第10单元 第44课时 植物细胞工程（Word教参）-【优化指导】2026年高考生物学一轮复习高中总复习·第1轮（云南专版）

第44课时　植物细胞工程 素养目标 1.结合细胞的全能性，理解植物细胞工程的基本原理。(生命观念) 2．采用模型与建模、归纳与概括的方法，掌握植物组织培养和植物体细胞杂交的流程。(科学思维) 3．针对人类生产生活需求，尝试提出初步的工程学构想，进行简单的设计和制作。(科学探究) 考点一 植物组织培养技术 [对应学生用书P359] 1．细胞工程的概念 2．植物组织培养技术 (1)概念理解 ①培养对象：离体的植物器官、组织或细胞等。 ②培养条件：无菌、人工配制的培养基、相关激素等。 ③培养结果：形成完整的植株。 (2)原理：植物细胞一般具有全能性。 (3)操作流程 (4)操作实例——菊花的组织培养 1．辨析正误(正确的画“√”，错误的画“×”) 　(1)一般情况下，分化程度越高的细胞其全能性越低。 (　√　) (2)愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的。 (　×　) 提示：愈伤组织是外植体通过脱分化形成的。 (3)细胞工程通过在分子水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品。 (　×　) 提示：细胞工程是在细胞器、细胞或组织水平上的操作。 (4)在植物组织培养过程中需要给予光照，以诱导脱分化过程。 (　×　) 提示：植物组织培养过程中，脱分化过程是要求避光培养的。 (5)一般情况下，植物体细胞在体内不表现细胞的全能性。 (　√　) 2．教材深挖 (选择性必修3 P35拓展)从繁殖方式上看，植物组织培养属于哪种类型？为什么？ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 答案：无性繁殖。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，此过程并没有两性生殖细胞的产生及结合，所以是无性繁殖。 1．明辨植物组织培养的几个问题 (1)诱导愈伤组织进行细胞分化时，因为生根后不易再生芽，所以一般要先诱导其生芽，然后诱导其生根，可通过控制培养基中生长素和细胞分裂素的比例来实现。 (2)光照：在诱导愈伤组织阶段，对有些植物来说，避光培养有利于细胞脱分化形成愈伤组织。当愈伤组织再分化出芽和叶时，一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成。 (3)植物组织培养中所需的碳源一般为蔗糖，少数为葡萄糖和果糖，原因是蔗糖既可提供充足的碳源，又可维持相对适中的渗透压，而葡萄糖和果糖在与蔗糖提供相同数量碳源的前提下，其造成的渗透压可能过高。 2．植物激素对植物组织培养的影响 (1)按照不同的顺序使用这两类激素，会得到不同的实验结果 使用顺序 实验结果 先使用生长素，后使用细胞分裂素 有利于细胞分裂，但细胞不分化 先使用细胞分裂素，后使用生长素 细胞既分裂也分化 同时使用 分化频率提高 简记：先“生”分裂不分化，后“生”分裂又分化，同“使”分化频率高 (2)当同时使用这两类激素时，两者用量的比值影响植物细胞的发育方向 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 促进愈伤组织的形成 简记：“高”根，“低”芽，“中”愈伤 1．(2025·云南丽江模拟)SOD是一种广泛分布于各种细胞中的抗氧化酶，它能催化超氧阴离子自由基形成H2O2，增强植物的抗逆性。下图为培育能够产生SOD农作物新品种的一种方式，下列有关叙述正确的是 (　　) A.过程①中常采用Ca2+处理法将SOD基因导入植物细胞 B.过程②需要进行照光培养，以诱导叶绿素的形成 C.过程③表示再分化过程，无须严格的无菌操作 D.该育种方式利用了细胞工程和基因工程，能体现细胞的全能性 D　解析：过程①中常采用农杆菌转化法将SOD基因导入植物细胞，Ca2+处理法常用于将目的基因导入原核细胞中，A错误；过程②表示脱分化过程，不需要在光照条件下进行，B错误；过程②③分别表示脱分化、再分化过程，均需要在严格的无菌条件下完成，C错误；该育种方式利用了细胞工程和基因工程，从植物细胞培育成植物个体，能体现细胞的全能性，D正确。 2．以二倍体兰花花药为外植体，经植物组织培养过程获得兰花植株，下列相关叙述错误的是 (　　) A.为防止杂菌污染，过程①②③要进行严格的无菌操作 B.过程②需在培养基中添加多种植物激素以利于再分化 C.该育种过程体现了细胞的全能性 D.经过程④形成的植株中可筛选获得纯合的二倍体 B　解析：植物组织培养过程要求无菌、无毒的环境，其中外植体要进行消毒处理，而培养基需灭菌处理，即过程①②③要进行严格的无菌操作，A正确；过程②需在培养基中添加多种植物激素以利于脱分化，B错误；高度分化的细胞，首先经过脱分化形成愈伤组织，然后再分化形成植株，整个育种过程体现了植物细胞的全能性，C正确；经过程④形成的植株中可筛选获得纯合的二倍体兰花植株，D正确。 考点二 植物体细胞杂交技术与植物细胞工程的应用 [对应学生用书P360] 1．