高三生物教案：《植物細胞工程的基本技術》教學設計

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　　重難熱點歸納

　　1、理解細胞全能性的概念，把握細胞全能性的特點：

　　細胞全能性是指生物體的細胞具有形成完整個體的潛能的特性。受精卵、生殖細胞和已分化的體細胞均具有全能性。生物體的細胞具有全能性的根本原因是細胞內含有形成完整個體所需的全套基因。同一個體的每一個已分化的體細胞都由受精卵經(jīng)有絲分裂而來，體細胞核內基因與受精卵一樣，因此都具有全能性。分化的體細胞之所以沒有表達出全能性，是因為基因選擇性表達。在離體和適當?shù)臈l件下，分化的體細胞也能表達其全能性。全能性表達的難易程度：受精卵＞生殖細胞＞體細胞；植物細胞＞動物細胞。

　　2、植物組織培養(yǎng)操作的特點：

　�。�1）選擇外植體時，由于外植體的脫分化難易因植物種類、器官來源及生理狀況的不同而有很大差異�；ê陀啄鄣慕M織脫分化較為容易，而植物的莖、葉和成熟的老組織則較難。另外制備外植體時應選取有形成層的部分，因為形成層細胞易脫分化。

　　（2）消毒。植物組織培養(yǎng)要想取得成功，必須有效防止細菌等的污染。因為如果培養(yǎng)基上有細菌等微生物存在時，它們比植物細胞生長、繁殖得更快，而且它們會產生毒素，使培養(yǎng)的植物細胞很快中毒死亡。因此在培養(yǎng)過程中要求進行一系列的消毒、滅菌，并且要求無菌操作。

　�。�3）光照。離體的植物細胞、組織和器官脫分化形成愈傷組織時，需避光處理。愈傷組織再分化形成植物幼苗時，需光照處理。

　　（4）激素調控：生長素含量高于細胞分裂素時，主要誘導植物組織脫分化和根原基的形成；當細胞分裂素的效應高于生長素時，主要誘導植物組織再分化和芽原基的形成。

　　3、植物體細胞雜交雜種細胞的篩選和培養(yǎng)：

　　以煙草與大豆細胞融合為例。煙草與大豆的原生質體融合后，將原生質體轉移到適當?shù)呐囵B(yǎng)基上培養(yǎng)，使原生質體再生出細胞壁。這時，在細胞混合物中，不僅有煙草-大豆細胞，還有煙草細胞、大豆細胞、煙草-煙草細胞、大豆-大豆細胞，因此需要對雜種細胞進行篩選。得到煙草-大豆細胞后，再通過植物組織培養(yǎng)技術，培育雜種植株。[

　　經(jīng)典例題剖析

　　1.下列屬于組織培養(yǎng)的是：

　　A.花粉培養(yǎng)成單倍體植株

　　B.芽發(fā)育成枝條

　　C.根尖分生區(qū)發(fā)育成成熟區(qū)

　　D.未受精的卵發(fā)育成植株

　　[解析]解答此題需從以下幾個方面入手：首先，組織培養(yǎng)是指離體的植物器官、組織或細胞經(jīng)脫分化形成愈傷組織，再經(jīng)再分化形成具有根、芽結構的胚狀體，然后由胚狀體發(fā)育成完整植物體的過程。花粉粒能培養(yǎng)成單倍體，是在離體條件下培養(yǎng)形成的。第二，芽發(fā)育成枝條、根尖分生區(qū)發(fā)育成成熟區(qū)，是體內分化的器官和組織形成了機體的一部分，未受精的卵發(fā)育成植物體，這就是自然情況下單倍體的形成過程，是在母體的調控下完成的。

　　[答案] A

　　2.在細胞工程——原生質體融合育種技術中，其技術的重要一環(huán)是將營養(yǎng)細胞的細胞壁除去，通常是采用纖維素酶和果膠酶的酶解破壁法處理。如將去掉了細胞壁的成熟植物細胞置于清水中，細胞將：

　　A.皺縮

　　B.脹破

　　C.呈球形

　　D.保持原狀

　　[解析]成熟植物去壁后，置于清水中，由于細胞內外濃度差較大，又無細胞壁保護，細胞會大量吸水，直至細胞破裂。

　　[答案]B

　　3.不能用于人工誘導原生質體融合的方法是

　　A.振動                                    B.電刺激

　　C.PEG                                    D.重壓

　　[解析]原生質體是除去細胞壁的植物細胞，它實際上就是植物細胞的原生質部分。當進行植物體細胞雜交時，先用纖維素酶、果膠酶除去細胞壁，分離出具有活力的原生質體，獲得原生質體后就可以進行植物體細胞雜交了。植物體細胞雜交的過程實質是不同植物體細胞的原生質體融合的過程。將不同植物體細胞放在一起培養(yǎng)，必須通過一定的技術手段進行人工誘導。誘導方法有物理法和化學法兩大類。物理法就是利用離心、振動、電刺激等促使原生質體融合；化學法是用聚乙二醇等試劑作為誘導劑誘導細胞的原生質體融合，聚乙二醇簡稱為PEG。重壓不能促使原生質體的融合。

