植物细胞工程 知识清单-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

细胞工程之植物细胞工程的知识清单 1、 知识点自测（检测自己是否熟练的掌握下列知识） 1. 细胞工程的含义 2. 细胞工程的分类 3. 植物细胞工程的基本技术1——植物组织培养技术（植物组织培养的含义；植物组织培养的原理；植物组织培养的大致操作流程以及所涉及的基本概念辨析，例如外植体、愈伤组织、脱分化与再分化；以菊花的组织培养为例讲解植物组织培养的全流程以及操作过程中相关的注意事项） 4. 植物细胞工程的基本技术——植植物体细胞杂交技术（植物体细胞杂交的含义；植物体细胞杂交的操作流程；植物体细胞杂交的意义；植物体细胞杂交过程中相关知识补充以及遗传物质的变化） 5. 植物细胞工程的应用（快速繁殖技术/微型繁殖技术；作物脱毒；单倍体育种；突变体的利用；细胞产物的工厂化生产） 2、 知识点归纳总结 1. 细胞工程的含义：细胞工程是指利用细胞生物学、分子生物学以及发育生物学的相关原理，通过细胞、组织、细胞器水平的操作有目的的获得特定细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。 2. 细胞工程的分类：细胞工程可以分为植物细胞工程以及动物细胞工程 3. 植物细胞工程的基本技术1——植物组织培养技术 i. 植物组织培养技术的含义：是指将离体的植物细胞、组织或器官置于适宜的条件下进行培养诱导其成为完整植株的技术 ii. 植物组织培养技术的原理：植物细胞具有全能性，所谓的全能性是指已经分裂分化的细胞仍具有发育成为完整个体或者分化为各种细胞、组织和器官的潜能。 iii. 植物组织培养技术的基本操作流程以及相关概念的辨析 外植体（离体的细胞、组织、器官）——脱分化（已经分化的细胞失去其特有的结构和功能转变成为未分化的状态）——愈伤组织（由外植体脱分化形成的一团无规则的、排列疏松的高度液泡化的具有分化能力的薄壁细胞）——再分化（愈伤组织重新分化出根、芽、茎的过程）——植株——移栽 iv. 以菊花的组织培养为例详细的阐述植物组织培养技术的操作流程 1. 选择外植体并对外植体进行消毒：一般选用幼嫩的部位作为外植体。外植体的消毒步骤较为繁琐，首先我们需要用洗衣粉来刷洗外植体，而后用无菌水进行处理。接着用体积分数为70%酒精对外植体进行消毒，而后再用无菌水进行处理。最后用质量分数为5%的次氯酸钠溶液进行消毒，而后再用无菌水进行处理。 2. 配置适合外植体生长发育的MS培养基 a) MS培养基的组成成分：水、无机盐、营养物质、植物激素。在配置MS培养基的过程中常以蔗糖作为碳源而非葡萄糖，这主要是因为以下三方面的原因：1、蔗糖所形成的渗透压小于葡萄糖所形成的渗透压，从而在一定程度上可以防止细胞过度脱水影响生长发育2、外植体吸收蔗糖的速度小于吸收葡萄糖的速度，从而能够维持渗透压的稳定3、绝大多数的微生物以葡萄糖作为碳源，MS培养基中选用蔗糖作为碳源，在一定程度上能够减少微生物的污染。在培养的不同阶段对于植物激素的需求是有差异的，一般在培养的过程中需要先诱导芽的形成再诱导根的形成，而当当生长素/细胞分裂素的比值较低的时候则用于诱导芽的生成，当生长素/细胞分裂素的比值较高的时候则用于诱导根的生成。当生长素/细胞分裂素的比值接近于1时，则适合形成愈伤组织。在培养愈伤组织以及扩大培养时需要避光，而再分化的过程则需要光。配置形成的MS培养基一定要进行湿热灭菌，从而避免微生物的污染。 3. 