第1讲 植物细胞工程-【创新教程】2025年高考生物总复习大一轮教师用书word（人教版 双选）

第1讲　植物细胞工程 知识体系——定内容 核心素养——定能力 生命 观念 理解植物组织培养和植物体细胞杂交的基本原理 科学 思维 通过对植物组织培养和植物体细胞杂交的基本操作流程的学习，培养模型构建能力 科学 探究 针对人类生产生活需求，尝试提出初步的工程学构想，进行简单的设计和制作 考点1　植物组织培养 [必备知识·整合] 一、植物细胞工程的基本技术 1．细胞工程的理论基础——细胞的全能性 (1)细胞全能性的概念：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生　　完整生物体　　或分化成　　其他各种细胞　　的潜能，即细胞具有全能性。 (2)在生物体内全能性不能表达的原因：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，从而构成生物体的不同组织和器官。 2．植物组织培养技术 (1)概念理解 ①培养对象：离体的　　植物器官、组织或细胞　　。 ②培养条件：无菌、人工配制的培养基、相关激素等。 ③培养结果：形成完整的植株。 (2)原理：植物细胞具有　　全能性　　。 (3)操作流程 (4)操作实例——菊花的组织培养 二、植物组织培养的应用 1．植物繁殖的新途径 (1)快速繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。 (2)作物脱毒：选取作物　　无毒组织　　(如茎尖)进行组织培养，获得脱毒苗的技术。 2．作物新品种的培育 3．细胞产物的工厂化生产 ①次生代谢物：是一类　　小分子　　有机化合物，在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。 ②细胞产物的工厂化生产：人们利用　　植物细胞培养　　来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。 ③植物细胞培养：是指在　　离体　　条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其　　增殖　　的技术。 1．植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性。( × ) 2．在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中，不会发生细胞的增殖和分化。( × ) 3．愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的。( × ) 4．脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位。( × ) 1．(选择性必修3P34“从社会中来”)如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？ 答案：利用植物组织培养技术快速繁殖兰花。具体操作为取兰花幼嫩部位消毒后置于诱导形成愈伤组织的培养基中培养，经脱分化形成愈伤组织，转接到诱导生芽生根培养基上，再分化形成胚状体或丛芽，移栽获得兰花植株。 2．(选择性必修3P40“正文”)作物培养过程中为什么要进行作物脱毒？ 答案：对于无性繁殖的作物而言，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。 (情景探究)如图表示培养胡萝卜根组织获得试管苗的过程，据图分析： (1)图中②过程为什么要进行消毒？进行灭菌可以吗？ 答案：消毒是为了杀死根组织表面的细菌，防止细菌在组织培养中与植物组织竞争。不能用灭菌代替消毒，因为灭菌会将植物细胞一起杀死。 (2)步骤③切取的组织块中为什么要带有形成层？ 答案：因为形成层的细胞容易诱导形成愈伤组织。 (3)步骤⑤和步骤⑥中培养基中所需的生长素和细胞分裂素的比例如何？ 答案：生长素和细胞分裂素的比例较高时，有利于根的分化，抑制芽的形成；生长素和细胞分裂素的比例较低时，有利于芽的分化，抑制根的形成；生长素和细胞分裂素的比例适中时，有利于愈伤组织的生长。 (4)步骤⑥中诱导形成试管苗时，是先诱导形成根还是先诱导形成芽？ 答案：一般要先诱导形成芽，然后再诱导形成根。 [关键能力·提升] ◆[提升点1]　通过植物组织培养考查理解能力　　 1．(2022·辽宁高考)蓝莓细胞富含花青素等多酚类化合物。在蓝莓组织培养过程中，外植体切口处细胞被破坏，多酚类化合物被氧化成褐色醌类化合物，这一过程称为褐变。褐变会引起细胞生长停滞甚至死亡，导致蓝莓组织培养失败。下列叙述错误的是(　　) A．花青素通常存在于蓝莓细胞的液泡中 B．适当增加培养物转移至新鲜培养基的频率以减少褐变 C．在培养基中添加合适的抗氧化剂以减少褐变 D．