第2章 第1节 第1课时 植物细胞工程的基本技术-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中生物学选择性必修第三册（人教版2024）

生物学选择性必修3课堂学案 第2章 细胞工程 第1节 植物细胞工程 第1课时 植物细胞工程的基本技术 答案精解P [课标要求]1.简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术（科学思维）。2.理解植物组织培养 的原理和过程，植物体细胞杂交的原理（科学思维）。3.尝试进行植物组织培养（科学探究、生命观念）。 教材梳理·新知全解 知识点1植物组织培养技术 ②处理外植体 1.细胞全能性的概念：细胞经分裂和分化后，仍 将消过毒的外植体置于 的培养皿中，用 然具有产生 或分化成 无菌滤纸吸去表面的水分。用解剖刀将外植 的潜能。 体切成 长的小段。 2.植物组织培养 ③接种 (1)概念：将 的植物器官、组织或细胞 接种时要始终在 旁进行，将外植体 等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的 的1/3~1/2插入诱导愈伤组织培养基中时应 培养条件，诱导其形成 的技术。 注意方向，不要 (2)原理：植物细胞的 ④培养 3.菊花的组织培养 将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶 (1)原理依据 置于 ℃的培养箱中培养。培养 在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分 15~20d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱 化的细胞可以经过 ,即失去其特有的 导 的培养基上。长出芽后，再将其转 结构和功能，转变成未分化的细胞，进而形成 接到诱导 的培养基上，进一步诱导形 不定形的薄壁组织团块，这称为 成试管苗。 愈伤组织再重新分化成芽、根等器官的过程称 为 ⑤移栽 。 植物激素中 是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关 打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长 键激素，它们的浓度、比例等都会影响植物细 几日。用流水清洗掉试管苗根部的培养基后， 胞的发育方向。 将其移植到消过毒的环境中，待其长壮后再移 (2)培养过程 栽人土。 ①外植体消毒 【辩正误】 将流水充分冲洗后的外植体（幼嫩的茎段）用 (1)高度分化的成熟叶肉细胞不具备发育成完整 消毒30s,然后立即用无菌水清洗 植株的潜能 23次：再用 溶液处理30min后，立 (2)植物组织培养的目的都是获得完整的植株。 即用无菌水清洗2一3次。 ·30· 第2章细胞工程 (3)容易进行无性繁殖的植株也容易进行植物组 (2)图示步骤②为人工诱导原生质体间的融 织培养。 合，其方法包括： (4)进行菊花的组织培养时，需要在酒精灯火焰 a.物理法：电融合法， 法等： 旁将外植体的1/3~1/2插入诱导愈伤组织的培 b.化学法： 融合法、高Ca+ 高pH融合法等。 养基中。 (3)图示步骤③为再生出 ,这是细胞融 (5)植物组织培养期间，每日需要给予适当时间 合成功的标志。 和强度的光照。 (4)经融合成功的杂种细胞可经步骤④诱导形 知识点2植物体细胞杂交技术 成 ,再进一步发育成完整植株 L.植物体细胞杂交的概念：将不同来源的植物体 3.意义：植物体细胞杂交技术在打破 细胞，在一定条件下融合成 ,并将 实现 培育植物新品种等方面展 其培育成 的技术。 示出独特的优势。 2.植物体细胞杂交技术流程图及其分析 【辩正误】 (1)利用物理法或化学法，可以直接将两个植物 细胞进行诱导融合。 () A细胞① A原生 质体 (2)通过植物体细胞杂交技术所获得的番茄一马 止在题介的 原生质体 铃薯植株已成功实现地上结番茄、地下长马铃薯 B以 T胞 质体 的预期愿景。 () 纺 (3)人工诱导原生质体融合的方法可使用高 移栽后的杭抹 杂种竹株愈伤组纠 Ca+一高pH融合法这种化学方法。 () (1)图示步骤①为用 去除 (4)植物体细胞杂交技术可打破生殖隔离，实现 植物 ,从而制备原生质体。 远缘杂交育种。 关键能力·合作探究 圆教材边角 玉米的表型产生。如果运用常规育种方法，应 1.(教材Ps“练习与应用”改编)植物细胞壁的主 该如何筛选出纯合的紫色甜玉米？如果利用 要成分是什么？科学家在制备原生质体时，有 花药培养技术，又应该怎样做呢？请你设计相 时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞的 关实验的思路。 细胞壁。据此分析，蜗牛消化道提取液中可能 含有什么成分？ 探究点1 植物组织培养技术 【■情境探究 2.(教材P“练习与应用”改编)紫色非甜玉米 L.下图为菊花的组织培养的大致过程。 (基因型为AASuSu)和白色甜玉米（基因型为 菊化拉物体4未开花的幼嫩枚条B愈伤组纠 aasusu)杂交(Su和su代表一对等位基因)，得 D 一试管节 到的F,(AaSusu)再进行自交，F:会有紫色甜 菊花的如织培养的大纹过程 ·31 生物学选择性必修3课堂学案 请思考下列问题： 项目 条件 (1)图中过程B、C分别指什么？启动B、C过 ①无菌操作： 程的关键激素是什么？ 外界 ②光照：诱导愈伤组织期间一般不需要光 条件 照，在后续的培养过程中，每日需要给予适 当时间和强度的光照 (2)通过过程B产生的愈伤组织细胞与枝条韧 皮部细胞形态结构是否相同？其根本原因是 2.脱分化和再分化的比较 什么？ 内容 脱分化 再分化 过程 外植体→愈伤组织 愈伤组织→幼苗 五离体： (3)该实验操作成功的关键是 ,为此 a离体： b.适宜的营养： 要对外植体、超净工作台等进行 (填 b.适宜的营养： c,生长素与细胞分裂 “消毒”或“灭菌”)处理，对培养基、接种工具等 需要 c,生长素与细胞分 素的比例高或低诱导 条件 进行 (填“消毒”或“灭菌”)处理，且实 裂素的比例适中： 生根或生芽： 验操作过程都要在 旁进行。 d.一般不需要光 d.适当时间和强度的 (4)外植体的消毒：选取生长旺盛的嫩枝，冲洗 光照 干净。用 消毒30s后，立即用无菌水 3.生长素和细胞分裂素用量对植物组织培养的影响 清洗2一3次。再用 处理 30min后，立即用无菌水清洗2~3次，其目的 生长素 植物细胞的 是 细胞分裂素 发育方向 2.下图为植物组织培养流程图。 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 A接种外植体 适中 促进愈伤组织的生长 简记为“生根，裂芽” 下移栽成活 易错警示 D 植物组织培养流程图 (1)由愈伤组织进行细胞分化时，一般要先诱导 (1)图中“外植体”是指 其生芽，然后诱导其生根，该过程可通过控制培 (2)图中B、C、D依次指 养基中生长素和细胞分裂素的比例来实现。 (2)由于菊花茎段的组织培养较简单，故培养基 要点归纳 中不必额外添加植物激素。 1.植物细胞表现出全能性的条件 【例1】下面是植物组织培养过程示意图，相关说 法正确的是 () 项目 条件 材料 离体的细胞，组织或器 外植休①愈伤巴长出四生根①移我 组织丛芽 成活 种类齐全、比例合适的营养物质及一定的 培养基 A.上述植物组织培养的过程依据的生物学原 植物激素 理是植物细胞具有全能性 ·32· 第2章细胞工程 B.需要对外植体进行严格的灭菌处理，以防 探究点2植物体细胞杂交技术 止杂菌污染 情境探究 C.