植物体细胞杂交技术 (1)概念：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。 (2)原理：体细胞杂交利用了细胞膜的流动性，杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。 (3)操作过程 (4)意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等。 2．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 ①次生代谢物：是一类小分子有机化合物，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。 ②细胞产物的工厂化生产：利用植物细胞培养来获得目标产物的过程。 ③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。 1．辨析正误(正确的画“√”，错误的画“×”) 　(1)用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体失去了全能性。 (　×　) 提示：使用纤维素酶和果胶酶处理获得的原生质体没有被破坏，仍具有全能性。 (2)脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位。 (　×　) 提示：培育脱毒苗时选用的通常是茎尖等分生组织，原因是此部分的病毒极少，甚至无病毒。 (3)单倍体育种的原理是染色体变异和植物细胞的全能性，突变体培育的原理是突变和植物细胞的全能性。 (　√　) (4)葡萄的扦插、桃树的嫁接以及石榴的压条等繁殖方式，都不属于快速繁殖。 (　√　) (5)突变体培育通常对植物的愈伤组织进行诱变处理，而工厂化生产的细胞产物也来自愈伤组织细胞。 (　√　) (6)利用细胞产物进行工厂化生产时，需要培养出完整的植物体才能提取所需产物。 (　×　) 提示：工厂化生产不一定要培养出植物体，一般培养到愈伤组织阶段，从培养愈伤组织细胞的培养液中就可提取细胞产物。 2．教材深挖 (选择性必修3 P38“图2-4”拓展)将两个不同种的植物细胞A和B去除细胞壁后，经一定的方法促融，只考虑两两融合，可以形成几种融合细胞？哪种融合细胞才是符合要求的？下一步该如何处理？ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 答案：3种，有AA融合、BB融合、AB融合；AB融合细胞是符合要求的；筛选融合细胞，让杂种细胞再生出细胞壁。 1．植物体细胞杂交和有性杂交的辨析 2．植物组织培养与植物细胞培养的比较 项目 植物组织培养 植物细胞培养 目的 获得植物体 获得细胞产物 原理 植物细胞的全能性 细胞增殖 培养基 固体培养基 液体培养基 过程 实例 快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等 细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等 角度1基于植物体细胞杂交技术，考查科学探究 1．(2025·广西北海模拟)玉米(2n＝20)和水稻(2n＝24)均为二倍体植物，某实验小组拟用体细胞杂交技术培育富含β-胡萝卜素的“黄金大米”植株，过程设计如下图所示。下列说法错误的是 (　　) A．过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞 B．过程②中常用PEG诱导原生质体融合 C．“黄金大米”植株染色体数目为22 D．该技术体现了植物细胞具有全能性 C　解析：过程①是获得原生质体，需去除植物细胞的细胞壁(主要由纤维素和果胶构成)，因此需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞，A正确；过程②中常用PEG诱导原生质体融合，B正确；“黄金大米”植株由两种植株细胞融合而来，染色体数目为44，C错误；该技术将杂种细胞培育成“黄金大米”植株，体现了植物细胞具有全能性，D正确。 角度2 基于植物细胞工程的应用，考查社会责任 2．科研人员研究了马铃薯茎尖外植体大小对幼苗的成苗率和脱毒率的影响，结果如图。下列相关叙述正确的是 (　　) A．培育脱毒苗所依据的原理有基因突变和细胞全能性 B．培育的脱毒苗具有抗病毒的能力 C．实验结果表明茎尖越小，脱毒率越高，成苗率越低 D．根据本实验，培养脱毒苗时茎尖的适宜大小为0.60 mm C　解析：马铃薯茎尖病毒极少，甚至无病毒，因此可利用马铃薯茎尖进行组织培养形成脱毒苗，所依据的原理是植物细胞的全能性，A错误；培育的脱毒苗不具有抗病毒的能力，B错误；实验结果表明茎尖越小，脱毒率越高，成苗率越低，C正确；在茎尖外植体大小为0.27 mm时，脱毒率和成苗率均较高，因此马铃薯脱毒培养中茎尖外植体的适宜大小应为0.27 mm，D错误。 3．