　　[答案]D

　　4.在離體的植物器官、組織或細胞脫分化形成愈傷組織的過程中，下列哪一項條件是不需要的

　　A.消毒滅菌

　　B.適宜的溫度

　　C.充足的光照

　　D.適宜的養(yǎng)料和激素

　　[解析]解答該題需從如下三個方面入手分析：

　�、儆呻x體的植物器官、組織或細胞形成愈傷組織的過程是植物組織培養(yǎng)過程中的一個階段。該階段要進行細胞的增殖和細胞的脫分化，這就必須要有適宜的養(yǎng)料和激素，必須要有適宜的溫度，這樣，才能保證細胞進行正常的新陳代謝。

　�、谟呻x體的植物器官、組織形成愈傷組織必須是在無菌條件下，只有在這樣的條件下，才能保證培養(yǎng)產生出的細胞是正常細胞，否則培養(yǎng)基內將長出許多霉菌，與離體細胞爭奪營養(yǎng)與生存空間，形不成愈傷組織。

　�、塾捎诖穗A段形成的是愈傷組織，并沒有形成具有根、莖、葉的植物體，因此不需要光照。

　　[答案]C

　　5.要將胡蘿卜韌皮部細胞培養(yǎng)成完整植株，不需要

　　A.具有完整細胞核的細胞

　　B.離體狀態(tài)

　　C.導入外源基因

　　D.一定的營養(yǎng)物質和激素

　　[解析]考查植物組織培養(yǎng)的知識。要將胡蘿卜韌皮部細胞培養(yǎng)成完整植株，需要具有完整細胞核的細胞，細胞處于離體狀態(tài)，培養(yǎng)基中含有一定的營養(yǎng)物質和激素。

　　[答案]C

　　基礎試題訓練

　　一、選擇題

　　1．植物組織培養(yǎng)是指                    （ �。�

　　A．離體的植物器官或細胞培育成愈傷組織

　　B．愈傷組織培育成植株

　　C．離體的植物器官、組織或細胞培養(yǎng)成完整植物體

　　D．愈傷組織形成高度液泡化組織

　　2．植物體細胞雜交要先去除細胞壁的原因是                （　 ）

　　A.植物體細胞的結構組成中不包括細胞壁

　　B.細胞壁使原生質體失去活力

　　C.細胞壁阻礙了原生質體的融合?

　　D.細胞壁不是原生質的組成部分

　　3．植物體細胞雜交的結果是                （　 ）

　　A.產生雜種植株　B．產生雜種細胞

　　C．原生質體融合 D．形成愈傷組織

　　4．科學家把天竺葵的原生質體和香茅草的原生質體進行誘導融合，培育出的驅蚊草含有香茅醛，能散發(fā)出一種特殊的達到驅蚊且對人體無害的效果。下列關于驅蚊草培育的敘述中，錯誤的是                                                            （    ）

　　A．驅蚊草的培育屬于細胞工程育種，其優(yōu)點是能克服遠源雜交不親和的障礙

　　B．驅蚊草培育過程要用到纖維素酶、果膠酶、PEG等試劑或離心、振動、電刺激等方法

　　C．驅蚊草培育過程是植物體細胞雜交，不同于植物組織培養(yǎng)，無愈傷組織和試管苗形成

　　D．驅蚊草不能通過天竺葵和香茅草雜交而獲得是因為不同物種間存在生殖隔離

　　5．（2005，上海）將胡蘿卜韌皮部細胞培養(yǎng)成幼苗時，下列條件中不需要的是      （    ）

　　A、具有完整細胞核的細胞           B、一定的營養(yǎng)物質和植物激素

　　C、離體狀態(tài)                      D、導入指定基因

　　6．植物體細胞雜交的目的中錯誤的是                 （　 ）

　　A.把兩個植物體的優(yōu)良性狀集中在雜種植株上    B.獲得雜種植株

　　C.克服遠源雜交不親和的障礙        D.實現(xiàn)原生質體的融合

　　7．植物組織培養(yǎng)的用途中不正確的是                 （　 ）

　　A.快速繁殖 　　B.生產新品種 C．生產生物堿 D．生產白細胞介素－2

　　8．A種植物的細胞和B種植物細胞的結構如右圖所示（僅 顯示細胞核），將A、B兩種植物細胞去掉細胞壁后，誘導二者的原生質體融合，形成單核的雜種細胞，若經(jīng)過 組織培養(yǎng)后得到了雜種植株，則該雜種植株是    （ ）                               A．二倍體；基因型是DdYyRr

