第2章 第1节 通过植物组织培养可获得完整植株（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（浙科版2019）

第一节　通过植物组织培养可获得完整植株 第二章 植物细胞工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 栏目索引 预习案 自主读教材 巩固案 总结与应用 探究案 互动探疑难 预习案 自主读教材 细胞 细胞器 细胞 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 基因 复制 细胞群体 无性 相同 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 人工配制 完整植株 增殖 细胞代谢产物 完整植株 遗传物质 遗传信息 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 温度 无菌 植物激素 次氯酸钠 氯化汞 无菌水 高压蒸汽 紫外灯 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 无机盐 有机营养成分 天然植物激素 人工合成的激素类似物 大 根 芽 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 第一次 转移到新的培养基 克隆 保持品种的优良性状 茎尖 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 体细胞胚 芽 愈伤组织 体细胞胚 人工胚乳 季节 大量 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 人工诱变 单倍体 秋水仙素 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 紫外灯 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 酒精 次氯酸钠 氯化汞 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 炼苗 育苗盘 试管苗 试管苗 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 × × × × 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 探究案 互动探疑难 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 返回导航 生物学 选择性必修3 Z 第二章 植物细胞工程 返回导航 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一、植物细胞的全能性使离体组织发育成完整植株成为可能 1．细胞工程 (1)方法技术：工程学的方法或技术 (2)操作对象：生物组织、_____和_______ (3)研究水平：_____水平 (4)特定产物：细胞产物、细胞、组织、器官或新生物体 2．“克隆”是指用幼苗或嫩枝以营养繁殖方式培育植物。 三层含义 ①分子水平_____的克隆：通常指通过重组DNA技术插入某载体的特定DNA片段，在宿主细胞中进行多次_____而形成的分子“群体”； ②细胞水平的克隆：指由一个细胞分裂形成的一个_________； ③个体水平的克隆：是指通过_____繁殖而得到的基因型_____的个体组成的群体。 3．植物组织培养 (1)定义：是指在无菌和人工控制条件下，将离体的植物体器官、组织或细胞等培养在________的培养基上，使其生成________或使其细胞____并产生____________的技术。 (2)理论基础：植物细胞的全能性 ①植物体的每个生活细胞都具有发育成________的潜能； ②已分化的细胞中________一般不发生改变，植物体的每个生活细胞都具有该植物所包含的全部的________。 4．组织培养的过程 二、离体植物器官、组织和细胞需在适宜条件下方可发育成完整的植株 1．植物细胞实现全能性的条件：①适宜的_____，②_____条件，③培养基中适宜浓度和配比的_________，④充分而全面的营养物质。 2．植物组织培养是在严格的无菌条件下进行的 ①外植体消毒：一定浓度的_________或次氯酸钠钙、_______和酒精是较常用的消毒剂。外植体经消毒后，需要用_______多次冲洗。 ②接种器具和培养基一般用_________灭菌。 ③接种室和操作台常利用_______照射灭菌。 3．植物组织培养需要适宜的营养条件 ①培养基中通常含有水、______、____________、琼脂、植物激素等物质 ②有机营养成分又包括糖类、氨基酸、维生素等。 4．植物激素调控细胞的脱分化和再分化过程。植物生长调节物质包括_____________和_____________________。 