第2章 第1节 第1课时 植物细胞工程的基本技术-【精讲精练】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程同步学习方案（人教版2019）

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 学习目标 1.简述植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术的原理和过程 科学思维 2.尝试进行植物组织培养 科学探究 必备知识 课前预习·自主落实 素养初成 梳理教材 ①脱分化：在一定的激素和营养等条件的 一、植物组织培养 诱导下，已经分化的细胞失去其特有的 1.细胞工程的定义 ,转变成 的细胞，进 原理方法 细胞生物学 生物学和 生 而形成愈伤组织的过程。 物学等多学科的原理和方法 细胞工程 ②愈伤组织：脱分化形成的 操作水平 细胞或组织水平 团块。 个 目的 获得特定的 、组织 体或其产品 ③再分化：愈伤组织重新分化成 2.植物细胞工程的理论基础 植物细胞的 等器官的过程。 全能性 4.实验 菊花的组织培养 细胞经分裂和分化后，仍然具有产生 细胞的 定义 或分化成 的潜能，即细胞 外植体 外植体→流水冲洗→酒精消毒30s 消毒 清洗2一3次→ 溶 具有全能性 液处理30min→无菌水清洗2~3次 在生物的生长发有 在特定的时间和空间 未表现 过程中，并不是所 原条件下，细胞中的基 将外植体切成 及原因 有的细胞都表现出因因会 长的小段→ 全能性 接种 将外植体的 插入诱导 的培养基中→用 3.植物组织培养技术 或瓶盖封盖瓶口，并做好标记 (1)定义：指将 的植物器官、组织或 置于18~22℃的培养箱中培养→ 细胞等，培养在人工配制的 ,给 培养 1520d后，转接到诱导 的培养 基上→长出芽后，再转接到诱导 予适宜的培养条件，诱导其形成 的培养基上，进一步诱导形成试管苗 的技术。 移栽前先打开 或瓶盖，让 试管苗在培养箱内生长几日。用流水 (2)过程 移栽 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， 外值体（离体培 待其长壮后再移栽入土 脱分化 完整 养的 再分化 芽根 将幼苗移栽后，每天观察并记录幼苗 植株 栽培 的 情况，适时浇水、施肥，直 至开花 27 O生物学·选择性必修3生物技术与工程（配RJ版） 二、植物体细胞杂交技术 4.意义：打破 、实现远缘杂交育 1.概念：将 的植物体细胞，在一定 种，培育植物新品种。 条件下融合成 ,并把杂种细胞 周腿生活 培育成新 的技术。 植物组织培养是21世纪发展起来 2.过程 的一门新技术，由于科学技术的进步，尤 植物A细胞 植物B细胞 一去除 其是外源激素的应用，使组织培养不仅 A原生质体 B原生质体 从理论上为相关学科提出了可靠的实验 诱导融合 证据，而且一跃成为一种大规模、批量工 融合的原生质体 再生出 厂化生产种苗的新方法，并在生产上越 !(融合完成的标志) 来越得到广泛的应用。结合所学知识 脱分化 判断： 愈伤组织 (1)植物组织培养技术的理论基础是植物 再分化 细胞的全能性 杂种植株 (1)去壁：用 去除植 (2)植物激素中的生长素和赤霉素是启动 物细胞壁，获得原生质体。 细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素 ( (2)人工诱导原生质体融合的方法 (3)植物体细胞杂交利用了植物组织培养 ①物理法： 等。 ②化学法： 融合法、 技术 () 融合法等。 (4)植物体细胞杂交就是利用一定的方法 3.