第二章 第1节 第1课时 植物细胞工程的基本技术-【创新教程】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程五维课堂同步课件PPT（人教版）

该高中生物学课件聚焦植物细胞工程，系统梳理植物组织培养和植物体细胞杂交技术，通过教材知识梳理、互动探究等模块，从细胞全能性基础切入，衔接脱分化、再分化等技术环节，构建连贯的学习支架。 其亮点在于紧扣生命观念（如细胞全能性原理）和科学探究（如设计菊花组织培养流程图），结合基础诊断题和互动探究问题，培养科学思维。实例丰富，如体细胞杂交过程对比分析，助力学生深化理解，教师可直接用于课堂教学，提升效率。

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(1)原理：植物细胞具有　全能性　。 (2)过程 4．植物体细胞杂交技术 (1)概念：将　不同种　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　新的植物体　的技术。 (2)过程 eq \x(植物细胞A、B) 　↓　纤维素酶和果胶酶　处理去掉细胞壁 eq \x(　原生质体A、B　) 　↓聚乙二醇处理(或离心、振动、电激等) eq \x(融合的原生质体) 　↓再生出　细胞壁　(融合完成的标志) eq \x(\a\al(杂种,细胞)) eq \o(――→,\s\up17(脱分化),\s\do15(　)) eq \x(\a\al(愈伤,组织)) eq \o(――→,\s\up17(再分化),\s\do15(　)) eq \x(\a\al(胚状体,或丛芽)) eq \o(――→,\s\up17(发育),\s\do15(　)) eq \x(\a\al(杂种,植株)) ◆[基础诊断] (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)植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是细胞壁阻碍了原生质体的融合。( √ ) (5)植物组织培养的原理是植物细胞的全能性。( √ ) (6)植物细胞M和N杂交，得到的细胞一定是MN型杂交细胞。( × ) 疑难点一　植物组织培养 1．细胞具有全能性的原因 一般生物体的每一个细胞都包含该物种所特有的全套遗传物质，都具有发育成为完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。 2．细胞全能性大小的比较 (1)植物细胞>动物细胞(动物细胞只有细胞核具有全能性)。 (2)受精卵>生殖细胞(精子、卵细胞)>体细胞。 (3)体细胞：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，幼嫩的细胞>衰老的细胞。 3．植物细胞表现全能性的条件 (1)离体状态。 (2)营养物质：种类齐全、比例合适。 (3)植物激素：生长素、细胞分裂素。 (4)外界条件：适宜的温度、pH和光照(愈伤组织的形成和生长需要避光培养，分化培养需照光)等。 (5)无菌操作。 ◆[互动探究] 材料一：利用菊花的花瓣就能培育出完整的菊花植株。 材料二：利用烟草的根细胞经组织培养，可以培育成成熟植株。 (1)为什么利用植物的体细胞(如花瓣细胞、根细胞)就能培养出完整植株？ 提示：正常的植物体细胞具有该生物生长发育和繁殖所需的全套遗传物质，具有全能性。 (2)是否所有的植物细胞都适合进行植物的组织培养？ 提示：不是，没有细胞核的筛管细胞无全能性，不适合进行植物的组织培养。 ◆[对点训练] 1．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 解析：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。] 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 解析：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正确。] ◆[易错警示] 生殖细胞是否具有全能性 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”，配子染色体数虽减半，但仍含有完整的染色体组，具有发育成完整个体所必需的“全套基因”，因此仍然具有全能性。 疑难点二　植物组织培养技术 1．植物组织培养的过程 (1)外植体：用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。 (2)脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能，转变成未分化细胞的过程。 (3)愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞团。 (4)再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出根或芽等器官的过程。 2．植物组织培养技术的注意事项 (1)外植体的选择与制备 ①外植体的选择：外植体脱分化的难易因植物种类、器官来源及生理状况的不同而不同。一般来说，植物的花和幼嫩的组织脱分化相对比较容易，而植物的茎、叶和成熟的组织较难。 ②制备外植体首先要消毒，其次要选取有形成层的部分，因为形成层细胞易脱分化。 (2)无菌操作 植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染，所有实验用具要严格灭菌，接种过程要进行严格的无菌操作。 (3)光照的控制 对于植物组织培养来说，光照条件非常重要。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。 (4)植物激素的使用 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性激素，两类激素的浓度及用量的比例等都会影响实验结果。 ◆[互动探究] 1．