5．植物生长素类和细胞分裂素类物质是植物组织培养不可缺少的两类调节物质。生长素类和细胞分裂素类物质的比值___时，有利于___的形成；比值小时，则促进___的形成。 三、植物组织培养通过多种途径有效地提高生产效率 1．快速繁殖植物 (1)初代培养是指从植物体上分离下来的外植体的_______培养。 (2)继代培养就是将初代培养获得的培养物_________________上继续进行扩大培养。 (3)快速繁殖的过程就是植物_____的过程。 ④组织培养优点：可以很好地___________________。 2．植物脱毒 取材部位：取一定大小的_____进行培养 脱毒的原因：生长点附近病毒浓度很低，甚至无病毒 3．生产人工种子 (1)定义：人工种子是将植物离体培养产生的_________、___、_________等包埋在含有营养成分和保护功能的物质中而制成的。 (2)组成：通常人工种子包括_________、_________和人工种皮三部分。 (3)意义：人工种子生产过程不受_____限制，可以_____、快速繁殖优良品种。 4．细胞代谢产物的工厂化生产 5．作物新品种的培育 (1)在细胞和原生质体培养时进行_________，诱变频率大于个体或器官水平，而且在较小的空间内一次可处理大量材料。 (2)离体培养花药或花粉可获得_______，继续用_________处理单倍体植株，使染色体加倍，可获得纯合可育植株，从而大大缩短育种周期。 (3)离体的器官、组织、细胞、原生质体常作为外源基因的受体。 eq \a\vs4\al(四、活动：菊花的组织培养及幼苗的移栽) 方法步骤 1．菊花外植体的接种与培养 (1)实验前提前打开接种室和超净工作台的_______，照射20～30 min后关紫外灯。打开超净工作台的风机，5～10 min后进入接种室操作。 (2)用温水和肥皂洗手更换衣服，戴口罩，准备进行接种操作。 (3)开启超净工作台玻璃隔板，幅度为双手能伸进工作台操作方便即可。用75%酒精擦拭双手、台面及实验用具。 (4)准备无菌纸。 (5)外植体消毒：将带芽的菊花枝条剪成一定大小，在洗涤灵稀释液中浸泡2 min用流水冲洗干净后，在75%_____中消毒30 s，再用流水冲洗后置于10%_________溶液中消毒10 min，或者在0.1%_______溶液中消毒5～7 min，然后用无菌水多次冲洗。消毒后的材料应放在无菌纸或灭菌培养皿中待接种内容互换。 (6)分割外植体。 (7)接种。 (8)培养：将接种后的材料在_______________的条件下培养，每天光照10～12 h，观察记录外植体的生长状况，直至得到菊花小植物。 18～25 ℃ 2．试管苗的生根培养 (1)将装有试管苗培养瓶的瓶口用酒精擦拭消毒，打开瓶盖，瓶口过火焰，用灼烧后冷却的镊子夹取试管苗。 (2)在无菌纸上将试管苗分割成单株后，接种在生根培养基中，每瓶培养基插苗4～5棵。 (3)培养。 3．菊花试管苗的移栽 (1)_____。 (2)培养基质的灭菌。 (3)_______的准备。 (4)_______清洗。 (5)_______栽种。 (6)培养及管理。 1．判正误 (1)细胞工程可以通过在分子水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质。( ) (2)植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性。( ) (3)在植物组织培养过程中，细胞的遗传物质一般都发生改变。( ) (4)同一植物的不同体细胞经植物组织培养产生的植株基因型不同。( ) 2．微思考 (1)在生物体内，细胞并不表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官的原因是什么？ 提示　细胞全能性表达的基本条件之一是离体状态。例如：植株上的分生组织细胞在体内只能进行分裂分化，形成不同的组织，但不能表现出全能性，这是生物体内基因程序性表达的结果。 (2)不同植物、不同组织进行植物组织培养时，诱导生根和生芽使用的生长素和细胞分裂素浓度是否相同？ 提示　不相同，因为不同植物、不同组织对生长素和细胞分裂素的敏感程度不同。 任务驱动一　植物组织培养的原理和基本过程 1958年，美国植物学家斯图尔德和德国植物学家赖纳特利用胡萝卜根的韧皮部单细胞进行培养，得到了完整的胡萝卜植株。分析回答下列问题。 (1)为什么胡萝卜根的韧皮部单细胞在体外培养条件下能发育成完整植株？ 提示　已分化的细胞中遗传物质一般不发生改变，植物体的每个生活细胞都具有该植物包含的全部遗传信息，因而具有发育成完整植株的潜能。 (4)植物细胞表现出全能性的条件有哪些？ 提示　①离体；②人工配制的培养基；③适宜的温度；④无菌条件等。 (2)在胡萝卜的生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官的原因是什么？ 提示　在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择地表达。 (3)不同部位植物细胞的全能性是否相同？ 提示　不相同。分化程度不同的细胞全能性不同。 (5)请用流程图的形式写出愈伤组织再分化为完整植株的途径。 提示 细胞的全能性 (1)具有全能性的原因：一般生物体的每一个生活细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。 (2)现实表现：在生物的生长发育过程中，生物体内的细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官。这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞内的基因会选择性表达。 (3)不同细胞全能性的大小。 ①体细胞全能性：分化程度低的>分化程度高的，细胞分裂能力强的>细胞分裂能力弱的。 ②不同细胞的全能性：受精卵>胚胎干细胞>生殖细胞>体细胞。 ③不同生物的细胞全能性：植物细胞>动物细胞。 (4)全能性与细胞分化的关系：随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。 [特别提醒] ①植物组织培养的结果是产生完整植株或使外植体增殖并产生细胞代谢产物。 ②细胞具有全能性是因为细胞中具有发育成完整个体所必需的“全套基因”而不是“全部基因”，配子中有全套基因，因此仍然具有全能性。 下列有关细胞全能性的叙述，不正确的是(　　 ) A．受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高 B．生物体内的体细胞由于细胞分化，全能性不能表达 C．卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性最高 D．植物细胞在一定条件下离体培养能表现出全能性 C　[受精卵是个体发育的起点，在自然条件下，通过细胞的分裂、分化形成完整的个体，所以受精卵的全能性最高；体内的每一个体细胞(红细胞除外)都是由受精卵通过有丝分裂形成的，都含有发育成完整个体所必需的全部基因，理论上讲都应该具有全能性，但由于细胞分化，基因在不同的细胞中选择性表达，因而体细胞并没有表现出全能性；卵细胞在一定条件下，全能性比体细胞高，但与受精卵不同，卵细胞的分化程度也很高；分化的植物细胞尽管具有全能性，但如果全能性要表达，植物细胞必须在一定条件下进行离体培养。] [借题发挥] 1．(长句专练)什么是植物细胞的全能性？ 提示　植物细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体的潜能，即植物细胞具有全能性。 2．(科学探究)配子(卵和精子)中染色体数比正常体细胞减少了一半，配子是否还有全能性？为什么？ 提示　有。因为体细胞中染色体成对存在，配子染色体数虽减半，但仍含有完整的染色体组，具有控制生物性状的全套基因。 1．植物组织培养过程中的脱分化是指(　　 ) A．植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞的过程 B．未成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程 C．植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程 D．取植物的枝芽培育成一株新植物的过程 C　[植物组织培养中的“脱分化”过程是指离体的植物器官、组织、细胞培养产生愈伤组织的过程。] 2．下列事实中，可以体现细胞全能性的是(　　 ) ①利用胡萝卜韧皮部的细胞培育出植株　②转入抗虫基因的棉花叶肉细胞培育出植株　③番茄体细胞与马铃薯体细胞融合后培育出植株　④利用小麦花药离体培育出单倍体植株　⑤蜜蜂未受精的卵发育成雄蜂 A．只有①④⑤　　　 B．只有①②③ C．只有①②④⑤ D．①②③④⑤ D　[植物组织培养、杂交体细胞培育成植株、单倍体育种的原理都是细胞的全能性。①、④属于植物组织培养；②利用了基因工程和植物组织培养的方法；③利用了细胞融合和植物组织培养的方法；⑤是蜜蜂的孤雌生殖，体现了卵细胞的全能性，D项正确。] 任务驱动二　菊花的组织培养 虽然植物细胞具有全能性，若要使离体植物器官、组织或细胞生长发育成完整植株，必须提供适宜的条件。回答分析下列问题。 (1)为什么保证培养过程中植物材料不被污染是实验成功的基础？ 提示　外植体表面附着的多种微生物一旦带入培养基，在适宜的环境和营养条件下就会迅速增殖，导致实验失败。 (4)在菊花组织培养过程中，是否需要光照条件？ 提示　在愈伤组织的诱导阶段往往要避光培养，有利于细胞脱分化产生愈伤组织(如果是在光照条件下，容易分化产生维管等组织，不利于产生大量的愈伤组织)。当愈伤组织分化出芽和叶时，一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成。 (2)脱分化和再分化都属于细胞的分化过程吗？为什么？ 