第51讲 植物细胞工程-【高效备考】备战2025年高考生物一轮复习精品课件

第51讲 植物细胞工程 一、 植物组织培养技术和植物体细胞杂交 二、植物细胞工程应用 课标要求 核心素养 1．获得纯净的微生物培养物是发酵工程的基础。 2．发酵工程为人类提供多样的生物产品 1．生命观念：通过认识乳酸菌、酵母菌和醋酸菌的结构和代谢类型与各类微生物都能适应其生活环境。 2．科学思维：根据微生物的代谢类型分析培养基的组成和配制。 3．科学探究：讨论并掌握无菌技术的实验操作方法；讨论并掌握微生物的纯培养的方法；讨论土壤中分解尿素的细菌的分离与计数的方法；掌握泡菜、果酒和果醋制作过程中发酵条件的控制。 4．社会责任：讨论泡菜的食品安全问题和认可发酵工程在生产上的重要应用价值。 一、 植物组织培养技术和植物体细胞杂交 ①应用原理：______________、分子生物学和______________。 ②操作水平：__________、细胞或________水平。 ③操作目的：有目的地获得特定的_______、组织、器官、______或其产品。 1.细胞工程的概念 细胞生物学 发育生物学 细胞器 组织 (2)分类 动物细胞工程 植物细胞工程 植物组织培养技术 植物体细胞杂交技术 细胞 个体 (1)概念 一、 植物组织培养技术和植物体细胞杂交 是指细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。 (2)全能性定义： (3)全能性原因： 生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传信息。 (1)基本原理： 植物细胞具有全能性 2.植物组织培养的基本原理 (4)全能性大小比较： ①受精卵＞生殖细胞＞体细胞 离体、营养物质、激素、适宜的温度和pH (5)全能性表现条件： ②分化程度低的细胞>分化程度高的细胞 ③植物细胞＞动物细胞 (6)全能性的实例： 植物组织培养、花药离体培养 一、 植物组织培养技术和植物体细胞杂交 3.植物组织培养技术过程 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 移栽成活 脱分化 再分化 脱分化： 在一定的激素和营养等条件的诱导下，已分化细胞，失去其特有结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。 愈伤组织： 细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、不定形的薄壁组织团块。 再分化： 愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。 离体植物器官、组织或细胞 外植体的1/3~1/2插人诱导 的Ms培养基中 (2)探究实践——菊花的组织培养 外植体消毒 接种外植体 培养外植体 转移培养 移栽试管苗 次氯酸钠溶液处理30min 酒精消毒30s 流水冲洗 无菌水清洗2～3次 无菌水清洗2～3次 酒精灯火焰 愈伤组织 外植体切成0.5～1cm长的小段 用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记 一、 植物组织培养技术和植物体细胞杂交 3.植物组织培养技术过程 [易错提醒]　 1.植物组织培养中所需的碳源一般为蔗糖，蔗糖既可提供充足的碳源，又可维持相对适中的渗透压。 2.接种时外植体的方向不要倒插。 避光 (2)探究实践——菊花的组织培养 外植体消毒 接种外植体 培养外植体 转移培养 移栽试管苗 18～22℃的培养箱 15～20d后，转接到 的培养基上 长出芽后，再将其转接到 的培养基上， 蛭石 珍珠岩 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 或 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，直至开花。 诱导生芽 诱导生根 3.植物组织培养技术过程 一、 植物组织培养技术和植物体细胞杂交 需一定光照，利于叶绿素合成 芽、根 胚状体 脱分化 再分化 培养条件： ①无菌 ②营养物质 ③适宜环境条件（温度、PH、光等） ④植物激素： 细胞分裂素 生长素 遮光 一定的光照 愈伤组织 离体的植物器官、组织或细胞（外植体） 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照 试管苗 有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。 