第64讲 植物细胞工程-【过一轮】备战2025年高考一轮复习精讲课件（新教材新高考）

64.植物细胞工程 鱼票出品，必属精品 2024-2025学年-高考一轮复习-高中生物学 主讲人：鱼票月半 概念图 原理和方法 细胞生物学和___________ 操作水平 水平或_______ 水平 目　的 按照人的意愿来___________________________或获得细胞产品 分　类 细胞工程和 细胞工程 细胞 细胞器 改变细胞内的遗传物质 细胞工程 分子生物学 植物 动物 与基因工程相比，细胞工程是 水平上的生物技术，后者是 水平上的生物技术 细胞或细胞器 分子 所采用技术的理论基础 植物细胞工程 通常采用的技术手段 植物组织培养技术 植物体细胞杂交技术 植物细胞的全能性 一.植物细胞工程 考点一 植物细胞工程的基本技术 01 （1）理论基础——植物细胞的全能性 概念 细胞经分裂和分化后，仍然具有________________或__________ ___________的潜能 原理 细胞内含有本物种的______________ 全能性表达条件 具有完整的细胞结构，处于______状态，提供一定的营养、激素 和其他适宜外界条件 产生完整生物体 分化成其 他各种细胞 全部遗传信息 离体 1.植物组织培养技术 考点1.植物细胞工程的基本技术 6 （2）定义和流程 ①定义 1.植物组织培养技术 考点1.植物细胞工程的基本技术 7 ②流程 1.植物组织培养技术 考点1.植物细胞工程的基本技术 8 （3）探究实践——菊花的组织培养 ①过程 1.植物组织培养技术 考点1.植物细胞工程的基本技术 9 ②生长素、细胞分裂素对植物组织培养的影响 .按照不同的顺序使用这两类激素，会得到不同的实验结果。 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 1.植物组织培养技术 考点1.植物细胞工程的基本技术 10 生长素/细胞分裂素 植物组织的发育方向 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 .当同时使用这两类激素时，两者用量的比例影响植物细胞的发育方向。 1.植物组织培养技术 考点1.植物细胞工程的基本技术 （1）（选择性必修 “探究·实践”）在植物组织培养过程中，为什么要进行一系 列的灭菌，并且要求无菌操作？_____________________________________________ _____________________。 避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，且有些杂 菌会危害培养物的生长 （2）植物组织培养时通常选择茎尖、芽尖等作为外植体，原因是________________ _________________________________。 茎尖、芽尖细胞 分化程度低，容易诱导产生愈伤组织 （3）植物组织培养中所需的碳源一般为蔗糖，少数为葡萄糖和果糖，原因是______ _________________________________________________________________________ _____________________________________________。 蔗糖 既可提供充足的碳源，又可维持相对适中的渗透压，而葡萄糖和果糖在与蔗糖提供 相同数量碳源的前提下，其造成的渗透压可能过高 阐述基本原理，突破长句表达 12 （2022·辽宁卷）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( ) 。 D 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 13 解析 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及时清除多酚类化合 物及褐色醌类化合物，从而减少褐变，B正确；根据题干信息可知，褐变是由多酚类 化合物被氧化成褐色醌类化合物引起的，因此可在培养基中添加合适的抗氧化剂以 减少褐变，C正确；宜选用蓝莓幼嫩叶片为材料制备外植体，因为幼嫩叶片细胞分裂 旺盛、易培养，D错误。 14 （2022·重庆卷）植物体细胞通常被诱导为愈伤组织后才能表现全能性。研究发现， 愈伤组织的中层细胞是根或芽再生的源头干细胞，其在不同条件下，通过基因的特 异性表达调控生长素、细胞分裂素的作用，表现出不同的效应（见下表）。