提示　再分化属于细胞的分化过程，脱分化不属于细胞分化的过程，而是摆脱分化恢复未分化状态。 (3)如何调控离体植物细胞的脱分化和再分化？ 提示　植物激素调控细胞的脱分化和再分化过程，主要是通过调控培养基中生长素和细胞分裂素(或人工合成的激素类似物)的浓度和配比来实现的。 1．生长素和细胞分裂素的用量 生长素和细胞分裂素的比值 作用效果 大 促进根的分化，抑制芽的形成 小 促进芽的分化，抑制根的形成 适中 促进愈伤组织的形成 2．菊花组织培养实验的注意事项 (1)条件控制：植物组织培养过程中光照条件的控制非常重要，包括光照强度、光照时间和波长。培养过程中要在18～25 ℃条件下，每天光照10～12 h。 (2)取材：含形成层(分生组织)的部位易于诱导形成愈伤组织。尽管植物体其他已分化的部位也可以用于组织培养，但诱导愈伤组织的形成比较困难。 (3)消毒和灭菌：培养基中含有丰富的营养物质，不仅有利于培养物的生长，也有利于各种杂菌的生长。一旦污染，迅速生长的各种杂菌不仅会与培养物争夺营养，而且会产生大量对培养物有害的物质，导致培养物死亡。 (2022·浙江卷)下列关于菊花组织培养的叙述，正确的是(　　) A．用自然生长的茎进行组培须用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠的混合液消毒 B．培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换 C．组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石带菌量低且营养丰富 D．不带叶片的菊花幼茎切段可以通过器官发生的途径形成完整的菊花植株 D　[用自然生长的茎进行组织培养，可取一茎段在70%乙醇中浸泡10 min，再放入5%次氯酸钠溶液中浸泡5 min，然后用另一瓶5%次氯酸钠溶液浸泡5 min，最后在超净台中用无菌水清洗，A错误；培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入但不能阻止瓶内外的气体交换，B错误；蛭石不能为组培苗提供营养物质，C错误；不带叶片的菊花幼茎切段可以脱分化后再分化出根、叶等器官，最终形成完整的菊花植株，为器官发生途径，D正确。] [借题发挥] 1．(长句专练)植物组织培养的培养基的碳源为何是有机碳源？是不是成分一直不变？ 提示　即使外植体为绿色组织，在培养过程中也往往会逐渐失去叶绿素而使其光合作用受到阻碍，因此，植物需要依赖于培养基中的有机碳源，而糖类既可作为碳源和能源物质，又参与维持培养基的渗透压。培养过程中，根据不同的培养类型，植物不同的营养需求，设计不同的培养基。在设计培养基时，最常改动的成分就是植物激素类物质的种类和比例。 2．(科学探究)体细胞组织培养和花药离体培养分别属于什么生殖方式？ 提示　前者属于无性生殖，后者属于有性生殖。 1．植物组织培养过程中，下列有关叙述不正确的是(　　 ) A．在脱分化过程中，组织细胞的全能性不断增强 B．植物组织培养通常用一定浓度的蔗糖溶液作碳源 C．植物组织培养需用无菌水对消毒后的外植体多次漂洗 D．植物组织培养技术可突破物种间的生殖隔离 D　[脱分化过程中细胞的分化程度降低，组织细胞的全能性不断增强，A项正确；在植物组织培养实验中，通常用一定浓度的蔗糖溶液作碳源，B项正确；为了避免微生物污染，植物组织培养实验中需使用无菌水对消毒后的外植体进行多次漂洗，C项正确；一般来说，植物组织培养技术属于无性生殖，可以保留母本的优良性状，但不会突破物种间的生殖隔离，D项错误。] 2．(2021·湖北高考)月季在我国享有“花中皇后”的美誉。为了月季某新品种的快速繁殖体系，以芽体为外植体，在MS培养基中添加不同浓度的6－BA和IBA进行芽体增殖实验，芽分化率(%)结果如表。 6－BA/(mg·L－1) lBA/(mg·L－1) 0. 1 0.2 0.3 0.4 0.5 1.0 31 63 58 49 41 2.0 40 95 76 69 50 3.0 37 75 64 54 41 4.0 25 35 31 30 25 5.0 8 21 12 8 4 关于上述实验，下列叙述错误的是(　　 ) A．6－BA浓度大于4.0 mg·L－1时，芽分化率明显降低 B．6－BA与IBA的比例为10∶1时芽分化率均高于其他比例 C．在培养基中同时添加适量的6－BA和IBA，可促进芽分化 D．2.0 mg·L－16－BA和0.2 mg·L－1IBA是实验处理中芽分化的最佳组合 B　[据表可知，6－BA浓度为从4.0 mg·L－1到5.0 mg·L－1时，芽分化率降低非常明显，故6－BA浓度大于4.0 mg·L－1时，芽分化率明显降低，A正确；当6－BA与IBA的比例为10∶1时，芽分化率为31%、95%、64%、30%、4%，因此6－BA与IBA的比例为10∶1时，芽分化率不一定都高于其他比例，B错误；6－BA与IBA的比例会影响芽的分化率，因此在培养基中同时添加适量的6－BA和IBA，可促进芽分化，C正确；芽分化率为95%是最高的，此时6－BA和IBA分别为2.0 mg·L－1、0.2 mg·L－1，是实验处理中芽分化的最佳组合，D正确。] 