第一节细胞工程概述第二章细胞工程学习导航1.结合教材P45，了解细胞工程的发展历程。2.简述细胞工程的基本技术。重难点击细胞工程的基本技术。课堂导入方式一方式一“君子”兰的快速繁殖“春风欲擅秋风巧，催吐幽兰继落梅”，素有“天下第一香”之称的兰花，以其优美高雅的叶片和芳香艳丽的花朵，成为自古以来文人墨客吟诗作赋的对象。但是，兰花在自然条件下播种繁殖的难度很大，需要较长时间才能获得少量幼苗。如何才能满足人们对兰花的需求呢？科学家在细胞全能性的理论基础上发现了兰花快速繁殖的技术植物组织培养。植物组织培养是植物细胞工程的核心技术，植物细胞工程的基本技术还有哪些？这些基本技术的一般操作程序是怎样的？让我们通过本节来学习探讨吧！ 方方式式二二山东省金乡县是全国闻名的大蒜之乡。该县农科所与中国农科院联合成功开发和培育出的品质好、产量高的新品种脱毒大蒜，是植物细胞工程的又一成果。什么是细胞工程？细胞工程是如何发展起来的？包括哪些基本技术？在哪些方面得到了应用？一、细胞工程的发展和基本技术内容索引当堂检测二、细胞融合技术和细胞核移植技术一、细胞工程的发展和基本技术时间人物事件1907年哈里森开创了 的先河1937年高特里特等首次成功进行 培养1972年卡尔逊等获得世界上第一个 植株1996年韦尔穆特等首次 出绵羊“多莉”基础梳理1.细胞工程的发展细胞工程的发展植物组织动物细胞培养体细胞杂交克隆2.细胞工程的基本技术细胞工程的基本技术(1)细胞工程的概念应用原理： 生物学和 生物学。操作水平： 水平或 水平。操作目的：按照人的意愿去改变细胞内的 或获得 。(2)细胞工程的分类根据操作对象不同，分为 工程和 工程等。根据所使用技术不同，分为 、细胞融合技术和 等。细胞分子细胞细胞器遗传物质植物细胞细胞产品植物组织培养技术动物细胞细胞核移植技术3.植物组织培养技术植物组织培养技术(1)细胞的全能性：具有某物种全套 的细胞都具有发育成为一个 的潜能。(2)植物组织培养技术概念分析条件：a.无菌和人工培养；b.离体。过程：a.脱分化；b.再分化。目的：a.获得细胞产品；b.形成完整的植株。(3)原理：细胞 。(4)最常用的材料： 、 、幼嫩的叶片和花药等。遗传物质新的生物个体全能性根尖茎尖(5)过程器官原生质体已分化愈伤组织功能薄壁细胞再分化胚芽问题探究1.分析下述资料，回答相关问题：资料美国科学家斯图尔德曾经应用植物组织培养技术，将二倍体胡萝卜韧皮部的一些细胞进行离体培养，最终发育成完整的新植株(如图)。(1)这一科学实验能证明什么？(2)理论上每种植物的活细胞都具有全能性，原因是什么？ 答案答案答案证明胡萝卜韧皮部细胞具有全能性。答案答案正常的植物细胞具有发育成该物种个体所需的全部遗传物质。(3)配子(卵和精子)中染色体数比正常体细胞减少了一半，配子是否还有全能性？为什么？答案答答案案有。因为体细胞中染色体成对存在，配子中染色体数虽减半，但仍含有完整的染色体组，具有控制生物性状的全部基因。2.细胞全能性大小分析(1)受精卵和体细胞相比，哪一个的全能性更容易体现？为什么？(2)分析下列实例是否体现了细胞的全能性并给出原因。植物花药离体培养获得植株。利用植物细胞培养技术生产细胞产物如紫草素。种子培育成植株。 答案答案受精卵。受精卵可以在自然条件下发育成新个体。答案答案是。花药离体培养获得单倍体植株，体现了花药细胞的全能性。答答案案否。发育成完整生物个体才能体现细胞的全能性，而生产紫草素等细胞产物只是将紫草细胞等培养成愈伤组织。答答案案否。种子的胚已是新植物的幼体，其发育成完整植株的过程相当于植物长大。答案3.以下是植物组织培养的过程，试回答：(1)分别是什么过程？ (2)在植物组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？ 答案答案脱分化、再分化。答答案案避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。答案(3)若培养物取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，愈伤组织中是否会含有叶绿体？答答案案培养物经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化的细胞，故愈伤组织中不会含有叶绿体。答案(4)植物组织培养中的脱分化阶段，培养的组织细胞是自养型还是异养型？为什么？答答案案脱分化过程中细胞营异养生活，因为此时细胞没有叶绿体，并且一般要避光培养，无法进行光合作用。答案4.培养基中的激素配比(1)植物组织培养所用的培养基中，在脱分化和再分化过程中起关键作用的激素是什么？答案答案生长素和细胞分裂素。答案比值作用影响高_低_适中_(2)生长素与细胞分裂素的比值高低对植物组织培养的影响不同，探讨比值不同时所产生的影响。促进根分化、抑制芽形成促进芽分化、抑制根形成促进愈伤组织形成5.植物组织培养的结果为什么说从繁殖方式上看，植物组织培养的繁殖方式是无性繁殖？答案答答案案植物组织培养是在细胞有丝分裂和细胞分化的基础上实现的，此过程并没有生殖细胞的产生，所以是无性繁殖。(1)植物组织培养过程培养条件：无菌和人工培养；离体。过程：脱分化；再分化。目的：获得细胞产品；形成完整的植株。 归纳归纳总结总结脱分化和再分化的比较(2)生长素和细胞分裂素用量及比例对植物组织培养的影响：“比值高，根分化；比值低，芽分化；比值适中，不分化”。即“高根低芽中愈伤”。 名称过程形成体特点脱分化离体细胞愈伤组织排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团再分化 愈伤组织幼根和芽或胚状体 有根、芽或有生根发芽的能力拓展应用1.植物细胞的全能性是指A.具有核、膜、质，细胞结构完整，能进行各种生理活动B.只具有膜和质，同样能进行各种生理活动C.植物体细胞所具有的发育成完整个体的潜能D.具有本物种全套遗传物质的特定细胞解解析析具有某种植物全套遗传信息的任何一个细胞，都有发育成完整新植物体的潜能，也就是说，每个植物的活细胞都具有全能性。解析答案解析解析受精卵发育成完整个体的能力最强，全能性最高，A正确；生物体内的细胞由于分化，基因在不同的细胞中选择性表达，因而体内细胞并没有表达出全能性，B正确；卵细胞是高度分化的细胞，C错误；离体的植物细胞可以通过组织培养表达出全能性，D正确。2.下列有关细胞全能性的叙述中，不正确的是A.受精卵在自然条件下能形成完整个体，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.植物细胞在一定条件下离体培养能表现出全能性解析答案易错易混易错易混明辨植物细胞全能性的明辨植物细胞全能性的2个易误点个易误点(1)植物的种子发育成完整植株，不能体现细胞的全能性。因为种子中的胚已完成了早期发育，相当于新植物的幼体，而没有体现出细胞具有发育成完整植物体的潜能。(2)细胞表达全能性的标志是发育成完整个体而不是形成某种组织或者器官。解解析析将花粉培养成单倍体植株，即花药离体培养，属于植物组织培养，A正确；芽发育成枝条是自然生长过程，不属于植物组织培养，B错误；根尖分生区发育为成熟区是自然生长过程，不属于植物组织培养，C错误；植物组织培养包括脱分化和再分化等过程，而受精卵是个体发育的起点，发育成植株无脱分化等过程，D错误。3.下列属于植物组织培养的是A.花粉培养成单倍体植株B.