1、第 2 节 植物细胞工程 学习目标 1、说出细胞全能性的含义及其在植物组织培养中的应用；2、简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术的方法和步骤；3、列举植物细胞工程的实际应用 一、植物组织培养： 1、概念：是指依据 原理，在 条件下，分离植物的 、 、 或 （称为 ） ，并在培养基上培养， 在适宜的条件下使其长成部分或完整植株的技术。 2、理论基础：植物细胞全能性 的细胞具有发育成为一个新的生物个体的 。因为每个细胞内都 含有该物种的 ，具有发育成完整个体所必需的 。 全能性的表现条件： 适宜的 。 全能性大小：受精卵胚胎干细胞生殖细胞体细胞；植物细胞动物细胞 3、材料：植株的 、 、 和 等。
2、 4、培养条件： ； 适宜的 ，其成分包括水、无机营养、 、 和 等。 5、过程： 离体的器官、组织或细胞 （ ） （ ） 植株。 脱 分 化 再 分 化 脱分化：由 的植物细胞形成 的过程。 愈伤组织：是一团没有特定 和 并处于 状态的 细 胞。 再分化：愈伤组织重新 形成根、芽等器官的过程。 胚状体：愈伤组织在一定的培养条件下 形成，类似 ，具有 和 ，在适宜条件下可发育成新的植株。 人工种子：在 外包裹 和 制成。 人工种子的制备包括从植物组织培养诱导体细胞胚状体的发生， 的控制以及人工 的包埋过程。 人工种皮的制作材料： 人工胚乳的主要成分： 人工种子的优点：不受 ； ； 有利于 等。
3、 人工种子的应用：濒危植物的保护； 经济植物的 等。 阅读：植物细胞全能性表现的条件：离体；无菌：培养基、外植体、操作工具及 操作环境必须严格消毒；人为控制：控制好培养基及各种条件；培养基成分：水、无 机盐等无机营养成分、蔗糖、氨基酸等有机营养成分、植物激素；环境条件：脱分化避 光，再分化需光，光使细胞内形成叶绿体、叶绿素，进行光合作用；适宜的 PH 和充足的氧 气。 例 1：要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要（ ） A.具有完整细胞核的细胞； B.离体状态； C.导入外源基因； D.一定的营养物质和激 素。 二、植物细胞培养： 1、概念：是在实验室或工厂生产条件下，将组织培养过程中形
4、成的 或其 他易分散的组织置于 中，进行 培养，得到分散游离的 细胞，通过 培养使细胞增殖，从而获得大量的 的一种技术。 2、目的：获得人类所需要的 ，如抗肿瘤药物 。 3、培养过程： 对细胞进行 ，获得次生代谢产物含量高、生长迅速的单细胞 ； 在扩大培养后利用 技术，在生物反应器中获得大量的 ； 再从混合液中 有用物质。 4、应用： ； 。 5、优点： ； 。 三、植物体细胞杂交技术 1概念： 。 2、植物体细胞杂交的过程： 3基本原理： ； 。 原生质体： 概念：是指： ； 来源：主要包括 和 。 制备： ； 用途：用于 ；用于 。 人工诱导的方 法：物理方法： 、 、 等； 化学方法；
5、。 4优点：是一种非常有用的遗传育种手段，可以克服 障碍。 思考：为什么要去除细胞壁？通常用什么方法去除细胞壁？去除细胞壁以后的植物 细胞叫什么？【（1）由于植物细胞壁阻碍了植物细胞的融合，所以在进行植物体细胞杂交 之前，必须要先去除细胞壁。 （2）去除细胞壁一般是采用酶解法，即用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞以得到具有 活力的原生质体。这里是利用了酶的专一性原理。 】 如何实现细胞融合？融合后培养基中有几种细胞？几种融合细胞？原生质体融合完 成的标志是什么？（形成新的细胞壁）与之形成有关的细胞器是什么？（高尔基体） 【人工 诱导原生质体融合的方法可以分为两大类物理法和化学法。物理法包括离心、振
6、动和 电刺激等；化学法一般是用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂来诱导细胞融合。原生质体融合完 成的标志是形成新的细胞壁，与之形成有关的细胞器是高尔基体。 】 在“白菜-甘蓝”的培育过程中，运用了植物细胞工程中的哪些技术？ 例 2分析下图，概述植物体细胞杂交的基本过程。 （1）说出步骤表示的含义。 （2）将植物细胞 A 和植物细胞 B 的得到的原生质体诱导融合，在培养基上至少存在几种类 型的细胞（只考虑两个细胞的融合）？【至少存在 5 种类型的细胞，即 A 型、B 型、AB 型、 AA 型和 BB 型的细胞，其中，AB 型的细胞是我们需要的杂种细胞。 】 四、植物细胞工程的应用（阅读） 植物繁殖的新