比较内容 脱分化 再分化 过程 形成体特点 需要条件 脱分化和再分化的比较 外植体→愈伤组织 愈伤组织→幼苗 排列疏松、不定形的薄壁组织团块 分化出根、芽 ①离体 ②适宜的营养 ③生长素与细胞分裂素的条件比例适中 ④不需要光照 ①离体 ②适宜的营养 ③生长素与细胞分裂素的比例高(低)诱导生根(生芽) ④光照 生长素用量比细胞分裂素用量 结果 比值高 比值低 比值适中 植物组织培养过程中生长素和细胞分裂素的使用 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。 有利于根的分化，抑制芽的形成 有利于芽的分化，抑制根的形成 促进愈伤组织的形成 [易错提醒]　植物组织培养中先诱导长芽，再诱导生根。 一、 植物组织培养技术和植物体细胞杂交 4.植物体细胞杂交技术 (1)概念： (2)原理: 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。 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。 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)意义: [易错提醒]　植物体细胞杂交属于无性生殖。 ①去壁原因： 。 ②方法： 。③相关酶溶液： 。 细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体间的融合） 酶解法 纤维素酶和果胶酶溶液 为什么要去除细胞壁?用什么方法可以去除细胞壁? 上述酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，试分析原因？ 使溶液有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破 去壁 去壁 融 合 再生 新壁 脱分化 再分化 移栽 A细胞 A原生质体 B细胞 B原生质体 正在融合的原生质体 再生出细胞壁 愈伤组织 杂种植株 (4)植物体细胞杂交技术的过程: 一、 植物组织培养技术和植物体细胞杂交 4.植物体细胞杂交技术 ②方法： ①理论基础： 诱导原生质体融合的原理是什么？方法有哪些?融合完成的标志是什么？ 细胞膜具有流动性 物理方法： 化学方法： 电融合法、离心法 聚乙二醇（PEG）融合法、 高Ca2+-高pH融合法 使用方便，融合频率高 缺点：有一定的毒性对某些细胞不适用（如卵细胞） 对细胞无毒害作用，操作简便，可重复性好 优点 优点 去壁 去壁 融 合 再生 新壁 脱分化 再分化 移栽 A细胞 A原生质体 B细胞 B原生质体 正在融合的原生质体 再生出细胞壁 愈伤组织 杂种植株 植物细胞融合完成的标志 (4)植物体细胞杂交技术的过程: 一、 植物组织培养技术和植物体细胞杂交 4.植物体细胞杂交技术 去壁 去壁 融 合 再生 新壁 脱分化 再分化 移栽 A细胞 A原生质体 B细胞 B原生质体 正在融合的原生质体 再生出细胞壁 愈伤组织 杂种植株 若只考虑两两融合 获得的所有细胞一定是需要的杂交细胞吗？ 不一定，有三类： ①未融合的细胞 ②两两融合的细胞 ③多细胞融合体 AA AB BB 筛选 AB (4)植物体细胞杂交技术的过程: 一、 植物组织培养技术和植物体细胞杂交 4.植物体细胞杂交技术 原生质体融合技术的原理是： ； 植物组织培养技术的原理是： 。 去壁 去壁 融 合 再生 新壁 脱分化 再分化 移栽 植物细胞融合技术 植物组织培养技术 A细胞 A原生质体 B细胞 B原生质体 正在融合的原生质体 再生出细胞壁 愈伤组织 杂种植株 植物体细胞杂交技术应用了哪两种技术？对应的原理是什么？ 细胞膜的流动性 植物细胞的全能性 (4)植物体细胞杂交技术的过程: 一、 植物组织培养技术和植物体细胞杂交 4.植物体细胞杂交技术 名称 植物组织培养 植物体细胞杂交 原理 选材 技术 操作 关系 植物细胞的全能性 细胞膜具有一定的流动性和植物细胞的全能性 植物组织培养和植物体细胞杂交的比较 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的杂种细胞 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，用一定的方法诱导细胞融合 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 植物体细胞杂交过程中涉及的遗传知识 (1)从生殖类型上看，植物体细胞杂交技术没有生殖细胞的形成和结合，应属于无性生殖，变异类型应是染色体数目的变异，形成的是异源多倍体，由于含有两个亲本的遗传物质，因此理论上应具有两个亲本的遗传性状。 (2)体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管染色体、基因组还是染色体组都是两亲本之和。 (3)培育新品种的过程中，遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传规律，只有在有性生殖进行减数分裂过程中才符合遗传规律，而体细胞杂交没有此过程。 