第2章 第1节 第2课时 植物细胞工程的应用-【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课时 植物细胞工程的应用 答案精解Ps 课标要求]列举植物细胞工程的应用实例（社会责任）。 教材梳理·新知全解 知识点1植物繁殖的新途径 (2)利用：从产生突变的个体中可以筛选出对 L.快速繁殖 人们有用的 ,进而培育成新品种。 (1)植物的快速繁殖技术也叫作微型繁殖技 3.实例：如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。 术，是用于快速繁殖优良品种的 知识点3细胞产物的工厂化生产 1.次生代谢物：植物代谢会产生一些一般认为不是 (2)特点：不仅可以高效、快速地实现种苗的大 植物基本的生命活动所 的产物—次 量繁殖，还可以保持优良品种的 生代谢物。次生代谢物是一类小分子 2.作物脱毒 植物细胞的次生代谢物含量很低。 植物顶端 (如茎尖)的病毒极少， 2.技术：植物 技术。 甚至无病毒，因此切取一定大小的茎尖进行组 3.实例 织培养，可获得脱毒苗。 (1) 是从紫草细胞中提取的一种药物 知识点2作物新品种的培育 和色素，具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。 1.单倍体育种 (2)紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种 (1)过程 ,具有高抗癌活性， 花药（或花粉） 离体培养 植株 (3)利用人参细胞培养来生产人参中重要的活 人工诱导 性成分 染色体加倍 植株。 【裤正误】 (2)优点：后代为 ,性状能够稳定遗 (1)以茎尖为材料通过组织培养获得的脱毒苗具 传：极大地缩短了 ,节约了大量的人 有抗病毒的特点。 () 力和物力。 (2)细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞 (3)单倍体育种已成为作物育种的一条有效途 生长的培养条件，提高单个细胞中次生代谢物的 径。此外，由于大多数单倍体植株的细胞中只 含量 () 含有 ,染色体加倍后得到的植株 (3)脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植 的 容易显现，因此它也是进行 株的任何部位。 () 和研究遗传突变的理想材料。 (4)单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一 2.突变体的利用 致的。 () (1)产生：在植物的组织培养过程中，由于培养 (5)突变体培育通常是对植物的愈伤组织进行诱 细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易 变处理，而工厂化生产的细胞产物也是来自愈伤 受到培养条件和诱变因素（如射线、化学物质 组织细胞。 () 等)的影响而产生 ·36· 第2章细胞工程 关键能力·合作探究 教材边角 ■要点归纳 L.(教材P。“图2一7”拓展)根据玉米单倍体育种 植物组织培养技术的实践应用归纳 流程示意图，回答下列问题： 1.植物繁殖的新途径 花药花粉 (1)快速繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物 组织培养技术。 「a.保持优良品种的遗传特性 特点 b.高效快速地实现种苗的大量繁殖 选 (2)作物脱毒技术：选取作物无毒组织（如茎 优良品种 尖)进行组织培养，获得脱毒苗的技术。 (1)过程①是指 2.四种育种方法的比较 过程②要经过 形成A植株。 