已知生 长素的生理作用大于细胞分裂素时有利于根的再生；反之，有利于芽的再生。下列 推论不合理的是( ) 。 条件 基因表达产物和相互作用 效应 ① 维持未分化状态 ② 诱导出根 ③ ，抑制 诱导出芽 15 A. 失活后，中层细胞会丧失干细胞特性 B. 可能有利于愈伤组织中生长素的积累 C. 促进细胞分裂素积累或提高细胞对细胞分裂素的敏感性 D.体细胞中生长素和细胞分裂素的作用可能相互抑制 √ 解析 由表格信息可知， 能维持未分化状态，使植物细胞保持分裂能力强、分 化程度低的特性，若 失活，中层细胞会丧失该特性，A合理；由题干信息“生 长素的生理作用大于细胞分裂素时有利于根的再生”，再结合表格信息 可能诱导出根，可推测 可能有利于愈伤组织中生长素的积累，B合理； 由题意可知，生长素的生理作用小于细胞分裂素时有利于芽的再生，而抑制 能 诱导出芽，可知被抑制时细胞分裂素较多，故可推测 抑制细胞分裂素积 累或降低细胞对细胞分裂素的敏感性，C不合理；由题干信息可知，出芽或出根都在 生长素与细胞分裂素含量不均衡时才会发生，故可推测体细胞中生长素和细胞分裂 素的作用可能相互抑制，D合理。 17 （1）概念：将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成__________，并把杂种细 胞培育成__________的技术。 （2）原理：植物体细胞杂交利用了细胞膜的________，将杂种细胞培育成杂种植株利 用了__________________。 杂种细胞 新植物体 流动性 植物细胞的全能性 2.植物体细胞杂交技术 考点1.植物细胞工程的基本技术 18 （3）基本过程 2.植物体细胞杂交技术 考点1.植物细胞工程的基本技术 19 （4）优点和局限性 ①优点：打破__________，实现______________，培育植物新品种。 ②局限性：目前有许多理论和技术问题未解决，还不能让杂种植株按照人们的需 求表现出双亲的杂合性状。 生殖隔离 远缘杂交育种 2.植物体细胞杂交技术 考点1.植物细胞工程的基本技术 20 植物体细胞杂交中的两个易错点 （1）遗传物质的变化：经植物体细胞杂交形成的杂种细胞虽然具有两种细胞的遗传 物质，但这些遗传物质并不一定都表达。 （2）染色体数的变化：经植物体细胞杂交形成的杂种细胞，其染色体数、染色体组 数都采用直接相加的方法计算。例如：若一植物细胞含有 条染色体，2个染色体组， 基因型为，另一植物细胞含有条染色体，2个染色体组，基因型为 ，则 新植株应为四倍体，其体细胞中染色体数为 ，染色体组数为4，基因型为 。 2.植物体细胞杂交技术 考点1.植物细胞工程的基本技术 21 比较植物组织培养和植物体细胞杂交 名称 植物组织培养 植物体细胞杂交 原理 细胞的全能性 细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能 性 主要过程 离体的植物器官、组织或细 胞经植物组织培养形成植物 体 两种植物的体细胞去壁融合形成的杂种 细胞经植物组织培养形成杂种植株 选材 选取根尖、茎尖、形成层部 位，最容易诱导脱分化 不同种的植物体细胞 2.植物体细胞杂交技术 考点1.植物细胞工程的基本技术 22 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 续表 技术操作 脱分化、再分化等 除脱分化、再分化外，还要用酶解法去 除细胞壁，用一定的方法诱导原生质体 融合 2.植物体细胞杂交技术 考点1.植物细胞工程的基本技术 （选择性必修 “拓展应用”）“番茄—马铃薯”杂种植株没有如科学家所想象的那 样地上结番茄，地下长马铃薯，这是为什么？ ________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 。 生物体内基因表达不是孤立的，它 们之间是相互调控、相互制约的。“番茄—马铃薯”杂种植株的细胞中虽然具备两个 物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株体 内的遗传物质一样有序表达，因此杂种植株上没有地上结番茄，地下结马铃薯 阐述基本原理，突破长句表达 24 （2023·广东卷）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 ( ) 。 C A.