外植体若是月季的花药，则图中的①过程 需要光照 如图是细胞融合示意图，请据图思考下列问题： D.外植体若是菊花的根尖组织，因细胞中没 有叶绿体，故培养成的新植株叶片无色 【例2】(2024·甘肃)兰州百合栽培过程中易受病 移找行的 番茄细跑 梢株 毒侵染，造成品质退化。某研究小组尝试通 (1)进行植物细胞融合时为何先进行过程① 过组织培养技术获得脱毒苗，操作流程如下 ②？该过程应如何实施？ 图。下列叙述正确的是 愈湖织 脱毒前 雅 兰州门台 分牛区 1号异米2号养共3可养相 A.①为脱分化过程，1号培养基中的愈伤组 (2)图示过程③是指 ,该过程常 织是排列规则的薄壁组织团块 用的诱导方法是 B.②为再分化过程，愈伤组织细胞分化时可 (3)过程④是细胞壁的再生过程，与此过程密 能会发生基因突变或基因重组 切相关的细胞器是什么？ C.3号培养基用于诱导生根，其细胞分裂素 浓度与生长素浓度的比值大于1 D.百合分生区附近的病毒极少，甚至无病毒， 可以作为该研究中的外植体 ■归纳提升 (4)过程⑤是指 ,其进行的细胞分裂 植物组织培养的关键 方式是 此过程先诱导细胞分裂形成 (1)无菌：植物组织培养成功的关键是避免微生 ,此过程是否需要光照？ 物的污染，所用实验用具要严格灭菌，接种过程 要进行无菌操作。 (2)营养：培养基中必须含有植物生长发育所需 (5)自然条件下番茄与马铃薯能否通过有性生 的全部营养物质，如无机盐、糖类、维生素等。 殖实现杂交育种？为什么？ (3)影响因素 ①取材：外植体的遗传特性、取材的位置都会影 响愈伤组织的再分化能力。如进行菊花组织培 养时取菊花的幼嫩茎段。 (6)植物体细胞杂交的突出优点是什么？若番 ②光照：在愈伤组织诱导阶段，对有些植物来说， 茄细胞内含A条染色体，马铃薯细胞内含B 避光培养有利于细胞脱分化形成愈伤组织。当 条染色体，则“番茄一马铃薯”杂种植株细胞内 愈伤组织再分化出芽和叶时，一定要有光照，以 含多少条染色体？ 利于叶片内叶绿素的合成。 ③植物激素的浓度配比及使用次序，如生长素和 细胞分裂素的浓度比例及使用顺序会影响植物 组织培养的脱分化与再分化。 ·33· 生物学选择性必修3课堂学案 要点归纳 决，还不能让杂种植物按照人们的需求表现出 有关植物体细胞杂交的几个关注点 双亲的优良性状。 (1)植物体细胞融合的障碍：细胞壁。可以用 【例3】科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得 了“胡萝卜一羊角芹”杂种植株，为了便于杂 纤维素酶和果胶酶去除。 种细胞的筛选和鉴定，科学家利用红色荧光 (2)植物体细胞融合成功的标志：产生新的细 和绿色荧光分别标记胡萝卜和羊角芹的细胞 胞壁。在此过程中高尔基体与细胞壁的形成 膜上的蛋白质，其培育过程如图所示： 有关，同时该过程还需要线粒体提供能量。 弟忙贞 (3)植物体细胞杂交的结果：产生新的植株。 拥胞一惊生质体 (4)融合后的杂种细胞筛选 绿仓成 兰洗合艺杂补生套伤丝帆 羊角亦少干怕片土标记 称 像生质林 请回答下列相关问题： 融合 篩选 AB (1)植物体细胞杂交的生物学原理是 (2)过程①常用 酶去除细 假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B,则 胞壁，获得具有活力的原生质体。植物原生 诱导融合后的产物有三类：未融合的细胞(A 质体融合过程常采用的物理方法有 和B);两两融合的细胞(AA,BB和AB):多细 (答出2点即可)。原生质体融 胞融合体。两两融合的细胞中，只有AB型细 合成功的标志是 胞是我们需要的杂种细胞，所以要进行筛选。 在鉴定融合原生质体时可用显微镜观察，当 (5)植物体细胞杂交的生殖方式：无性生殖。 观察到 (6)杂种植株遗传物质的变化 时，可判断该原生质体是由胡 ①细胞融合属于染色体变异，杂种植株的染色 萝卜原生质体和羊角芹原生质体融合而成的。 