高中生物 第二章 细胞工程 22 植物细胞工程的应用导学案苏教版选修3.docx
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高中生物第二章细胞工程22植物细胞工程的应用导学案苏教版选修3
高中生物第二章细胞工程2.2植物细胞工程的应用导学案苏教版选修3
植物细胞工程的应用
【教学目标】
1、深入理解细胞全能性的含义及其在植物组织培养中的应用;
2、掌握植物组织培养的操作过程,体验植物组织培养技术;
3、掌握植物体细胞杂交技术的操作过程,理解植物体细胞杂交和植物组织培养的联系;
4、列举植物细胞工程的实际应用。
【重难点】
1、植物细胞脱分化和再分化、植物细胞培养与植物组织培养的区别与联系。
2、植物组织培养的过程和特点;
3、植物体细胞杂交的原理、方法和过程。
【知识归纳】
一、细胞的全能性与细胞分化
1、
【思考与讨论1】
XXXXX:
(1)什么是细胞的全能性?
表现全能性的条件?
(2)为什么运用植物组织培养技术能把植物离体器官、组织或细胞培养成完整植物体?
(3)克隆羊“多莉”的诞生说明了什么?
(4)生物体内的细胞为什么没有表现出全能性,而是分化成不同的组织器官?
2、细胞的全能性:
是指。
3、细胞全能性的原因(物质基础):
生物体的每个细胞都含有,都有发育成为完整个体所必需的。
从理论上说,一个染色体组中含有发育为该物种的个体所必需的全部基因。
4、细胞全能性大小比较:
(1)植物细胞动物细胞(动物细胞只有细胞核具有全能性);
(2)受精卵生殖细胞(配子、精子、卵细胞)体细胞;(3)幼嫩的细胞衰老的细胞(4)体细胞:
分化程度低的分化程度高的;细胞分裂能力强的细胞分裂能力弱的。
5、细胞在生物体内没有表现全能性的原因:
在生物体内细胞不表现全能性,而是分化为不同的组织、器官,其原因在于。
6、实现细胞全能性的条件:
离体(必要条件)、一定的营养物质(水、无机盐、维生素、氨基酸等)、激素(细胞分裂素、生长素)、适宜的温度、pH等。
7、细胞全能性的应用:
植物的组织培养,动物的核移植(即克隆)。
【例1】
有关细胞全能性的叙述,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、生物体内细胞由于细胞分化,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、植物细胞在一定条件下离体培养能表现出全能性
【例2】
以下不能说明细胞全能性的实验是()
A、胡萝卜韧皮部细胞培育出植株
B、紫色糯性玉米种子培育出植株
C、转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株
D、番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株
二、植物组织培养
1、概念:
是指依据原理,在条件下,分离植物的或原生质体(它们称为外植体),并在培养基上培养,在适宜的条件下使其长成部分或的技术。
2、理论基础(原理):
。
3、材料选择:
最常用的培养材料是。
4、培养基
(1)成分:
水分、无机盐、碳源、维生素、生长调节剂(细胞分裂素和生长素)、有机添加物等。
(2)状态:
固体培养基。
5、植物组织培养的过程:
【思考与讨论2】
XXXXX:
(1)什么是细胞分化?
其根本原因是什么?
(2)什么是脱分化?
其结果是什么?
离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理,能否培养成完整的植物体?
为什么?
(3)什么是再分化?
其结果是什么?
(4)决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么?
(5)设计出一种植物花药组织培养和染色体加倍的实验流程。
6、进行植物组织培养时需要注意的问题:
(1)所有实验用具严格;接种过程严格的操作。
因为植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分,有利于培养物的生长,然而各种杂菌同样也可以在上面迅速生长,所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。
培养基一旦被污染,迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养,而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质,导致培养物迅速死亡。
(2)愈伤组织培养:
最初避光培养,后期见光培养(为什么?
)。
(3)试管苗培养:
先要进行生芽培养,再进行生根培养,试管苗培养要在光照条件下进行。
(1)植物快速繁殖:
优点是取材少,周期短,繁殖率高,便于自动化管理。
(2)培育无病毒植株:
所用材料是植物分生组织的生长点细胞。
(3)制造人工种子:
①取材:
胚状体②特殊加工:
加入某些农药、微生物、除草剂③优点:
育种周期短、便于贮藏和运输④缺点:
抗菌性差、萌发率低。
7、植物组织培养的应用
【例3】
下列有关植物细胞与组织培养的叙述中,错误的是()
A、花药、胚不能作为组织培养的材料
B、植物细胞具有全能性
C、外植体是指用于培养的植物组织或器官
D、外植体可诱导出愈伤组织
【例4】
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,下列哪一项条件是不需要的()
A、消毒灭菌
B、适宜的温度
C、充足的阳光
D、适宜的养料和激素
三、植物细胞培养
1、概念:
在实验室工厂化生产的条件下,将组织培养过程中形成的或其他易分散的组织置于液体培养基中,进行培养,得到分散游离的,通过培养使细胞增殖,从而获得大量的的一种技术。
2、与植物组织培养的关系:
(1)植物组织培养是其基础。
(2)目的不同:
植物组织培养的目的是得到更多的,植物细胞培养的目的是获得人类所需的。
(3)实例:
成功地培养红豆杉的细胞,从中提取出重要的抗肿瘤药物紫杉醇。
四、植物体细胞杂交:
【思考与讨论3】
XXXXX:
(1)两个来自不同植物的体细胞完成融合,遇到的第一个障碍是什么?