细胞融合前应去除细胞壁 B.高高 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 25 解析 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，用高高 溶液可促进细 胞融合，B正确；融合的细胞中有人参根—人参根融合细胞、人参根—胡萝卜根融合 细胞、胡萝卜根—胡萝卜根融合细胞，只有人参根—胡萝卜根融合细胞才是杂交细 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。 26 （2021·福建卷）科研人员 利用植物体细胞杂交技术培 育矮牵牛新品种，技术流程 示意图如下。 下列叙述正确的是( ) 。 D A.愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞分化形成的 B.获得的杂种植株都能表现双亲的优良性状 C.可用聚乙二醇诱导原生质体甲和乙的融合和细胞壁再生 D.用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以获得原生质体 27 解析 愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞脱分化形成的，A错误；由于基因的选择性表达 和基因间的互作效应，获得的杂种植株不一定都能表现亲本的优良性状，B错误；可 用聚乙二醇诱导原生质体甲和乙的融合，但不能诱导细胞壁的再生，C错误。 28 （2021·湖北卷）月季在我国享有“花中皇后”的美誉。为了建立月季某新品种的快 速繁殖体系，以芽体为外植体，在培养基中添加不同浓度的和 进行芽 体增殖实验，芽分化率 结果如表。 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 1.0 31 63 58 49 41 2.0 40 95 76 69 50 3.0 37 75 64 54 41 4.0 25 35 31 30 25 5.0 8 21 12 8 4 关于上述实验，下列叙述错误的是( ) 。 29 A.浓度大于 时，芽分化率明显降低 B.与的比例为 时芽分化率均高于其他比例 C.在培养基中同时添加适量的和 ，可促进芽分化 D.和 是实验处理中芽分化的最佳组合 √ 30 解析 据表可知，浓度从到 时，芽分化率明显降低，故 浓度大于时，芽分化率明显降低，A正确；据表可知，当 与的比例为时，芽分化率为、、、、，因此 与 的比例为时，芽分化率不一定都高于其他比例，B错误；据表可知， 与的比例会影响芽的分化率，因此在培养基中同时添加适量的和 ，可 促进芽分化，C正确；据表可知，芽分化率为是最高的，此时和 的浓 度分别为、 ，是实验处理中芽分化的最佳组合，D正确。 31 （2021·北京卷）研究者拟通过有性杂交的方法将簇毛麦 的优良性状导入 普通小麦 中。用簇毛麦花粉给数以千计的小麦花授粉，10天后只发现两个 杂种幼胚，将其离体培养，产生愈伤组织，进而获得含28条染色体的大量杂种植株。 以下表述错误的是( ) 。 C A.簇毛麦与小麦之间存在生殖隔离 B.培养过程中幼胚细胞经过脱分化和再分化 C.杂种植株减数分裂时染色体能正常联会 D.杂种植株的染色体加倍后能产生可育植株 32 解析 簇毛麦与小麦的杂交后代在减数分裂时染色体联会紊乱，不可育，故二者之间 存在生殖隔离，A正确，C错误；幼胚细胞经过脱分化形成愈伤组织，愈伤组织经过 再分化形成胚状体或丛芽，从而得到完整植株，B正确；杂种植株的染色体加倍后， 在减数分裂时染色体能正常联会，能获得可育植株，D正确。 33 植物细胞工程的应用 考点二 02 1.植物繁殖的新途径 考点2.植物细胞工程的应用 35 1.植物繁殖的新途径 考点2.植物细胞工程的应用 （2023·武汉模拟）超低温冷冻脱毒法的原理是先用超低温对细胞进行选择性破坏， 其中茎尖分生组织细胞不易被冻死，茎尖分化细胞易被冻死，保留下来的分生组织 细胞再用组织培养技术获得脱毒植株。以马铃薯茎尖为材料，采用超低温冷冻脱毒 法可获得脱毒苗。下列叙述错误的是( ) 。 B A.用茎尖能够获得脱毒苗的原因是植物顶端分生区病毒极少或无病毒 B.经超低温冷冻脱毒培养的马铃薯比未脱毒的马铃薯抗病毒能力更强 C.该技术利用了茎尖分生组织无成熟液泡不易形成冰晶的特性 D.