接种外植体于MS培养基上 a) 在无菌的环境下，，将处理好的外植体接种于MS培养基上，要注意接种的时候是将外植体的形态学下端插入到MS培养基中。值得注意的是愈伤组织的形成过程是需要进行避光的，再分化的过程是需要光照的。 4. 待其长出试管苗后进行移栽 a) 首先打开培养基让试管苗逐步的适应有菌的环境，，同时由于试管苗的光合能力较弱，所以还需要用较强的光照进行炼苗促进其向自养生物转化。待炼苗结束后，取出试管苗冲洗根部，将其移植到消毒的珍珠岩或蛭石上，待其长壮后再移栽入土。 4. 植物细胞工程的基本技术2——植物体细胞杂交技术 i. 植物体细胞杂交技术的含义：所谓的植物体细胞杂交技术是指将两个不同的植物细胞通过一定的技术融合形成一个植物细胞，而后再配以植物的组织培养技术将其培育形成完整植株的过程 ii. 植物体细胞杂交技术的操作过程 首先通过纤维素酶和果胶酶对两个不同的细胞（A、B）进行处理以去除其细胞壁，而后借助于一定的技术（电融合法、离心法、PEG聚乙二醇融合法，高钙离子高pH融合法）将两个不同的植物细胞进行融合，而后进行筛选筛选出（AB），待其长出细胞壁形成一个杂种细胞，而后再借助植物组织培养技术使其依次经过脱分化、愈伤组织、再分化最终形成一个完整的植株 iii. 植物体细胞杂交技术的意义 打破来了远缘杂交的不亲和性，使得远缘杂交成为可能 iv. 植物体细胞杂交过程中相关知识的补充以及遗传物质的变化 1. 科学家将土豆细胞与番茄细胞进行了杂交，同时配以植物组织培养技术最后培育出来了土豆、番茄的超级植株，但是并未实现地下长土豆，地上长番茄，这说明虽然我们能够将土豆和番茄的遗传物质进行融合，但是融合后的基因的表达产物可能会相互影响，融合植物的基因不能够有序的进行表达从而导致了地下长土豆，地上长番茄的现象未发生。 2. 植物体细胞杂交过程中遗传物质的变化 P1 2n（Aabb）与P2 2n（ccDd），两者通过体细胞杂交技术再配以植物组织培养技术最终得到了完整的植株。这一植株的产生方式属于无性繁殖。其变异类型属于如染色体数目变异。新形成的植株中染色体的数目为2n+2n，染色体组的数目为4，基因组成为AabbccDd 5. 植物细胞工程的应用1——快速繁殖技术（微型繁殖技术） i. 利用植物组织培养技术可以将具有优良性状的植物体进行快速繁殖 6. 植物细胞工程的应用2——作物脱毒技术 i. 像土豆、草莓、香蕉等常常是通过无性繁殖培育生成的，若其繁殖体含有病毒则病毒会传给后代并且逐年积累，最后就会导致产量降低。科学家发现顶端分生区（茎尖、根尖、芽尖）附近病毒少/无病毒，所以可选择顶端分生区进行植物组织培养最后得到脱毒苗。 7. 植物细胞工程的应用3——突变体的利用 i. 在植物组织培养形成愈伤组织的过程中，细胞不断的在进行分裂，分裂的过程往往伴随着DNA的复制，DNA的复制易受到环境因素的变化而发生突变，而我们就可以利用这一特性筛选出有利的突变体 8. 植物细胞工程的应用4——单倍体育种 i. 单倍体育种即将植物的配子进行组织培养形成单倍体植株，而后用秋水仙素/低温对其进行进行处理使其成为纯合的二倍体 9. 植物细胞工程的应用5——细胞产物的工厂化生产 i. 细胞的产物可以分为初生代谢产物和次生代谢产物，所谓的初生代谢产物是指通过初生代谢途径产生的维持细胞正常生命活动所必需的物质。次生代谢产物是指通过次生代谢途径产生的并非维持细胞正常生命活动所需的物质。 ii. 由于次生代谢产物只有在特定的条件下在特定的细胞中才产生，我们则可以将能够产生次生代谢物的细胞提取出来，使其脱分化形成愈伤组织，再将愈伤组织制成悬液，悬浮培养，最后从悬浮液中提取产物。 学科网（北京）股份有限公司 $$