(2)如何用一种温和的方法去除细胞壁?
(3)如何让两个来源不同的原生质体发生融合?
(4)如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞,下一步该对此细胞做何种处理?
消毒
1、概念:
是将不同种植物体细胞,在一定条件下融合成细胞,并把该细胞培养成新的的技术。
2、理论基础(原理):
。
3、过程:
过程原生质体制备:
用酶解法去除细胞壁。
纤维素酶果胶酶原生质体融合:
膜融合核融合:
高钙、高PH诱导膜融合:
杂种细胞第一次有丝分裂时融合方法:
物理方法化学方法:
离心、振动、电激:
常用PEG诱导融合机械法、生理法、遗传法杂种细胞的筛选和培养:
杂种植株的再生与鉴定:
由愈伤组织再培养出杂种植株的过程。
4、注意要点:
(1)去除细胞壁的方法为法:
利用酶和酶去除植物细胞壁。
(2)诱导融合的方法:
①物理法包括等。
②化学法一般是用(PEG)作为诱导剂。
(3)原生质体融合后的细胞是杂种细胞,利用植物组织培养技术把杂种细胞培养成杂种植株。
(4)融合完成的标志:
杂种细胞再生出细胞壁;
5、意义:
克服了。
【例5】
如图是“白菜甘蓝”杂种植株的形成克服了远缘杂交不亲和的障碍,能结籽
C、上述过程包含着有丝分裂、细胞分化和减数分裂等过程
D、“白菜甘蓝”,克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍()
22、(多选)有关原生质体的下列叙述中,正确的是
A、组成原生质体的主要生命物质是蛋白质和核酸
B、原生质体包括细胞膜、液泡膜及两者之间的细胞质基质
C、去除细胞壁的植物细胞就是原生质体
D、原生质体只能用于植物细胞工程()
23、(多选)愈伤组织进行分化并产生出植物的各种组织和器官,进而发育成完整的植株,通常需要适合的
A、光照
B、温度
C、营养物质
D、激素
24、下图是用萝卜根组织培养的某些过程示意图,请据图回答:
(1)请把组织培养的过程按正常顺序排列(以字母表示)_____________。
(2)图D上的细胞团是______,它的特点是______。
(3)图C和图D的培养基分别是______________和培养基。
(4)从原理上讲,植物细胞有形成再生植株的可能性,这是_______的表现。
25、下图是植物组织培养过程的示意图,据图分析回答:
选取脱分化再分化植物的器官
培养基中培养 AB→植物体
(1)图中的A是____________,B是______________
(2)培养基中除了有丰富的营养物质外,应加入_________和_________(植物激素),以刺激植物组织脱分化形成A。
(3)脱分化和再分化这两个过程的进行还需要维持一定的外界条件,一是要有适宜的________,二是_____________,否则植物组织培养就不能取得成功。
26、将基因型为AA和aa的两个植株杂交,得到F1再作进一步处理,如下图,请分析回答:
(1)乙植株的基因型是,属于倍体。
(2)用乙植株的花粉直接培育成的后代属于倍体,其基因型及比例是。
(3)丙植株的体细胞中含有个染色体组。
27、通过细胞工程技术,利用甲、乙两种植物的各自优势,培育高产耐盐的杂种植株。
请完善下列实验流程并回答问题:
(1)在上述方法中,除去细胞壁的方法是
,A是酶。
(2)图中甲原生质体和乙原生质体能融合形成一个杂种细胞,杂种细胞能发育成完整植株,所依据的生物学原理是
。
(3)B是。
C是具有性状的幼芽。
(4)若目的植株丢失1条染色体,不能产生正常配子而高度不育,则可用(试剂)处理幼芽,以便获得可育的植株。
28、下图为植物体细胞杂交过程示意图,据图回答:
(1)步骤①是去掉,使植物细胞成为,最常用的方法是。
(2)步骤②一般常用的化学试剂是,目的是。
(3)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④相当于,步骤⑤相当于。
(4)植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株,使两株植物的性状能够在新的植物体上有所表现,其根本原因是
。
(5)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?
因此,这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于
。
(6)利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种的过程中,遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律?
为什么?
【思考与讨论2】
XXXXX:
(2)不能,因为细胞已经分化,失去了分裂能力。
(3)植物激素的种类和比例。
特别是生长素和细胞分裂素的协同调控作用在组培中非常重要,被称为“激素杠杆”。
(5)设计出一种植物花药组织培养和染色体加倍的实验流程。
花药花粉细胞培养愈伤组织分化出小植物单倍体植株正常植株☆工厂化生产人参皂甙的基本过程是什么?
第一步,选择人参根作为外植体进行培养,产生愈伤组织,经过培养选择找到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株作为种质,其中一部分作为保存用,以备下一次生产用,一部分进行发酵生产。
第二步,将第一步选择到的细胞株在发酵罐中的适合培养液中进行液体培养,增加细胞数量。
第三步,将发酵罐中培养的细胞进行破碎,从中提取人参皂甙。
24、
(1)BDCA
(2)愈伤组织具有分生能力的薄壁细胞(3)分化培养基诱导培养基(4)植物细胞的全能性
26、答案:
AAaa四
单1:
4:
1三
28、答案;细胞壁原生质体酶解法聚乙二醇诱导原生质体融合组织培养脱分化再分化杂种细胞具有两个亲本的遗传物质可育不能克服远缘杂交不亲和的障碍不遵循,因为没有经过减数分裂产生配子的过程,只是原有体细胞内遗传物质的的融合,而非有性生殖过程
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