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高三生物植物细胞工程简介人教版 【同步教育信息】 一. 本周教学内容： 植物细胞工程简介 二. 学习重点： 了解细胞全能性；植物组织培养；植物体细胞杂交。 三. 学习过程： 细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，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的一门综合科学技术。根据细胞类型的不同，可以把细胞工程分为植物细胞工程和动物细胞工程两大类。 植物细胞工程 理论基础：植物细胞的全能性 生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能，细胞的这种特性叫做细胞的全能性。 细胞全能性的比较： 细胞全能性最强的是受精卵；生殖细胞 体细胞；未分化的细胞 分化的细胞； 因为生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。在生物体内，细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官，这是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不相同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。 科学研究表明，当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。科学家们用植物组织培养的方法，已经把许多种植物的离体的器官、组织或细胞，培养成了完整的植物体。 植物细胞工程包括植物组织培养和植物体细胞杂交。　 植物组织培养 植物组织培养的过程： 离体的植物器官、组织或细胞，在培养了一段时间以后，会通过细胞分裂，形成愈伤组织。愈伤组织的细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化，或者叫做去分化。脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化成根或芽等器官，这个过程叫做再分化。再分化形成的试管苗，移栽到地里，可以发育成完整的植物体。植物组织培养的过程可以简要归纳为： 植物组织培养的条件： 1. 激素诱导分化：当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈地刺激愈伤组织的形成。当细胞分裂素比生长素的浓度高时，有利于芽的发生；当浓度低时，则有利于根的发生。 2. 严格的无菌条件：离体的植物细胞没有像植物体整体的保护组织，容易被细菌侵蚀，导致细胞的死亡。所以植物的组织培养需要严格的无菌环境，这是植物组织培养成功的前提。 3. 完全的营养条件：离体的植物细胞失去了植物的自养能力，所以需要为其提供包括水、有机营养、矿质营养、维生素等营养物质。 植物组织培养的应用： 1. 快速繁殖。 2. 培育无病毒植物。 3. 生产产品：通过大规模的植物细胞培养来生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等。例如，从大量培养的紫草愈伤组织中提取的紫草素，是制造治疗烫伤和割伤的药物以及染料和化妆品的原料。 4. 制人工种子：用植物组织培养的方法，诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状结构，包裹上人造种皮，制成人工种子，可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。 5. 转基因植物的培育。 提问：回忆基因工程的过程，转基因植物为什么要利用组织培养？ 植物体细胞杂交 20世纪60年代，有的科学家提出这样一种设想：让番茄和马铃薯杂交，培育出一种地上结番茄果实、地下结马铃薯块茎的植物。因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。 植物体细胞杂交是用两个来自于不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。 植物体细胞杂交的过程： 植物体细胞的条件： 1. 去掉细胞壁：植物细胞的外面有一层细胞壁，这层细胞壁阻碍了植物体细胞的杂交。因此，植物体细胞杂交的第一步就是去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体。目前最常用的去细胞壁的方法是酶解法，也就是在温和的条件下用纤维素酶、果胶酶等分解植物细胞的细胞壁。获得原生质体后，就可以进行植物体细胞杂交了。 提问：为什么用纤维素酶、果胶酶能分解植物细胞的细胞壁？利用酶解法去掉细胞壁的优势是什么？ 2. 促进细胞融合的方法：人工诱导原生质体融合的方法有物理法和化学法两大类：物理法是利用显微操作、离心、振动、电刺激等促使原生质体融合；化学法是用聚乙二醇(PEG)等试剂作为诱导剂诱导融合。经过诱导融合得到的杂种细胞，用植物组织培养的方法进行培育，可以得到杂种植株。 3. 杂交的植物体细胞借用组织培养，形成植株。 植物体细胞杂交的意义： 克服远源杂交不亲和的障碍，培育作物新品种。 提问：这个杂种植物一定会在