【寒假衔接讲义】人教版（选择性必修3）高中生物 高二寒假 第04讲 植物细胞工程（教师版+学生版）.zip

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1.概述植物组织培养的原理及过程，掌握细胞的全能性概念。
2.独立完成植物组织培养试验，提高动手实践能力及实验分析能力。
3.体会细胞工程的意义，揭秘生物技术的神秘，进一步领悟生物技术造福人类的意义。
4.概述植物体细胞杂交技术的原理及过程，区分植物组织培养与植物体细胞杂交。
5.学习植物体细胞杂交技术的实验过程，理解科学的本质、科学研究的思路和方法。
情感态度价值观目标：体会技术进步可以推动其他相关实验的进步，不断创新，敢于突破传统的壁垒，创造出新产品。
6.理解植物细胞工程，举例说明植物细胞工程的应用有效提高了生产效率。
7.体会细胞工程从实验室到工厂的运用，提高实践能力，建立科学技术观。
8.学生切身感受到科技对农业、医学等的促进作用，领悟生物技术造福人类。
【基础知识】
一、植物细胞的全能性
细胞全能性：细胞经分裂、分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。
特别提醒
1.在植物体生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性。
2.植物细胞表现全能性的条件
①离体状态。
②营养物质：种类齐全、比例合适。
③植物激素：生长素、细胞分裂素。
④外界条件：适宜的温度、pH和光照(愈伤组织的形成和生长需要避光培养，分化培养需照光)等。
⑤无菌操作。
3.必须要离体的原因是：生物体内的活细胞尽管具有全能性，但受基因选择性表达的调控，一般都要进行定向的、不可逆的细胞分化，不能表现其全能性。
4.细胞分化指在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程，叫作细胞分化。例如由种子发育成植株的过程中要经过细胞分化，以形成不同的组织和器官。
5.脱分化指在一定激素和营养等条件的诱导下，植物已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞，进而形成薄壁组织团块(愈伤组织)的过程。
6.再分化指愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。
7.全能性表达过程
①脱分化：让已经分化的细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能，转变成未分化细胞的过程。
②再分化：脱分化产生的愈伤组织，在一定的培养条件下，再分化出芽、根等器官，进而形成完整的小植株。
③激素的作用：植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。
8．植物组织培养的过程
①外植体：用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。
②脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能，转变成未分化细胞的过程。
③愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞团。
④再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出根或芽等器官的过程。
二、植物细胞工程的基本技术
1.植物细胞工程的基本技术包括植物组织培养和植物体细胞杂交
2.植物组织培养和植物体细胞杂交的原理、过程、应用比较
归纳总结
1.植物细胞工程的理论基础是植物细胞的全能性。
2.植物细胞工程的基本技术有植物组织培养和植物体细胞杂交。
3.植物体细胞杂交和有性杂交结果不同：两个二倍体植物通过植物体细胞杂交获得的异源四倍体，两个二倍体植物通过杂交获得的仍然是二倍体。
4.植物体细胞杂交不经过减数分裂过程，植物有性杂交一定要经过减数分裂过程。
5.原生质体指除去细胞壁后的植物细胞、真菌细胞或细菌细胞。
6.原生质层是植物特有的名词：包括植物细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质，不包括细胞液。
7.原生质滴：指动物精子形成过程中，细胞核变为精子头的主要部分，高尔基体发育为头部的顶体，中心体演变为精子的尾，线粒体演变为线粒体鞘，细胞内的其他物质浓缩为球状，叫作原生质滴。原生质滴随着精子的成熟向后移动，最后脱落。
三、植物繁殖的新途径
1.微型繁殖：高效快速地实现种苗的大量繁殖；无性繁殖，保持优良品种的遗传特性；不受自然生长季节的限制，可实现产业化生产。
2.作物脱毒：
①马铃薯和草莓都是无性繁殖的作物，它们感染的病毒很容易传播给后代。病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低，品质变差。
②分生区（如茎尖、根尖：病毒极少，甚至无毒），从这些地方取材经组织培养可获得脱病毒苗。