植物体细胞杂交和有性杂交的辨析 体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管是染色体数、染色体组数还是基因型都采用直接相加的方法，而植物有性杂交则为先减半再相加。 情境分析 苜蓿是一种豆科牧草，其叶片中的水溶性蛋白质会导致反刍动物患臌胀病。百脉根的叶片富含单宁,能防止该病发生。用紫花苜蓿和百脉根培育抗臌胀病的新型牧草，流程如图所示,已知R-6G 可阻止线粒体的功能,IOA能抑制细胞分裂。 去除细胞壁,过程①诱导植物原生质体融合。分别用什么方法？ 纤维素酶和果胶酶 获得的原生质体分别用IOA 和R 6G 处理后进行融合，培养后，只有 细胞才能生长出愈伤组织，原因是 。 融合的杂种 融合的杂种细胞生理互补，细胞代谢正常，能正常分裂 由杂种细胞团经过过程②③的培育得到幼苗，依据的生物学原理是 。图示培育新型牧草所运用的生物技术的主要优点是 。 植物细胞的全能性 克服远缘杂交不亲和的障碍 (1)一般情况下，分化程度越高的细胞其全能性越低(　　) (2)无论脱分化还是再分化，过程中均需提供光照(　　) (3)愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的(　　) (4)植物组织培养过程中生长素和细胞分裂素的比值始终不变(　　) (5)植物组织培养过程中所用器械需要进行消毒处理(　　) (6)利用物理法或化学法可以直接将两个植物细胞诱导融合(　　) (7)形成杂种细胞就完成了植物体细胞杂交过程(　　) (8)细胞融合时不只形成杂种细胞，还形成同种细胞融合的细胞(　　) (9)用纤维素酶和果胶酶酶解法获得的植物原生质体失去了细胞全能性(　　) (10)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（ ） (11)再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志（ ） (12)植物原生质体融合的化学法包括聚乙二醇融合法、高Ca2＋—高pH融合法（ ） (13)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（ ） (14)单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的（ ） (15)植物组织培养就是植物细胞培养（ ） 易错辨析 二、植物细胞工程应用 1.快速繁殖(微型繁殖) (1)使用的技术： 植物组织培养 (3)过程： 植物细胞的全能性 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根芽 完整植株 试管苗 (2)原理： (5)优点： (4)生殖方式： 一般为无性生殖 ①高效、快速地实现种苗的大量繁殖。 ②保持优良品种的遗传特性。 ③不受自然生长季节的限制，培养周期短。 ④选材少，繁殖率高，便于自动化管理。 (6)实例： 甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。 二、植物细胞工程应用 2.作物脱毒 (1)脱毒原因： 植物 。 (3)方法： 顶端分生附近（如茎尖） 　　　 　的病毒极少，甚至　 　。 无病毒 分生区 组织培养 脱毒苗 (4)优点： 脱毒作物的产量高、品质好 植物顶端分生区 (2)选材部位： (5)实例： 在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝、香蕉等许多作物上获得成功 二、植物细胞工程应用 3.作物新品种的培育 项目 单倍体育种 突变体的利用 原理 __________ 优点 过程     基因突变 单倍体 染色体变异 明显缩短育种年限 产生新基因，大幅度改良某些性状 二、植物细胞工程应用 4.细胞产物的工厂化生产 (1)植物的代谢产物 生物生长和生存所必需的代谢活动(糖类,脂质,蛋白质,核酸等) 酚类、萜类和含氮化合物等） ①初生代谢物： ②次生代谢物： 植物细胞培养技术 生产速度快 概念： 不是植物基本的生命活动所必需的产物，是一类小分子有机化合物。 种类： 生产的技术手段： 优点： 二、植物细胞工程应用 [易错提醒]　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。 植物组织培养技术 外植体 脱分化 愈伤组织 细胞悬液 细胞产物 培养、提取、破碎 分散开 (2)过程: (3)实例： 人参、三七、紫草和红豆杉的细胞产物都已实现了工厂化生产。 去壁 4.