第2章 第1节 第2课时 植物细胞工程的应用-【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）

@ 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，可使用纤维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，含有同源染色体，可以正常 二醇融合法、高Ca2+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，必须先用纤维素酶和果胶 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； 育的白菜一甘蓝植株，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Ca2十一高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，培有 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Ca2+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。 to [典题精练] 随堂巩固·基础夯实 1.A将兰花的芽尖组织经植物组织培养技术培 [课堂小结] 育成兰花幼苗，可以达到快速繁殖的目的，属 微型单倍体育种次生 于快速繁殖，A正确；水稻种子萌发并长成新 [课堂巩固] 个体、扦插的葡萄枝长成新个体均没有使用植 1.D分生组织离体培养获得种苗的过程中细胞 物组织培养技术，不属于快速繁殖，B、C错误； 柳树芽发育成枝条，没有发育成新植株，不属 通过有丝分裂方式增殖，不会发生减数分裂， 于快速繁殖，D错误。 ①正确，②错误；该过程采用了植物组织培养 2.A在不同的培养阶段，培养基中激素种类和 技术，其原理是植物细胞的全能性，③正确；再 比例不同，生长素和细胞分裂素的比例高时， 分化过程涉及细胞的分化，④正确；通常情况 利于根的分化，比例低时，利于芽的分化，A正 下，培育脱毒苗的过程没有涉及基因突变和染 确；脱分化过程中不需要光照，不能进行光合 色体变异，⑤、⑥错误。 作用，B错误：培育脱毒苗时依据的原理是细胞： 2.A培养红豆杉的愈伤组织，可以从中提取紫 的全能性，C错误；0.3~0.5mm的茎尖最有利 杉醇，用于紫杉醇的工业化生产，A正确；红豆 于获得无病毒的特性，不是抗病毒的特性， 杉体细胞和花粉经植物组织培养获得的念伤 D错误。 组织基因型不相同，B错误；外植体需要用体积 探究点二[情境探究] 分数为70%的酒精、质量分数为5%左右的次 1.(1)提示可用适宜浓度的秋水仙素处理幼苗 诱导其染色体加倍，也可低温诱导染色体加： 氯酸钠消毒处理，C错误；MS培养基中的大量 倍。其原理都是抑制纺锤体的形成。 元素、微量元素和有机成分均可先配制成一定 (2)提示因为愈伤组织细胞处在分裂过程中， 倍数的母液，D错误。 细胞要进行DNA分子复制，因此更易发生突 3BA项可以，即进行扦插繁殖；B项不能，花粉 变。由于突变是不定向的，产生的变异不一定 粒培养得到的是单倍体，单倍体生长瘦弱，可 符合需要。 能会影响观赏品质；C项可以，即嫁接繁殖； 2.(1)脱分化植物激素（或生长素和细胞分 D项可以，即快速繁殖。 裂素) 4.ACD愈伤组织生长的原理是细胞增殖，A错 (2)高产紫杉醇 误；念伤组织培养过程要在无菌条件下进行， (3)植物细胞培养细胞增殖 B正确；光照会抑制愈伤组织的形成，并降低紫 (4)提示不能。获得紫杉醇的过程中离体的 杉醇含量，C错误；培养基中的有机物能为愈伤 外植体并未发育成完整个体或分化成其他各 种细胞，故并未体现细胞的全能性。 组织提供能量和营养，D错误。 [典题精练] 5.解析(1)自然界中所有生物共用一套遗传密 3.B过程①是花粉离体培养，获得单倍体幼苗 码，因此一种生物的基因能在另一种生物体内 A,其基因型有AB、Ab、aB、ab四种，过程②经 表达。(2)在植物体细胞杂交前需用纤雏素酶 过诱导染色体数目加倍获得纯合的植株B, 和果胶酶除去细胞壁获得原生质体；诱导植物 B错误。 原生质体融合常用的化学试剂是聚乙二醇。 4.B②表示人工诱变过程，但基因突变是不定 杂种细胞形成的标志是再生出细胞壁，而植物 向的，B错误。 