1）白菜和甘藍(lán)是兩個(gè)不同的物種，存在隔離。自然條件下，這兩個(gè)物種間不能通過的方式產(chǎn)生后代。雌蕊離體培養(yǎng)獲得"白菜甘藍(lán)"雜種幼苗，所依據(jù)的理論基礎(chǔ)是植物細(xì)胞具有。（2）為觀察"白菜甘藍(lán)"染色體的數(shù)目和形態(tài)，通常取幼苗的做臨時(shí)裝片，用染料染色。觀察、計(jì)數(shù)染色體的最佳時(shí)期是。（3）二倍體"白菜甘藍(lán)"的染色體數(shù)為。這種植株通常不育，原因是減數(shù)分裂過程中。為使其可育，可通過人工誘導(dǎo)產(chǎn)生四倍體"白菜甘藍(lán)"，這種變異屬于。答案：（1）生殖雜交（有性生殖）全能性（2）根尖（莖尖）醋酸洋紅（龍膽紫、堿性）有絲分裂中期（3）19沒有同源染色體配對(duì)的現(xiàn)象染色體變異解析：（1）白菜和甘藍(lán)是兩個(gè)不同物種，存在生殖隔離，自然條件下不能通過雜交產(chǎn)生后代。雌蕊離體培養(yǎng)獲得雜種幼苗依據(jù)的是植物細(xì)胞具有全能性。（2）觀察染色體數(shù)目和形態(tài)通常取幼苗的根尖或莖尖做臨時(shí)裝片，用醋酸洋紅或龍膽紫等堿性染料染色。觀察、計(jì)數(shù)染色體的最佳時(shí)期是有絲分裂中期。（3）二倍體"白菜甘藍(lán)"的染色體數(shù)為19條。由于沒有同源染色體配對(duì)的現(xiàn)象，減數(shù)分裂過程異常，所以通常不育。人工誘導(dǎo)產(chǎn)生四倍體"白菜甘藍(lán)"，染色體數(shù)目發(fā)生了改變，這種變異屬于染色體變異。

五、鞏固練習(xí)（一）選擇題1.植物組織培養(yǎng)是指（）A.離體的植物器官或細(xì)胞培育成愈傷組織B.愈傷組織培育成植株C.離體的植物器官、組織或細(xì)胞培育成完整植物體D.愈傷組織形成高度液泡化組織答案：C2.植物細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的必要條件是（）A.給予適宜的營(yíng)養(yǎng)和外界條件B.導(dǎo)入其他植物細(xì)胞的基因C.脫離母體后，給予適宜的營(yíng)養(yǎng)和外界條件D.將成熟篩管的細(xì)胞核移植到去核的卵細(xì)胞內(nèi)答案：C3.植物組織培養(yǎng)過程中的脫分化是指（）A.植物體的分生組織通過細(xì)胞分裂產(chǎn)生新細(xì)胞B.未成熟的種子經(jīng)過處理培育出幼苗的過程C.植物的器官、組織或細(xì)胞，通過離體培養(yǎng)產(chǎn)生愈傷組織的過程D.取植物的枝芽培育成一株新植物的過程答案：C4.在植物組織培養(yǎng)中，切取胡蘿卜的外植體時(shí)一般選擇（）A.具有木質(zhì)部的部分B.具有韌皮部的部分C.具有形成層的部分D.具有髓的部分答案：C5.植物體細(xì)胞雜交的目的中錯(cuò)誤的是（）A.把兩個(gè)植物體的優(yōu)良性狀集中在雜種植株上B.克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙C.獲得雜種植株D.實(shí)現(xiàn)原生質(zhì)體的融合答案：D

（二）非選擇題1.下面是植物組織培養(yǎng)的簡(jiǎn)略表示。據(jù)此回答：

脫分化再分化①→②→③→④（1）①表示，它能被培養(yǎng)成為④的根本原因是。（2）②表示，它與①相比分化程度，全能性。（3）若想制作人工種子，應(yīng)該選用（填編號(hào)）。（4）若①是花藥，則④是，繼續(xù)對(duì)其使用處理可獲得可育植株，該過程稱為。答案：（1）離體的植物器官、組織或細(xì)胞植物細(xì)胞具有全能性（2）愈傷組織低高（3）③（4）單倍體植株秋水仙素單倍體育種2.科學(xué)家利用番茄（2N=24）和馬鈴薯（2N=48）進(jìn)行如圖所示的雜交實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)回答問題：

（1）在將雜種細(xì)胞培育成為雜種植株的過程中，運(yùn)用的技術(shù)手段是，依據(jù)的原理是，其中過程②稱為，與過程③密切相關(guān)的具有單層膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器為。（2）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。（3）已知柴油樹種子含有的柴油是植物細(xì)胞的代謝產(chǎn)物，可用植物組織培養(yǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)柴油的工業(yè)化生產(chǎn)。若利用此技術(shù)，將柴油樹細(xì)胞培養(yǎng)到（填字母編號(hào)）階段即可。答案：（1）植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞全能性脫分化高爾基體（2）六（3）c

六、答案解析（一）選擇題答案解析1.答案：C解析：植物組織培養(yǎng)是指離體的植物器官、組織或細(xì)胞培育成完整植物體的過程，A選項(xiàng)只提到培育成愈傷組織，B選項(xiàng)只提到愈傷組織培育成植株，D選項(xiàng)說(shuō)的是愈傷組織的特點(diǎn)，均不全面，所以選C。2.答案：C解析：植物細(xì)胞只有脫離母體后，給予適宜的營(yíng)養(yǎng)和外界條件，才能表現(xiàn)出全能性，A選項(xiàng)缺少離體條件，B選項(xiàng)導(dǎo)入基因不是表現(xiàn)全能性的必要條件，D選項(xiàng)成熟篩管細(xì)胞無(wú)細(xì)胞核，不符合題意，所以選C。3.答案：C解析：脫分化是指植物的器官、組織或細(xì)胞，通過離體培養(yǎng)產(chǎn)生愈傷組織的過程，A選項(xiàng)說(shuō)的是分生組織產(chǎn)生新細(xì)胞，B選項(xiàng)說(shuō)的是種子培育幼苗，D選項(xiàng)說(shuō)的是枝芽培育新植物，均不是脫分化的定義，所以選C。4.答案：C解析：具有形成層的部分細(xì)胞分裂能力強(qiáng)，容易培養(yǎng)成功，所以切取胡蘿卜外植體時(shí)一般選擇具有形成層的部分，A、B、D選項(xiàng)的部分細(xì)胞分裂能力相對(duì)較弱，所以不選，選C。5.答案：D解析：植物體細(xì)胞雜交的目的是把兩個(gè)植物體的優(yōu)良性狀集中在雜種植株上，克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，獲得雜種植株，而實(shí)現(xiàn)原生質(zhì)體的融合是植物體細(xì)胞雜交的過程，不是目的，所以選D。

（二）非選擇題答案解析1.答案：（1）離體的植物器官、組織或細(xì)胞植物細(xì)胞具有全能性（2）愈傷組織低高（3）③（4）單倍體植株秋水仙素單倍體育種解析：（1）①表示離體的植物器官、組織或細(xì)胞，它能培養(yǎng)成④是因?yàn)橹参锛?xì)胞具有全能性。（2）②表示愈傷組織，與①相比分化程度低，全能性高。（3）人工種子應(yīng)該選用③胚狀體。（4）花藥離體培養(yǎng)得到的是單倍體植株，用秋水仙素處理