③脱病毒苗能够明显使农作增产。
3.人工种子：
以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。
人工种子培育的过程：外植体→脱分化形成愈伤组织→再分化形成胚状体→胚状体+人工胚乳+人工种皮→人工种子
人工种皮：抗压、保氺、透气；胚状体：具有发育成完整植株的能力；人工胚乳：保证胚状体生长发育的必需物质
归纳总结
1.快速繁殖：不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性。
2.作物脱毒
①培育脱毒植株的原因：生产上，许多无性繁殖作物感染的病毒很容易传给后代，病毒在作物体内逐年积累，导致作物产量降低和品质变差。
②培育方法：切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株可能不带病毒，从而获得脱毒苗。
③原理：植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒(病毒在植物体内分布不均匀)；植物细胞的
3.由愈伤组织进行细胞分化时，一般要先诱导其生芽，然后诱导其生根，可通过控制培养基中生长素和细胞分裂素的比例来实现。
4.生长素和细胞分裂素用量的比例影响植物细胞的发育方向。
5.脱毒苗≠抗毒苗：脱毒苗是选择植物的茎尖(病毒极少，甚至无病毒)进行组织培养而获得的，属于细胞工程的范畴。抗毒苗是把某抗病基因导入到受体细胞中，并通过一定的方法培育形成的，属于基因工程的范畴。
四、作物新品种的培育
1.单倍体育种
①花药(或花粉)离体培养过程就是植物组织培养过程。单倍体育种的优点是后代不发生性状分离，都是纯合子，能够稳定遗传，明显缩短了育种年限。
②原理：植物细胞具有全能性、染色体数目变异。
③方法：花药离体培养得到单倍体幼苗，秋氺仙素处理抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，染色体加倍得到稳定遗传（纯合子）的优良品种。
④过程：花药（脱分化）→愈伤组织（再分化）→单倍体植株→秋氺仙素或低温诱导加倍→正常纯合植株。
2.突变体的利用：
在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而发生突变。从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。
植物产物的工厂化生产
1.细胞产物的种类：糖类、脂肪、蛋白质、香料、色素、药物、生物碱等。
2.植物产物工厂化生产的过程
外植体（脱分化）→愈伤组织→分散形成细胞悬液→发酵，获得细胞产品→提纯
归纳总结
1.方法：利用植物组织培养技术大量生产目标产物(一般只需要培养到愈伤组织阶段)。
2.产物种类：次生代谢物(如酚类、萜类和含氮化合物等)、药物、香料、色素等。
【考点剖析】
考点一：植物细胞工程的基本技术
例1．花药离体培养是重要的育种手段。如图是某二倍体植物花药育种过程的示意图，下列叙述正确的是( )
A．为了防止微生物污染，过程①所用的花药需在70%乙醇中浸泡30 min
B．过程②的培养基中需添加较高浓度的细胞分裂素以利于根的分化
C．过程③逐步分化的植株中可筛选获得纯合的二倍体
D．过程④应将炼苗后的植株移栽到含有蔗糖和多种植物激素的基质上
【答案】D
【解析】植物组织培养过程应该在无菌的条件下进行，过程①所用的花药需用70%乙醇消毒30 s，后用无菌氺冲洗2～3次，再用次氯酸钠溶液处理30 min，立即用无菌氺冲洗2～3次，A错误；过程②的培养基中需添加比例适中的细胞分裂素和生长素，以利于形成愈伤组织，B错误；过程③得到的植株是二倍体的花药经过花药离体培养和秋氺仙素处理后发育而来的，因此可从中筛选获得纯合的二倍体，C正确；过程④获得的植株可以进行光合作用，因此培养基中不需要加入蔗糖，D错误。
考点二：植物体细胞杂交
例2．]实验人员利用矮牵牛(二倍体，2n＝14)的红色花瓣细胞(液泡呈红色)与枸杞(四倍体，4n＝48)叶肉细胞，制备了相应的原生质体，并诱导其融合，经筛选、培养获得杂种植株。下列有关叙述错误的是( )
A．获得该杂种植株打破了生殖隔离，实现了远缘杂交育种
B．可利用电融合法、离心法诱导原生质体融合
C．可利用光学显微镜观察，筛选出杂种原生质体
D．若原生质体均为两两融合，则融合后的细胞中染色体数目均为62条
【答案】A
【解析】获得该杂种植株的方法是植物体细胞杂交技术，其最大的优点是打破了生殖隔离，实现了远缘杂交育种，A正确；诱导植物原生质体融合时，可以采用物理方法(电融合法、离心法等)和化学方法(聚乙二醇融合法、高Ca2＋—高pH融合法)，B正确；杂种原生质体的染色体数目是两种细胞染色体数目之和，可通过显微镜观察染色体数目，筛选得到融合后的杂种原生质体，C正确；若原生质体均为两两融合，则会形成3种细胞，即矮牵牛细胞自身融合的细胞、枸杞细胞自身融合的细胞和杂种细胞，所以融合后的细胞中染色体数目可能为28条、96条和62条，D错误。
考点三、植物繁殖新途径
例3．如图为培育甘蔗脱毒苗的两条途径，研究发现经过程②获得的幼苗脱毒效果更好。下列叙述错误的是( )