知识网络构建 关键知识积累 1.植物组织培养是指在无菌和人工控制条件下，将离体的植物体器官、组织或细胞等培养在人工配制的培养基上，使其生成完整植株或使其细胞增殖并产生细胞代谢产物的技术。 知识网络构建 关键知识积累 2.离体条件下已分化的细胞经过诱导，失去特有的结构和功能，重新获得分裂 能力，称为脱分化。愈伤组织细胞在一定条件下，可重新分化为各种类型的细胞，进而形成芽或根等，再生出新的植株，这个过程称为再分化。 3.植物体的每个生活细胞都具有该植物所包含的全部的遗传信息，因而具有发育成完整植株的潜能，这就是植物细胞的全能性。 1．(2022·浙江卷)农作物秸秆的回农作物秸秆的回收利用方式很多，其中之一是将秸秆碎化后作为食用菌的栽培基质。碎化秸秆中纤维所起的作用，相当于植物组织培养中固体培养基的(　　) A．琼脂＋蔗糖　　　 B．蔗糖＋激素 C．激素＋无机盐 D．无机盐＋琼脂 A　[碎化秸秆中的纤维不仅可以为食用菌提供碳源，还可以作为食用菌附着的介质，A符合题意。] 2．培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是(　　) A．组织培养 B．植物体细胞杂交 C．显微注射 D．核移植 A　[由于植物分生组织中病毒很少或没有病毒，常用茎尖通过组织培养技术培育脱毒苗；植物体细胞杂交通常用于培育杂种个体；显微注射技术常用于基因工程，培育转基因生物；核移植技术常用于培养克隆动物。A项符合题意。] 3．将紫草细胞进行细胞培养，诱导其脱分化产生愈伤组织，再对愈伤组织进行悬浮培养使其大量增殖，以获取大量的紫草宁。下列关于紫草宁的工厂化生产的叙述，错误的是(　　 ) A．细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一 B．培养过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞 C．培养的愈伤组织需要经过再分化产生特定的组织细胞后才能产生特定的细胞产物 D．培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分 C　[细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一，A项正确；培养过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞，B项正确；培养的愈伤组织不需要再分化就能产生特定的细胞产物，C项错误；培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分，D项正确。] 4．(2021·广东高考)白菜型油菜(2n＝20)的种子可以榨取食用油(菜籽油)。为了培育高产新品种，科学家诱导该油菜未受精的卵细胞发育形成完整植株Bc。下列叙述错误的是(　　 ) A．Bc成熟叶肉细胞中含有两个染色体组 B．将Bc作为育种材料，能缩短育种年限 C．秋水仙素处理Bc幼苗可以培育出纯合植株 D．自然状态下Bc因配子发育异常而高度不育 A　[白菜型油菜(2n＝20)的种子，表明白菜型油菜属于二倍体生物，体细胞中含有两个染色体组，而Bc是通过卵细胞发育而来的单倍体，其成熟叶肉细胞中含有一个染色体组，A错误；Bc是通过卵细胞发育而来的单倍体，秋水仙素处理Bc幼苗可以培育出纯合植株，此种方法为单倍体育种，能缩短育种年限，B、C正确；自然状态下，Bc只含有一个染色体组，细胞中无同源染色体，减数分裂不能形成正常配子，而高度不育，D正确。] 5．如图是植物组织培养的简略表示。据此回答： ① eq \o(――――→,\s\up15(脱分化),\s\do5(　　　)) ② eq \o(――――→,\s\up15(再分化),\s\do5(　　　)) ③―→④ (1)①表示________________________，它能被培养成为④的根本原因是__________________。 (2)②表示____________，它与①相比分化程度________，全能性________。 (3)若想制作人工种子，应该选用(填编号)________。 (4)若①是花药，则④是____________，继续对其使用____________处理可获得__________的正常植株，该过程称为____________。 解析　(1)①表示离体的植物组织或器官，它能被培养成为④的根本原因是植物细胞具有全能性。(2)②表示愈伤组织，它与①相比分化程度低，全能性高。(3)若想制作人工种子，应该选用③胚状体。(4)若①是花药，则④是单倍体植株，由于单倍体植株高度不育，对其使用秋水仙素处理可获得纯合的正常植株，该过程称为单倍体育种。 答案　(1)离体的植物组织或器官　植物细胞具有全能性 (2)愈伤组织　低　高　(3)③　(4)单倍体植株　秋水仙素　纯合　单倍体育种 $$