2025届高三生物一轮复习课件：植物细胞工程及应用

第46讲 植物细胞工程及应用 2025年高考一轮复习　 考点一 植物组织培养技术 2 考点一 植物组织培养技术 一、细胞工程的含义 原理和方法 细胞生物学、分子生物学和发育生物学 操作水平 目的 分类 细胞器、细胞或组织水平 获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品 植物细胞工程和动物细胞工程 植物组织培养技术、植物体细胞杂交技术 动物细胞培养、动物细胞融合、动物体细胞核移植 是指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术 考点一 植物组织培养技术 二、植物组织培养技术 1.概念： 2.原理： 植物细胞的全能性 外植体 (常见的有：茎尖、幼嫩的叶片、花药) 3.一般过程： 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 驯化移栽 脱分化 再分化 再分化 是一种无性生殖方式 考点一 植物组织培养技术 3.一般过程： 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 驯化移栽 脱分化 再分化 再分化 未分化的细胞形成的不定型的薄壁组织团块(细胞排列疏松且无规则、高度液泡化) 在一定的激素和营养等条件的诱导下，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的过程 愈伤组织重新分化为芽、根等器官的过程 考点一 植物组织培养技术 脱分化 再分化 过程 外植体→愈伤组织 愈伤组织→幼苗 涉及的生命活动 需要的 条件 脱分化与再分化的比较 有细胞增殖(有丝分裂)，没有细胞分化 既有细胞增殖(有丝分裂)，又有细胞分化 ③生长素与细胞分裂素的比例适中 ①离体、适宜的营养 ②一般不需要光照 ③生长素与细胞分裂素的比例高(或低)诱导生根(或生芽) ①离体、适宜的营养 ②需要光照（诱导叶绿素合成，使试管苗能够进行光合作用） 巧记：高根低芽中愈伤 考点一 植物组织培养技术 4.组织培养的条件 （1）离体（最关键） （2）无菌操作 （3）种类齐全、比例适合的营养物质 （4）植物激素（主要是生长素和细胞分裂素） （5）适宜的外界条件（温度、pH、光照等） 外植体一般要进行消毒处理，而培养基及其他的操作器具一般要进行灭菌处理，否则杂菌会竞争营养物质，还可能产生有害物质 所需碳源一般为蔗糖，作用：提供营养和调节渗透压 考点一 植物组织培养技术 5.实例：菊花的组织培养 消毒 ②外植体消毒：流水充分冲洗→酒精消毒30s→无菌水清洗2-3次→次氯酸钠溶液处理30min→无菌水清洗2-3次 ①用酒精擦拭双手和超净工作台面 接种 用无菌滤纸吸去外植体表面的水分，再用解剖刀将其切成0.5～1cm长的小段，在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3-1/2插入诱导愈伤组织的培养基 中，用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并 在培养瓶上作好标记 考点一 植物组织培养技术 5.实例：菊花的组织培养 培养 诱导愈伤组织生成：置于18~22℃的培养箱中避光培养 诱导生芽：培养15~20d后，转接到诱导生芽的培养基中 诱导生根：长出芽后，转接到诱导生根的培养基中 炼苗和移栽 移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥 是一种天然无毒的矿物质，具有强大的保水性并兼具透气性 有光时容易形成维管组织 A. WOX5失活后，中层细胞会 丧失干细胞特性 B. WOX5+PLT可能有利于愈 伤组织中生长素的积累 C. ARR5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 1.(2022·重庆，15，2分)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( ) C 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 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.(2022·浙江6月选考卷·23，2分)下列关于菊花组织培养的叙述，正确的是( ) D 考点二 植物体细胞杂交技术及植物细胞工程的应用 12 考点二 植物体细胞杂交技术及植物细胞工程的应用 一、植物体细胞杂交技术 是指将不同来源的植物细胞，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 1.概念： 2.原理： ②杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性 ①体细胞杂交利用了细胞膜的流动性 是一种无性生殖方式 3.意义： 在打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等方 面展示出独特的优势 白菜 + = 甘蓝 白菜-甘蓝 考点二 植物体细胞杂交技术及植物细胞工程的应用 3.操作流程： (1)过程①的目的是 ，用到的酶是 和 。 去除细胞壁获得原生质体 纤维素酶 果胶酶 植物细胞去掉细胞壁后剩余的部分 【小提示】用酶解法去壁体现了酶的专一性 考点二 植物体细胞杂交技术及植物细胞工程的应用 3.操作流程： (2)过程②为 ，人工诱导的物理法包括 、 等，化学法包括 、高Ca2＋—高pH融合法等 原生质体的诱导融合 电融合法 离心法 聚乙二醇(PEG)融合法 注意：两两融合的杂交细胞有3种，包括AA、BB和AB，符合要求的只有AB，所以需要进行筛选 考点二 植物体细胞杂交技术及植物细胞工程的应用 3.操作流程： (3)过程③为融合的原生质体再生出 ，这是融合成功的标志 (4)过程④为 ，过程⑤为 。 细胞壁 脱分化 再分化 需要用到的细胞器：高尔基体、线粒体（供能） 植物体细胞杂交技术包括细胞融合和组织培养两个阶段，依据的原理不同 杂交成功的标记 考点二 植物体细胞杂交技术及植物细胞工程的应用 4.