7、途径： 1微型繁殖（快速繁殖）：大多采用的是植物的茎尖、根尖等材料，属于无性繁殖技术， 具有保持优良品种的遗传特性、不受自然条件与材料限制、生长周期短等特点。 2作物脱毒：长期进行无性繁殖的作物，它们感染的病毒逐年积累很容易传播给后代， 导致作物产量降低，品质变差。植物分生区附近（如茎尖、根尖）的病毒极少，甚至无 病毒。因此，利用作物的根尖、茎尖进行组织培养可以获得无病毒植株。 3制备人工种子： 作物新品种的培育： 1单倍体育种（花药离体培养）： 原理： ； 过程：花药 单倍体幼胚或幼苗 正常植株 优点： 。 例 3：下列哪一项不是单倍体育种的优点（ ） A缩短育种年限； B变异率高；C得到稳
8、定遗传的优良品种；D节约人力、物力。 2突变体的利用： 细胞产物的工厂化生产：植物组织培养技术除了在农业上的应用外，还广泛应用于细胞 产物的工厂化生产。这些细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。例 如： （1）利用人参组织培养技术大量生产人参皂苷干粉； （2）利用组织培养技术大量生产抗癌药物紫杉醇； 例 4：植物的微型繁殖的优点是（ ） A取材少 B培养周期短 C繁殖率高 D以上都是 例 5：马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产， 为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是 （ ） A选择优良品种进行杂交 B进行远缘植物
9、体细胞杂交 C利用芽尖进行组织培养 D人工诱导基因突变 例 6：下列四个选项中没有采取植物组织培养技术的是 （ ） A花药离体培养得到单倍体植株 B秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株 C人工种子的培育 D “番茄马铃薯”杂种植株的培育过程 五、检测训练 1. 有关全能性的叙述，不正确的是 （ ） A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高 B.生物体内细胞由于分化，全能性不能表达 C.卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高 D.植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性 2.植物细胞表现出全能性的必要条件是 （ ） A给予适宜的营养和外界条件；B脱离母体后，给予适宜的营养和
10、外界条件； C导入其他植物细胞的基因； D将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内。 3. 在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，是因为（ ） A.细胞丧失了全能性 B.基因的表达有选择性 C.不同的细胞内基因不完全相同 D.在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变 化 4.在生物体的所有细胞中，全能性最高的是 （ ） A卵细胞 B.植物花粉 C体细胞 D.受精卵 5.植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导的植物激素分别是（ ） 细胞的全能性 离体植物器官，组织或细胞 根，芽 生长素和细胞分裂素 生长素和乙烯 愈伤组织 再分化 脱分化 植物体 A和 B和 C和 D
11、和 6.植物组织培养可以形成愈伤组织，下列有关愈伤组织的叙述错误的是（ ） A愈伤组织是离体细胞经过脱分化形成的；B形成愈伤组织的培养基不需含有机分子； C愈伤组织可以形成具有生根能力的胚状结构； D愈伤组织是一类高度液泡化的无定形状态的薄壁细胞 7.能刺激愈伤组织形成的诱导剂是 （ ） A细胞分裂素和生长素；B.赤霉素；C生长素和赤霉素； D.细胞分裂素和乙烯。 8.将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是 （ ） A.具有完整细胞核的细胞；B.一定的营养物质和植物激素；C.离体状态；D.导入指定基 因。 9. 甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离