宜选用蓝莓成熟叶片为材料制备外植体 解析：D　[液泡中含有糖类、无机盐、色素和蛋白质等，其中的色素是指水溶性色素，如花青素，A正确；适当增加培养物转移至新鲜培养基的频率可减少氧化剂的浓度，从而减少褐变，B正确；根据题干信息：在蓝莓组织培养过程中，外植体切口处细胞被破坏，多酚类化合物被氧化成褐色醌类化合物，这一过程称为褐变，可知在培养基中添加合适的抗氧化剂以减少褐变，C正确；一般选用代谢旺盛、再生能力强的器官或组织为材料制备外植体，D错误。] 2．为拯救珍稀植物红豆杉，并同时获得高抗癌活性物质——紫杉醇，科研小组设计了如图所示的实验流程。下列相关叙述正确的是(　　) A．诱导红豆杉茎尖经过再分化形成愈伤组织 B．整个培养过程中生长素和细胞分裂素的比例固定不变 C．用液体培养基扩大培养愈伤组织生产紫杉醇时，通常要通入无菌空气 D．同一株植物不同部位的组织细胞经诱导培养获得的植株基因型一定相同 解析：C　[诱导红豆杉茎尖经过脱分化形成愈伤组织，A错误；培养基中生长素和细胞分裂素的用量比会影响细胞分化的方向，整个培养过程中生长素和细胞分裂素的比例不是固定不变的，B错误；用液体培养基培养固定在一定空间内的愈伤组织生产紫杉醇时，需要通入无菌空气，利于细胞进行有氧呼吸，C正确；同一植株不同部位的组织细胞经诱导培养获得的植株基因型不一定相同，如花粉粒培养获得的愈伤组织细胞内染色体数目是正常体细胞的一半，D错误。] 植物激素对植物组织培养的影响 (1)使用顺序对实验的影响 使用顺序 实验结果 先使用生长素，后使用细胞分裂素 有利于细胞分裂，但细胞不分化 先使用细胞分裂素，后使用生长素 细胞既分裂也分化 同时使用 分化频率提高 简记为：先“生”分裂不分化，后“生”分裂又分化，同“使”分化频率高 (2)植物激素的比值影响发育方向 生长素/细胞分裂素 植物细胞的发育方向 高 有利于根的分化，抑制芽的形成 低 有利于芽的分化，抑制根的形成 适中 促进愈伤组织的生长 简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤 ◆[提升点2]　通过植物组织培养的应用考查识图能力和科学探究能力　　 3．科研人员研究了马铃薯茎尖外植体大小对幼苗的成苗率和脱毒率的影响，结果如图。下列相关叙述正确的是(　　) A．培育脱毒苗所依据的原理有基因突变和细胞全能性 B．培育的脱毒苗具有抗病毒的能力 C．实验结果表明茎尖越小，脱毒率越高，成苗率越低 D．根据本实验，培养脱毒苗时茎尖的适宜大小为0.60 mm 解析：C　[马铃薯茎尖病毒极少，甚至无病毒，因此可利用马铃薯茎尖进行组织培养形成脱毒苗，所依据的原理是细胞全能性，A错误；培育的脱毒苗不具有抗病毒的能力，B错误；实验结果表明茎尖越小，脱毒率越高，成苗率越低，C正确；在茎尖外植体大小为0.27 mm时，脱毒率和成苗率均较高，因此马铃薯脱毒培养中茎尖外植体的适宜大小为0.27 mm，D错误。] 4．(2024·山东省金科大联考)粉美人萱草形态优美、色彩艳丽，具有极大的栽培价值。某实验小组选择健壮、无病虫害的单株粉美人萱草作为取样母株，剪取新鲜花茎带回实验室，消毒处理后，移入培养基中，回答下列问题。 (1)对粉美人萱草进行离体培养时，首选花序轴作为外植体，这些细胞在培养基上培养时会由原来的分化状态变成分生状态，产生________，原细胞失去其特有的________该过程称为________。 (2)取样时间对获得粉美人萱草无菌材料至关重要。一般选择生长适宜时间的花序轴，若所取花序轴生长时间短，花序轴较为幼嫩，消毒时________；若所取花序轴生长时间长，花序轴老化，消毒不彻底导致污染率________。 (3)不同种类植物对培养基的成分如________浓度、比例要求不同，再生能力也存在差异。为防止________________ (答两点)等影响培养物生长，一般需要在2～4周后将培养物转移至新鲜培养基中继续培养。诱导再分化时，需要在无菌条件下将愈伤组织先________后再转移至诱导________的培养基上，诱导形成试管苗。 解析：(1)高度分化的细胞在植物体中是不会再分裂增殖的，这些细胞若离体后在培养基上培养时会由原来的分化状态，失去原有的某些具有特定结构和功能的细胞结构(如叶肉细胞的叶绿体等)，变成分生状态的细胞，分裂产生愈伤组织，该过程称为脱分化。 (2)用于外植体表面消毒处理的试剂有很多，一定浓度的次氯酸钠、氯化汞和酒精是较常用的消毒剂。多种药剂配合使用消毒外植体，往往具有良好的效果。酒精的渗透性很强，幼嫩的材料容易在酒精中失绿，所以浸泡时间不可过长，防止酒精杀死植物的组织细胞。故对粉美人萱草取样时不易选择较为幼嫩的花序轴，若所取花序轴生长时间长，花序轴老化，消毒不彻底导致污染率高。 (3)不同种类植物对培养基的成分如激素浓度、比例要求不同，再生能力也存在差异。为了防止由于营养物质的枯竭，水分的散失，以及一些组织代谢产物的积累，必须将组织及时转移到新的培养基上。