细胞产物的工厂化生产 (1)利用组织培养技术培育脱毒苗，获得抗病毒的新物种(　　) (2)二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株(　　) (3)利用组织培养技术产生突变体，可直接培育出具有优良性状的新品种(　　) (4)单倍体育种是通过培养花药或花粉获得植株的育种方法(　　) (5)紫草宁是从紫草细胞中提取的一种药物和色素，具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性(　　) 易错辨析 (1)培养基一般都含有水、碳源、氮源和无机盐，有时还需要加入一些特殊的物质(　　) (2)培养霉菌时需将培养基的pH调至中性或弱碱性(　　) (3)倒平板时，应将打开的皿盖放到一边，以免培养基溅到皿盖上(　　) (4)消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对细胞的伤害(　) (5)为了防止污染，接种环经火焰灭菌后应趁热快速挑取菌落(　　) (6)对实验操作的空间、操作者的衣着和手，进行清洁和灭菌(　　) (7)由于物理状态的不同，培养基只有液体培养基和固体培养基两种类型（ ） (8)无菌操作的对象只要是没有生物活性的材料（如培养基、接种环等）都可采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌（ ） (9)配制培养基时应先灭菌再调pH（ ） (10)平板划线法中每一次划线后要将接种环灼烧（ ） (1)选择培养基可以鉴定某种微生物的种类（ ） (2)对细菌进行计数只能采用稀释涂布平板法，而不能用平板划线法（ ） (3)筛选能分解尿素的细菌所利用的培养基中，尿素是唯一的氮源（ ） (4)分解尿素的细菌在分解尿素时，可以将尿素转化为氨，使得培养基的酸碱度降低（ ） (5)尿素在脲酶的催化作用下分解成无机物（ ） (6)稀释涂布平板法计数时，统计的菌落数往往比活菌的实际数目少（ ） (7)稀释涂布平板法计数时，平板上的一个菌落就是一个细菌（ ） (8)刚果红可以与纤维素形成透明复合物，所以可以通过是否产生透明圈来筛选纤维素分解菌（ ） (9)利用稀释涂布平板法统计菌落数目时,统计的菌落数就是活菌的实际数(　) (10)统计菌落数目时为保证结果准确，一般选择菌落数目最多的平板进行统计(　　) (11)利用稀释涂布平板法和平板划线法均可实现细菌的分离和计数(　　) √ 1．(2021·江苏选择考)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 经典真题 √ 2．(2021·福建选择考)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(　　) 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 经典真题 √ 3．(2021·北京等级考)研究者拟通过有性杂交的方法将簇毛麦(2n＝14)的优良性状导入普通小麦(2n＝42)中。用簇毛麦花粉给数以千计的小麦小花授粉，10天后只发现2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(　　) 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 经典真题 4．(2023·高考新课标卷)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____________________。 解析：纯培养物通常是由一个微生物生长、繁殖所形成的单菌落，根据题中信息可知，此实验中的纯培养物是根瘤菌单菌落。 根瘤菌单菌落　 经典真题 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　 经典真题 (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_________________________________ ____________。 解析：若接种到试管苗上的根瘤菌具有固氮作用，则该试管苗可以在无氮的培养液中正常生长。 无氮　 接种到试管苗上的根瘤菌具有固氮作用　 经典真题 (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)。 解析：微生物菌肥的作用有提高作物的产量、提高土壤肥力、改善土壤结构等。 提高土壤肥力、改善土壤结构、提高作物的产量(答出2点即可) 经典真题 (2)取豆科植物的茎尖作为外植体，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____________________________________________________ _______________________________________________________________。 $$