2026届高三生物一轮复习课件：第48讲 植物细胞工程

2026高考一轮复习 第48讲 植物细胞工程 2 1 3 植物组织培养技术 植物体细胞杂交技术 植物细胞工程的应用 目 录 contents 植物组织培养技术 考点1 考点梳理 考点1 植物组织培养技术 1、细胞工程的概念 原理和方法 操作水平 目的 分类 细胞生物学、分子生物学和发育生物学 细胞器水平、细胞水平或组织水平 获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品 植物细胞工程和动物细胞工程 考点1 植物组织培养技术 2、细胞的全能性 （1）概念 细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。 （2）细胞具有全能性的原因 生物体的每个细胞中都含有发育成完整个体所需的全套基因，即要有细胞核。 （3）不同细胞的全能性比较 ①受精卵＞胚胎干细胞＞生殖细胞＞体细胞 ②植物细胞＞动物细胞 ③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 ④全能性与细胞分化的关系：一般情况下，随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性_________。 分化程度越低，全能性表达越容易。 考点1 植物组织培养技术 逐渐降低 考点1 植物组织培养技术 （4）生物体内细胞并不都表现全能性原因： 在生物体生长发育过程中，并不是所有细胞都表现出全能性。 实例：芽原基的细胞只能发育为芽；叶原基的细胞只能发育为叶；种子发育成植株。（均不体现细胞的全能性） 原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达。 （5）表现出全能性的条件： ①离体；②一定的营养物质（碳源一般为蔗糖）、植物激素； ③适宜的温度、pH、光照等外界条件；④无菌环境。 提供能量和碳源；维持相对适中的渗透压；减少微生物污染 3、植物组织培养技术 （1）概念 （2）原理： 考点1 植物组织培养技术 将离体的 等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成 的技术。 植物细胞的 。 植物器官、组织或细胞 完整植株 全能性 生殖方式： 无性生殖 分裂方式： 有丝分裂 一般为茎尖、根尖、叶片、花药等分化程度低的外植体，容易诱导产生愈伤组织。 （3）基本过程 考点1 植物组织培养技术 ①脱分化：已经分化的细胞失去其特有的 ，转变成 的细胞，进而形成愈伤组织的过程。 ②愈伤组织：脱分化产生的细胞排列疏松且无规则、高度液泡化的 团块。细胞分裂分化能力强，存在细胞壁。 ③再分化：愈伤组织重新分化成 等器官的过程。 外植体（离体培养的植物器官、组织或细胞） 脱分化 愈伤组织 再分化 芽、根 完整 植株 结构和功能 未分化 不定形的薄壁组织 芽、根 一般不需要光照 一般需要光照 （4）植物激素在植物组织培养中的作用 考点1 植物组织培养技术 生长素 细胞分裂素 比值适中 比值低 比值高 促进愈伤组织的形成 促进芽的分化，抑制根的形成 促进根的分化，抑制芽的形成 浓度、比例都会影响植物细胞的发育方向 顺序一般为先生芽后生根 （5）操作实例——菊花的组织培养 考点1 植物组织培养技术 无菌水 次氯酸钠 无菌水 0.5～ 1cm 1/3～1/2 愈伤组织 封口膜 外植体不能灭菌只能消毒 固体培养基 注意外植体的方向，不要倒插！ （将“形态学上端”朝上，下端朝下） （5）操作实例——菊花的组织培养 考点1 植物组织培养技术 生 芽 生根 封口膜 壮苗 需更换培养基 各培养基条件： 注意：不是所有植物组织培养都需要加入植物激素，如菊花的组织培养较为容易可以不加植物激素。 考点1 植物组织培养技术 ①愈伤组织培养基： ②生芽培养基： ③生根培养基： 生长素和细胞分裂素比例接近1：1、黑暗、 提供有机碳源（蔗糖） 细胞分裂素比例多、有机碳源、需光照（有利于叶片内叶绿素的合成）； 生长素比例多、无机碳源、需光照。 考点1 植物组织培养技术 （5）操作实例——菊花的组织培养 ①诱导菊花愈伤组织的培养基：在MS培养基中加入BA(苄基腺嘌呤)和NAA(萘乙酸)，质量浓度均为0.5 mg/L。 ②诱导菊花生芽的培养基：在MS培养基中加入BA和NAA，质量浓度分别为2～3 mg/L和0.02～0.3 mg/L。 ③诱导菊花生根的培养基：将上述MS培养基中NH4NO3、KNO3、KH2PO4、MgSO4·7H2O和CaCl2·2H2O的用量减半，并添加NAA或IAA(吲哚乙酸)，质量浓度均为0.1 mg/L。 （1）接种3~4d后，若发现外植体被污染，则原因可能是： （2）在进行植物组织培养的实验时，要严格控制杂菌污染的原因是______________________________________________________________。 培养基、接种工具灭菌不彻底； 外植体消毒不彻底； 操作过程不符合无菌操作要求等。 杂菌在培养基上生长争夺营养，杂菌产生的物质影响植物组织的生长 题型剖析 植物体细胞杂交 考点2 考点梳理 考点2 植物体细胞杂交 1、概念 2、过程 将 的植物体细胞，在一定条件下融合成 ，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。 不同来源 杂种细胞 考点2 植物体细胞杂交 2、过程 （1）去除细胞壁 方法： 原理： 目的： 原因： 酶解法，用纤维素酶和果胶酶水解。