2.1.1植物细胞工程的基本技术的学案
【学习目标】
1.说出植物细胞工程的基本原理。
2.简述细胞全能性的概念。
3.简述植物组织培养的过程与方法。
4.通过菊花组织培养的实验操作,进一步掌握植物组织培养技术。
【学习重难点】
教学重点
1.植物组织培养的原理和过程。
2.植物体细胞杂交技术的原理。
3.植物细胞工程应用的实例。
教学难点
植物组织培养的实验。
【预习新知】
植物组织培养技术
1.细胞工程:是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法,通过__________或组织水平上的操作,有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
2.细胞的全能性:细胞经分裂和分化后,仍然具有产生__________的潜能。
3.植物组织培养:是指将________的植物器官、组织或细胞等,培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其形成________的技术。
4.植物组织培养的流程:接种________,诱导________,诱导________,诱导________,移植成活五个过程。
5.菊花的组织培养
(1)实验原理
①植物细胞一般具有________。
a.在一定的激素和营养等条件的诱导下,已经分化的细胞可以经过________,转变成________的细胞,进而形成________。
b.愈伤组织能重新分化成________等器官,该过程称为________。
②植物激素中________和____________是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。将愈伤组织接种到含有特定激素的培养基上,就可以诱导其再分化成________,长出芽和根,进而发育成完整的植株。
(2)实验步骤
①外植体的消毒:将流水充分冲洗后的外植体(幼嫩的茎段)用________消毒30 s,然后立即用________清洗2~3次;再用________溶液处理30 min后,立即用无菌水清洗2~3次。
②外植体的分割:用________将外植体切成0.5~1 cm长的小段。
③接种:在酒精灯火焰旁,将外植体的________插入诱导愈伤组织的培养基中。
④培养:将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于________ ℃的培养箱中培养。
⑤转移培养:培养15~20 d后,将生长良好的愈伤组织转接到诱导________的培养基上。长出芽后,再将其转接到诱导________的培养基上,进一步诱导形成________。
⑥移栽。
答案:
1.细胞器、细胞
2.完整生物体或分化成其他各种细胞
3.离体 完整植株
4.外植体 愈伤组织 生芽 生根
5.(1)①全能性 a.脱分化 未分化 愈伤组织 b.芽、根 再分化 ②生长素 细胞分裂素 胚状体 (2)①酒精 无菌水 次氯酸钠 ②解剖刀 ③1/3~1/2 ④18 ℃~22 ℃ ⑤生芽 生根 试管苗
植物体细胞杂交技术
1.概念
将 的植物体细胞,在一定条件下融合成 ,并把杂种细胞培育成 的技术。
2.过程
去壁:用 和 去除植物细胞壁,获得原生质体。
诱导原生质体融合的方法
① 物理法: 法、 法等。
② 化学法: 融合法、 融合法等。
③ 融合完成的标志:
④ 融合后所得细胞的种类共有 种,其中融合的细胞有 种,未融合的细胞有 种。
⑤ 由杂种细胞培育为新植物体应用了 技术。
3.原理: 、
4.意义:克服 。
【易错提示】
植物体细胞杂交过程中的注意事项
(1)植物体细胞杂交的培养基中要添加蔗糖浓度溶液且浓度略大于植物细胞质浓度。不仅为原生质体提供营养,而且还能维持一定的渗透压,使原生质体保持正常的形态
(2)体细胞融合后培养基主要有五种培养基类型(A/B/AA/BB/AB),其中融合细胞类型有三种(AA/BB/AB),而真正符合要求的是AB,因此要对融合细胞进行筛选
(3)从生殖类型上看,植物体细胞杂交技术没有生殖细胞的形成和结合,属于无性生殖,变异类型是染色体数目的变异,形成的是异源多倍体,由于含有两个亲本的遗传物质,因此理论上应具有两个亲本的遗传形状
【深化探究】
探究一:植物组织培养
1.下列实例能体现细胞全能性的有_________
(1)青蛙的受精卵发育成一个蝌蚪 (2)蜂王产生的未受精的卵细胞发育成雄蜂
(3)使用月季的茎扦插成活后形成一株新的月季
(4)一粒玉米种子发育成玉米植株 (5)兰花的叶肉细胞发育成一株兰花
2.完善植物组织培养过程模型(结合教材P35-36)
(1)愈伤组织的特点是:______________________________________。
(2)组织培养过程中光照如何控制?____________________________________。
(3)若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养中脱分化的影响,则应如何设计实验?