　　B．三倍體；基因型是DdYyRr

　　C．四倍體；基因型是DdYyRr

　　D．四倍體；基因型是DDddYYyyRRrr

　　9．以下關于原生質的敘述，正確的是            （　 ）

　　A、原生質泛指細胞內的基質　　　　　　　 B、原生質就是細胞質

　　C、一個動物細胞就是一團原生質　　　　　 D、細胞膜、細胞核和細胞壁是原生質

　　10．不能人工誘導原生質體融合的方法是                                     （　 ）

　　A.振動 　B.電刺激 　C.PEG試劑 D．重壓

　　11．植物細胞表現(xiàn)出全能性的必要條件是                                     （　 ）

　　A.給予適宜的營養(yǎng)和外界條件

　　B.導入其他植物細胞的基因

　　C.脫離母體后，給予適宜的營養(yǎng)和外界條件

　　D.將成熟篩管的細胞核移植到去核的卵細胞內

　　12．細胞具有全能性的原因是                                                 （ �。�

　　A.生物體細胞具有使后代細胞形成完整個體的潛能

　　B.生物體的每一個細胞都具有全能性

　　C.生物體的每一個細胞都含有個體發(fā)育的全部基因

　　D.生物體的每一個細胞都是由受精卵發(fā)育來的

　　13．植物組織培養(yǎng)過程中的脫分化是指                                      （　 ）

　　A.植物體的分生組織通過細胞分裂產生新細胞

　　B．未成熟的種子經(jīng)過處理培育出幼苗的過程

　　C．植物的器官、組織或細胞，通過離體培養(yǎng)產生愈傷組織的過程

　　D.取植物的枝芽培育成一株新植物的過程

　　14.下列植物細胞全能性最高的是                                             （　 ）

　　A.形成層細胞　B.韌皮部細胞　　C.木質部細胞　　D.葉肉細胞

　　15．植物組織培養(yǎng)過程的順序是                                            （　 ）

　�、匐x體的植物器官、組織或細胞    ②根、芽   ③愈傷組織    ④脫分化

　　⑤再分化      ⑥植物體

　　A．①④③⑤②⑥               B．①④③②⑤⑥

　　C．①⑤④③②⑥               D．⑥①④③⑤②

　　16．將胡蘿卜韌皮部細胞培養(yǎng)成幼苗時，下列條件中不需要的是        （　 ）

　　A．具有完整細胞核的細胞           B．一定的營養(yǎng)物質和植物激素

　　C．離體狀態(tài)                      D．導入指定基因

　　17．下列有關細胞工程的敘述不正確的是                                    （　 ）

　　A. 在細胞整體水平上定向改變遺傳物質

　　B．在細胞器水平上定向改變遺傳物質

　　C．在細胞器水平上定向改變細胞核的遺傳物質

　　D．在細胞整體水平上獲得細胞產品

　　18．下列細胞全能性最高的是                                                 （　 ）

　　A．植物的卵細胞

　　B．植物的精子細胞

　　C．被子植物的受精卵

　　D．被子植物的的葉肉細胞

　　19．植物體細胞融合完成的標志是    （　 ）

　　A、產生新的細胞壁           B、細胞膜發(fā)生融合

　　C、細胞膜發(fā)生融合                      D、細胞膜發(fā)生融合

　　20.植物體細胞雜交的目的是                                                （　 ）

　　A.用酶解法去掉細胞壁分離出有活力的原生質體

　　B.以人工誘導法使兩個不同植物的原生質體融合[高考資源網(wǎng)]