方法 原理 过程 优点 (2)过程③表示 快速 细胞的全 脱分化、再 保持优良品 (3)A、B植株分别是 繁殖 能性 分化 种的遗传特性 探究点1植物繁殖的新途径 基因突变 对愈伤组织 提高突变频 突变体 ■情境探究 细胞的全 进行诱变处 率，获得优 的利用 1.请完善单倍体育种的流程并回答下列问题： 能性 理后再筛选 良性状 花药脱分北 再分化 花药离体培 植株 细胞的全能 单倍体 养、秋水仙素 明显缩短有 优良州种选纯合楨株 性、染色体 人游守 育种 诱导染色体 种年限 变异 数目加倍 (1)花药中的花粉粒含有精子，通过花药离体 细胞膜的流 原生质体融 打破生殖隔 培养获得了单倍体幼苗，说明 植物体细 动性、细胞 合、杂种细胞 离，实现远 胞杂交 的全能性 组织培养 缘杂交育种 (2)若图中亲本基因型为AaBb,则单倍体幼苗 的基因型为 圳胞产物种类：蛋广质、药物、香料 小：物破等 (3)单倍体育种过程中如何诱导染色体加倍？ 3.红胞产物的 教术基础：拉物细胞培茶技术 T厂化生产 作用原理是什么？ 片养阶段：复伤凯织阶段 【例1】(2024·1月浙江)山药在生长过程中易受 2.完善突变体有种的流程： 病毒侵害导致品质和产量下降。采用组织培养 诱生处理 技术得到脱毒苗，可恢复其原有的优质高产特 诱宁分化 外 性，流程如图。下列操作不可行的是() 悦子化 突变怀筛选、培音 外植体·愈伤组织→丛生芽→试管苗 A.选择芽尖作为外植体可减少病毒感染 (1)突变体育种的原理是什么？ B.培养基中加入抗生素可降低杂菌的污染 C.将丛生芽切割后进行继代培养可实现快速 (2)在植物组织培养过程中，为什么培养的细 繁殖 胞容易产生突变？ D.提高生长素和细胞分裂素的比值可促进愈 伤组织形成丛生芽 ·37· 生物学选择性必修3课堂学案 【例2】(2024·山东)（不定项）下列关于植物愈伤 能性？说出你的理由。 组织的说法正确的是 ( A.用果胶酶和胶原蛋白酶去除愈伤组织的细 【例3】迷迭香酸具有多种药理活性。进行工厂化 胞壁获得原生质体 生产时，先诱导外植体形成愈伤组织，再进行 B.融合的原生质体需再生出细胞壁后才能形 细胞悬浮培养获得迷迭香酸，加入诱导剂茉 成愈伤组织 C.体细胞杂交获得的杂种植株细胞中具有来 莉酸甲酯可大幅提高产量。下列叙述错误 自亲本的2个细胞核 的是 () D.通过愈伤组织再生出多个完整植株的过程 A.迷迭香顶端幼嫩的茎段适合用作外植体 属于无性繁殖 B.诱导愈伤组织时需加入NAA和脱落酸 探究点2细胞产物的工厂化生产 C.悬浮培养时需将愈伤组织打散成单个细胞 情境探究 或较小的细胞团 紫杉醇是目前已发现的最优秀的天然抗癌药 D.茉莉酸甲酯改变了迷迭香次生代谢产物的 物，在临床上已经广泛应用于乳腺癌、卵巢癌、 合成速率 部分头颈癌和肺癌的治疗，如图是通过植物细 【例4】(2023·山东)利用植物细胞培养技术在离 胞工程技术工厂化生产紫杉醇的途径。 体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其 紫形 尚产 跑提 增殖，可获得植物细胞的某些次生代谢物。 外袖 ①愈伤 单个 组织 跑 州 分泌 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 (1)图中过程①为 ,该过程需控 途径得到的产物 制好培养基中 的 B.植物细胞体积小，故不能通过该技术进行 比例。 其产物的工厂化生产 (2)过程②为将愈伤组织分散成单个细胞，同 时需要筛选出 C.次生代谢物是植物所必需的，但含量少，应 细胞。 (3)过程③为 ,其所 选择产量高的细胞进行培养 依据的原理是 D.该技术主要利用促进细胞生长的培养条件 (4)生产紫杉醇的过程能否体现植物细胞的全 提高单个细胞中次生代谢物的含量 核心知识小结 网络构建 答题必备] 1.