结果： 所得杂种植株属于异源多倍体，变异类型为染色体数目变异 植物体细胞杂交和有性杂交的辨析 植物体细胞杂交得到的个体一般是可育的，体细胞中的染色体数、染色体组的个数及基因型都是两个体细胞中相应数目的和 A.过程①应将叶片上表皮向上， 置于含纤维素酶和果胶酶的等渗 或略高渗溶液中 B.过程②中的原生质体由细胞膜、 液泡膜及两层膜之间的细胞质构成 C.④过程可用高Ca2＋—低pH融 合法，目的是促进原生质体融合 D.⑤进行脱分化和再分化过程，杂种植株一定具有马铃薯和西红柿的优良性状 1.(2024·西工大附中调研)科学家利用马铃薯和西红柿叶片分离原生质体并进行细胞杂交，最终获得了杂种植株，相关过程如图所示。有关分析正确的是(　　) A 高PH 防止原生质体吸水过多而涨破 A. 过程①获得的原生质体需悬浮在30%蔗糖溶液中 B. 过程②需提高生长素的比例以促进芽的分化 C. 过程③需用秋水仙素处理诱导细胞壁再生 D. 原生质体虽无细胞壁但仍保持细胞的全能性 2.(经典高考)为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力，某研究小组的实验过程如下图。下列叙述正确的是( ) D 原生质体会失水皱缩，甚至死亡 降低 抑制纺锤体形成，跟细胞壁再生无关 考点二 植物体细胞杂交技术及植物细胞工程的应用 二、植物细胞工程的应用 植物繁殖的新途径 1 高效、快速地实现种苗的大量繁殖 保持优良品种的遗传特性 特点： 使用材料少，培养周期短，繁殖率高，适合自动化管理，有利于进行工厂化生产 考点二 植物体细胞杂交技术及植物细胞工程的应用 植物繁殖的新途径 1 植物顶端分生区附近(如茎 尖) 【特别注意】“脱毒”≠“抗毒” 脱毒是指本身不带病毒，而抗毒是指具有抵抗病毒的能力 考点二 植物体细胞杂交技术及植物细胞工程的应用 作物新品种的培育 2 项目 单倍体育种 突变体的利用 原理 优点 过程     染色体数目变异和植物细胞的全能性 明显缩短育种年限 突变和植物细胞的全能性 产生新基因，大幅度改良某些性状 一种特殊的组织培养技术 考点二 植物体细胞杂交技术及植物细胞工程的应用 细胞产物的工厂化生产 3 初生代谢物 次生代谢物 初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，在整个生命过程中一直进行着。初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质、核酸等 次生代谢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进行。次生代谢物是一类小分子有机化合物，如酚类、萜类和含氮化合物 应用多、产量低 考点二 植物体细胞杂交技术及植物细胞工程的应用 细胞产物的工厂化生产 3 解决办法： 利用植物细胞培养来获得目标产物 在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术 生产流程： 愈伤 组织 细胞悬液 优点： 快速高效，不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制 实例： 人参皂苷、紫草宁和紫杉醇的工厂化生产 考点二 植物体细胞杂交技术及植物细胞工程的应用 制作人工种子 4 人工种子又称合成种子或体细胞种子，是指将植物离体培养中产生的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等包裹在含有养分和保护功能的人工胚乳和人工种皮中形成的类似种子的颗粒 人工种皮：保护胚状体中的水分免于丧失和防止外部力量冲击，具有无毒、良好的通气性等特性，最早采用的材料是聚氧乙烯，目前采用海藻酸盐较多 人工胚乳：含有必需的营养成分(如矿质元素、糖类等)和某些植物激素 A.诱导红豆杉茎尖经过再分化过程形成愈伤组织 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.同一植株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 1.(2024·河南名校联盟)为拯救珍稀植物红豆杉，并同时获得高抗癌活性质——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(　　) C 脱分化 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 2.(2023·山东卷·14，2分)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 使细胞大量增殖，从而提高培养液中次生代谢物的含量 3.(2023·广东惠州高考模拟)花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病。野生黑芥对黑腐病等多种常见病害具有抗性。我国科学家将紫外线(UV) 照射处理的花椰菜根原生质体和黑芥叶肉原生质体融合，获得了抗黑腐病的杂合新植株。对双亲和部分杂合新植株的染色体计数，结果如下表所示。请回答下列问题。 植株 花椰菜 黑芥 杂合新植株A 杂合新植株B 杂合新植株C 染色体数/条 18 16 34 30 58 (1)原生质体融合的理论依据是 。诱导原生质体融合常用的化学物质是 。 细胞膜具有流动性 聚乙二醇(PEG) (2)将花椰菜和黑芥体细胞在一定条件下融合成杂种细胞，继而培养成新植物体的技术称为 ，该技术的优势在于 。 (3)已知用一定剂量的UV处理黑芥原生质体可破坏其染色体。根据表中数据，尝试推测已获得的花椰菜黑芥杂合新植株B染色体数目少于34(双亲染色体数之和)、杂合新植株C染色体数目大于34，可能的原因是 。若要分析杂合新植株的染色体变异类型，应剪取杂合新植株与 植株的根尖，制成装片，在显微镜下观察比较染色体的形态和数目。 植物体细胞杂交技术 能克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍 融合过程中染色体可能会丢失；融合是随机的，可能存在多个细胞的融合 双亲(或花椰菜和黑芥) (4)简要写出从杂合新植株中筛选出具有高抗性的杂合新植株的思路： 将不同的杂合新植株分别进行黑腐病菌接种实验，观察比较它们的生长情况，生长最好的即高抗性杂合新植株 $$