第38講

植物細(xì)胞工程考點(diǎn)一

植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)考點(diǎn)二

植物細(xì)胞工程的應(yīng)用考點(diǎn)一

植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)考點(diǎn)二

植物細(xì)胞工程的應(yīng)用核心提要素養(yǎng)體現(xiàn)生命觀念：結(jié)合植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用，形成結(jié)構(gòu)決定功能的生命觀念?？茖W(xué)思維：比較植物體細(xì)胞雜交與植物組織培養(yǎng)技術(shù)的異同。科學(xué)探究：針對(duì)人類生產(chǎn)或生活的某一需求，運(yùn)用細(xì)胞工程知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和制作。社會(huì)責(zé)任：分析植物細(xì)胞工程在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，關(guān)注科技和社會(huì)的發(fā)展。考點(diǎn)一

植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)一、細(xì)胞工程的概念原理和方法______生物學(xué)、分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)操作水平________水平、細(xì)胞水平或組織水平目的獲得特定的________________________或其產(chǎn)品分類根據(jù)操作對(duì)象的不同分為植物細(xì)胞工程和動(dòng)物細(xì)胞工程細(xì)胞細(xì)胞器細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體二、植物組織培養(yǎng)技術(shù)1.理論基礎(chǔ)——植物細(xì)胞的全能性概念細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后，仍然具有________________或_____________________的潛能原理細(xì)胞內(nèi)含有本物種的______________全能性表達(dá)條件具有完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，處于______狀態(tài)，提供一定的營(yíng)養(yǎng)、激素和其他適宜外界條件產(chǎn)生完整生物體

分化成其他各種細(xì)胞全部遺傳信息離體2.定義和流程（1）定義（2）流程3.探究實(shí)踐——菊花的組織培養(yǎng)（1）過(guò)程

使用順序?qū)嶒?yàn)結(jié)果先使用生長(zhǎng)素，后使用細(xì)胞分裂素有利于細(xì)胞分裂，但細(xì)胞不分化先使用細(xì)胞分裂素，后使用生長(zhǎng)素細(xì)胞既分裂也分化同時(shí)使用分化頻率提高簡(jiǎn)記為：先“生”分裂不分化，后“生”分裂又分化，同“使”分化頻率高生長(zhǎng)素/細(xì)胞分裂素植物組織的發(fā)育方向高有利于根的分化，抑制芽的形成低有利于芽的分化，抑制根的形成適中促進(jìn)愈傷組織的生長(zhǎng)簡(jiǎn)記為：“高”根，“低”芽，“中”愈傷

避免雜菌在培養(yǎng)基上迅速生長(zhǎng)消耗營(yíng)養(yǎng)，且有些雜菌會(huì)危害培養(yǎng)物的生長(zhǎng)（2）植物組織培養(yǎng)時(shí)通常選擇莖尖、芽尖等作為外植體，原因是_________________________________________________。

莖尖、芽尖細(xì)胞分化程度低，容易誘導(dǎo)產(chǎn)生愈傷組織（3）植物組織培養(yǎng)中所需的碳源一般為蔗糖，少數(shù)為葡萄糖和果糖，原因是____________________________________________________________________________________________________________________________。

蔗糖既可提供充足的碳源，又可維持相對(duì)適中的滲透壓，而葡萄糖和果糖在與蔗糖提供相同數(shù)量碳源的前提下，其造成的滲透壓可能過(guò)高（1）提高培養(yǎng)基中生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的比值，有利于誘導(dǎo)生根。(

)

√（2）對(duì)外植體進(jìn)行消毒以杜絕接種過(guò)程中的微生物污染。(

)

×（3）在植物組織培養(yǎng)過(guò)程中，細(xì)胞的遺傳物質(zhì)一般都會(huì)發(fā)生改變。(

)

×（4）愈傷組織是外植體通過(guò)脫分化和再分化后形成的。(

)

×（5）在植物組織培養(yǎng)過(guò)程中需要給予光照，以誘導(dǎo)脫分化過(guò)程。(

)

×三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)1.概念：將不同來(lái)源的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成__________，并把雜種細(xì)胞培育成__________的技術(shù)。2.原理：植物體細(xì)胞雜交利用了細(xì)胞膜的________，將雜種細(xì)胞培育成雜種植株利用了__________________。雜種細(xì)胞新植物體流動(dòng)性植物細(xì)胞的全能性3.基本過(guò)程4.優(yōu)點(diǎn)和局限性（1）優(yōu)點(diǎn)：打破__________，實(shí)現(xiàn)______________，培育植物新品種。（2）局限性：目前有許多理論和技術(shù)問(wèn)題未解決，還不能讓雜種植株按照人們的需求表現(xiàn)出雙親的雜合性狀。生殖隔離遠(yuǎn)緣雜交育種