芽发育成枝条C.根尖分生区发育为成熟区D.受精卵发育成植株解析答案4.下图表示四倍体兰花叶片通过植物组织培养形成植株的过程，下列相关叙述中正确的是 A.和阶段会发生减数分裂B.阶段需生长素而阶段需细胞分裂素C.阶段有细胞增殖但无细胞分化D.此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体 问题导析答案二、细胞融合技术和细胞核移植技术1.细胞融合技术细胞融合技术(1)概念：采用自发或人工的方法使 细胞融合为一个细胞的技术。(2)促融合方法：生物法(如病毒诱导融合法)、化学法(如聚乙二醇诱导融合法)、物理法(如 )等。(3)基本流程：在促融因子的作用下， 发生粘连、破裂_发生融合发生 融合形成 细胞。基础梳理两个或多个电场诱导融合法细胞膜细胞质核杂种(4)应用：“白菜甘蓝”的培育过程分离的原生质体分离的原生质体再分化脱分化酶解法去除细胞壁的酶解法中用到的酶是 。植物体细胞杂交完成的标志是 。植物体细胞杂交过程中还用到的细胞工程技术有 技术。植物体细胞杂交的最大突破是克服了不同植物之间的 ，实现远缘物种之间的核质组合。2.细胞核移植技术细胞核移植技术(1)概念：把一个动物细胞的 移入一个已经去除细胞核的 细胞中，使其 并发育为一个新的胚胎，最终发育为一个动物个体的技术。(2)常用方法： 技术。答案纤维素酶和果胶酶新细胞壁的形成杂交屏障植物组织培养细胞核卵母重组显微操作问题探究1.植物体细胞杂交的原理和过程(1)将来自不同植物的两个体细胞融合时，首先遇到的障碍是什么？怎样解除此障碍？(2)将两个不同种的植物细胞A和B去除细胞壁后，经一定的方法促融，只考虑两两融合，可以形成几种融合细胞？哪种融合细胞才是符合要求的？答案答案细胞壁阻碍细胞间的融合。用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。答案答案三种(AA、BB、AB)。AB融合细胞才是符合要求的。答案(3)杂交过程中细胞融合及杂交完成的标志分别是什么？(4)植物体细胞杂交过程体现了哪些原理？ 答案答案杂种细胞再生出细胞壁；培育成杂种植株。答案答案植物体细胞杂交实现的基础：细胞膜的流动性；植物组织培养的基础：植物细胞的全能性。答案2.杂交的结果和意义(1)杂种植物在遗传上有何特点？从染色体组成上看杂种植株的变异属于哪一种？(2)与传统有性杂交相比，植物体细胞杂交技术的优点是什么？ 答案答案遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传性状。染色体数目变异。答案答案克服了植物远缘杂交不亲和的障碍，打破了物种之间的生殖隔离。答案(1)植物体细胞杂交过程步骤图解方法原生质体的获得酶解法(纤维素酶、果胶酶)去除细胞壁，得到原生质体杂种细胞的形成通过一定的技术手段(电激、聚乙二醇诱导等)进行人工诱导，实现原生质体的融合杂种植株的产生对杂种细胞，用植物组织培养的方法进行培育归纳归纳总结总结(2)细胞工程能够在不同生物之间进行物种间的杂交，形成前所未有的新物种。(3)细胞工程的所有实验都要求在无菌条件下进行，常用的措施有：用紫外线、化学试剂对实验室消毒，使用超净工作台，生物材料要彻底的消毒，实验用的器械、器皿等应进行灭菌。拓展应用5.下图为“番茄马铃薯”的培育过程示意图，有关叙述正确的是A.获得a、b细胞需要用胰蛋白酶和果胶酶处理B.诱导a、b细胞融合的化学试剂一般用秋水仙素C.a、b细胞融合为c细胞的原理是生物膜具有流动性D.d、e、f过程表示植物的组织培养过程，e、f分别为脱分化和再分化 解析答案6.A种植物细胞(基因型为Aa)和B种植物细胞(基因型为Bb)去掉细胞壁后，诱导两种细胞的原生质体融合，形成单核的杂种细胞。