一般会加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，所以酶溶液渗透压：等渗或略高渗溶液，为了保持原生质体正常。 利用酶的专一性，植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成。 去除细胞壁，获得原生质体。 细胞壁阻碍了原生质体间的融合。 考点2 植物体细胞杂交 （1）去除细胞壁 ①原生质体： ②原生质层： 成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质 植物细胞除去细胞壁后的结构 原生质体 细胞壁 细胞膜 细胞质 液泡 细胞核 原生质层 考点2 植物体细胞杂交 （2）诱导原生质体融合 方法： 原理： 物理方法：①电融合法 ②离心法等 化学方法：①聚乙二醇(PEG)融合法 ②高Ca2+—高pH融合法 细胞膜具有一定的流动性 是杂交过程中的关键环节 考点2 植物体细胞杂交 （3）再生细胞壁 植物细胞融合完成的标志： 直接参与细胞器： 融合的原生质体重新产生细胞壁，才形成杂种细胞。 高尔基体 体细胞融合成功后培养基中有多种细胞类型，其中未融合的细胞(A、B)；两两融合的细胞(AA、BB、AB)；多细胞融合体。而真正符合要求的是 ，因此要对融合细胞进行筛选。 AB （4）植物组织培养 考点2 植物体细胞杂交 细胞杂交完成的标志： 培育成新植物体 植物细胞融合 植物组织培养 原理：细胞膜的流动性 原理：细胞的全能性 考点2 植物体细胞杂交 3、杂种植物遗传物质的变化 生殖类型 变异类型 染色体数 染色体组数 基因组成 无性生殖 染色体数目变异 两亲本染色体数之和。2n+2m 两亲本染色体组数之和。2+2 两亲本基因型之和。AaBbCcDd 遗传特性：杂种植株中含有两种植物的 ，故杂种植株具备两种植物的遗传特性。 遗传物质 有几个染色体组就称为几倍体，属于异源多倍体，所以杂种植株减数分裂时染色体无法正常联会。 考点2 植物体细胞杂交 4、意义和局限性 ①意义：在打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。 ②局限性：目前有许多理论和技术未解决，还不能让杂种植物按照人们的需要表现出双亲的性状。 因为基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达会相互干扰。 植物组织培养 植物体细胞杂交技术 原理 过程 意义 联系 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 植物细胞的全能性 离体的植物器官、组织或细胞 愈伤组织 脱分化 再分化 根、芽 植物体 生长发育 植物细胞A 植物细胞B 原生质体A 去壁 原生质体B 去壁 人工诱导 融合的原生质体AB 杂种细胞AB 愈伤组织 脱分化 再生细胞壁 杂种植株 再分化 保持优良性状,繁殖速度快、大规模生产提高经济效益 植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术 克服不同种生物远缘杂交的障碍 考点2 植物体细胞杂交 5、植物体细胞杂交和有性杂交的辨析 考点2 植物体细胞杂交 5、植物体细胞杂交和有性杂交的辨析 3．(2021·北京等级考)研究者拟通过有性杂交的方法将簇毛麦(2n＝14)的优良性状导入普通小麦(2n＝42)中。用簇毛麦花粉给数以千计的小麦小花授粉，10天后只发现2个杂种幼胚，将其离体培养，产生愈伤组织，进而获得含28条染色体的大量杂种植株。以下表述错误的是(　　) A．簇毛麦与小麦之间存在生殖隔离 B．培养过程中幼胚细胞经过脱分化和再分化 C．杂种植株减数分裂时染色体能正常联会 D．杂种植株的染色体加倍后能产生可育植株 D 题型剖析 4．(2023·高考新课标卷)根瘤菌与豆科植物之间是互利共生关系，根瘤菌侵入豆科植物根内可引起根瘤的形成，根瘤中的根瘤菌具有固氮能力。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。回答下列问题。 (1)从豆科植物的根瘤中分离根瘤菌进行培养，可以获得纯培养物，此实验中的纯培养物是_______________。 根瘤菌单菌落　 题型剖析 脱分化　 再分化　 细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能　 题型剖析 (3)研究小组用上述获得的纯培养物和试管苗为材料，研究接种到试管苗上的根瘤菌是否具有固氮能力，其做法是将生长在培养液中的试管苗分成甲、乙两组，甲组中滴加根瘤菌菌液，让试管苗长出根瘤。然后将甲、乙两组的试管苗分别转入________的培养液中培养，观察两组试管苗的生长状况，若甲组的生长状况好于乙组，则说明_____________________ ________________________。 无氮　 接种到试管苗上的根瘤菌具有固氮作用　 题型剖析 植物细胞工程的应用 考点3 考点梳理 1、植物繁殖的新途径 考点3 植物细胞工程的应用 高效、快速地实现种苗的大量繁殖 保持优良品种的遗传特性 注意：葡萄的扦插、桃树的嫁接等繁殖方式属于无性繁殖，但不是微型繁殖。 也叫微型繁殖 无性繁殖的后代与亲代的遗传物质相同 （1） 1、植物繁殖的新途径 考点3 植物细胞工程的应用 植物顶端分生区附近(如茎 尖) 作物脱毒的原因： 无性繁殖的作物，感染的病毒容易传给后代。 病毒积累，导致作物产量降低、品质变差。 