12、体培养的 方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平这种通过分生组织离体培养获 得种苗的过程不涉及细胞的 （ ） A有丝分裂 B分化 C减数分裂 D全能性 10.下列关于植物细胞培养的叙述不正确的是 （ ） A植物细胞培养是在实验室工厂化生产的条件下,进行悬浮培养,从而获得大量细胞群体 的一种技术； B.根据培养对象不同可分为液体培养和固体培养； C.植物细胞培养是在植物组织培养的基础上发展起来的； D.植物细胞培养的培养基主要由水、无机营养、有机营养、天然附加物和生长物质等组 成。 11.在细胞工程中，需要利用细胞的全能性。下列细胞中全能性最高的是 （ ） A.胡萝卜的韧皮部细胞；
13、 B.水稻的花粉； C.绵羊的乳腺细胞； D.大白鼠的受精卵 12. 用高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误 的是 A该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的 （ ） B该愈伤组织的细胞没有全能性 C. 该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成 D该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构 13.在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件不是必 需的 （ ） A.充足的光照； B.适宜的温度；C.消毒灭菌； D.适宜的养料和激素。 14. 下列有关植物组织培养过程中愈伤组织的说法不正确的是 （ ） A愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成
14、的 B愈伤组织经过脱分化过程形成根或芽 C培养基中生长素和细胞分裂素的比值不同，愈伤组织分化的结果不同 D. 愈伤组织的细胞中，能发生碱基互补配对的细胞器是线粒体和核糖体 15. 神舟四号飞船上进行了细胞融合实验，其中的植物细胞是黄花烟草原生质体与革新一 号烟草原生质，那么植物原生质的获得常用的方法是 （ ） A.机械破除 B.酶解法 C.离心法 D.盐酸溶解法 16.通过细胞杂交,获得一个杂种植株,需要的步骤是 ( ) A.分离原生质体 原生质融合 生出细胞壁 组织培养法 得到杂种植株 B.分离原生质 原生质自然融合 组织培养 杂种植株 C.获取细胞 原生质融合 组织培养 杂种植株 D. 获
15、取细胞 原生质直接融合 组织培养 杂种植株 17.植物体细胞杂交的目的是 （ ） A.用酶解法去掉细胞壁分离出原生质体 B.以人工诱导法使两个不同植物的原生质体融合 C.用植物组织培养法培养融合的原生质体得到杂种植株 D.通过以上三者来完成 18.植物体细胞杂交在培育作物新品种方面的重大突破表现在 （ ） A证明杂种细胞具有全能性 B克服远源杂交不亲和的障碍 C缩短育种周期，减少盲目性 D快速培育无病毒植株，保留杂种优势 19. 下列关于细胞融合的叙述，不正确的是 （ ） A. 采用自然或人工的方法使两个或多个不同细胞融合为一个细胞 B常用的促融合因子有电场、聚乙二醇等 C在促融合因子的作用下
16、，仅仅使细胞核发生融合 D在细胞融合前需纤维素酶、果胶酶除去细胞壁 20植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是 （ ） A.植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁 B.细胞壁使原生质体失去活力 C.细胞壁阻碍了原生质体的融合 D.细胞壁不是原生质体的组成部分 21. 植物体细胞杂交的过程是 （ ） A.用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体 B.以人工诱导法使两个不同植物的原生质体融合 C.用植物组织培养法培养融合的原生质体得到杂种植株 D.通过以上过程来完成 22.下列叙述中，与植物体细胞杂交无关的是 （ ） A利用离心、振动、电刺激等诱导 B利用聚乙二醇（ PEG ）等试剂诱导 C克服远缘杂
