第10章 第58课时 植物细胞工程(教用Word)-【金榜题名】2026年高考生物一轮总复习

第58课时　植物细胞工程 高考目标定位 1.阐明植物组织培养的原理和过程。2.概述植物体细胞杂交的原理和过程。3.举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种等方式有效提高了生产效率。 考点一　植物组织培养技术 1．细胞工程的概念 2．植物细胞的全能性 定义 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 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 续表 体现 利用植物的一片花瓣、一粒花粉，甚至一个细胞，都可以繁殖出新的植株 未表 现及 原因 表现 条件 离体、营养物质、激素、适宜的温度和pH 3.植物组织培养技术 (1)概念：将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。 (2)理论基础：植物细胞的全能性。 (3)基本过程 ①脱分化：在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞，进而形成愈伤组织的过程。 ②愈伤组织：脱分化产生的不定形的薄壁组织团块。 ③再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。 (4)探究实践——菊花的组织培养 (5)植物激素在植物组织培养中的作用 生长素/ 细胞分裂素 植物细胞的发育方向 高 有利于根的分化、抑制芽的形成 低 有利于芽的分化，抑制根的形成 适中 促进愈伤组织的生长 判断正误 　(1)实验中除外植体需要灭菌外，使用的培养基和所有的器械也都要灭菌(　×　) 提示　外植体需要消毒处理，不能灭菌处理。 (2)愈伤组织是外植体经脱分化和再分化后形成的(　×　) 提示　愈伤组织是外植体经脱分化过程形成的。 (3)无论脱分化还是再分化，过程中均需提供光照(　×　) 提示　在脱分化阶段一般需要避光处理，再分化阶段需要光照处理。 (4)植物组织培养过程中生长素和细胞分裂素的比例始终不变(　×　) 提示　植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素，它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向，植物组织培养过程中应根据需要调整生长素和细胞分裂素的比例。 (5)同一株绿色开花植物不同部位的细胞经组织培养获得的植株基因型都是相同的(　×　) 提示　同一株绿色开花植物体细胞和生殖细胞(花粉)经组织培养获得的植株基因型不同。 (6)植物组织培养中，培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压(　√　) 　长春新碱(VCR)是夹竹桃科植物长春花中提取出的一种生物碱，具有高抗肿瘤活性。如图是科研人员利用长春花的叶柄或嫩叶作为外植体得到再生植株的方法，分析并回答下列问题： (1)选用叶柄或嫩叶作为外植体，其原因是什么？ 提示　叶柄或嫩叶分化程度低，全能性高，容易诱导形成愈伤组织，进而培养成完整植株。 (2)为什么说从繁殖方式上看，植物组织培养的繁殖方式是无性繁殖？ 提示　植物组织培养是在细胞有丝分裂和细胞分化的基础上实现的，此过程并没有生殖细胞的产生，所以是无性繁殖。 (3)在植物组织培养的过程中，为什么要求无菌操作？ 提示　培养物一旦受到微生物的污染，这些微生物会和外植体争夺培养基中的营养物质，并且产生大量对外植体有害的物质，导致外植体死亡。 考向一　植物组织培养技术 【例1】　(2024·甘肃高考)兰州百合栽培过程中易受病毒侵染，造成品质退化。某研究小组尝试通过组织培养技术获得脱毒苗，操作流程如下图。下列叙述正确的是(　　 ) A．①为脱分化过程，1号培养基中的愈伤组织是排列规则的薄壁组织团块 B．②为再分化过程，愈伤组织细胞分化时可能会发生基因突变或基因重组 C．3号培养基用于诱导生根，其细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值大于1 D．百合分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，可以作为该研究中的外植体 【答案】　D 【解析】　A、在脱分化过程中，1号培养基中的愈伤组织是排列不规则的薄壁组织团块，A错误； B、愈伤组织细胞分化时可能会发生基因突变，但基因重组发生在减数分裂过程中，而愈伤组织细胞的分化过程是有丝分裂，所以不会发生基因重组，B错误。 C、3号培养基用于诱导生根，其细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值应该小于1，C错误； D、百合分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此可以作为该研究中的外植体，D正确； 故选D。 【例2】　(2024·浙江高考)山药在生长过程中易受病毒侵害导致品质和产量下降。采用组织培养技术得到脱毒苗，可恢复其原有的优质高产特性，流程如图。下列操作不可行的是(　　 ) 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 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繁殖 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 【答案】　D 【解析】　A、芽尖等分生组织分裂旺盛，且含病毒少，取材时常选用其作为外植体，A正确； B、培养基中有大量的营养物质容易被细菌污染，加入抗生素可降低杂菌的污染，B正确； C、将丛生芽切割后转移到新的培养基上继续进行扩大培养称为继代培养，其又可分为第二代培养、第三代培养等。大多数植物每隔4～6周进行一次继代培养，每进行一次继代培养，培养物一般能增殖3～4倍。