则经过组织培养得到的杂种植株是A.二倍体，基因型为AaBbB.二倍体，基因型为AAaaBBbbC.四倍体，基因型为AaBbD.四倍体，基因型为AAaaBBbb解析解析杂种植株为四倍体，基因型为AaBb。解析答案拓展提升拓展提升植物体细胞杂交后的植物染色体组数植物体细胞杂交后的植物染色体组数(1)染色体组数目A、B两个细胞内染色体组数之和。(2)植物体细胞杂交后的植物，有几个染色体组就称为几倍体。例如，二倍体白菜和二倍体甘蓝体细胞杂交得到的白菜甘蓝有四个染色体组，为四倍体。课堂小结动物细胞培养杂交植株克隆细胞融合细胞核当堂检测1.下列哪种细胞的全能性最容易得到表达A.青蛙的皮肤细胞B.胡萝卜的韧皮部细胞C.小白鼠的肝脏细胞D.人皮肤的生发层细胞23451解解析析细胞分化程度越高，全能性越低，皮肤细胞和生发层细胞是高度分化的细胞，全能性较低。动物细胞实现全能性的能力比植物细胞低，所以全能性最高的细胞是胡萝卜的韧皮部细胞。答案解析2.如图为植物组织培养过程，有关说法不正确的是A.b试管中细胞全能性最高B.d试管中培育出的个体都是纯合子C.ab的过程不需要光照D.ad的细胞分裂方式都是有丝分裂 答案23415解解析析试管中的试管苗来源相同，都是通过植物组织培养发育而成的，植株的基因型相同，但不一定是纯合子。解析234153.1958年，美国科学家斯图尔德应用植物组织培养技术，将二倍体胡萝卜韧皮部的一些细胞进行离体培养，最终发育成完整的新植株。下列关于这一科学事实的叙述中，错误的是该实验证明了植物细胞具有全能性此种生殖产生的后代有广泛的变异韧皮部细胞通过减数分裂增加细胞数目此种生殖产生的后代能保持亲本的性状A. B.C. D.答案解析解解析析体细胞组织培养属于无性繁殖，其后代能保持亲本的性状，变异性小；体细胞不能进行减数分裂。4.植株甲是二倍体水稻，利用植株甲获得了植株乙，而后利用植株甲和乙又获得了植株丙和丁。培养过程如图所示。下列有关叙述正确的是A.用秋水仙素处理植株甲的雌蕊柱头可获得植株乙B.植株丙与植株丁的体细胞中染色体组的数目相同C.植株甲与植株乙正交和反交所得种子的胚乳的基 因型不同D.获得植株丙和植株丁的过程都属于有性繁殖 2341答案5解解析析用秋水仙素处理植株甲萌发的种子或幼苗可得到植株乙；图示丙植株体细胞中染色体组数应为3，而丁植株体细胞中染色体组数应为6；获得植株丙的过程为有性繁殖，获得植株丁的过程为无性繁殖。解析5.科学家利用细胞工程培育了“白菜甘蓝”杂种植株，如图所示，请据图回答下列问题：(1)由D形成F过程所依据的原理是_，从本质上讲，“白菜甘蓝”杂种植株具有的性状是_的结果。 23415细胞的全能性基因选择性表达答案解解析析DF的过程说明细胞具有全能性，杂种植株具有的性状是基因选择性表达的结果。解析(2)若“白菜甘蓝”杂种植株为四倍体，则该植株的花粉经离体培养得到的植株是_倍体。单答案23415解析解析凡是由未受精的配子发育而成的个体都是单倍体。解析(3)“白菜甘蓝”杂种植株的食用部分是叶，但叶又易受昆虫危害而影响产量，科学家又利用基因工程培育出带有抗虫基因的“白菜甘蓝”植株，请你设计实验，检测此植株的抗虫基因是否表达。取昆虫幼虫放到带有抗虫基因的“白菜甘蓝”植株甲上，再取等量生活状态基本一致的昆虫幼虫放在_植株乙上。适宜条件下培养一段时间后，分别观察_的生活情况。若_，说明甲植株的抗虫基因未得到表达；若_，说明甲植株的抗虫基因得到表达。长势相似的普通“白菜甘蓝”昆虫幼虫答案23415甲、乙植株上昆虫幼虫均正常生活 甲植株上昆虫幼虫死亡，乙植株上昆虫幼虫正常生活(、其他答案合理即可)解析解析应注意实验设计的对照原则、等量原则及单一变量原则。解析