这种转移过程称为继代培养。诱导再分化时，需要在无菌条件下将愈伤组织转移至诱导生芽的培养基上，生芽后再转移至诱导生根的培养基上，诱导形成试管苗。 答案：(1)愈伤组织　结构和功能　脱分化 (2)幼嫩的材料容易在酒精中失绿或被酒精杀死　高 (3)激素　营养物质的枯竭，水分的散失，以及一些组织代谢产物的积累　诱导生芽　生根 脱分化和再分化的比较 比较内容 脱分化 再分化 过程 外植体→愈伤组织 愈伤组织→幼苗 形成体 特点 排列疏松、不定形的薄壁组织团块 分化出根、芽 需要 条件 ①离体 ①离体 ②适宜的营养 ②适宜的营养 ③生长素与细胞分裂素的比例适中 ③生长素与细胞分裂素的比例高(低)诱导生根(生芽) ④不需要光照 ④光照 考点2　植物体细胞杂交 [必备知识·整合] 1．概念：将不同来源的　　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　　新植物体　　的技术。 2．原理：体细胞杂交利用了细胞膜的　　流动性　　，杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的　　全能性　　。 3．操作过程 4．意义：打破　　生殖隔离　　，实现　　远缘杂交育种　　，培育植物新品种。 1．用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体失去了全能性。( × ) 2．再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志。( √ ) 3．培养草莓脱毒苗所采用的主要技术是细胞杂交。( × ) 4．植物体细胞杂交可以不用去除细胞壁直接进行细胞融合。( × ) 5．植物体细胞杂交的原理有植物细胞的全能性和细胞膜的流动性。( √ ) 1．(选择性必修3 P36“图2－2及文字信息”)为什么“番茄－马铃薯”没有想象的那样，地上结番茄，地下长马铃薯？ 答案：生物基因之间相互调控、相互影响。 2．(选择性必修3P38“练习与应用”)科学家在制备原生质体时，有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞的细胞壁。据此分析，蜗牛消化道提取液中可能含有什么成分？ 答案：蜗牛消化道提取液中可能有纤维素酶、果胶酶。 (情景探究)据图分析植物体细胞杂交过程 (1)植物体细胞杂交依据的生物学原理是什么？ 答案：细胞膜的流动性、植物细胞的全能性。 (2)如何根据细胞膜表面荧光判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的？ 答案：融合的细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光。 (3)若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞内有n条染色体，则“番茄－马铃薯”细胞在有丝分裂后期含有多少条染色体？ 答案：2(m＋n)条。 (4)若杂种细胞培育成的“番茄－马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培育得到的植株属于几倍体植株？ 答案：单倍体植株。 [关键能力·提升] ◆[提升点1]　通过植物体细胞杂交的过程考查理解能力、思维判断能力　　 1．春兰品种“宋梅”因其香气浓郁而受到追捧；惠兰花型大，花期长且萌芽能力好。研究人员利用植物体细胞杂交技术制备“宋梅”和惠兰的杂交品种。下列关于杂交兰花说法不正确的是(　　) A．培养融合细胞时所用的器皿和培养基均需经过灭菌处理 B．制备原生质体时用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞 C．杂交兰花的成功培育体现了植物细胞具有全能性 D．细胞分裂素和生长素用量比值为1时诱导根的分化 解析：D　[应在无菌条件下培养融合细胞，故培养融合细胞时所用的器皿和培养基均需经过灭菌处理，A正确；植物细胞具有细胞壁，制备原生质体时用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞，去除植物细胞的细胞壁，B正确；杂交兰花的成功培育体现了植物细胞具有全能性，C正确；生长素用量与细胞分裂素用量比值高时，有利于根的分化，抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化，抑制根的形成；比值适中时，促进愈伤组织的形成，D错误。] 2．(不定项)自然条件下兰花杂交后代不易萌发。科研人员用四倍体品种绿宝石和二倍体品种春剑进行杂交，获得大量优质杂交兰，并对其进行染色体观察与计数，培育过程如图。下列分析正确的是(　　) A．调整培养基中植物激素的配比可影响原球茎的分裂与分化 B．