植物体细胞杂交的原理 将去除细胞壁的不同来源的植物细胞融合 ( 原生质体融合的过程利用了细胞膜的 为杂种细胞的过程 性，杂种细胞发育成杂种植株利用了 (5)若原生质体均为两两融合，则融合后的 细胞有3种类型 植物细胞的 关键能力 课堂探究·重难突破 素养培优 探究点一 植物组织培养技术 情境探究 (2)植物组织培养所用的培养基中，在脱分 化和再分化中起关键作用的激素是什么？ 观察菊花植物组织培养流程图，探究下列 问题： 愈伤组织 愈伤 分化 (3)为什么说从繁殖方式上看，植物组织培 培养基 组织 培养基 养的繁殖方式是无性繁殖？ (1)选用菊花的外植体时，一般选用形成层 细胞或组织块，其原因是什么？ 28 第2章细胞工程● (4)在植物组织培养的过程中，为什么要进 温馨提示 行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌 (1)细胞具有全能性≠细胞表现全能性。理论上， 操作？ 几乎所有的活细胞都具有全能性，但是只有发育为 完整个体或分化成其他各种细胞才能体现其全 能性。 (2)培养顺序：将愈伤组织转接到分化培养基上，要 》微思考 先进行生芽培养，再进行生根培养，最终诱导出试 1.植物细胞要表现出全能性，需要同时满足 管苗。 哪些主要条件？ 典题精练 1.植物细胞表现出全能性的必要条件和增殖 方式分别是 2.脱分化和再分化都属于细胞的分化过程 ( 吗？为什么？ A.脱离母体后，给予适宜的营养和外界条 件；减数分裂 B.导入其他植物细胞的基因；有丝分裂 C.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵 归纳总结 细胞内；减数分裂 1.植物激素在植物组织培养中的作用 D.脱离母体后，给予适宜的营养和外界条 (1)生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分 件；有丝分裂 化和再分化的关键性因素。 2.(2023·新课标卷)根瘤菌与豆科植物之间 (2)生长素和细胞分裂素的比例影响植物细胞的 是互利共生关系，根瘤菌侵入豆科植物根 发育方向。 内可引起根瘤的形成，根瘤中的根瘤菌具 生长素/细胞分裂素 作用效果 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 促进根的分化、抑制芽 比值高时 的形成 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 促进芽的分化、抑制根 比值低时 的形成 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 比值适中 促进愈伤组织的形成 答下列问题。 2.脱分化和再分化的比较 (1)从豆科植物的根瘤中分离根瘤菌进行 项目 脱分化 再分化 培养，可以获得纯培养物，此实验中的纯培 过程 外植体→愈伤组织 愈伤组织→幼苗 养物是 ①离体； (2)取豆科植物的茎尖作为外植体，通过植 ①离体； ②适宜的营养； ②适宜的营养； 物组织培养可以获得豆科植物的试管苗。 需要 ③生长素与细胞分 条件 ③生长素与细胞分 外植体经诱导形成试管苗的流程是：外植 裂素的比例适中； 裂素的比值高（低）， 诱导生根（生芽）： ④不需光照 体①愈伤组织②试管苗。其中①表示 ④需光照 的过程是 ,②表示的过程是 29 O生物学·选择性必修3生物技术与工程（配RJ版） 。由外植体最终获得完整的植 的培养液中培养，观察两组试管苗 株，这一过程说明植物细胞具有全能性。 的生长状况，若甲组的生长状况好于乙组， 细胞的全能性是指 则说明 (3)研究小组用上述获得的纯培养物和试 (4)若实验获得一种具有良好固氮能力的 管苗为材料，研究接种到试管苗上的根瘤 根瘤菌，可通过发酵工程获得大量根瘤菌， 菌是否具有固氮能力，其做法是将生长在 用于生产根瘤菌肥。