比較植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交名稱植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交原理細(xì)胞的全能性細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性和細(xì)胞的全能性主要過(guò)程離體的植物器官、組織或細(xì)胞經(jīng)植物組織培養(yǎng)形成植物體兩種植物的體細(xì)胞去壁融合形成的雜種細(xì)胞經(jīng)植物組織培養(yǎng)形成雜種植株選材選取根尖、莖尖、形成層部位，最容易誘導(dǎo)脫分化不同種的植物體細(xì)胞關(guān)系植物組織培養(yǎng)是植物體細(xì)胞雜交的基礎(chǔ)，植物體細(xì)胞雜交所用的技術(shù)更復(fù)雜續(xù)表技術(shù)操作脫分化、再分化等除脫分化、再分化外，還要用酶解法去除細(xì)胞壁，用一定的方法誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合

生物體內(nèi)基因表達(dá)不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互制約的。“番茄—馬鈴薯”雜種植株的細(xì)胞中雖然具備兩個(gè)物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株體內(nèi)的遺傳物質(zhì)一樣有序表達(dá)，因此雜種植株上沒(méi)有地上結(jié)番茄，地下結(jié)馬鈴薯

1

植物組織培養(yǎng)技術(shù)（高頻）1.藍(lán)莓細(xì)胞富含花青素等多酚類化合物。在藍(lán)莓組織培養(yǎng)過(guò)程中，外植體切口處細(xì)胞被破壞，多酚類化合物被氧化成褐色醌類化合物，這一過(guò)程稱為褐變。褐變會(huì)引起細(xì)胞生長(zhǎng)停滯甚至死亡，導(dǎo)致藍(lán)莓組織培養(yǎng)失敗。下列敘述錯(cuò)誤的是(

)

。DA.花青素通常存在于藍(lán)莓細(xì)胞的液泡中B.適當(dāng)增加培養(yǎng)物轉(zhuǎn)移至新鮮培養(yǎng)基的頻率以減少褐變C.在培養(yǎng)基中添加合適的抗氧化劑以減少褐變D.宜選用藍(lán)莓成熟葉片為材料制備外植體解析

液泡中含有糖類、無(wú)機(jī)鹽、色素和蛋白質(zhì)等，其中的色素是指水溶性色素，如花青素，A正確；適當(dāng)增加培養(yǎng)物轉(zhuǎn)移至新鮮培養(yǎng)基的頻率可及時(shí)清除多酚類化合物及褐色醌類化合物，從而減少褐變，B正確；根據(jù)題干信息可知，褐變是由多酚類化合物被氧化成褐色醌類化合物引起的，因此可在培養(yǎng)基中添加合適的抗氧化劑以減少褐變，C正確；宜選用藍(lán)莓幼嫩葉片為材料制備外植體，因?yàn)橛啄廴~片細(xì)胞分裂旺盛、易培養(yǎng)，D錯(cuò)誤。2.植物體細(xì)胞通常被誘導(dǎo)為愈傷組織后才能表現(xiàn)全能性。研究發(fā)現(xiàn)，愈傷組織的中層細(xì)胞是根或芽再生的源頭干細(xì)胞，其在不同條件下，通過(guò)基因的特異性表達(dá)調(diào)控生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素的作用，表現(xiàn)出不同的效應(yīng)（見(jiàn)下表）。已知生長(zhǎng)素的生理作用大于細(xì)胞分裂素時(shí)有利于根的再生；反之，有利于芽的再生。下列推論不合理的是(

)

。條件基因表達(dá)產(chǎn)物和相互作用效應(yīng)①

維持未分化狀態(tài)②

誘導(dǎo)出根③，抑制

誘導(dǎo)出芽

√

2

植物體細(xì)胞雜交技術(shù)（高頻）3.人參皂苷是人參的主要活性成分?？蒲腥藛T分別誘導(dǎo)人參根與胡蘿卜根產(chǎn)生愈傷組織并進(jìn)行細(xì)胞融合，以提高人參皂苷的產(chǎn)率。下列敘述錯(cuò)誤的是(

)

。C

4.