快速繁殖实际是一种无性繁殖，可以保持优良品种的遗传特性。 2.植物顶端分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒。因此切 稍物繁猫 快速繁对 的新途径 作物脱员 取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株有可能不带病毒，从 植物 细胞 而获得脱毒苗。 作物新h 单倍休有种 种的培合 3.单倍体育种极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。 的应 突交体的利川 4.由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养 圳胞产物的 」化生 紫京的牛产 条件和诱变因素的影响而产生突变。 (次生代 物的产) 人参皂甘的生产 5.次生代谢物是植物代谢产生的一些一般认为不是植物基本的生命 活动所必需的产物。 ·38· 第2章细胞工程 随堂检测·即时巩固 L.下列关于植物细胞工程的应用的叙述，错误的是 4.植物细胞工程在农业、医药等方面有着广泛的 应用，并且取得了显著的社会效益和经济效 A.可通过快速繁殖技术，高效快速地实现种苗 益。下列相关叙述错误的是 A.取草莓茎尖进行植物组织培养可获得脱毒苗 的大量繁殖 B.玉米花粉粒经花药离体培养得到的植株能 B.选择一定大小的植物茎尖进行组织培养可 稳定遗传 获得脱毒苗 C.红豆杉细胞经植物细胞培养技术可工厂化 C.用射线等处理愈伤组织有可能获得抗虫作 生产紫杉醇 物突变体 D,.可采用诱变处理烟草愈伤组织的方法来获 D.二倍体植株的花粉经脱分化和再分化后即 得烟草抗盐碱突变体 可得到性状可以稳定遗传的植株 5.我国植物学家将名贵兰花的茎尖细胞放在培 养基中进行培养，最终发育成完整的新植株。 2.下图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的 如图是细胞培养形成兰花植株的示意图，请据 途径，下列叙述正确的是 图分析并回答问题： 杉①邀伤单个 氧形旋收紫 外体 组织 细胞 胞群 分泌物 兰花梢株 艺尖的圳片 2 A.紫衫外植体需要用体积分数为95%的酒精 从切片中分离 进行消毒处理 试管植物 的装尖细胞 位 图 B.过程①需控制好培养基中植物激素的比例 [胚状体 趣伤组纠 C,培养紫杉外植体的培养基中不需要加入有 (1)过程③和过程④分别表示植物组织培养过 机营养物质 程中的 和 D.该途径依据的原理是植物细胞的全能性 (2)在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖 3.通过单倍体育种的方法将宽叶不抗病(AAbb) 类、维生素及氨基酸外，还需要在培养基中加 两种激素。兰 和窄叶抗病(aaBB)的两个烟草品种培育成宽 花茎尖细胞经过植物组织培养后形成完整兰 叶抗病(AABB)新品种。下列关于育种过程的 花植株的技术原理是 叙述，正确的是 ( (3)在植物组织培养的过程中，可以对 A.将基因型为AAbb和aaBB的植株杂交得 进行化学或物理的诱变处理，促使其发 到基因型为AaBb的植株的过程实现了基 生突变，再通过诱导分化形成突变体植株，从 因重组 中选育出优良品种。这种作物新品种的培育 B.对F,的花药进行离体培养，可得到四种单 方法属于 (4)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒， 倍体植株 经组织培养形成植株，经过染色体加倍后长成 C.单倍体育种过程需要用秋水仙素处理诱发 可育植物。这种育种方法称为 染色体结构变异 其优点有 D.