根瘤菌肥是一种微生 培养液中的试管苗分成甲、乙两组，甲组中 物肥料，在农业生产中使用微生物肥料的 滴加根瘤菌菌液，让试管苗长出根瘤。然 作用是 后将甲、乙两组的试管苗分别转入 (答出2点即可)。 探究点二 植物体细胞杂交 情境探究 (4)通过体细胞杂交获得的植株是否可育？ 说出你的理由。 下图为植物体细胞杂交过程示意图，探究 下列问题： 原生质体A (5)从新品种培育的角度分析，植物体细胞 植物细胞A 杂交技术最大的优点是什么？ 正在融 杂种 愈伤 杂种 植物细胞B 原生质合的原 细胞 组织 植株 体B 生质体 (1)植物体细胞杂交实现的基础和植物组 归纳总结 织培养的理论基础分别是什么？ 1.植物组织培养与植物体细胞杂交的比较 项目 植物组织培养 植物体细胞杂交 (2)将两个不同种的植物细胞A和B去除 植物细胞的全 细胞膜的流动性和植 原理 细胞壁后，经一定的方法促融，若只考虑两 能性 物细胞的全能性 两融合，可以形成几种融合细胞？符合要 离体的植物器宫 植物细胞A 求的杂种细胞是哪种？ 组织、细胞 去壁 脱分化 原生质体A、人工， 原生质 过程 愈伤组织 原生质体B诱导体融合 再分化 ↑去壁 再生壁 胚状 植物细胞B 杂种细形胞 (3)二倍体番茄和二倍体马铃薯细胞杂交 发有 脱分化 植物体 杂种植株，再分化 愈伤组织 得到的“番茄一马铃薯”有多少个染色体 结果 完整植株 杂种植株 组，是几倍体？ 繁殖速度快、“高 打破生殖隔离，实现 意义 保真”、不受自然 远缘杂交有种 生长季节限制 30 第2章细胞工程● 温馨提园 和B的新型药用植物。下列叙述正确 (1)植物体细胞杂交技术包括植物细胞融合和植物 的是 ) 组织培养两个过程，结果是产生新的植株。 A.为了培育该新型药用植物，取甲和乙的 (2)植物体细胞杂交的培养基中要添加蔗糖溶液且 叶片，先用纤维素酶和果胶酶去除细 浓度略大于原生质体内的浓度，这样不仅能为原生 胞壁 质体提供营养，而且还能维持一定的渗透压，使原 B.用化学诱导剂PEG或高Ca+一高pH 生质体保持正常的形态。 诱导二者融合 2.杂种植株遗传物质的变化 C.形成的融合细胞进一步培养形成愈伤 (1)细胞融合属于染色体变异，杂种植株的染色 组织，之后形成整个植株，这一过程中 体数通常是两亲本细胞染色体数之和。 进行了植物组织培养 (2)杂种植株的染色体组数通常也是两亲本细胞 D.上述杂种植株属于二倍体 染色体组数之和，为异源多倍体。 方法技巧 >典题精练 植物体细胞杂交后代的遗传变化 3.(2023·广东卷)人参皂苷是人参的主要活性 体细胞杂交 P1:2n(Aabb)与 成分。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根 项目 P2:2m(ccDd) 产生愈伤组织并进行细胞融合，以提高人参 生殖类型 无性生殖、育种过程中不遵循孟 皂苷的产率。下列叙述错误的是( 德尔定律 A.细胞融合前应去除细胞壁 变异类型 染色体数目变异 B.高Ca+一高pH溶液可促进细胞融合 两亲本染色体数之和，即2n C.融合的细胞即为杂交细胞 染色体数 +2m D.杂交细胞可能具有生长快速的优势 染色体组数 两亲本染色体组数之和，即2十2 4.(不定项)甲、乙是染色体数目相同的两种 两亲本基因型之和，即Aabbc- 二倍体药用植物，甲含有效成分A,乙含有 基因组成 cDd 效成分B。