细胞壁的形成与高尔基体有关。(3)⑤过程中 5.ACD细胞全能性以细胞发育成个体或分化 将杂种细胞培育成杂种植株需要采用植物组 成其他各种细胞为标志，而图中并没有体现细 织培养技术，该过程除了在培养基中添加营养 胞的全能性，A错误；过程①是脱分化，而决定 物质外，还需要添加植物激素（或生长素和细 植物脱分化和再分化的关键因素是培养基中 植物激素的种类和比例，因此该过程需控制好」 胞分裂素)。(4)植物体细胞杂交的优点是可以 培养基中植物激素的比例，经该过程细胞的形 克服远缘杂交不亲和的障碍。 态和结构发生了变化，转变成未分化的细胞， 答案(1)所有生物共用一套遗传密码(2)酶 进而形成不定形的薄壁组织团块，B正确，C错 解聚乙二醇（或PEG)再生出细胞壁高 误；过程③需使用液体培养基，有利于细胞增 尔基体(3)植物激素（或生长素和细胞分裂 殖，D错误。 素)(4)克服远缘杂交不亲和的障碍 10第2章 细胞工程© 第2课时 植物细胞工程的应用 1.举例说明植物细胞工程的应用有效提高了生产效率 社会责任 学习目标 2.列举植物细胞工程在作物新品种培有方面的应用 生命观念 3.概述细胞产物的工厂化生产的原理 科学思维 必备知识 课前预习·自主落实 素养初成 腕理教材 温餐提尿 一、植物繁殖的新途径 单倍体育种与多倍体育种的异同 1.快速繁殖 (1)相同点：单倍体有种和多倍体有种均需要用秋 水仙素诱导染色体数目加倍。 含义 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。 又称为微型繁殖技术 (2)不同点：单倍体有种需要植物组织培养先形成 快 特点 可以 地实现种苗的大量繁殖 单倍体幼苗，但多倍体育种一般不使用植物组织培 可以 优良品种的遗传特性 养技术。 些优良的观赏植物、经济林木，无性繁殖 2.突变体的利用 成果 作物和濒危植物等都实现了利用快速繁殖 技术来提供苗木。甘蔗、桉树和铁皮石解 在植物的组织培养过程中，培养细胞易 等试管苗的生产，已形成一定的规模 原理 受 和 (如 2.作物脱毒 等)的影响而 筛选出对人们有用的 进而培育 原理 科学家发现植物 附近（如茎尖的 利用 病毒极少，甚至无病毒 成 方法 切取一定大小的进行组织培养，再生的 实例抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等 植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗 物脱毒 三、细胞产物的工厂化生产 目的提高作物的产量和品质 目前采用茎尖组织培养技术脱去病毒，已在 含义植物代谢产生一些一般认为 成果马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等 的产物 许多作物上获得成功 本质是一类小分子有机化合物（如类、类和 温馨提示 含化合物等) 作用厂在植物 抗虫等方面发挥作用 脱毒苗≠抗毒苗 代 L是很多药物、香料和 等的重要来源 脱毒苗是选择植物的顶端分生区（几乎不含有 物 般不是植物基本生命活动所必需的物质 病毒)进行组织培养而获得的，属于细胞工程的范 特点 含量很 畴；而抗毒苗是把某抗病基因导入植物细胞，属于 生 有些产物不能或难以通过 途径 基因工程的范畴。 方 得到 二、作物新品种的培育 含义在 条件下对 或 1.单倍体育种 进行培养使其增殖的技术 ,一般培养至愈伤组织 过 花药（或花粉）离体培养 植株 物 细 特点不占用耕地，儿乎不受 等的限制 程 人工诱导 染色体加倍 植株选择优良品种 意义对于社会、经济和环境保护具有重要意义 养 ①后代是纯合子，能 成果紫草宁、紫杉醇和人参皂苷等都已实现了工 ②极大地缩短了 节约了大量的 厂化生产一具有高抗癌活性、从愈伤组织 人力和物力 中获得 33 ○生物学·选择性必修3生物技术与工程（配RJ版） 走园生活 (2)作物脱毒后不再感染病毒 马铃薯、草莓和香蕉通常是使用无性 (3)单倍体育种只是为了获得单倍体 繁殖的方式进行繁殖的，种植的世代多了 () 以后往往因感染病毒而减产，其产量会越 (4)植物的次生代谢物主要是酚类、萜类和 来越低，品质会越来越差。为此农户都希 含氮化合物等小分子有机物，是其基本生 望得到无病毒的幼苗进行种植。而其茎尖 命活动所必需的物质 () 几乎不含病毒，可以通过组织培养获得脱 (5)紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内 毒苗。