与传统茎尖培养脱毒相比，该方法取材时不受茎尖长度的限制 37 解析 植物的分生区病毒极少甚至无病毒，因此可将马铃薯茎尖接种在培养基中，经 过人工培养可获得脱毒苗，A正确；经超低温冷冻脱毒培养的马铃薯只是脱毒，并 没有获得抗病毒的能力，B错误；茎尖分生组织无成熟液泡，不易形成冰晶，C正确； 与传统茎尖培养脱毒相比，该方法取材不受茎尖长度限制，传统茎尖脱毒法切取茎 尖的大小与脱毒效果直接相关，茎尖越小，去病毒机会越大，而超低温冷冻脱毒法 是通过超低温处理，大多数细胞都受到了损伤而死亡，能存活下来的细胞为分生组 织细胞，D正确。 38 脱毒苗 抗毒苗 （1）脱毒苗是选择植物的分生区如茎尖（刚形成，病毒含量极少，甚至无病毒）进 行组织培养而获得的，属于细胞工程的范畴。脱毒苗只是体内不含病毒，但并不意 味着其能抵抗病毒的侵染。 （2）抗毒苗是把抗某病毒的基因导入受体细胞中，并通过一定的方法培养形成的， 属于基因工程的范畴，但转入抗病毒基因的植物细胞也需经植物组织培养才能得到 抗病毒的植株。 1.植物繁殖的新途径 考点2.植物细胞工程的应用 39 （1）（选择性必修 正文拓展）作物培养过程中为什么要进行作物脱毒？_______ __________________________________________________________________________。 （2）从所需条件上来看，快速繁殖技术与传统育种方法相比，其优点有哪些？____ _________________________________________________________________________。 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 快 速繁殖是在具有一定人工设施的室内生产，可以不受季节、气候等自然条件的限制 （3）马铃薯、草莓和香蕉脱毒作物的产量和品质明显提高，为什么小麦和玉米脱毒 作物的产量和品质却基本没有变化？_________________________________________ _________________________________________________________________________ _____。 马铃薯、草莓、香蕉进行无性繁殖，感染的病 毒很容易传递给子代，而小麦和玉米是通过种子繁殖的，感染的病毒不容易传递给 子代 阐述基本原理，突破长句表达 40 （4）在对菊花进行快速繁殖时，既可采用菊花的绿色叶片，也可采用其黄色花瓣作 外植体，在一定条件下进行组织培养，均能获得绿色的试管苗，其中的原理是什么？ _________________________________________________________________________ ___________________________________________________________。 绿色叶片和黄色花瓣的细胞都具有全能性，在一定条件下都能发育成完整的植株， 在光照的诱导下，与叶绿素合成有关的基因表达，使植株呈现绿色 阐述基本原理，突破长句表达 41 2.作物新品种的培育 考点2.植物细胞工程的应用 42 2.作物新品种的培育 考点2.植物细胞工程的应用 43 （选择性必修 “相关信息”）次生代谢物与初生代谢物的差别主要有哪些？ ____ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ ________ 。 次 生代谢物不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和 时间条件下才产生；初生代谢物是生物生长和生存所必需的，在整个生命过程当中 一直产生 阐述基本原理，突破长句表达 44 生产的技术手段——植物细胞培养 工厂化生产不一定要培养出植物体，一般培养到愈伤组织阶段，从培养愈 伤组织细胞的培养液中就可提取细胞产物。 3.细胞产物工厂化生产 考点2.植物细胞工程的应用 45 （2023·湖北模拟）下图是利用玉米的幼苗芽尖细胞（基因型 ）进 行育种的实验流程图，下列分析正确的是( ) 。 46 A.植株A为二倍体，体细胞内最多有4个染色体组；植株C属于单倍体，发育起点 为配子 B.培育多倍体的原理是秋水仙素作用于有丝分裂的后期，使染色体数目加倍 C.将基因型为 的芽尖细胞经人工诱变可获得基因型为 的细胞，其等位基 因的产生来源于基因重组 D.