某研究小组拟培育同时含有A 查漏补缺 随堂巩固·基础夯实 素养提升 [课堂小结] 定义 是指将 的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上， 给予的培养条件，诱导其形成完整植株的技术 技术 流程 外植体→ →胚状体一→完整植株 植物细胞工程的基本技术 植物组织培养技 实例 菊花的 工作环境消毒一→外植体消毒→外植体切段→外植体接种 组织培养 →诱导 →诱导再分化→试管苗移栽 定义 是指将不同来源的植物体细胞，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 植物体细胞杂交技 技术 流程 制备原生质体→ 融合→植物组织培养 实践 利用这种方法，科学家培有出了白菜一甘蓝、普通小麦长穗偃麦草，以 应用 及多种柑橘属不同种间的杂种植株 优点 打破 实现远缘杂交育种，培育植物新品种 31 ○生物学·选择性必修3生物技术与工程（配RJ版） C.让杂种植物按照人们的需要表现亲代 [课堂巩固] 的优良性状 1.下列植物组织细胞，在条件适宜的情况下， D.尚未培育出属间杂种植物 最易表达其全能性的是 ( ) 5.白菜、甘蓝均为二倍体，体细胞染色体数目分 A.茎韧皮部细胞 B.叶肉细胞 别为20、18。白菜一甘蓝是用细胞工程的方 C.受精卵 D.根尖分生区细胞 法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长期短 耐热性强、易储存等优点，如图为“白菜一甘 2.下图为植物组织培养技术的过程，有关说 蓝”的培育过程，请回答下列问题： 法不正确的是 ( -o 白菜 原生 细胞 质体A 愈伤组织 小植株 正在融合的 杂种愈伤 白菜一甘蓝 培养型 培养基 可- 原生质体 细胞 组织 植株 丙 甘蓝细胞原生质体B A.乙试管中细胞全能性最高 (1)为了得到原生质体，需先用 B.丁试管中培育出的个体都是纯合子 处理白菜和甘蓝的细胞。 C.甲→乙的过程需要激素的刺激 (2)诱导原生质体融合的方法有多种，常用 D.甲→丁的细胞分裂都是有丝分裂 的化学方法是 3.植物组织培养可以形成愈伤组织，下列有 (填写中文名称，写出两种即可)，融合完成 关愈伤组织的叙述不正确的是 ( 的标志是 A.愈伤组织是离体细胞经过脱分化形 由杂种细胞得到白菜一甘蓝植株还需经过 成的 植物组织培养，其中不需要光照的培养过 程为 B.形成愈伤组织的培养基不含有机分子 (3)经花粉直接培育的白菜一甘蓝植株，体 C.愈伤组织可以形成具有生根发芽能力 细胞的染色体数为 。这种植株通 的胚状结构 常不育，为使其可育，需进行人工诱导，通 D.愈伤组织细胞的线粒体和核糖体中可 过对幼苗使用 进行处理，这种变 能发生碱基互补配对 异属于 4.(不定项)植物体细胞杂交已解决的问题是 (4)植物体细胞杂交技术和传统杂交技术 ) 相比的优点是 A.去除细胞壁，分离出有活力的原生质体 请完成【知能达标训练]作业（五) B.将杂种细胞培育成植株 32@ 2.A“酵素”的制作主要利用了微生物无氧呼吸：3.B“酵素”中有多种氨基酸、维生素等物质， 不彻底地分解有机物，A正确：水果“酵素”，就 是其发挥功能的有效成分，但微生物不是， 是把水果小块和水按比例放入容器。密封进 A不合理；水果发酵会产生二氧化碳，所以 行发酵，过滤得到的滤液即为“酵素”。其可能 在酵素制作时容器内留下20%空间有防止 含有糖类、蛋白质、有机酸等成分，同时也会含 发酵液溢出造成杂菌污染的作用，B合理：根 有微生物代谢产生的有害物质，不一定都有益 据《酵素产品分类导则》可知，酵素是微生物 于人体健康，B错误：分析题干信息可知，“酵 发酵制得的含有特定生物活性的产品，但并 素”含有糖类，蛋白质、脂质、多肽、氨基酸、维生 不一定是酶，另外蛋白酶和脂肪酶不能被人 素等营养成分，这些物质都可从其他食物中获 体直接吸收，C不合理：发酵装置在阴凉处放 取，C错误：水果“酵素”进入人体中，经过消化 置时，发酵会产生二氧化碳，所以需要间隔 生成小分子有机物，再被细胞吸收利用，能够 一定时间放气，后期代谢强度减弱，产生的 增加营养，在美容、促进消化和提高免疫力上 二氧化碳减少，所以间隔时间可适当延长， 可能有一定的作用，但并不完全可信，D错误。 