17、交不亲和的障碍 D培养基中需添加动物血清 23.下图表示花药离体培养及单倍体育种的大致过程，据图回答下列问题： (1）花药离体培养应用的是 技术，其理论基础是 。 过程 是把幼小的花药分离出来，在无菌条件下放在人工培养基上进行离体培养，该培 养基中加入的物质应该有 。 （至少答三种） (2）过程 是花药在培养基所提供的特定条件下发生多次细胞分裂，形成愈伤组织，此 过程叫作 ，细胞分裂的方式是 。 (3）过程 是诱导愈伤组织分化出芽和根，最后长成植株。这一过程叫 。 该植株是 植株，其特点是 ，生产上没有推广应用的 价值，需经过程 处理。 5 (4) 愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发
18、育成叶和茎。这一过程必须给予光 照，其原因是_能利用光能制造有机物，供试管苗生长发育。 要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有_和_两类激素。 24.据图回答下列问题： 过程用 处理细胞的细胞壁，然后经过过程 ，可能会形成 种细胞团（只考虑两种细胞融合的情况） ，是 过程，与此过程相关的细胞器是 。 步骤 一般常用的化学试剂是 ，目的是 。在 过程培养中，除了提供水、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外，还需在培养基中加入 _ _和 _等植物激素。同时，在培养过程中，除必要的温度、光照和 氧气等条件外，成功的另一个关键是操作过程必须保证 。 在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段是
19、，其过程主要包括 和 。 植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株，这项研究对于培养作物新品种方面的重 大意义在于 ， 使 能够在新的植物体上有所表现，其根本原因是 。 利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔 的遗传规律？为什么？ 25物体细胞杂交过程示意图。据图回答： 步骤是 ，最常用 的方法是 。 步骤一般常用的化学试剂是 ，目的是 。 在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手 段是 ，其中步骤相当于 ，步 骤相当于 。 植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株。使 能够在新的植物体上有所表现，其根本 原因是 。 若远源杂交亲本 A 和 B 都是
20、二倍体，则杂种植株为 倍体。 若番茄是二倍体，马铃薯是四倍体，则杂种植株是 倍体。 若番茄细胞内含 A 条染色体，马铃薯细胞内含 B 条染色体，将 番茄和马铃薯采用杂交育种方法培育（假设能成功） ，得到的后 代应含 条染色体，还必须用 处理幼苗， 才能得到可育的番茄-马铃薯植株，此时体细胞中含有 条染色体。 从理论上讲，杂种植株的育性为 。若运用传统有性杂 交方法能否实现？ ，原因是 。因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于 。 利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种过程中，遗传物 质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？为什么？ 答案 1-5：CBBDA 6-10：BADCB 11-1
21、5：DBABB 16-20：ACBCC 21：D 22：D 23：植物组织培养 细胞的全能性 水、无机盐、蔗糖氨基酸等有机营养、植物激素 脱分化 有丝分裂 再分化 单倍体 不育 秋水仙素 光使细胞内形成叶绿体，产生叶绿素 生长素和细胞分裂素 24. （1）纤维素酶和果胶酶 3 原生质体融合 高尔基体 （2）聚乙二醇 PEG 诱导不同植物体细胞的原生质体融合 生长素 细胞分裂素 无菌 （3）植物组织培养 脱分化 再分化 （4）克服远源杂交不亲和的障碍 远源杂交亲本的遗传特征 杂种植株获得双亲的 遗传物质 （5）否 有性生殖的过程中进行减数分裂，才遵循孟德尔的遗传规律 25.（1）去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体 酶解法 （2）PEG 诱导不同植物体细胞的原生质体融合 （3）植物组织培养 脱分化 再分化 （4）远源杂交亲本的遗传特征 杂种植株获得双亲的遗传物质 （5）四 六 A+B/2 秋水仙素 A+B （6）可育 不能 因为不同种生物之间存在生殖隔离 克服远源杂交不亲和的障碍 （7）否 有性生殖的过程中进行减数分裂，才遵循孟德尔的遗传规律
