植物細(xì)胞工程學(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.理解植物細(xì)胞工程的基本原理。3.掌握植物組織培養(yǎng)的操作過(guò)程及影響因素。4.了解植物細(xì)胞工程在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用。

二、知識(shí)梳理

（一）植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)1.植物組織培養(yǎng)技術(shù)原理：植物細(xì)胞的全能性。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，也就是說(shuō)，每個(gè)生物細(xì)胞都具有全能性的特點(diǎn)。過(guò)程脫分化：已經(jīng)分化的細(xì)胞，經(jīng)過(guò)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(guò)程。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(guò)程。條件離體：植物細(xì)胞一般要離開(kāi)母體，在離體的條件下才能表現(xiàn)出全能性。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：包括無(wú)機(jī)物（如N、P、K、Ca、Mg、S等）、有機(jī)物（如蔗糖、氨基酸、維生素等）以及植物激素（如生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素等）。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)。在植物組織培養(yǎng)中，培養(yǎng)基中添加的生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的比值適中時(shí)，有利于愈傷組織的形成；比值高時(shí)，有利于根的分化；比值低時(shí)，有利于芽的分化。無(wú)菌條件：防止微生物污染，以免培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)成分被微生物消耗，同時(shí)微生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物可能對(duì)培養(yǎng)物造成毒害。2.植物體細(xì)胞雜交技術(shù)概念：將不同種的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的技術(shù)。過(guò)程去除細(xì)胞壁：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)體融合：常用的誘導(dǎo)方法有物理法（如離心、振動(dòng)、電激等）和化學(xué)法（如聚乙二醇（PEG）誘導(dǎo)）。原生質(zhì)體融合后形成雜種細(xì)胞。植物組織培養(yǎng)：將雜種細(xì)胞通過(guò)植物組織培養(yǎng)技術(shù)培育成雜種植株。意義：克服了不同生物遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，培育出自然界中沒(méi)有的新品種。

（二）植物細(xì)胞工程的應(yīng)用1.植物繁殖的新途徑微型繁殖：用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)是繁殖速度快，能保持親本的優(yōu)良性狀。作物脫毒：利用莖尖（分生區(qū)）進(jìn)行組織培養(yǎng)可以獲得脫毒苗，因?yàn)榍o尖不含病毒或含病毒極少。人工種子：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，經(jīng)過(guò)人工薄膜包裝得到的種子。人工種子在適宜條件下同樣能夠萌發(fā)長(zhǎng)成幼苗。2.作物新品種的培育單倍體育種原理：染色體變異。過(guò)程：通過(guò)花藥離體培養(yǎng)獲得單倍體植株，再用秋水仙素處理單倍體幼苗，使其染色體數(shù)目加倍，得到純合子植株。單倍體育種能明顯縮短育種年限。突變體的利用：在植物組織培養(yǎng)過(guò)程中，由于培養(yǎng)細(xì)胞一直處于不斷的分生狀態(tài)，容易受到培養(yǎng)條件和外界壓力（如射線、化學(xué)物質(zhì)等）的影響而產(chǎn)生突變。從這些突變體中可以篩選出對(duì)人們有用的突變體，進(jìn)而培育新品種。3.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)：利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)細(xì)胞產(chǎn)物，如蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。例如，從紅豆杉細(xì)胞中提取紫杉醇，用于治療癌癥。

三、典型例題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.將成熟篩管的細(xì)胞核移植到去核的卵細(xì)胞內(nèi)D.脫離母體后，給予適宜的營(yíng)養(yǎng)和外界條件【答案】D【解析】植物細(xì)胞只有脫離了母體，在一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件的作用下，才能表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株。A選項(xiàng)缺少"脫離母體"這一關(guān)鍵條件；B選項(xiàng)導(dǎo)入其他植物細(xì)胞基因與細(xì)胞全能性的表現(xiàn)無(wú)關(guān)；C選項(xiàng)成熟篩管細(xì)胞沒(méi)有細(xì)胞核，不能用于體現(xiàn)細(xì)胞全能性。所以答案選D。2.植物體細(xì)胞雜交的過(guò)程實(shí)質(zhì)是（）A.細(xì)胞質(zhì)融合的過(guò)程B.細(xì)胞核融合的過(guò)程C.細(xì)胞膜融合的過(guò)程D.細(xì)胞原生質(zhì)體融合的過(guò)程【答案】B【解析】植物體細(xì)胞雜交的過(guò)程包括原生質(zhì)體融合和植物組織培養(yǎng)等步驟。原生質(zhì)體融合包括細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)等的融合，但植物體細(xì)胞雜交的實(shí)質(zhì)是細(xì)胞核融合，因?yàn)榧?xì)胞核中含有遺傳物質(zhì)，只有細(xì)胞核融合才能使雜種細(xì)胞具有雙親的遺傳特性。細(xì)胞膜融合是原生質(zhì)體融合的一部分；細(xì)胞原生質(zhì)體融合只是過(guò)程的一個(gè)階段，不是實(shí)質(zhì)。所以答案選B。3.用雜合子種子盡快獲得純合子植株的方法是（）A.種植→F?→選不分離者→純合子B.種植→秋水仙素處理→純合子C.種植→花藥離體培養(yǎng)→單倍體幼苗→秋水仙素處理→純合子D.種植→秋水仙素處理→花藥離體培養(yǎng)→純合子【答案】C【解析】A選項(xiàng)是雜交育種方法，獲得純合子所需時(shí)間較長(zhǎng)；B選項(xiàng)用秋水仙素處理雜合子，得到的是多倍體，不是純合子；C選項(xiàng)單倍體育種能明顯縮短育種年限，先通過(guò)花藥離體培養(yǎng)獲得單倍體幼苗，再用秋水仙素處理使其染色體數(shù)目加倍得到純合子植株；D選項(xiàng)順序錯(cuò)誤，應(yīng)先花藥離體培養(yǎng)得到單倍體幼苗，再用秋水仙素處理。所以答案選C。