D不合理。 第2章 细胞工程 第1节 植物细胞工程 2.提示再分化属于细胞的分化过程，脱分化不 第1课时植物细胞工程的基本技术 属于细胞分化的过程，而是摆脱分化恢复未分 课前预习·自主落实 化状态。 [典题精练] [梳理教材] 1.D植物细胞表现全能性的条件：①离体的器 一、1.分子发育细胞器细胞器官 官、组织或细胞和适宜的外界条件；②一定的 2.完整生物体其他各种细胞选择性地表 营养（无机、有机成分）和植物激素。植物细胞 达3.(1)离体培养基上完整植株 经组织培养形成植物体，包括脱分化和再分化 (2)植物器官、组织或细胞愈伤组织①结 两个重要的过程，在这两个过程中细胞都是通 构和功能未分化②不定形的薄壁组织 过有丝分裂方式进行增殖的。 ③芽、根4.无菌水次氯酸钠0.5~1cm 2.解析(1)在微生物学中将接种于培养基内，在 131/2愈伤组织封口膜生芽生根 合适条件下形成的含特定种类微生物的群体 封口膜生长 称为纯培养物。由单一个体繁殖所获得的微 二、1.不同来源杂种细胞植物体2.细胞壁 生物群体。对于本实验来说就是根瘤菌繁殖 细胞壁杂种细胞(1)纤维素酶和果胶酶 : 得到的单菌落。 (2)①电融合法、离心法②聚乙二醇(PEG) (2)植物组织培养的过程先是脱分化形成念 高Ca2+一高pH3.流动 全能性4.生殖隔离 伤组织，后再分化形成试管苗。细胞全能性 [走近生活] 是指细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整 (1)/(2)×(3)/(4)×(5)/ 有机体或分化成其他各种细胞的潜能和 课堂探究·重难突破 特性。 探究点一[情境探究] (3)控制变量，因为甲组和乙组的区别是固氮 (1)提示由于形成层细胞分裂旺盛，全能性 菌，所以要保证培养液中没有氮源，探究的是 高，容易诱导形成愈伤组织，其他部分如叶、花 接种到试管菌上的根瘤菌是否具有固氨作用， 全能性低，不易培养成完整植株。 如果甲长得好，说明接种到试管菌上的根瘤能 (2)提示细胞分裂素和生长素。 具有固氨作用。 (3)提示植物组织培养是在细胞有丝分裂和 (4)微生物肥料除了能够促进植物生长，起到肥 细胞分化的基础上实现的，此过程并没有生殖 料的作用之外，能够减少化肥的使用，改良土 细胞的产生，所以是无性繁殖。 壤，保护环境。 (4)提示培养物一旦受到微生物的污染，这 答案(1)根瘤菌单菌落(2)脱分化再分化 些微生物会和外植体争夺培养基中的营养物 细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体 质，并且产生大量对外植体有害的物质，导致 或分化成其他各种细胞的潜能和特性 外植体死亡。 (3)无氮接种到试管苗上的根瘤菌具有固氮 [微思考] 作用(4)①促进植物生长，增加作物产量； 1.提示①离体；②人工配制的培养基；③适宜 ②能够减少化肥使用，改良土壤，减少污染，保 的培养条件：④无菌等。 护生态环境 @) 探究点二[情境探究] : 4.ABD目前植物体细胞杂交产生的杂种植株 (1)提示细胞膜的流动性。植物细胞的全 并没有完全表现出人们所需要的性状。 能性。 : 5.解析(1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和 (2)提示3种(AA、BB、AB) AB 果胶，可使用纤雏素酶和果胶酶去除细胞壁， (3)提示 四四 得到原生质体。