科研人員利用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)培育矮牽牛新品種，技術(shù)流程示意圖如下。下列敘述正確的是(

)

。DA.愈傷組織是幼嫩葉片通過(guò)細(xì)胞分化形成的B.獲得的雜種植株都能表現(xiàn)雙親的優(yōu)良性狀C.可用聚乙二醇誘導(dǎo)原生質(zhì)體甲和乙的融合和細(xì)胞壁再生D.用纖維素酶和果膠酶處理愈傷組織以獲得原生質(zhì)體解析

愈傷組織是幼嫩葉片通過(guò)細(xì)胞脫分化形成的，A錯(cuò)誤；由于基因的選擇性表達(dá)和基因間的互作效應(yīng)，獲得的雜種植株不一定都能表現(xiàn)親本的優(yōu)良性狀，B錯(cuò)誤；可用聚乙二醇誘導(dǎo)原生質(zhì)體甲和乙的融合，但不能誘導(dǎo)細(xì)胞壁的再生，C錯(cuò)誤?？键c(diǎn)二

植物細(xì)胞工程的應(yīng)用1.植物繁殖的新途徑

對(duì)于無(wú)性繁殖的作物而言，病毒在作物體內(nèi)逐年積累，就會(huì)導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差

快速繁殖是在具有一定人工設(shè)施的室內(nèi)生產(chǎn)，可以不受季節(jié)、氣候等自然條件的限制（3）馬鈴薯、草莓和香蕉脫毒作物的產(chǎn)量和品質(zhì)明顯提高，為什么小麥和玉米脫毒作物的產(chǎn)量和品質(zhì)卻基本沒(méi)有變化？_______________________________________________________________________________________________________________________。

馬鈴薯、草莓、香蕉進(jìn)行無(wú)性繁殖，感染的病毒很容易傳遞給子代，而小麥和玉米是通過(guò)種子繁殖的，感染的病毒不容易傳遞給子代（4）在對(duì)菊花進(jìn)行快速繁殖時(shí)，既可采用菊花的綠色葉片，也可采用其黃色花瓣作外植體，在一定條件下進(jìn)行組織培養(yǎng)，均能獲得綠色的試管苗，其中的原理是什么？____________________________________________________________________________________________________________________________________。綠色葉片和黃色花瓣的細(xì)胞都具有全能性，在一定條件下都能發(fā)育成完整的植株，在光照的誘導(dǎo)下，與葉綠素合成有關(guān)的基因表達(dá)，使植株呈現(xiàn)綠色（1）脫毒苗培育所選的組織培養(yǎng)材料可以來(lái)自植株的任何部位。(

)

×（2）快速繁殖技術(shù)也叫微型繁殖技術(shù)，可以快速、大量地繁殖植物，還可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性。(

)

√2.作物新品種的培育（1）單倍體育種和突變體培育的遺傳學(xué)原理是一致的。(

)

×（2）突變體培育通常對(duì)植物的愈傷組織進(jìn)行誘變處理，而工廠化生產(chǎn)的細(xì)胞產(chǎn)物也來(lái)自愈傷組織。(

)

√（3）利用培養(yǎng)的愈傷組織進(jìn)行誘變育種，可以誘導(dǎo)基因定向突變，獲得有用的突變體。(

)

×3.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)（1）次生代謝物：是一類________有機(jī)化合物，在植物抗病、抗蟲(chóng)等方面發(fā)揮作用，也是很多藥物、香料和色素等的重要來(lái)源。一般認(rèn)為不是植物基本的生命活動(dòng)所必需的產(chǎn)物。小分子

次生代謝物不是生物生長(zhǎng)所必需的，一般在特定的組織或器官中，并在一定的環(huán)境和時(shí)間條件下才產(chǎn)生；初生代謝物是生物生長(zhǎng)和生存所必需的，在整個(gè)生命過(guò)程當(dāng)中一直產(chǎn)生（2）生產(chǎn)的技術(shù)手段——植物細(xì)胞培養(yǎng)

工廠化生產(chǎn)不一定要培養(yǎng)出植物體，一般培養(yǎng)到愈傷組織階段，從培養(yǎng)愈傷組織細(xì)胞的培養(yǎng)液中就可提取細(xì)胞產(chǎn)物。細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)可提高單個(gè)細(xì)胞初生代謝物的含量。(

)

×

1

作物脫毒1.超低溫冷凍脫毒法的原理是先用超低溫對(duì)細(xì)胞進(jìn)行選擇性破壞，其中莖尖分生組織細(xì)胞不易被凍死，莖尖分化細(xì)胞易被凍死，保留下來(lái)的分生組織細(xì)胞再用組織培養(yǎng)技術(shù)獲得脫毒植株。以馬鈴薯莖尖為材料，采用超低溫冷凍脫毒法可獲得脫毒苗。下列敘述錯(cuò)誤的是(

)