体数通常是两亲本细胞染色体数之和 (3)过程③和过程④分别为 ②染色体组数通常也是两亲本细胞染色体组 过程④的培养基中常添加的植物激素有 数之和，即杂种植株为异源多倍体。 (7)植物体细胞杂交育种的优点和局限性 (4)与杂交育种相比，植物体细胞杂交的显著 ①优点：克服远缘杂交不亲和的障碍 特点是 ②局限性：目前仍有许多理论和技术问题未解 核心知识小结 [网络构建] 答题必备] 1.植物组织培养的基本过程 梢物组织培养 外植休脱分化愈伤组纫再分化生芽，生根→完整植株 植紛细 理论华 孢工和 2.植物组织培养技术的理论基础是植物细胞一般具有全能性，植物 的共木 植物细胞一般只行全能性 投 1弹论恭础 体细胞杂交技术的理论基础是细胞膜具有一定的流动性和植物细 相粉体细形 常用厂化学法 胞一般具有全能性。 杂交技术 方决 3.去除细胞壁制备原生质体用到的酶是纤维素酶和果胶酶。 理论，华别 物理 4.人工诱导原生质体融合的方法包括物理法（如电融合法、离心法 釧胞典其有一定的流动性 等)及化学法（如聚乙二醇融合法，高Ca+一高pH融合法等）。 ·34· 第2章细胞工程 随堂检测·即时巩固 L.(2024·北京)大豆叶片细胞的细胞壁被酶解 4.培养胡萝卜根组织可获得试管苗，过程如图所 后，可获得原生质体。以下对原生质体的叙述 示。下列说法错误的是 错误的是 切取沾净的 对根段 切敢1m'左右带 接 A.制备时需用纤维素酶和果胶酶 制萝卜根段 进行消母 有形成层的组织块 细 ① B.膜具有选择透过性 诱导组织央 诱毕愈伤组织 C.可再生出细胞壁 形成愈伤纵 形成试管苗 到 的 D.失去细胞全能性 2.(2024·湖北)植物甲抗旱、抗病性强，植物乙 A.步骤③切取的组织块中要带有形成层，原因 分蘖能力强、结实性好。科研人员通过植物体 是形成层容易诱导形成愈伤组织 细胞杂交技术培育出兼有甲、乙优良性状的植 B.步骤⑤和步骤⑥培养基中细胞分裂素和生 物丙，过程如下图所示。下列叙述错误的是 长素的浓度、比例不同 C.步骤⑥需要进行避光培养 15小3 中阁 D.利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试 叶片 +早斯 欧合 管苗，这是因为植物细胞具有全能性 们流合碎液处埋 的配 细胞 物西 留 5.近年来，一种名为“爱媛橙”的柑橘类水果因皮 修解2小时 薄易剥、细腻多汁、口感似果冻等优点，被网友 A.过程①中酶处理的时间差异，原因可能是两 们称为“果冻橙”，并迅速成为网红水果。“爱 种亲本的细胞壁结构有差异 媛橙”由柑橘品种南香与西子香杂交获得。某 B.过程②中常采用灭活的仙台病毒或PEG诱 科研小组欲利用细胞融合技术培育“爱媛橙”， 导原生质体融合 其部分流程如下图所示。回答下列问题： C.过程④和⑤的培养基中均需要添加生长素 绕州①赣的橙 融 和细胞分裂素 径细胞二总生质体 D.可通过分析植物丙的染色体，来鉴定其是否 南十袋①南「密柄 植株 为杂种植株 估隐 原「：质休 ®1 体 3.如图是“白菜一甘蓝”杂种植株的培育过程。 下列说法不正确的是 (1)过程①应将两种植物细胞分别置于含有 酶的溶液中制备原生质体。 白菜体细胞 惊质体A (2)杂种细胞形成的标志是 co 在融合的 杂种排胞 愈伤组织细胞最突出的特征是 原生质体 过程⑤称为 甘蓝体细胞 原生质体B (3)与通过南香与西子香杂交培育成的“爱媛 白染什蓝愈伤衡到1织 橙”相比，该育种方法具有的优点是 A.“白菜一甘蓝”植物可以结种子 :该育种技术遵循的生物 B.“白菜一甘蓝”杂种植物为异源四倍体 学原理是 (填序号)。 C.上述过程包含有丝分裂、细胞分化、减数分裂 ①细胞膜的流动性②细胞膜的选择透过性 D.“白菜一甘蓝”植株具有的性状是基因选择 ③植物细胞的全能性④细胞增殖 性表达的结果 冬提示完成P课时作业（五） ·35·null