春剑和绿宝石两个品种之间不存在生殖隔离 C．所得杂交兰植株的体细胞染色体数目为60条 D．通过植物组织培养技术从杂种胚中繁殖得到的大量杂交兰性状一致 解析：ACD　[植物激素的配比可影响植物的分裂与分化，A正确；春剑是二倍体，绿宝石是四倍体，二者杂交子代是三倍体，三倍体由于减数分裂过程中，发生联会紊乱，所以高度不育，因此春剑和绿宝石两个品种之间有生殖隔离，属于两个物种，B错误；春剑为二倍体生物，绿宝石为四倍体生物，杂交生成的杂种胚应该有20条染色体来自春剑，40条染色体来自绿宝石，故一共有60条，C正确；植物组织培养是无性繁殖，得到的子代性状是一致的，D正确。] 植物组织培养与植物体细胞杂交的比较 ◆[提升点2]　通过植物体细胞杂交在育种中的应用考查科学探究能力和识图分析能力　　 3．利用相关工程技术可以获得抗黑腐病杂种黑芥－花椰菜植株，已知野生黑芥具有黑腐病的抗性基因，而花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病，技术人员用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化，并丧失再生能力，再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合，流程如图所示。据图回答下列问题： (1)该过程用到的工程技术有________和_______。 (2)过程①所需的酶是________，过程②PEG的作用是________，经过②操作后，需筛选出融合的杂种细胞，显微镜下观察融合的活细胞中有供体的叶绿体存在可作为初步筛选杂种细胞的标志。 (3)原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压，其作用是________。原生质体经过细胞壁再生，进而分裂和脱分化形成________。 (4)若分析再生植株的染色体变异类型，应剪取再生植株和双亲植株的根尖，制成装片，然后在显微镜下观察比较染色体的________；将杂种植株栽培在含有________的环境中，可筛选出具有高抗性的杂种植株。 解析：(1)据题图可知，该流程图表示先去掉两种植物细胞的细胞壁，然后诱导融合获得杂种细胞，通过植物组织培养获得杂种植株。 (2)植物细胞细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因此采用纤维素酶和果胶酶去掉植物细胞的细胞壁；PEG(聚乙二醇)的作用是促进原生质体的融合。 (3)去掉细胞壁后获得的原生质体需要放在适宜浓度的甘露醇溶液中，保持原生质体完整性，避免失水或吸水；在植物组织培养中，经过脱分化后形成愈伤组织。 (4)由于染色体在显微镜下能看见，因此可以制作临时装片，观察染色体的形态和数目，以确定是否发生染色体变异；对杂种植物进行鉴定最简单的方法是从个体水平上进行检测，即接种黑腐病菌，观察植物的性状。 答案：(1)植物体细胞杂交　植物组织培养　(2)纤维素酶和果胶酶　促进原生质体的融合　(3)保持原生质体完整性　愈伤组织　(4)形态和数目　黑腐病菌 植物体细胞杂交和有性杂交的辨析 教师用书独具 [易错点1]　脱毒苗≠抗毒苗 点拨　脱毒苗是选择植物的茎尖(刚形成，不含有病毒)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，并通过一定的方法培育形成的或发生基因突变产生了某抗性基因的植物幼苗。 [易错点2]　有关植物体细胞杂交的两个易错点 点拨　①误认为植物体细胞杂交的结果只是形成杂种细胞。植物体细胞杂交的结果最终要经过组织培养形成杂种植株。 ②误认为植物体细胞杂交属于有性生殖。植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此不属于有性生殖，应为无性生殖。 1.植物组织培养的过程主要包括脱分化和再分化两个阶段，脱分化的结果是形成愈伤组织，再分化的结果是形成根和芽。 2．植物体细胞杂交需要用酶解法制备原生质体，所用的酶包括纤维素酶和果胶酶。 3．以茎尖为材料通过组织培养可以获得脱毒苗，因为茎尖部分没有病毒。 4．快速繁殖技术能够保持亲本的优良性状。 5．突变体育种通常是对植物的愈伤组织进行诱变处理。 [真题研析]——浸润素养 [例](2023·辽宁高考)用含有不同植物生长调节剂配比的培养基诱导草莓茎尖形成不定芽，研究结果如下表。下列叙述错误的是(　　) 　　　 组别 处理及结果　　　　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 6－BA(mg·L－1) 1 NAA(mg·L－1) 0.05 0.1 0.2 0.3 0.5 － － － － － 2,4－D(mg·L) － － － － － 0.05 0.1 0.2 0.3 0.5 不定芽诱导率(%) 68 75 77 69 59 81 92 83 70 61 注：诱导率＝出不定芽的外植体数/接种的外植体数×100% A．