单倍体育种过程中淘汰了杂合个体，明显缩 短了育种年限 分提示完成P课时作业（六）》 ·39随堂演练·即时巩固 辨正误 1,D解析大豆叶片细胞是植物细胞，具有细胞壁，其细胞壁 (1)× 以茎尖为材料通过组织培养获得的脱毒苗可能不含 的主要成分是纤雏素和果胶，所以制备原生质体，需用纤维 病毒，但不具有抗病毒的特点。 素酶和果胶酶进行处理，A项正确：生物膜的功能特点是具 (2)/ 有选择透过性，所以膜具有选择透过性，B项正确：原生质体 (3)×脱毒苗培育所选的组织培养村料一般来自植物顶端 可以再生出新的细胞壁，C项正确：分离出的原生质体具有 分生区附近，如茎尖。 全能性，可用于植物体细胞杂变，为杂种植株的获得提供了 (4)×单倍体有种的原理是染色体变异，突变体培有的原 理论基础，D项错误。 理舍有基因突变。 2.B解析酶解是为了去除植物细胞的细胞壁，过程①中酶处 (5)/ 理的时间不同，说明两种亲本的细胞壁结构有差异，A项正 关键能力·合作探究 确：过程②为原生质体的融合，常用PEG诱导原生质体融 教材边角 合，灭活的仙台病毒可诱导动物细胞融合，不能用于植物，B 1.提灵(1)花药（花粉）离体培养脱分化和再分化(2)人工 项错误：过程④脱分化和⑤再分化的培养基中均需要添加生 诱导染色体加倍(3)单倍体、纯合二倍体 长素和妇胞分裂素，但在两个过程中比例不同，C项正确：植 探究点1 物丙是植物甲和植物乙体细胞杂交形成的个体，应具备两者 情境探究 的遗传物质，因此可通过分析植物丙的柒色体，来鉴定其是 1提灵愈伤组织单倍体染色体加倍(1)植物的精子（生 否为杂种植林，D项正确。 殖细胞)具有细胞全能性(2)AB、Ab、aB、ab 3.C解析“白莱一甘蓝”植物可育，因此可以结种子，A项正 (3)用秋水仙素处理。原理是秋水仙素抑制纺锤体的形成， 确：白菜和甘蓝都是二倍体，因此“白莱一甘蓝”杂种植物为 使染色体不能移向细胞的两极，从而使染色体数目加倍。 异源四倍体，B项正确：上述过程包含有丝分裂、细胞分化， 2.提示愈伤组织 但不包含减数分裂，C项错误：“白莱甘蓝”植株具有的性 (1)突变体有种的原理是基因突变或染色体变异。 状是基因选择性表达的结果，D项正确。 (2)因为培养的细胞一直处于不断增殖的状态，容易受到培 4.C解析形成层容易诱导形成愈伤组织，因此步骤③切取的 养条件和诱变因素的影响而产生突变。 组织块中要带有形成层，A项正确：步骤⑤脱分化和步骤⑥ [例1]D解析茅尖等分生组织分裂旺盛，且含病毒少，取材时 再分化培养基中细胞分裂素和生长素的浓度、比例不同， 常选用其作为外植体，A顶正确：培养基中有大量的营养物 B项正确：步骤③脱分化需要进行避光培养，步骤⑥再分化 质容易被细菌污染，加入抗生素可降低杂菌的污染，B项正 需要适宜光照培养，C项错误：利用胡萝卜根段进行组织培 确：丛生芽切割后转移到新的培养基上继续进行扩大培 养可以形成试管苗，这是因为植物细胞具有全能性，D项 养称为继代培养，其又可分为第二代培养、第三代培养等。 正确 大多数植物每隔4一6周进行一次貔代培养，每进行一次继 5.解析(1)欲获得原生质休，需将植物细胞去除细胞壁，细胞 代培养，培养物一般能增殖3一4倍。正因为培养物可以不 壁的主要成分为纤维素和果胶，因此可用纤雏素酶和果胶酶 断继代培养，所以离体繁殖速度比常规方法通常要快数万 处理植物细胞。(2)融合的原生质体形成细胞壁标志着杂种 倍，可实现快連繁殖，C项正确：提高生长素和细胞分裂素 细胞的形成。杂种细胞经过脱分化，转变成未分化的细胞， 的比值可促进愈伤组织形成根而不是芽，D项错误。 进而形成不定形的薄壁组织团块，即为愈伤组织。愈伤组织 [例2]BD)解析植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，故用 通过⑤再分化，形成“爱媛橙”植株。