(2)诱导原生质体融合的物理 (4)提示可育，通过体细胞杂交获得的植株 法包括电融合法、离心法等；化学法包括聚乙 为异源四倍体，含有司源染色体，可以正常 二醇融合法、高Ca+一高pH融合法等。融合 联会。 完成的标志是形成的杂种细胞再生出新的细 (5)提示打破生殖隔离，使不同种植物杂交 胞壁。将杂种细胞培育成杂种植株还需要使 成为可能 用植物组织培养技术，包括脱分化和再分化两 [典题精练] 个阶段，其中脱分化过程一般不需要光照，再 3.C在细胞融合前，必须先用纤雏素酶和果胶 分化过程要给予适当光照。(3)经花粉直接培 酶去除细胞壁，再诱导原生质体融合，A正确： 育的白莱一甘蓝植株，体细胞的染色体数为(20 人工诱导原生质体融合有物理法和化学法，用 高Ca2+一高pH溶液可促进细胞融合，B正 十18)÷2=19，不含同源染色体，这种植株通常 确；融合的细胞中有人参根一人参根细胞、人 不育，为使其可育，可通过使用秋水仙素使其 参根一胡萝卜根细胞、胡萝卜根一胡萝卜根细 染色体加倍，这种变异属于染色体变异。(4)植 胞，只有人参根一胡萝卜根细胞才是杂交细 物体细胞杂交技术和传统杂交技术相比的优 胞，C错误：杂交细胞含两种细胞的遗传物质， 点是打破生殖隔离、实现远缘杂交育种，培育 可能具有生长快速的优势，D正确。 植物新品种。 4.ABC植物细胞壁的主要成分是纤维素和果 答案(1)纤维素酶、果胶酶(2)聚乙二醇融 胶，根据酶的专一性原理，利用纤维素酶和果 合法、高Ca2+一高pH融合法形成的杂种细 胶酶可以除去植物细胞壁，获得具有活力的原 胞再生出新的细胞壁脱分化(3)19秋水 生质体，A正确：诱导原生质体融合可用化学 仙素染色体变异(4)打破生殖隔离、实现远 诱导剂PEG或高Ca+一高pH等方法，B正 缘杂交育种，培育植物新品种 确；形成的融合细胞经植物组织培养，脱分化 第2课时植物细胞工程的应用 形成愈伤组织，之后形成植株，C正确；甲、乙都 课前预习·自主落实 是二倍体，体细胞杂交得到的是异源四倍体， [梳理教材] D错误。 一、1.高效快速保持2.顶端分生区茎尖 随堂巩固·基础夯实 二、1.单倍体纯合二倍体稳定遗传育种 [课堂小结] 年限2.培养条件诱变因素射线、化学 离体适宜 愈伤组织脱分化原生质体 物质产生突变突变体新品种 生殖隔离 三、不是植物基本的生命活动所必需酚萜 [课堂巩固] 氮抗病色素低化学合成离体 1.C细胞的全能性由大到小依次是受精卵、生 单个植物细胞细胞团季节天气 殖细胞、体细胞。 [走近生活] 2.B该过程中愈伤组织的细胞全能性最高， (1)/(2)×(3)×(4)×(5)/ A正确：丁试管中是否为纯合子取决于所选外 植体的基因型，B错误：甲→乙为念伤组织的形 课堂探究·重难突破 成过程，愈伤组织的形成需要激素的刺激，C正 探究点一[情境探究] 确：甲→丁只发生有丝分裂，不发生减数分裂， (1)提示植物组织培养过程中细胞只进行有 D正确。 丝分裂，因此是一种无性繁殖的技术：无性繁 3.B愈伤组织是离体细胞经过脱分化形成的， 殖的后代其遗传物质组成与亲代一致。 A正确：形成愈伤组织的培养基含有机分子， (2)提示对于无性繁殖的作物，病毒在作物 B错误：愈伤组织经过再分化可以形成具有生 体内逐年积累，就会导致作物产量降低、品质 根发芽能力的胚状结构，C正确：线粒体中可进 变差。而植物顶端分生区附近的病毒极少，甚 行DNA复制、转录和翻译，核糖体中可进行翻 至无病毒，因此切取一定大小的茎尖进行组织 译，故愈伤组织细胞的线粒体和核糖体中可能 : 培养，再生的植物就有可能不带病毒，从而获 发生碱基互补配对，D正确。 得脱毒苗。