结合所学知识判断： 的一种次生代谢物，具有高抗癌活性， (1)快速繁殖不仅可以高效、快速地实现种 苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗 现已被广泛用于乳腺癌等癌症的治疗 传特性 关健能力 课堂探究·重难突破 素养培优 探究点一 植物繁殖的新途径 情境探究 归纳总结 生姜是药食两用的经济作物，在生产 比较快速繁殖与作物脱毒 上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒 快速繁殖 病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢， 繁殖新途径 作物脱毒 (微型繁殖) 一般减产30%~50%。病毒引起的植物 取材 取材广泛 顶端分生区附近 病害有500多种。病毒多集中在种子、老 高效、快速地实现 叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组 获得高产、优 种苗的大量繁殖； 优点 质的无病毒 织中较少，在分生区几乎不含病毒。而植 保持优良品种的遗 传特性 植物 物组织培养技术就能达到快速繁殖和作物 脱毒的目的。 技术 植物组织培养 探究下列问题： 典题精练 (1)为什么植物微型繁殖技术可以保持优 良品种的遗传特性？ 1.下列属于植物快速繁殖技术的是( A.用兰花的芽尖组织培育兰花幼苗 B.水稻种子萌发并长成新个体 C.扦插的葡萄枝长成新个体 (2)作物培养过程中为什么要进行作物脱 D.柳树芽发育成枝条 毒？如何进行作物脱毒？ 2.为给工厂化繁殖脱毒甘薯苗提供技术上的 支持，科研人员利用植物组织培养技术研 究甘薯茎尖（外植体）大小对诱导分化苗和 脱毒苗的影响，结果如表所示，下列相关叙 述正确的是 34 第2章细胞工程● 茎尖大小 外植体 分化苗 脱毒苗 B.脱分化过程中应给予充足光照使其进 数/个 数/苗 数/苗 行光合作用 小于0.3mm 20 1 1 C.培育脱毒苗时依据的原理有基因突变 0.30.5mm 20 10 7 大于0.6mm 20 13 和细胞的全能性 4 A.在不同的培养阶段，培养基中生长素和 D.0.3~0.5mm的茎尖最有利于获得抗 细胞分裂素的比例不同 病毒的特性 探究点二 作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产 情境探究 (2)②过程为将愈伤组织分散成单个细胞， 同时需要筛选出 的细胞。 1.下图为植物细胞工程中突变体的利用过 (3)③过程为 ,其所依据 程，探究下列问题： 的原理是 诱变处理 (4)生产紫杉醇的过程能否体现植物细胞 外植体脱分化 愈伤组织 一突变体 培方新品种 的全能性？说出你的理由。 诱导分化 (1)花药离体培养获得的单倍体幼苗如何 诱导染色体加倍？原理是什么？ 归纳总结 1.初生代谢与次生代谢的区别 (2)为什么用物理或化学因素处理愈伤组 初生代谢 次生代谢 P 织更易诱发突变？产生的变异一定符合需 生物生长和生存 意义 必需的代谢活动 ◆不是生物生长所必需的代 要吗？ 不同 谢活动 在整个生命过程 时空 一般在特定的组织和器官 中一直进行 不同司◆中，并在一定的环境和条 糖类、脂质、蛋◆ 产物 件下才进行 ◆酚类、萜类和含氮化合物等 白质和核酸等 不同 2.紫杉醇是目前已发现的最优秀的天然抗癌 2.植物组织培养与植物细胞培养的比较 药物，在临床上已经广泛应用于乳腺癌、卵 项目 植物组织培养 植物细胞培养 巢癌和部分头颈癌和肺癌的治疗，如图是 目的 获得植物体 获得细胞产物 通过植物细胞工程技术工厂化生产紫杉醇 培养基 固体培养基 液体培养基 的途径。探究下列问题。 外植休靓分化愈伤组织 外植体腿分化愈伤始养 紫杉 高产 细胞 组织悬浮细胞 ① 愈伤 ② 单个 舞 外植 细胞 分泌 提 过程 再分化 代 养 组织 细胞 取 幼苗。—胚状体 细胞产物·一细胞辉 体 群 物 醇 (1)图中①过程为 ,该过程需控制 各种转基因植 实例 人参皂苷的生产 物、脱毒苗 好培养基中 的比例。 35 ○生物学·选择性必修3生物技术与工程（配RJ版） 典题精练 A.①过程需用纤维素酶和果胶酶的混合 物处理 3.如图是利用某种植物（基因型为AaBb)产 B.②过程能定向诱导原生质体产生有利 生的花粉进行单倍体育种的示意图。