　　C.用植物組織培養(yǎng)法培養(yǎng)融合的原生質體得到雜種植株

　　D.通過以上三者來完成

　　21.下列提法正確的是：                                                      （　 ）

　　A、原生質專指細胞質　　　 B、人體內的水都屬于原生質

　　C、細胞核不是原生質　　　 D、一個動物細胞就是一團原生質

　　22．（多選）有關原生質體的下列敘述中，正確的是

　　A．組成原生質體的主要生命物質是蛋白質和核酸

　　B．原生質體包括細胞膜、液泡膜及兩者之間的原生質

　　C．被脫掉細胞壁的植物裸露細胞是原生質體

　　D．原生質體只能用于植物細胞工程

　　23．(廣雅中學考題)（多選）下圖為植物組織培養(yǎng)過程示意圖，則下列敘述正確的是

　　A．植物組織培養(yǎng)依據(jù)的生物學原理是細胞的全能性

　　B．③        ④過程是指植物的營養(yǎng)生長和生殖生長階段

　　C．將①經(jīng)脫分化培養(yǎng)成②時，再植上人造種皮即可獲得人工種子

　　D．②        ③的再分化過程中，誘導②生根的激素為細胞分裂素和生長素

　　二、非選擇題

　　1．下圖是植物組織培養(yǎng)的簡略表示。據(jù)此回答：[

　　???????     脫分化?? 再分化

　　???     ①——→②——→③——→④

　　（1）①表示　　　　　，它能被培養(yǎng)成為④的根本原因是　　　　　　　　。

　�。�2）②表示　　　　，它與①相比分化程度　　　　　，全能性　　　　　。

　�。�3）若想制作人工種子，應該選用（填編號）　　　　。

　　（4）若①是花藥，則④是　　　　，繼續(xù)對其使用　　　　　處理可獲得　　　　　正常植株，該過程稱為　　　　　。

　　（5）若①是胡蘿卜根尖細胞，則培養(yǎng)成的④的葉片的顏色是　　　，這說明根尖細胞　　　　　　　　　　。

　　（6）若利用此項技術制造治療燙傷、割傷的藥物——紫草素，培養(yǎng)將進行到（填編號）　　　　　　　。

　　2．右圖為植物體細胞雜交過程示意圖。據(jù)圖回答：

　�。�1）步驟①是　　　　　　　　　　　，最常用的方法是　　　　　　　　。

　�。�2）步驟③一般常用的化學試劑是　　　　，目的是　　　　　　　　。

　　(3)在利用雜種細胞培育成為雜種植株的過程中，運用的技術手段是　　　　　　　，其中步驟④相當于　　　　　　　　，步驟⑤相當于　　　　。

　　（4）植物體細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　　　　　　　。

　　（5）若遠源雜交親本A和B都是二倍體，則雜種植株為　　　　　　　　倍體。

　　（6）從理論上講，雜種植株的育性為　　　。若運用傳統(tǒng)有性雜交方法能否實現(xiàn)？　　　　　，原因是　　　　　。因此，這項研究對于培養(yǎng)作物新品種方面的重大意義在于　　　　　　　　　　　。

　�。�7）利用植物體細胞雜交的方法培育作物新品種過程中，遺傳物質的傳遞是否遵循孟德爾的遺傳規(guī)律？為什么？　　　　　　　。

　　創(chuàng)新應用訓練

　　1．（江蘇）紫草素是紫草細胞的代謝產物，可作為生產治療燙傷藥物的原料。用組織培養(yǎng)技術可以在生物反應器中通過培養(yǎng)紫草細胞生產紫草素。下圖記錄了生物反應器中紫草細胞產量、紫草素產量隨培養(yǎng)時間發(fā)生的變化。

　　（1）在生產前，需先加入紫草細胞作為反應器中的“種子”。這些“種子”是應用組織培養(yǎng)技術，將紫草葉肉細胞經(jīng)過________________________而獲得的。這項技術的理論基礎是_______________________。

　　（2）從圖中可以看出：反應器中紫草細胞的生長呈現(xiàn)______________________________規(guī)律；影響紫草素產量的因素是_____________________和________________________。[高考資源網(wǎng) ]

　�。�3）在培養(yǎng)過程中，要不斷通入無菌空氣并進行攪拌的目的是_________________________和_______________________________________________。

　　參考答案：

　　一、選擇題

　　CCACD        DDCCD        CCCAA        DCCACD    （AC）    （ABD）

　　二、非選擇題

　　1、（1）離體的植物器官、組織或細胞    植物的全能性

　　（2）愈傷組織    低   高

　�。�3）③（4）單倍體植株  秋水仙素  純合 單倍體育種

　　（5）綠色  含有與葉綠體形成相關的基因（6）②

　　2、（1）去掉細胞壁，分離出有活力的原生質體    酶解法

　　（2）PEG   誘導不同植物體細胞的原生質體融合

　　（3）植物組織培養(yǎng)   脫分化   再分化

　�。�4）遠源雜交親本的遺傳特征   雜種植株獲得雙親的遺傳物質

　�。�5）四

　　（6）可育   不能  因為不同種生物之間存在生殖隔離  克服遠源雜交不親和的障礙

　　（7）否   有性生殖的過程中進行減數(shù)分裂，才遵循孟德爾的遺傳規(guī)律    ?

　　三、應用創(chuàng)新

　　1、（1）脫分化（或脫分化形成愈傷組織）  細胞的全能性

　�。�2）S型增長  細胞數(shù)量  細胞所處的生長期

　�。�3）保證氧氣供應充足   使細胞與培養(yǎng)液充分接觸