花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病，野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化，并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合，以获得抗黑腐病杂种植株，流程如下图。下列相关叙述错误的是 (　　) A．①通常将植物细胞置于含纤维素酶和果胶酶的30%的蔗糖溶液中 B．细胞融合成功的标志是再生出细胞壁，此时细胞内高尔基体和线粒体活动明显增强 C．可通过观察叶绿体的有无来初步筛选杂种细胞 D．用此方法获得新品种的育种原理是染色体变异 A　解析：①是利用纤维素酶和果胶酶获取原生质体的过程，该过程需要在等渗溶液中进行，以维持原生质体的形态和功能，A错误；杂种细胞融合成功的标志是再生出细胞壁，该过程中细胞壁的形成与高尔基体有关，线粒体可为生命活动提供能量，故这两种细胞器的活动会明显增强，B正确；在显微镜下观察融合的活细胞中有无叶绿体的存在，可初步筛选杂种细胞，C正确；用此方法获得新品种的育种原理是染色体(数目)变异，D正确。 [对应学生用书P363] 1．(2024·浙江1月选考)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 D　解析：芽尖等植物顶端分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，故选择芽尖作为外植体可减少病毒感染，A可行。培养基中有大量的营养物质，容易滋生细菌，加入抗生素可抑制杂菌的生长，降低杂菌污染，B可行。将丛生芽切割后转移到新的培养基上继续进行扩大培养属于继代培养，使用此方法可实现快速繁殖，C可行。提高生长素和细胞分裂素的比值可促进愈伤组织形成根，D不可行。 2．(2024·吉林高考)迷迭香酸具有多种药理活性。进行工厂化生产时，先诱导外植体形成愈伤组织，再进行细胞悬浮培养获得迷迭香酸，加入诱导剂茉莉酸甲酯可大幅提高产量。下列叙述错误的是 (　　) A．迷迭香顶端幼嫩的茎段适合用作外植体 B．诱导愈伤组织时需加入NAA和脱落酸 C．悬浮培养时需将愈伤组织打散成单个细胞或较小的细胞团 D．茉莉酸甲酯改变了迷迭香次生代谢产物的合成速率 B　解析：迷迭香顶端幼嫩的茎段细胞分裂旺盛，且病毒较少，适合用作外植体，A正确。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，NAA(α-萘乙酸)是植物生长调节剂，诱导愈伤组织时可以加入NAA，但不能加入脱落酸，B错误。悬浮培养时需将愈伤组织打散成单个细胞或较小的细胞团，以提高其与营养物质的接触面积，从而提高迷迭香酸的产量，C正确。由题目信息可知，加入诱导剂茉莉酸甲酯可大幅提高迷迭香酸的产量，据此推测，茉莉酸甲酯改变了迷迭香次生代谢产物的合成速率，D正确。 3．(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 D　解析：在①脱分化过程中，1号培养基中的愈伤组织是不定形的薄壁组织团块，A错误；基因重组发生在减数分裂过程中，而愈伤组织细胞的②再分化过程是有丝分裂，所以不会发生基因重组，可能会发生基因突变，B错误；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；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。 4．(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 B　解析：过程①中酶处理的时间不同，可能是由两种亲本的细胞壁结构有差异造成的，A正确；诱导原生质体融合的方法有高Ca2+—高pH融合法、聚乙二醇(PEG)融合法、电融合法等，诱导动物细胞融合的方法主要是灭活病毒诱导法，B错误；添加不同浓度和比例的生长素和细胞分裂素能诱导愈伤组织的形成和分化，C正确；可对植物丙的染色体进行分析，来鉴定其是否为杂种植株，D正确。 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 B　解析：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处理愈伤组织，A正确；装置中的充气管应置于液面下方，以利于增加培养液中的溶氧量，该管不能同时作为排气管，B错误；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；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。 6．(2022·浙江6月选考)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　解析：自然生长的茎的消毒属于外植体消毒，应先用体积分数为70%的酒精消毒30 s，然后立即用无菌水清洗2～3次，再用质量分数为5%的次氯酸钠溶液处理30 min后，立即用无菌水清洗2～3次，A错误；培养瓶用专用封口膜封口的目的是防止杂菌污染，并不影响气体交换，B错误；组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石比较松软，持水性也较好，有利于幼苗的生根和叶片的生长，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。 