正因为培养物可以不断继代培养，所以离体繁殖速度比常规方法通常要快数万倍，可实现快速繁殖，C正确； D、提高生长素和细胞分裂素的比值可促进愈伤组织形成根而不是芽，D错误。 故选D。 考点二　植物体细胞杂交技术 1．过程 (1)过程①为去除细胞壁获得原生质体，用到的酶是纤维素酶和果胶酶。 (2)过程②为原生质体的融合，人工诱导的物理法包括电融合法、离心法等，化学法包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等。 (3)过程③为融合的原生质体再生出细胞壁，这是原生质体融合成功的标志。 (4)过程④为脱分化，过程⑤为再分化。 2．概念 植物体细胞杂交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。 3．意义 植物体细胞杂交技术在打破生殖隔离，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。 4．实例：白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草、多种柑橘属不同种间的杂种植株。 5．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。 判断正误 　(1)利用物理法或化学法可以直接将两个植物细胞诱导融合(　×　) 提示　诱导植物细胞融合前应先用酶解法去除细胞壁。 (2)用纤维素酶和果胶酶酶解法获得的植物原生质体失去了细胞全能性(　×　) 提示　用纤维素酶和果胶酶酶解法获得的原生质体仍含有全套的遗传信息，仍具有全能性。 (3)细胞融合时不只形成杂种细胞，还形成同种细胞融合的细胞(　√　) (4)杂种细胞再生出细胞壁说明植物体细胞诱导融合成功(　√　) (5)形成杂种细胞就完成了植物体细胞杂交过程(　×　) 提示　植物体细胞杂交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。 不同物种之间存在着天然的生殖隔离，利用传统的有性杂交的方法很难得到杂种后代。科学家采用体细胞杂交的方法得到了“番茄—马铃薯”杂种植株。以下为植物体细胞杂交技术流程图，其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞，所含有的染色体组分别是AA和BB。 1．植物体细胞杂交实现的基础和植物组织培养的理论基础分别是什么？ 提示　分别是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。 2．将图中的甲和乙两种细胞去除细胞壁后诱导融合，若只考虑两两融合，可以形成哪几种融合细胞？符合要求的杂种细胞是哪种？ 提示　可以形成3种融合细胞：甲甲、甲乙、乙乙。符合要求的是甲乙。 3．二倍体番茄和二倍体马铃薯体细胞杂交得到的“番茄—马铃薯”有多少个染色体组，是几倍体？ 提示　有四个染色体组，是四倍体。 4．从结果上看杂种植株在遗传上有什么特点？从杂种植株的染色体组成上看属于哪种变异类型？ 提示　从结果上看，杂种植株的遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传性状。从染色体组成上看属于染色体数目变异。 考向二　植物体细胞杂交技术 【例3】　(2024·湖北高考)植物甲抗旱、抗病性强，植物乙分蘖能力强、结实性好。科研人员通过植物体细胞杂交技术培育出兼有甲、乙优良性状的植物丙，过程如下图所示。下列叙述错误的是(　　 ) A．过程①中酶处理的时间差异，原因可能是两种亲本的细胞壁结构有差异 B．过程②中常采用灭活的仙台病毒或PEG诱导原生质体融合 C．过程④和⑤的培养基中均需要添加生长素和细胞分裂素 D．可通过分析植物丙的染色体，来鉴定其是否为杂种植株 【答案】　B 【解析】　A、酶解是为了去除植物细胞的细胞壁，过程①中酶处理的时间不同，说明两种亲本的细胞壁结构有差异，A正确； B、过程②为原生质体的融合，常用PEG诱导原生质体融合，灭活的仙台病毒可诱导动物细胞融合，不能用于植物，B错误； C、过程④脱分化和⑤再分化的培养基中均需要添加生长素和细胞分裂素，但在两个过程中比例不同，C正确； D、植物丙是植物甲和植物乙体细胞杂交形成的个体，应具备两者的遗传物质，因此可通过分析植物丙的染色体，来鉴定其是否为杂种植株，D正确。 故选B。 【例4】　(2024·北京高考)大豆叶片细胞的细胞壁被酶解后，可获得原生质体。以下对原生质体的叙述错误的是(　　 ) A．制备时需用纤维素酶和果胶酶 B．膜具有选择透过性 C．可再生出细胞壁 D．失去细胞全能性 【答案】　D 【解析】　A、大豆叶片细胞是植物细胞，具有细胞壁，其细胞壁的成分是纤维素和果胶，所以制备原生质体，需用纤维素酶和果胶酶进行处理，A正确； B、生物膜的功能特点是具有选择透过性，所以膜具有选择透过性，B正确； C、原生质体可以再生出新的细胞壁，C正确； D、分离出的原生质体具有全能性，可用于植物体细胞杂交，为杂种植株的获得提供了理论基础，D错误。 故选D。 考点三　植物细胞工程的应用 1．植物繁殖的新途径 2．作物新品种的培育 3．细胞产物的工厂化生产 【提醒】　 初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行着，例如，糖类、脂质、蛋白质和核酸等；次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织和器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。 判断正误 　(1)植物微型繁殖运用了植物组织培养技术，可快速繁殖良种植物(　√　) (2)葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于微型繁殖(　×　) 提示　葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于无性繁殖，不需要利用植物组织培养技术，故不属于微型繁殖。 (3)利用组织培养技术培育脱毒苗，获得抗病毒的新物种(　×　) 提示　植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒。因此，切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗，不能获得抗病毒的新物种。 (4)二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的纯合子(　×　) 提示　二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到单倍体幼苗，再经过秋水仙素诱导后得到稳定遗传的纯合子。 (5)利用组织培养技术产生突变体，可直接培育出具有优良性状的新品种(　×　) 提示　基因突变是不定向的，故利用组织培养技术产生突变体，还需要进行筛选，才能培育出具有优良性状的新品种。 (6)紫草宁是从紫草细胞中提取的一种药物和色素，具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性(　√　) 　过去主要从天然植物中提取长春新碱(VCR)，但是它们在植物体中的含量极其微小，化学合成也不太理想，故VCR原料短缺、价格奇高，所以批量化生产迫在眉睫。 (1)完善细胞产物工厂化生产的流程： (2)要提取细胞产物应培养到什么阶段？ 提示　要提取细胞产物，应培养到愈伤组织阶段。 考向三　植物细胞工程的应用 【例5】　(2024·安徽高考)植物细胞悬浮培养技术在生产中已得到应用。某兴趣小组尝试利用该技术培养胡萝卜细胞并获取番茄红素，设计了以下实验流程和培养装置(如图)，请同学们进行评议。下列评议不合理的是(　　 ) A．实验流程中应该用果胶酶等处理愈伤组织，制备悬浮细胞 B．装置中的充气管应置于液面上方，该管可同时作为排气管 C．装置充气口需要增设无菌滤器，用于防止杂菌污染培养液 D．细胞培养需要适宜的温度，装置需增设温度监测和控制设备 【答案】　B 【解析】　A、植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，欲利用愈伤组织制备悬浮细胞，可用纤维素酶和果胶酶进行处理愈伤组织，A正确； B、装置中的充气管应置于液面下方，以利于培养液中的溶氧量的增加，该管不能同时作为排气管，B错误； C、为了防止杂菌污染培养液，装置充气口需要增设无菌滤器，C正确； D、细胞培养时需要保证适宜的温度，因此装置需增设温度监测和控制设备，D正确。 故选B。 【例6】　(不定项)(2024·山东高考)下列关于植物愈伤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胞壁获得原生质体 B．融合的原生质体需再生出细胞壁后才能形成愈伤组织 C．体细胞杂交获得的杂种植株细胞中具有来自亲本的2个细胞核 D．通过愈伤组织再生出多个完整植株的过程属于无性繁殖 【答案】　BD 【解析】　A、植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，故用果胶酶和纤维素酶去除愈伤组织的细胞壁获得原生质体，A错误； B、用纤维素酶和果胶酶分别处理不同的植物细胞，得到原生质体，运用物理方法或化学方法诱导融合，形成杂种细胞，再利用植物组织培养技术将杂种细胞培养成杂种植株，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正确； C、体细胞杂交获得的杂种植株细胞中具有来自亲本的遗传物质，只有1个细胞核，C错误； D、通过愈伤组织再生出多个完整植株的过程属于植物的组织培养，从繁殖看属于无性繁殖，D正确。 故选BD。 1．(选择性必修3 P34)在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性，这是因为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。 2．(选择性必修3 P35)植物组织培养是指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。 3．(选择性必修3 P35)脱分化：在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞的过程。 4．(选择性必修3 P35)再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。 5．(选择性必修3 P38)植物体细胞杂交技术在打破生殖隔离，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。 6．(选择性必修3 P37)人工诱导植物原生质体融合的方法基本可以分为两大类——物理法和化学法。物理法包括电融合法、离心法等；化学法包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等。 7．(选择性必修3 P41)植物细胞培养是指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。 8．离体的拟南芥根段在适宜条件下可以培育出完整的植株，说明植物细胞具有全能性。在组织培养过程中，根段细胞经过脱分化形成愈伤组织，此后调整培养基中细胞分裂素与生长素的比例可诱导愈伤组织分化。 9．(2020·北京，20节选)在愈伤组织生芽过程中，CK通过ARRs(A)基因和WUS(W)基因起作用。为探讨A基因与W基因的关系，将A基因功能缺失突变体(突变体a)和野生型的愈伤组织分别置于CK与生长素比例高的(高 CK)培养基中诱导生芽，在此过程中测定W基因的表达量。图中，野生型的W基因表达量与高CK诱导时间的关系是随着高CK诱导时间的延长，野生型的W基因表达量显著升高。分析图中结果可得出的结论是：在高CK诱导下A基因促进W基因表达。得出结论的依据为：与野生型相比，随着高CK诱导时间的延长，突变体的W基因表达量低于野生型。 学科网（北京）股份有限公司 $$