据图 突变 判断，下列叙述错误的是 () C.③过程中叶肉细胞失去了其特有的结 花粉D幼苗A②植株B 构和功能 A.过程②通常使用的试剂是秋水仙素，作 D.④过程需用适宜配比的生长素和细胞 用时期为细胞有丝分裂前期 分裂素处理 B.通过过程①②得到的植株既有纯合子 5.(不定项)如图是通过植物细胞工程技术获 又有杂合子 得紫杉醇的途径，下列叙述不正确的是 C.过程①属于植物的组织培养，在此过程 ( ) 中必须使用一定量的植物激素或植物 红豆衫①愈伤②单个③高产细 细胞分提取 紫杉 生长调节剂 外植体 组织 细胞 胞群 泌物 D.与杂交育种相比，该育种方法的优点是 A.该途径依据的原理是植物细胞具有全 能明显缩短育种的年限 能性 4.(2024·石家庄高二月考)如图表示利用棉 B.过程①需控制好培养基中植物激素的 花叶肉细胞原生质体培养进行遗传改良的 过程。据图分析，下列叙述错误的是 比例 ( C.经过程①细胞的形态和结构未发生 紫外线照射 变化 D.过程③需使用固体培养基，有利于细胞 棉花叶① 肉细胞 ·原生质体 包防织根、芽蝴结 增殖 查福补缺 随堂巩固·基础夯实 素养提升 [课堂小结] [课堂巩固] 1.(2024·河北九校联考)甘薯种植多年后易 植物繁殖 繁殖 植 的新途径 积累病毒而导致品种退化。为保证甘薯的 作物脱毒 品质和产量，目前生产上采用茎尖分生组 胞 作物新品 织离体培养的方法快速繁殖脱毒种苗。通 种的培育 程的 突变体的利用 常情况下与这一过程无关的是 () ①有丝分裂②减数分裂③全能性 用 细胞产物 代谢物 的工厂化 ④分化⑤基因突变 ⑥染色体变异 生产 植物细胞培养 A.①②③ B.④⑤⑥ C.①③④ D.②⑤⑥ 36 第2章细胞工程● 2.(2024·泰安高二检测)红豆杉的细胞提取 下列叙述错误的是 ( 物紫杉醇是重要的抗癌药物之一。红豆杉 A.愈伤组织生长的原理是植物细胞具有 可通过播种的方法进行繁殖，但生长速度 全能性 缓慢，而植物组织培养技术可实现其大规 B.愈伤组织培养过程要在无菌条件下 模培养。下列有关叙述正确的是() 进行 A.培养红豆杉的愈伤组织可用于紫杉醇 C.光照能促进愈伤组织的生长并提高紫 的工业化生产 杉醇含量 B.红豆杉不同部位的细胞经植物组织培 养获得的愈伤组织基因型相同 D.培养基中的有机物仅能为愈伤组织提 C.培养基需要用高压蒸汽灭菌，外植体需 供能量 要用50%乙醇、5%次氯酸钠消毒处理 5.为培育出含3胡萝卜素的“黄金大米”，科 D.培养过程中采用的MS培养基中的微 研人员提出以下两套培育方案。请分析回 量元素和有机成分均可先配制成一定 答下列问题」 倍数的母液，用时稀释，而大量元素不 甲方案： 需要配制母液 玉米体细胞①B胡彩下②，水稻体细胞③，“黄叁 素基因 大米 乙方案： 3.某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获 玉米体细胞 得成熟种子。为尽快推广种植，可应用多 水稻体细胞 ④，杂种细胞⑤“黄金大米 种技术获得大量优质苗，下列技术中不能 (1)甲方案中，β胡萝卜素基因能在玉米和 选用的是 水稻体内出现相同表达结果的原因是 A.利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗 B.采用花粉粒组织培养获得单倍体苗 (2)乙方案中，在体细胞杂交前需要用 C.采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物 法除去细胞壁获得原生质体，诱导原 体上 生质体融合的化学试剂常用 D,采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织 。杂 培养 种细胞形成的标志是 ,与该过程 4.(不定项)紫杉醇是一种高效抗癌的药物。 密切相关的单层膜细胞器为 国内某团队研究光照条件对红豆杉愈伤组 (3)通过⑤获得“黄金大米”幼苗过程中，除 织生长和紫杉醇含量的影响，实验结果 了在培养基中添加营养物质外，还需要添 如表： 加 光照 接种干 收获干 紫杉醇含 (4)植物体细胞杂交在育种工作中具有广 条件重/(g·L1)重/(g·L1) 量/%（干重） 泛的应用价值，其突出的优点是可以 光照 4.33 9.13 0.0070 黑暗 4.38 12.10 0.0164 请完成[知能达标训练]作业（六） 37