实验编号 实验处理
1
2
3
4
(4)菊花组织培养过程中诱导生根和生芽的顺序是怎样的?_________________________。
探究二、植物体细胞杂交
1.结合所学内容设计培育白菜-甘蓝新品种的过程
2.为什么使用纤维素酶和果胶酶可除去细胞壁?_________________________________
3.原生质体能融合体现细胞膜的什么功能?______________________________________
4.科学家曾经设想通过体细胞杂交获得一种可以地上结番茄地下有马铃薯的新植株,结果没有成功,你认为可能的原因有哪些?
【巩固训练】
1.花粉原生质体可与体细胞原生质体融合,实现配子与体细胞杂交,获得杂种植株。以下说法不正确的是( )
A.杂种植株的培育原理是染色体变异
B.可利用聚乙二醇诱导原生质体融合
C.可用纤维素酶和蛋白酶获得相应原生质体
D.配子与体细胞杂交能缩短三倍体无子果实培育年限
2.我国科学家利用植物体细胞杂交技术培育新品种耐盐植株的过程(如图所示),序号代表过程或结构。下列分析正确的是( )
A.可用灭活病毒诱导原生质体甲和乙的融合
B.由愈伤组织得到④需要脱分化、再分化等过程
C.获得的杂种植株一定能表现出双亲的优良性状
D.再分化培养基中生长素/细胞分裂素的比值高有利于根的分化
3.以下为植物体细胞杂交技术流程图,其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞,所含有的染色体组分别是AA和BB。据图分析正确的是( )
A.图中①过程通常用胰蛋白酶作用,目的是获得原生质体
B.过程②常使用聚乙二醇作为诱导剂
C.经过②和③过程形成的c细胞的染色体组一定为AABB
D.该技术流程的目的是获得杂种细胞,优点是克服远缘杂交不亲和障碍
4.花椰菜具有由核基因控制的多种优良性状,但易受黑腐病菌的危害而患黑腐病,野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化,并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合,以获得抗黑腐病杂种植株。实验过程如下图所示。下列叙述错误的是( )
A.①过程采用酶解法获取原生质体时,可利用蔗糖调节渗透压
B.②过程常使用聚乙二醇作为诱导剂诱导原生质体进行融合
C.筛选杂种细胞时,可根据是否有叶绿体和再生能力进行鉴别
D.杂种植株含有控制花椰菜优良性状的基因,只能通过父本进行传递
5.为增加玉米的抗旱性,科研人员构建含有某微生物抗旱基因E的重组质粒,并采用农杆菌转化法将其转入玉米幼胚组织细胞中,用E蛋白的抗体进行抗原—抗体杂交检测后,经进一步鉴定,筛选出抗旱的转基因玉米。下列有关叙述错误的是( )
A.通过逆转录得到的抗旱基因E中不含启动子、内含子和终止子
B.抗原—抗体杂交检测呈阳性的植株还要通过抗旱实验进行筛选
C.要得到转基因植株还要用到植物细胞融合技术
D.用CaCl2处理农杆菌可让其主动吸收重组质粒
6.某研究性学习小组拟培育一种名贵花卉的脱毒苗,其技术路线为“取材→消毒→愈伤组织培养→生芽、生根→移栽”。相关叙述错误的是( )
A.取材部位一般选择植物顶端分生区附近,因其含病毒少、甚至不含病毒
B.外植体接种前需进行流水冲洗、酒精消毒、次氯酸钠处理等消毒措施
C.为充分利用培养条件,每个锥形瓶可以接种6—8个外植体
D.将组培苗移栽后,需进行病毒接种实验来筛选出脱毒苗
7.辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域。辣椒素的获得途径如图所示。回答下列问题:
(1)图中培养外植体的培养基中常用的凝固剂是_____________。培养基中的生长素和细胞分裂素用量的比值_____________(填“高”或“低”)时,有利于芽的分化。对培养基彻底灭菌时,常采用_____________ (填仪器名称)进行灭菌。
(2)图中外植体的消毒所需酒精的体积分数是_____________。用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时,常用的酶是纤维素酶和_____________。