。BA.用莖尖能夠獲得脫毒苗的原因是植物頂端分生區(qū)病毒極少或無(wú)病毒B.經(jīng)超低溫冷凍脫毒培養(yǎng)的馬鈴薯比未脫毒的馬鈴薯抗病毒能力更強(qiáng)C.該技術(shù)利用了莖尖分生組織無(wú)成熟液泡不易形成冰晶的特性D.與傳統(tǒng)莖尖培養(yǎng)脫毒相比，該方法取材時(shí)不受莖尖長(zhǎng)度的限制解析

植物的分生區(qū)病毒極少甚至無(wú)病毒，因此可將馬鈴薯莖尖接種在培養(yǎng)基中，經(jīng)過(guò)人工培養(yǎng)可獲得脫毒苗，A正確；經(jīng)超低溫冷凍脫毒培養(yǎng)的馬鈴薯只是脫毒，并沒(méi)有獲得抗病毒的能力，B錯(cuò)誤；莖尖分生組織無(wú)成熟液泡，不易形成冰晶，C正確；與傳統(tǒng)莖尖培養(yǎng)脫毒相比，該方法取材不受莖尖長(zhǎng)度限制，傳統(tǒng)莖尖脫毒法切取莖尖的大小與脫毒效果直接相關(guān)，莖尖越小，去病毒機(jī)會(huì)越大，而超低溫冷凍脫毒法是通過(guò)超低溫處理，大多數(shù)細(xì)胞都受到了損傷而死亡，能存活下來(lái)的細(xì)胞為分生組織細(xì)胞，D正確。

2

作物新品種的培育

√

3.為培育具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的無(wú)籽柑橘，研究者設(shè)計(jì)了如下流程。下列相關(guān)敘述不正確的是(

)

。AA.過(guò)程①需使用胰蛋白酶處理

B.實(shí)現(xiàn)過(guò)程②依賴膜的流動(dòng)性C.過(guò)程③需應(yīng)用植物組織培養(yǎng)技術(shù)

D.三倍體植株可產(chǎn)生無(wú)籽柑橘解析

過(guò)程①需使用纖維素酶和果膠酶處理，A不正確。

3

細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)4.利用植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)在離體條件下對(duì)單個(gè)細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)使其增殖，可獲得植物細(xì)胞的某些次生代謝物。下列說(shuō)法正確的是(

)

。AA.利用該技術(shù)可獲得某些無(wú)法通過(guò)化學(xué)合成途徑得到的產(chǎn)物B.植物細(xì)胞體積小，故不能通過(guò)該技術(shù)進(jìn)行其產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)C.次生代謝物是植物所必需的，但含量少，應(yīng)選擇產(chǎn)量高的細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)D.該技術(shù)主要利用促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)的培養(yǎng)條件提高單個(gè)細(xì)胞中次生代謝物的含量解析

有些產(chǎn)物不能或難以通過(guò)化學(xué)合成途徑得到，故利用該技術(shù)可獲得某些無(wú)法通過(guò)化學(xué)合成途徑得到的產(chǎn)物，A正確；利用該技術(shù)在離體條件下對(duì)單個(gè)細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)使其增殖，可獲得植物細(xì)胞的某些次生代謝物，故可通過(guò)該技術(shù)進(jìn)行植物細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)，B錯(cuò)誤；次生代謝物不一定是植物生長(zhǎng)所必需的，C錯(cuò)誤；該技術(shù)主要是利用促進(jìn)細(xì)胞分裂的培養(yǎng)條件，增加細(xì)胞的數(shù)量，從而提高次生代謝物的含量，D錯(cuò)誤。1.根瘤菌與豆科植物之間是互利共生關(guān)系，根瘤菌侵入豆科植物根內(nèi)可引起根瘤的形成，根瘤中的根瘤菌具有固氮能力。為了尋找抗逆性強(qiáng)的根瘤菌，某研究小組做了如下實(shí)驗(yàn)：從鹽堿地生長(zhǎng)的野生草本豆科植物中分離根瘤菌；選取該植物的莖尖為材料，通過(guò)組織培養(yǎng)獲得試管苗（生根試管苗）；在實(shí)驗(yàn)室中探究試管苗根瘤中所含根瘤菌的固氮能力?；卮鹣铝袉?wèn)題：（1）從豆科植物的根瘤中分離根瘤菌進(jìn)行培養(yǎng)，可以獲得純培養(yǎng)物，此實(shí)驗(yàn)中的純培養(yǎng)物是____________________________________。由一個(gè)根瘤菌繁殖所獲得的根瘤菌群體解析

在微生物學(xué)中，將接種于培養(yǎng)基內(nèi)，在合適條件下形成的含特定種類微生物的群體稱為培養(yǎng)物。由單一個(gè)體繁殖所獲得的微生物