脱毒苗≠抗毒苗 （2） 考点3 植物细胞工程的应用 1、植物繁殖的新途径 （3）人工种子 通过组织培养技术，可把植物组织细胞培养成胚状体（诱导愈伤组织再分化形成的），再通过人工种皮(人工薄膜)包装得到人工种子(如图所示)。播种后能马上发芽出苗，且根与芽几乎同时生长，成苗率高。人工种皮具备透气性；人工胚乳能够为胚状体生长提供所需的物质。 2、作物新品种的培育 （1）单倍体育种 考点3 植物细胞工程的应用 AABB AB AaBb 二倍体亲本 花药离体培养 单倍体幼苗 纯合二倍体 花药 愈伤 组织 单倍体幼苗　 脱分化 再分化 染色体加倍 秋水仙素处理 经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为_______。 纯合子 （1）单倍体育种 考点3 植物细胞工程的应用 ①原理： 染色体数目变异、植物细胞的全能性 ②优点： a.明显缩短育种年限；b.是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料；c.可获得纯合子，后代不发生性状分离，能稳定遗传。 人工诱导染色体加倍　 （2）突变体育种 考点3 植物细胞工程的应用 　突变 突变率　 少　 （2）突变体育种 例题：结合诱变育种，从细胞工程的角度出发，简述一种培养抗寒香蕉品种的方法及步骤。 体细胞诱变育种。利用诱变剂等方法使香蕉离体培养细胞产生突变，再利用植物组织培养技术发育成完整植株，然后筛选培育出抗寒品种。 考点3 植物细胞工程的应用 产生原因： 组织培养时，由于愈伤组织一直处于不断的分裂状态，细胞要进行DNA复制，容易受培养条件和外界压力（如射线，化学物质等）的影响而产生突变。 两者的比较 项目 单倍体育种 突变体的利用 原理 染色体变异 __________ 优点 明显缩短育种年限 产生新基因，大幅度改良某些性状 过程     基因突变 单倍体 考点3 植物细胞工程的应用 3、细胞产物的工厂化生产 （1）次生代谢物 考点3 植物细胞工程的应用 初生代谢物： 次生代谢物： 初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，在整个生命过程中一直进行着。初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质、核酸等。 次生代谢不是植物基本的生命活动所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。次生代谢产物一类小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等)。 （1）次生代谢物 ①作用： ②缺点： 在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。 植物细胞的次生代谢物含量很低；有些产物不能或难以通过化学途径得到。 考点3 植物细胞工程的应用 （2）细胞产物的工厂化生产： 指利用植物细胞培养来获得目标产物。 （3）植物细胞培养 ①概念 考点3 植物细胞工程的应用 在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。 ②过程： 外植体 愈伤组织 细胞悬液 脱分化 振荡分散 细胞悬浮培养 细胞产物 提取 （3）植物细胞培养 ③优点： 快速高效，不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制。 ④意义： 对于社会、经济、环境保护具有重要意义。 考点3 植物细胞工程的应用 紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。 紫草宁—具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性 紫杉醇—具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的治疗 ⑤实例： 小本-T5．(2024·山东济宁期末)芦笋是雌雄异株植物，其幼茎可食用，雌株性染色体为XX，雄株为XY，雄株产量高。以下为两种培育雄株的技术路线。下列有关叙述错误的是(　) A．雄株丁的亲本性染色体组成分别为XY、XX B．幼苗乙和丙的形成均经过脱分化和再分化过程 C．形成愈伤组织可通过添加植物生长调节剂进行诱导 D．与雄株甲不同，雄株丁培育过程中发生了基因重组 A 题型剖析 6．(2024·广东深圳高三模拟)马铃薯通过母株的块茎进行繁殖，易受到病毒侵袭，造成品种退化。下图表示利用植物组织培养技术获得脱毒苗的基本过程。下列叙述正确的是(　　) A．外植体选择马铃薯的叶肉组织更易获得脱毒苗 B.果胶酶的作用是将愈伤组织制备成原生质体 C．该技术能实现马铃薯的快速繁殖从而提高产量 D．再分化过程用天然的植物激素比人工合成的激素类似物效果更好 C 题型剖析 加 油！ 学 习 (2)取豆科植物的茎尖作为外植体，通过植物组织培养可以获得豆科植物的试管苗。外植体经诱导形成试管苗的流程是外植体愈伤组织试管苗。其中①表示的过程是__________，②表示的过程是_____________。由外植体最终获得完整的植株，这一过程说明植物细胞具有全能性。细胞的全能性是指____________________________________________________ _______________________________________________________________。 $$