7．(2023·山东高考)利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖，可获得植物细胞的某些次生代谢物。下列说法正确的是 (　　) A．利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物 B．植物细胞体积小，故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产 C．次生代谢物是植物所必需的，但含量少，应选择产量高的细胞进行培养 D．该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量 A　解析：利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物，A正确；利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖，可获得植物细胞的某些次生代谢物，故可通过该技术进行植物细胞产物的工厂化生产，B错误；次生代谢物不是植物生长所必需的，其含量很少，可以通过增加细胞的数量来增加次生代谢物的产量，C错误；细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞分裂的培养条件，增加细胞数量，从而提高次生代谢物的产量，不能提高单个细胞中次生代谢物的含量，D错误。 8．(2023·广东高考)人参皂苷是人参的主要活性成分。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合，以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是 (　　) A．细胞融合前应去除细胞壁 B．高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合 C．融合的细胞即为杂交细胞 D．杂交细胞可能具有生长快速的优势 C　解析：在细胞融合前，必须先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，A正确；人工诱导原生质体融合有物理法和化学法，用高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合，B正确；融合的细胞中有人参根—人参根细胞、人参根—胡萝卜根细胞、胡萝卜根—胡萝卜根细胞，只有人参根—胡萝卜根细胞才是杂交细胞，C错误；杂交细胞含两种细胞的遗传物质，可能具有生长快速的优势，D正确。 ►情境素材 大叶落地生根是一种常见的园艺植物，其胎生苗(如图)还是研究器官繁殖的理想模型。为更好地培育胎生苗，科研人员进行了相关研究。 ►命题设计 　设计1　考查知识迁移能力 (1)胎生苗是大叶落地生根叶片边缘部位的细胞经____________形成的。 设计2　考查实验分析与推理能力 (2)取同一株大叶落地生根的完整叶片，置于不同条件下培养，结果如下图。 ①将大叶落叶生根叶片用酒精和次氯酸钠溶液进行________后，接种于基本培养基(MS，不含激素)上，进行无菌恒温培养。 ②由图2结果可知，在控制胎生苗产生的过程中起决定性作用的激素是细胞分裂素，判断依据是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 设计3　考查问题解决与长句表达能力 (3)根据上述实验结果，在快速繁殖大叶落地生根胎生苗的生产实践中，你的建议是什么？请说明理由：_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)分裂、分化 (2)①消毒　②对比A、C和F组可知，无细胞分裂素时生长素对胎生苗产生的抑制作用明显，有细胞分裂素时生长素对胎生苗产生的抑制作用不明显；对比A、B和E组可知，无论有无生长素，增加细胞分裂素均显著延迟胎生苗产生，且差异不大 (3)不需要人为干预[或尝试其他干预措施(如施加其他激素、切割大叶落地生根叶片)]，因为施加6BA、2，4-D或它们的抑制剂均不能显著缩短胎生苗产生时间(合理即可) 解析：(1)胎生苗形成过程中有细胞数目的增多和细胞体积的增大，是大叶落地生根叶片边缘部位的细胞经分裂、分化形成的。(2)①植物组织培养过程中需要先用酒精和次氯酸钠溶液进行消毒处理。②对比A、C和F组可知，无细胞分裂素时生长素对胎生苗产生的抑制作用明显，有细胞分裂素时生长素对胎生苗产生的抑制作用不明显；对比A、B和E组可知，无论有无生长素，增加细胞分裂素均显著延迟胎生苗产生，且差异不大。故在控制胎生苗产生的过程中起决定性作用的激素是细胞分裂素。(3)结合题意可知，在快速繁殖大叶落地生根胎生苗的生产实践中，不需要人为干预，或尝试其他干预措施(如施加其他激素、切割大叶落地生根叶片)，因为施加6BA、2，4-D或它们的抑制剂均不能显著缩短胎生苗产生时间。 学科网（北京）股份有限公司 $$