(3)细胞产物工厂化生产是植物组织培养技术的重要应用,高产细胞系须在_____________培养基培养至_____________。再从中提取辣椒素。
参考答案
1.答案:C
解析:C、可用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞获得相应原生质体,C错误。
2.答案:D
解析:A、灭活病毒诱导细胞融合用于动物细胞融合,而甲、乙细胞属于植物细胞,故不可用灭活病毒诱导原生质体甲和乙的融合,A错误;
B、杂种细胞得到愈伤组织属于脱分化,由愈伤组织得到④需要再分化等过程,B错误;
C、由于存在细胞分化,利用植物体细胞杂交获得杂种植株,不一定能同时表现出两个亲本的所有优良性状,C错误;
D、生长素具有促进生根作用,再分化培养基中生长素/细胞分裂素的比值高有利于根的分化,D正确。
故选D。
3.答案:B
解析:A、①过程是去除植物细胞壁获得原生质体的过程,由于植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,因此根据酶的专一性,通常用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,A错误;B、②是诱导原生质体a和b融合的过程,常使用聚乙二醇作为诱导剂,也可用物理电激或离心的方法,B正确;C、经过②和③过程形成的c细胞有三种:AAAA、BBBB、AABB,C错误;D、植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种植物,D错误。
4.答案:D
解析:A、①过程采用酶解法获取原生质体时,通常加入甘露醇来调节渗透压,也可用蔗糖进行调节,A正确;B、诱导融合的方法:物理法包括离心、振动、电刺激等。化学法一般是用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂,B正确;C、杂种细胞有叶绿体,但是仍然具备再生能力,筛选杂种细胞时,可根据是否有叶绿体和再生能力进行鉴别,C正确;D、杂种植物细胞核内含有控制花椰菜优良性状的基因,可通过父本或母本传递,也可通过无性生殖传递,D错误。
5.答案:C
解析:由mRNA经逆转录得到的抗旱基因E中不含启动子、内含子和终止子,A正确;抗原一抗体杂交检测呈阳性只能说明E基因成功表达,植物是否具有抗旱能力,还要通过抗旱实验进行筛选,B正确;要得到转基因植物,会用到植物组织培养技术,不会用到植物细胞融合技术,C错误;用CaCl2处理农杆菌可让其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,使其主动吸收重组质粒,D正确。
6.答案:D
解析:A、植物顶端分生区细胞代谢旺盛,含病毒少、甚至不含病毒,因此取材部位一般选择植物顶端分生区附近,A正确;B、外植体必须消毒,可以用酒精消毒,同时也可以进行流水冲洗、消毒液处理,B正确;C、为充分利用培养条件,每个锥形瓶可接种6~8个外植体,将封口膜重新扎好,C正确;D、脱毒苗是不含病毒的植株,不具有抗病毒的能力,进行病毒接种实验是筛选出抗毒苗,D错误。
7.答案:(1)琼脂;低;高压蒸汽灭菌法
(2)70%;果胶酶和纤维素
(3)液体;愈伤组织
解析:(1)培养基中常用的凝固剂是琼脂。生长素和细胞分裂素用量的比值低时,有利于芽的分化,反之则利于根的分化。培养基常采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌处理。
(2)外植体消毒所用酒精的体积分数是70%。植物细胞的细胞壁含有纤维素和果胶,故用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时,常用的酶是果胶酶和纤维素酶。
(3)植物细胞的培养一般使用液体培养基,培养的愈伤组织不需要再分化就能产生特定的细胞产物,因此高产细胞系须在液体培养基培养至愈伤组织,再从中提取辣椒素。