(3)“爱媛橙”植株的获 果胶酶和纤维素酶去除愈伤组织的细胞壁获得原生质体， 得利用了植物体细胞杂交技术，该技术能克服远缘杂交不亲 A项错误：用纤维素酶和果胶酶分别处理不同的植物细胞， 和的障碍。植物体细胞杂交技术运用了细胞膜具有一定的 得到原生质休，运用物理法或化学法诱导融合，形成杂种细 流动性、植物细胞的全能性、细胞增殖等生物学原理，即① 胞，再利用植物组织培养技术将杂种细胞培养成杂种植林， ③④. 故融合的原生质体需再生出细胞壁后才能形成愈伤组织，B 答系(1)纤维素酶和果胶(2)细胞壁的形成未分化、不 项正确：体细胞杂交获得的杂种植株细胞中具有来自亲本 定形的薄壁组织团块再分化(3)打破生殖隔离，实现远 的遗传物质，只有1个细胞核，C项错误：通过愈伤组织再 缘杂交育种①③④ 生出多个完整植株的过程属于植物的组织培养，从繁殖看 第2课时植物细胞工程的应用 属于无性繁殖，D项正确。 探究点2 教材梳理·新知全解 情境探究 知识点1 提示(1)脱分化生长素和细胞分裂素（或植物激素） 1.(1)植物组织培养技术(2)遗传特性2.分生区附近 (2)高产紫杉醇(3)植物细胞培养细胞增殖 知识点2 (4)不能。获得紫衫醇的过程中离体的外植体并未发育成完 1.(1)单倍体纯合二倍体(2)纯合子育种年限 整生物体或分化成其他各种细胞，故并未体现植物细胞的全 (3)一套染色体隐性性状体细胞诱变育种 能性。 2.(1)突变(2)突变体 [例3B解析迷迭香顶端幼嫩的茎段细胞分化程度低，容易 知识点3 诱导形成愈伤组织，适合用作外植体，A项正确：诱导愈伤 1.必需有机化合物2.细胞培养 组织时需要添加细胞分裂素和生长素，B项错误：细胞悬浮 3.(1)紫草宁(2)次生代谢物(3)人参皂苷 培养在液体培养基中进行，将愈伤组织打散成单个细胞或 ·153 较小的细胞团，有利于细胞或细胞团与培养液接触，并与培 进行化学或物理的诱变处理，促使其发生突变，再通过诱导 养液进行物质交换，C项正确：根据“加入诱导剂茉莉酸甲 分化形成突变体植株，从中选育出优良品种。这种作物新品 酯可大幅提高产量”可知，在其他条件不变时，加入茉莉酸 种的培育方法属于突变体的利用。(4)若将兰花的茎尖细胞 甲酯可提高产量，由此推断，茉莉酸甲酯可以提高目标产物 换成兰花的花粉粒，经植物组织培养形成植株，再进行染色 的合成速率，D项正确。 体加倍，这种育种方法称为单倍体有种，其突出优点是极大 [例]A解析有些产物不能或难以通过化学合成途径得到， 地缩短了有种年限，节约了大量的人力和物力。 故可利用植物细胞培养获得目标产物，A项正确：利用植物 答率(1)脱分化再分化 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 (2)生长素和细胞分裂素植物细胞具有全能性 使其增殖，可获得植物细胞的某些次生代谢物，故可通过该 (3)愈伤组织突变体的利用 技术进行植物细胞产物的工厂化生产，B项错误：次生代谢 (4)单倍体育种极大地缩短了育种年限，节约了大量的人 物一般认为不是植物生长所必需的，其含量少，可以通过增 力和物力 加细胞的数量来增加次生代谢产物的产量，C项错误：细胞 第2节动物细胞工程 产物的工厂化生产主要是利用促进细胞分裂的培养条件， 提高多个细胞中次生代谢物的含量，不能提高单个细胞中 第1课时动物细胞培养 次生代谢物的含量，D项错误。 随堂演练·即时巩固 教材梳理·新知全解 1.D解析可通过快速綮殖技术，高效快速地实现种苗的大量 知识点1 繁殖，A项正确：植物茎尖分生组织中病毒很少或几乎无病 1.(1)单个细胞(2)动物细胞工程 毒，故选择一定大小的植物茎尖进行组织培养可获得脱毒 2.