A．带叶原基的芽与植物体其他组织中的病毒含量相同
B．过程②的作用是使组织中的病毒在图中处理温度下部分或全部失活
C．过程③④所用培养基中生长素和细胞分裂素的含量和比例不同
D．图中脱毒苗的培育过程体现了植物细胞的全能性
【答案】A
【解析】带叶原基的芽是茎尖，植物的茎尖或根尖不带病毒或病毒极少，其他部位带的病毒较多，A错误；过程②的作用是使组织中的病毒在题图处理温度下部分或全部失活，B正确；过程③是诱导生芽，过程④是诱导生根，两个过程所用培养基中生长素和细胞分裂素的含量和比例不同，C正确；题图过程是离体的带叶原基的芽脱分化形成愈伤组织，再分化形成幼苗，体现了植物细胞的全能性，D正确。
【真题演练】
1．[浙江2022年6月·23，2分]下列关于菊花组织培养的叙述，正确的是( )
A．用自然生长的茎进行组培须用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠的混合液消毒
B．培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换
C．组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石带菌量低且营养丰富
D．不带叶片的菊花幼茎切段可以通过器官发生的途径形成完整的菊花植株
2．[江苏2021·5，2分]植物组织培养技术常用于商业化生产，其过程一般为：无菌培养物建立→培养物增殖→生根培养→试管苗移栽及鉴定。下列相关叙述错误的是( )
A．为获得无菌培养物，外植体要消毒处理后才可接种培养
B．组织培养过程中也可无明显愈伤组织形成，直接形成胚状体等结构
C．提高培养基中生长素与细胞分裂素的比值，有利于诱导生根
D．用同一植株体细胞离体培养获得的再生苗不会出现变异
3．[浙江2022年6月·29(二)，8分]回答与植物转基因和植物克隆有关的问题：
(1)在用农杆菌侵染的方法进行植物转基因过程中，通常要使用抗生素，其目的一是抑制________生长，二是筛选转化细胞。当选择培养基中抗生素浓度________时，通常会出现较多假阳性植株，因此在转基因前需要对受体进行抗生素的________检测。
(2)为提高培育转基因植株的成功率，植物转基因受体需具有较强的________能力和遗传稳定性。对培养的受体细胞遗传稳定性的早期检测，可通过观察细胞内________形态是否改变进行判断，也可通过观察分裂期染色体的______________，分析染色体组型是否改变进行判断。
(3)植物转基因受体全能性表达程度的高低主要与受体的基因型、培养环境、继代次数和________长短等有关。同时也与受体的取材有关，其中受体为________时全能性表达能力最高。
【过关检测】
1．下列关于植物组织培养的叙述，正确的是( )
A．以一株植物的叶片或花药为外植体培育的植株基因型相同
B．培养过程中应给予适当光照以促进愈伤组织的光合作用
C．适当提高培养基中细胞分裂素的比例有利于愈伤组织分化成芽
D．常用茎尖进行组织培养获得脱毒苗是因为茎尖不含有毒物质
2．植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是( )
A．植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁
B．细胞壁使原生质体失去活力
C．细胞壁阻碍了原生质体的融合
D．细胞壁不是原生质体的组成部分
3．下图为某二倍体植株花药中未成熟的花粉在适宜培养基上形成完整植株的过程。下列有关叙述正确的是( )
eq \x(\a\al(花药中未成,熟的花粉))eq \(――→,\s\up10(①))eq \x(\a\al(愈伤,组织))eq \(――→,\s\up10(②))eq \x(丛芽)eq \(――→,\s\up10(③))eq \x(\a\al(完整,植株))
A．过程①②表示脱分化，过程③表示再分化
B．过程①②需要照光
C．过程①②③说明花粉细胞具有全能性
D．通过过程③获得的完整植株自交后代不会发生性状分离
4．下列有关植物细胞全能性的叙述，正确的是( )
A．植物体只有高度分化的体细胞才具有发育成完整个体的潜能
B．植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所含基因不同
C．植物细胞的全能性是植物体细胞杂交技术的理论基础
D．高度分化的植物细胞随时可能表现出全能性
5．下图是甲、乙两种植物体细胞杂交的过程，下列有关分析不正确的是( )
A．过程①表示用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁
B．过程②的原理为细胞膜的选择透过性
C．过程③是杂种细胞再生出细胞壁的过程
D．过程④和⑤分别表示脱分化、再分化过程
6．植物体细胞杂交是利用不同物种的两个体细胞融合成一个杂种细胞的过程。该过程是指( )
A．不同植物的精子与卵细胞的融合
B．不同植物的原生质体的融合
C．完整的两个植物体细胞的融合
D．植物花粉细胞的两两融合