利用幼苗2进行育种的最大优点是明显缩短育种年限，植株B为纯合子的概率为 √ 47 解析 植株A是经芽尖细胞发育而来的，为二倍体，其体细胞内最多有4个染色体组 （有丝分裂后期）；植株C发育起点为配子，属于单倍体，A正确。秋水仙素作用的 时期是有丝分裂前期，B错误。将人工诱变获得 ，其等位基因的产生来源 于基因突变，C错误。获得植株B的育种方式是单倍体育种，植株A（基因型 ） 经减数分裂得到花粉、、、，再经植物组织培养得到单倍体、 、 、，经秋水仙素处理可获得纯合的二倍体、、、 ，故植株 B为纯合子的概率为 ，D错误。 48 （2021·北京卷）为培育具有市场竞争力的无籽柑橘，研究者设计了如下流程。下 列相关叙述不正确的是( ) 。 A A.过程①需使用胰蛋白酶处理 B.实现过程②依赖膜的流动性 C.过程③需应用植物组织培养技术 D.三倍体植株可产生无籽柑橘 解析 过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理，A不正确。 49 （2023·山东卷）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 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 50 解析 有些产物不能或难以通过化学合成途径得到，故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，A正确；利用该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；次生代谢物不一定是植物生长所必需的，C错误； 该技术主要是利用促进细胞分裂的培养条件，增加细胞的数量，从而提高次生代谢 物的含量，D错误。 51 （2023· 新课标卷）根瘤菌与豆科植物之间是互利共生关系，根瘤菌侵入豆科植物 根内可引起根瘤的形成，根瘤中的根瘤菌具有固氮能力。为了寻找抗逆性强的根瘤 菌，某研究小组做了如下实验：从盐碱地生长的野生草本豆科植物中分离根瘤菌； 选取该植物的茎尖为材料，通过组织培养获得试管苗（生根试管苗）；在实验室中 探究试管苗根瘤中所含根瘤菌的固氮能力。回答下列问题： （1）从豆科植物的根瘤中分离根瘤菌进行培养，可以获得纯培养物，此实验中的纯 培养物是____________________________________。 由一个根瘤菌繁殖所获得的根瘤菌群体 解析 在微生物学中，将接种于培养基内，在合适条件下形成的含特定种类微生物的 群体称为培养物。由单一个体繁殖所获得的微生物群体称为纯培养物。对于本实验 来说，纯培养物就是一个根瘤菌繁殖所获得的根瘤菌群体。 52 （2）取豆科植物茎尖作为外植体，通过植物组织培养可以获得豆科植物的试管苗。 外植体经诱导形成试管苗的流程是：外植体愈伤组织 试管苗。其中①表示的 过程是________，②表示的过程是________。由外植体最终获得完整的植株，这一 过程说明植物细胞具有全能性。细胞的全能性是指_____________________________ _______________________________________。 脱分化 再分化 细胞经分裂和分化后，仍具有产 生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能 解析 植物组织培养的过程是先脱分化形成愈伤组织，后再分化形成试管苗。 53 （3）研究小组用上述获得的纯培养物和试管苗为材料，研究接种到试管苗上的根瘤 菌是否具有固氮能力，其做法是将生长在培养液中的试管苗分成甲、乙两组，甲组 中滴加根瘤菌菌液，让试管苗长出根瘤。然后将甲、乙两组的试管苗分别转入_____ _____的培养液中培养，观察两组试管苗的生长状况，若甲组的生长状况好于乙组， 则说明______________________________。 不含 氮源 分离得到的根瘤菌具有固氮能力 解析 该实验要做到控制变量，因为甲组和乙组的区别为是否有根瘤菌，所以要保证 两组培养液中均没有氮源。实验目的是探究接种到试管苗上的根瘤菌是否具有固氮能 力，如果甲组的试管苗长得好于乙组的，说明接种到试管苗上的根瘤菌具有固氮能力。 54 （4）若实验获得一种具有良好固氮能力的根瘤菌，可通过发酵工程获得大量根瘤菌， 用于生产根瘤菌肥。根瘤菌肥是一种微生物肥料，在农业生产中使用微生物肥料的 作用是____________________________（答出2点即可）。 增加土壤肥力，改良土壤结构 解析 略。 55 感谢观看 $$