(1)糖类血清液体(2)灭菌定期更换细胞代谢物 苗，B项正确：基因突变是不定向的，故用射线等诱变处理愈 积累(3)7.2~7.4(4)维持培养液的pH95%空气和 伤组织有可能旅得抗虫作物突变体，C项正确：二倍体植株 5%C0为 的花粉经脱分化和再分化后得到的单倍体植株高度不育，其 3.(1)胰蛋白酶、胶原蛋白酶(2)细胞悬液(3)悬浮贴附 性状不能稳定遗传，D项错误。 (4)初次(5)离心法胰蛋白酶 2.B解扬外植体消毒常用体积分数为70%的酒精进行消毒 4.(1)有害代谢物积累(2)接触抑制 处理，A项错误：图中①是脱分化过程，而决定植物脱分化和 辨正误 再分化的关键因素是植物激素的种类和比例，因此该过程需 (1)×动物细胞培养选用的培养材料大多为幼龄动物的器 控制好培养基中植物激素的比例，B项正确：培养外植体的 官或组织。 培养基中一般需要加入氨基酸，雏生素、蔗糖等有机物，C项 (2)×动物细胞培养时，在使用的合成培养基中通常要加 错误：该途径最终并没有得到完鉴的植物体或分化成其他各 入血清等天然成分。 种细胞，故没有体现出植物细胞的全能性，D项错误。 (3) 3.B解析基因型为AAbb和aaBB的植株均为纯合子，其减 (4)×动物细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的 数分裂产生配子的过程中，只能产生Ab和B的配子，没有 CO2,目的是维持培养液的pH。 实现基因重组，A项错误：基因型为AAbb和aaBB的植株杂 知识点2 交产生的F,的基因型为AaBb,根据自由组合定律可知，该 L.脐带血胚胎干细胞 个体能产生四种基因型的配子，分别为AB、Ab、aB、ab,因此 2.(1)ES任何一种类型个体(2)①造血干细胞精原干 对F的花药进行离体培养，可得到四种单倍体植株，B项正 细胞成体的骨髓、外周血和脐带血②组织特异特定的 确：秋水仙素处理单倍体幼苗后染色体数目加倍，该过程发 细胞或组织完整个体 生了染色体数目变异，C项错误：单倍体有种过程中，经秋水 3.(1)免疫(2)退行性(3)PS细胞免疫排斥反应 仙素加倍后得到的均为纯合子，并没有淘汰杂合子，D项 辨正误 错误。 (1)×千细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织 4.B解析培育脱毒苗时，一般选取植物茎尖（或芽尖或根尖） 和器官中。 作为外植体，因为植物分生区附近（茎尖）病毒极少，甚至无 (2)/(3)/(4)/ 病毒，再利用植物组织培养技术将外植体培育成脱毒苗，A 关键能力·合作探究 项正确：玉米花粉粒经花药离体培养得到的植林属于单倍 教材边角 体，不能稳定遗传，B项错误：植物细胞工程可用于细胞产物 ①机械的方法②胰蛋白酶③胶原蛋白酶④原代培养 的工厂化生产，红豆衫细胞经植物细胞培养技术可工厂化生 ⑤C)2培养箱 ⑥传代培养⑦C()2培养箱 产紫杉醇，C项正确：愈伤组织细胞分裂能力强，易受外界环 探究点1 境条件影响，可采用诱变处理烟草愈伤组织并蹄选得到烟草 情境探究 抗盐碱突变体，D项正确。 1,提示机械胰蛋白酶 5.解析(1)过程③为脱分化、过程①为再分化。(2)植物组织培 (1)细胞增殖 养的培养基成分有水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸、 (2)幼龄动物的细胞和分化程度低的细胞更容易培养。原因 植物激素（生长素和细胞分裂素）等。兰花茎尖细胞经过植 是这些细胞分裂能力强。 物组织培养后形成完整兰花植株的技术原理是植物细胞具 (3)人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚 有全能性。(3)在植物组织培养的过程中，可以对愈伤组织 (4)蛋白质。不可以。多数动物细胞生存的适宜pH为7.2一 154·