2024届高考生物一轮专题复习专题14 细胞工程 讲义

细胞工程 考点一：植物细胞工程 1. 细胞工程的概念与分类 · 概念 （1）原理和方法：细胞生物学和分子生物学。 （2）操作水平：细胞水平或细胞器水平。 （3）目的：按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。 · 种类：根据操作对象不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程。 2. 细胞的全能性 · 概念：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能，也就是说，每个生物细胞都具有全能性的特点。 · 现实表现：在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官。 · 影响细胞全能性表现的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质，分化形成不同的细胞，从而构成生物体的不同组织和器官。 3. 植物组织培养技术 （1）原理：植物细胞的全能性。 （2）过程： · 外植体的消毒：将流水冲洗后的外植体用酒精消毒30 s，用无菌水清洗2～3次后，再用次氯酸钠溶液处理30 min，用无菌水清洗2～3次。 · 外植体的分割：用无菌滤纸吸去表面的水分，用解剖刀将外植体切成0.5～1 cm长的小段。 · 接种：在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。 · 培养：将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18～22℃的培养箱中培养。定期观察和记录愈伤组织的生长情况。 · 转移培养：将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上。长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。 · 移栽：将试管苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩上，壮苗后再移栽入土。 ※脱分化：已分化的细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。 （3）植物组织培养的条件 · 外植体的选择：外植体脱分化的难易因植物种类、器官来源及生理状况的不同而不同。一般来说，植物的花和幼嫩的组织脱分化相对比较容易，而植物的茎、叶和成熟的组织相对较难。 · 无菌操作：植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染，所有实验用具要严格灭菌，接种过程要进行严格的无菌操作。 · 光照的控制：对于植物组织培养来说，光照条件非常重要。 脱分化阶段：避光培养，有利于脱分化产生愈伤组织（如果是在光照条件下，容易分化产生维管等组织，不利于产生大量的愈伤组织）。 再分化阶段：一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成。 （4）植物组织培养过程中应注意的问题 · 灭菌 所有的实验用具需要严格灭菌。 接种过程中，实验人员须进行严格的无菌操作。 · 严格控制光照 在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，而在分化再生的阶段一定要有光照。因为暗培养有利于细胞的脱分化，产生愈伤组织，若有光照则容易分化产生维管组织，不利于产生大量的愈伤组织 4. 植物体细胞杂交 （1）概念：将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。 （2）原理：植物体细胞融合依据的生物学原理是细胞膜的流动性，植物组织培养的理论基础是细胞的全能性。 （3）过程 步骤 做法 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（物理法：离心、振动、电激等；化学法：用聚乙二醇等作为诱导剂）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 · 去壁：用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，获得原生质体。 · 诱导原生质体融合的方法： 物理法：离心、振动、电激等。 化学法：用聚乙二醇（PEG）诱导。 · 融合成功的标志：杂种原生质体再生出细胞壁。 （4） 意义：克服不同种生物远缘杂交的不亲和性。 （5） 植物体细胞杂交技术的应用 植物体细胞杂交克服了植物远缘杂交不亲和的障碍，可以定向地改良生物性状，在培育作物新品种方面具有广阔的应用前景。如科学家已经培育出了白菜—甘蓝、烟草—海岛烟草、胡萝卜—羊角芹等种间或属间杂种。但是目前仍有许多理论和技术问题没有解决，离推广应用仍有一定距离。 5. 植物细胞工程的应用 · 植物繁殖的新途径——微型繁殖 （1）本质：微型繁殖只运用了植物组织培养技术，该过程只涉及有丝分裂，没有减数分裂，因而属于无性繁殖。 （2）优点：使用材料少，培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理，有利于进行工厂化培养。 （3）应用：兰花、甘蔗、桉树、铁皮石斛等。 · 作物脱毒 （1）病毒的特点：病毒是寄生性生物，在用种子繁殖或用植物根、茎无性繁殖过程中，种子、根、茎的细胞中可能携带着病毒并传给下一代，使其繁殖的子代感染病毒。 （2）材料的选取：据检测，植物的分生组织细胞中一般是不含病毒的。如果未被病毒感染的植株的分生组织用植物组织培养的方法培育幼苗，用于生产，可以避免病毒对作物的影响，大大提高作物的产量。