培养基中NAA/6－BA比例过高，不利于不定芽的诱导 B．推断6－BA应为细胞分裂素类植物生长调节剂 C．该研究的结果可指导草莓脱毒苗的生产 D．相同条件下，NAA诱导草莓茎尖形成不定芽的效果优于2,4－D 解析：D　[由题表可知，培养基中NAA/6－BA比例逐渐增大时，不定芽诱导率先上升后降低，且当NAA/6－BA比例为0.5/1时，不定芽诱导率最低；故培养基中NAA/6－BA比例过高，不利于不定芽的诱导，A正确；不定芽的形成需要细胞分裂素和生长素，题表中NAA和2,4－D属于生长素类植物生长调节剂，故推断6－BA应为细胞分裂素类植物生长调节剂，B正确；草莓脱毒苗的生产过程中需要诱导形成不定芽，故该研究的结果可指导草莓脱毒苗的生产，C正确；由题表相关数据可知：相同条件下，2,4－D诱导草莓茎尖形成不定芽的效果优于NAA，D错误。] [信息破题] 信息 信息获取能力 信息1 含有不同植物生长调节剂配比的培养基 信息2 诱导草莓茎尖形成不定芽 [考向分析]　教师用书独具 23年已考考向 未考考向 1.植物组织培养技术的综合 1.影响植物组织培养的因素 2.植物组织的应用 2.植物组织培养的培养及基本过程 3.植物体细胞杂交 [真题品悟]——厚积素养 [考向1]　植物体细胞杂交过程　　 1．(2023·江苏高考)研究者通过体细胞杂交技术，探索利用条斑紫菜和拟线紫菜培育杂种紫菜。下列相关叙述正确的是(　　) A．从食用紫菜的动物消化道内提取蛋白酶，用于去除细胞壁 B．原生质体需在低渗溶液中长期保存，以防止过度失水而死亡 C．检测原生质体活力时可用苯酚品红或甲紫溶液处理，活的原生质体被染色 D．聚乙二醇促进原生质体融合后，以叶绿体颜色等差异为标志可识别杂种细胞 解析：D　[从食用紫菜的动物消化道内提取蛋白酶，不能用于去除细胞壁，因为紫菜细胞的细胞壁成分中没有蛋白质，A错误；获得的原生质体若处在低渗溶液中，会吸水涨破，B错误；检测原生质体活力时可用台盼蓝染色，活的原生质体不能被染色，C错误；聚乙二醇作为诱导剂可促进原生质体融合，对于杂种细胞可以叶绿体颜色等差异为标志来进行识别，D正确。] [考向2]　组织培养技术综合　　 2．(2023·山东高考)利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖，可获得植物细胞的某些次生代谢物。下列说法正确的是(　　) A．利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物 B．植物细胞体积小，故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产 C．次生代谢物是植物所必需的，但含量少，应选择产量高的细胞进行培养 D．该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量 解析：A　[有些产物不能或难以通过化学合成途径得到，故可利用该技术获得某些无法通过化学合成途径得到的产物，A正确；利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖，可获得植物细胞的某些次生代谢物，故可通过该技术进行植物细胞产物的工厂化生产，B错误；次生代谢产物不是植物生长所必需的，其含量少，可以通过增加细胞的数量来增加次生代谢产物的产量，C错误；细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞分裂的培养条件，提高了多个细胞中次生代谢物的含量，不能提高单个细胞中次生代谢物的含量，D错误。] [考向3]　植物体培养的应用　　 3．(2023·广东高考)人参皂苷是人参的主要活性成分。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合，以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是(　　) A．细胞融合前应去除细胞壁 B．高Ca2＋—高pH溶液可促进细胞融合 C．融合的细胞即为杂交细胞 D．杂交细胞可能具有生长快速的优势 解析：C　[在细胞融合前，必须先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，再诱导原生质体融合，A正确；人工诱导原生质体融合有物理法和化学法，用高Ca2＋—高pH溶液可促进细胞融合，B正确；融合的细胞中有人参根－人参根细胞、人参根－胡萝卜根细胞、胡萝卜根－胡萝卜根细胞，只有人参根－胡萝卜根细胞才是杂交细胞，C错误；杂交细胞含两种细胞的遗传物质，可能具有生长快速的优势，D正确。] 学科网（北京）股份有限公司 $$