7．下图表示基因型为AaBb的氺稻的花药通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下形成试管苗的培育过程。下列相关叙述不正确的是( )
A．愈伤组织是花粉细胞通过有丝分裂后形成的不规则的细胞团
B．在愈伤组织的形成过程中，必须从培养基中获得氺、无机盐和小分子的有机物等营养物质
C．为促进花粉细胞分裂生长，在培养基中应加入适宜浓度的生长素等激素
D．试管苗可能出现的基因型有AABB或AAbb或aaBB或aabb
8．花粉植株是体细胞遗传研究和突变育种的理想材料。下面是培育四季柑橘(2N＝18)花粉植株的过程示意图，有关叙述正确的是( )
A．花粉植株培育的原理是花粉粒细胞具有全能性，其技术是植物组织培养
B．过程③是细胞再分化，其根本原因是基因的选择性表达
C．四种培养基均属于固体培养基，其中所含植物激素的种类和比例有差异
D．观察处于分裂中期的四季柑橘花粉植株根尖细胞，可观察到18条染色体
9．已知甲、乙两不同物种植株均为二倍体纯种，甲植株高产、乙植株耐盐碱。现要利用这两种植株培育出既高产又耐盐的新品种，下列技术可行的是( )
A．利用植物体细胞杂交技术，可获得四倍体杂种目的植株
B．将乙种植株耐盐基因导入甲种植株的受精卵中，可培育出目的植株
C．两种植株杂交后，得到的F1再利用单倍体育种技术可较快获得纯种的目的植株
D．诱导两种植株的花粉融合并培育成幼苗，幼苗用秋氺仙素处理，可培育出目的植株
10．(2020·山东模拟)紫草素对急慢性肝炎的治疗有较好的疗效。利用植物组织培养技术从紫草根细胞提取紫草素，下列操作或叙述正确的是( )
A．选取合适的外植体并进行快速消毒
B．需用聚乙二醇诱导根细胞的原生质体融合
C．培养紫草根细胞的培养基中需要添加琼脂
D．用适当的激素诱导愈伤组织分化成胚状体或丛芽
11．(2019·全国卷Ⅲ)培养胡萝卜根组织可获得试管苗，获得试管苗的过程如图所示。
回答下列问题：
(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有________________。
(2)步骤③切取的组织块中要带有形成层，原因是____________。
(3)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基，其原因是_______________。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的____________过程，最终可形成试管苗。
(4)步骤⑥要进行照光培养，其作用是______________________。
(5)经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的__________，这种繁殖方式属于________繁殖。
12．(2020·江苏模拟)近年来，一种名为“爱媛橙”的柑橘类氺果因皮薄易剥、细腻多汁、口感似果冻等优点，被网友们称为“果冻橙”，并迅速成为网红氺果。“爱媛橙”由柑橘品种南香与西子香杂交获得。某科研小组欲利用细胞融合技术培育“爱媛橙”，其部分流程所示，回答下列问题：
(1)过程①应将两种植物细胞分别置于含有________________酶的________(填“低渗”“等渗”或“高渗”)溶液中制备原生质体；与动物细胞融合相比，过程②不具有的融合方法是______________。
(2)杂种细胞形成的标志是____________；愈伤组织的细胞最突出的特征是__________________；过程⑤称为______________。
(3)与通过南香与西子香杂交培育成的“爱媛橙”相比，该育种方法具有的优点是__________________________；该育种技术遵循的生物学原理是________________(填序号)。
①细胞膜的流动性 ②细胞膜的选择透过性
③植物细胞的全能性 ④细胞增殖
比较项目
植物组织培养
植物体细胞杂交
原理(理论基础)
细胞的全能性
细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能性
过程
选材
选取根尖、茎尖、形成层部位(最容易诱导脱分化)
不同植物细胞(融合后形成杂种细胞)
技术操作
脱分化、再分化
①除脱分化、再分化外，还要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁；②用物理法(电融合法、离心法)或化学法[聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法]诱导细胞融合
应用
①快速繁殖、作物脱毒等；②培育新品种；③生产细胞产物
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种
关系
植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂
生长素用量/细胞分裂素用量
结果
比值高
有利于根的分化，抑制芽的形成
比值低
有利于芽的分化，抑制根的形成
比值适中
促进愈伤组织的形成