四、鞏固練習(xí)

（一）選擇題1.植物細(xì)胞工程常采用的技術(shù)手段有植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交等。這些技術(shù)的理論基礎(chǔ)是（）A.植物細(xì)胞能進(jìn)行有絲分裂B.植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)是完整的C.植物體的生命活動(dòng)受激素調(diào)節(jié)D.植物細(xì)胞具有全能性2.在植物組織培養(yǎng)過(guò)程中，愈傷組織的形成和形態(tài)發(fā)生是十分關(guān)鍵的一步。而這除需要必備的營(yíng)養(yǎng)和一些刺激因素外，還需要有起誘導(dǎo)作用的物質(zhì)，它們是（）A.銅、鋅等微量元素B.細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素C.蔗糖和葡萄糖D.維生素和氨基酸3.植物體細(xì)胞雜交尚未解決的問(wèn)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4.用植物組織培養(yǎng)技術(shù)，可以培養(yǎng)或生產(chǎn)出（）A.食品添加劑B.無(wú)病毒植物C.人工種子D.前三項(xiàng)都是5.下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)中滅菌操作的敘述，錯(cuò)誤的是（）A.外植體可以用酒精消毒B.鑷子等器械需用酒精滅菌C.操作前操作者的手需用酒精消毒D.培養(yǎng)基需高壓蒸汽滅菌

（二）非選擇題1.下面是植物組織培養(yǎng)過(guò)程的示意圖，請(qǐng)回答相關(guān)問(wèn)題：外植體→①→愈傷組織→②→胚狀體→③→植物體（1）①表示________，②表示________，③表示________。（2）植物組織培養(yǎng)所依據(jù)的原理是________。（3）過(guò)程①、②、③分別表示________、________、________。（4）要促使①發(fā)育成愈傷組織，培養(yǎng)基中除了加入水、無(wú)機(jī)鹽、蔗糖、維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外，還需要加入的植物激素是________。2.下圖為植物體細(xì)胞雜交過(guò)程示意圖。據(jù)圖回答：（1）步驟①是________，最常用的方法是________。（2）步驟②一般常用的化學(xué)試劑是________，目的是________。（3）在利用雜種細(xì)胞培育成為雜種植株的過(guò)程中，運(yùn)用的技術(shù)手段是________，其中步驟④相當(dāng)于________，步驟⑤相當(dāng)于________。（4）植物體細(xì)胞雜交的目的是獲得新的雜種植株。使________能夠在新的植物體上有所表現(xiàn)，其根本原因是________。

五、答案

（一）選擇題1.【答案】D【解析】植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交等技術(shù)的理論基礎(chǔ)是植物細(xì)胞具有全能性。2.【答案】B【解析】在植物組織培養(yǎng)過(guò)程中，細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素是誘導(dǎo)愈傷組織形成和形態(tài)發(fā)生的關(guān)鍵物質(zhì)。3.【答案】C【解析】植物體細(xì)胞雜交能去掉細(xì)胞壁，分離出有活力的原生質(zhì)體，能將雜種細(xì)胞培育成植株，也培育出了屬間雜種植物，但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.【答案】D【解析】植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以培養(yǎng)或生產(chǎn)出食品添加劑、無(wú)病毒植物、人工種子等。5.【答案】B【解析】鑷子等器械需用干熱滅菌或高壓蒸汽滅菌，不能用酒精滅菌，酒精消毒效果不徹底。

（二）非選擇題1.（1）【答案】脫分化；再分化；移栽【解析】外植體經(jīng)過(guò)脫分化形成愈傷組織，愈傷組織經(jīng)過(guò)再分化形成胚狀體，胚狀體發(fā)育成植物體后進(jìn)行移栽。（2）【答案】植物細(xì)胞的全能性【解析】植物組織培養(yǎng)的原理是植物細(xì)胞的全能性。（3）【答案】脫分化；再分化；移栽【解析】過(guò)程①是脫分化，②是再分化，③是移栽。（4）【答案】生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素【解析】促使外植體發(fā)育成愈傷組織，培養(yǎng)基中需要加入生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素。2.（1）【答案】去掉細(xì)胞壁，分離出有活力的原生質(zhì)體；酶解法【解析】步驟①是去掉細(xì)胞壁，分離出原生質(zhì)體，最常用的方法是酶解法，用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁。（2）【答案】聚乙二醇（PEG）；誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合【解析】步驟②常用