在植物组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？ 提示：为了防止杂菌污染，使植物细胞能更好地生长发育。 2．图中脱分化和再分化阶段对光照的需求相同吗？ 提示：不同。脱分化阶段需要避光培养，再分化阶段需要光照。 3．在组织培养过程中，诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基的成分有什么不同？ 提示：诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基在成分上的区别是所含激素的种类及比例不同。 4．脱分化后产生的薄壁组织团块是什么结构？有没有全能性？ 提示：脱分化形成的不定形的薄壁组织团块是愈伤组织，具有全能性，其可再分化后继续发育为植物体。 ◆[对点训练] 1．韧皮部细胞是高度分化的植物细胞，用韧皮部细胞进行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误的是(　　 ) A．该愈伤组织是细胞经过脱分化和细胞分裂形成的 B．该愈伤组织的细胞没有全能性 C．该愈伤组织由排列疏松的薄壁细胞组成 D．该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构 解析：B　[愈伤组织是由外植体经过脱分化和分裂形成的，A正确；愈伤组织细胞含有该生物全部的遗传物质，具有全能性，且全能性比外植体高，B错误；愈伤组织是高度液泡化，无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松、无规则的组织，C正确；愈伤组织经过再分化可以形成胚状体，D正确。] 2．如图为将胡萝卜的离体组织在一定条件下培育形成试管苗的过程示意图。下列有关叙述正确的是(　　 ) A．利用此过程获得的试管苗可能为杂合子 B．①②过程中都会发生细胞的增殖和分化 C．多倍体植株的培育必须经过如图所示过程 D．此过程依据的生物学原理是细胞膜具有流动性 解析：A　[图示为植物组织培养过程，利用此过程获得的试管苗的基因型与离体组织所属个体的基因型相同，可能为杂合子，也可能为纯合子，A正确；①是脱分化过程，没有发生细胞分化，B错误；多倍体植株的培育一般不需要采用植物组织培养技术，而是采用秋水仙素或低温诱导来处理萌发的种子或幼苗，C错误；此过程依据的原理是细胞的全能性，D错误。] 疑难点三　植物体细胞杂交 1．植物体细胞杂交的原理 原生质体融合的过程利用了细胞膜的流动性，杂种细胞发育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。 2．植物组织培养和植物体细胞杂交的比较 名称 植物组织培养 植物体细胞杂交 原理 植物细胞的全能性 细胞膜具有一定的流动性和植物细胞的全能性 过程 离体的植物器官、 组织或细胞 ↓脱分化 愈伤组织 ↓再分化 丛芽或胚状体 ↓发育 植物体 选材 选取根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化 不同种植物体细胞 技术 操作 脱分化、再分化等 除脱分化、再分化外，还要用酶解法去除细胞壁，用一定的方法诱导细胞融合 关系 植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂 3.植物体细胞杂交过程中杂种细胞类型及检测方法 (1)诱导产物(假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B) ①未融合的细胞：A和B。 ②两两融合的细胞：AA、BB和AB。 ③多细胞融合体。 (2)检测方法：对诱导产物中的细胞进行植物组织培养，然后根据得到的植物性状进行判断。 植物性状 结论 若只表现出一种植物的性状 未融合细胞 若得到的是具有两种亲本性状的植物 杂种植株 若得到的是两种亲本性状的植物， 且一种植物的性状得到加强 多细胞融合体 若得到的是一种植物的性状， 但是效果得到加强 同种细胞融合 ◆[互动探究] 下图为植物体细胞杂交过程示意图，请思考回答： 1．将植物细胞A和植物细胞B融合时，首先遇到的障碍是什么？用什么方法可以解除此障碍？ 提示：细胞壁阻碍细胞间的融合。用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。 2．从结果上看杂种植株在遗传上有何特点？从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？ 提示：(1)遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传性状。(2)染色体数目增加，属于染色体数目的变异。 3．从新品种培育的角度分析，植物体细胞杂交技术最大的优点是什么？ 提示：克服了不同种植物远缘杂交不亲和的障碍，使不同种植物杂交成为可能。 ◆[对点训练] 1．下列关于植物体细胞杂交的叙述，错误的是(　　) A．不同种植物原生质体融合的过程属于植物体细胞杂交过程 B．融合的原生质体仍具有再生细胞壁、连续分裂并长成完整植株的能力 C．参与杂种细胞的细胞壁形成的细胞器主要是线粒体和核糖体 D．原生质体融合成功的标志为杂种细胞再生出细胞壁 解析：C　[植物体细胞杂交过程包括不同种植物原生质体的融合、融合原生质体再生出细胞壁形成杂种细胞、杂种细胞发育为杂种植株的过程，A、B正确；参与植物细胞壁形成的细胞器主要是高尔基体和线粒体，C错误；杂种细胞再生出细胞壁是细胞融合成功的标志，D正确。] 2．马铃薯四倍体栽培种没有青枯病的抗性基因，少数马铃薯野生种存在青枯病的抗性基因。由于核型等差异，野生种难以与四倍体马铃薯栽培种直接杂交繁育，为获得具有抗青枯病的马铃薯栽培种，研究人员进行了植物体细胞杂交的实验研究，过程如下图所示。下列有关叙述正确的是(　　 ) A．在低渗溶液中，用纤维素酶和果胶酶处理A和B以获得两种原生质体 B．培育成的马铃薯新品种与野生型或四倍体栽培种之间存在核型差异 C．过程②的培养基中需添加等量的生长素类和赤霉素类植物生长调节剂 D．③为再分化过程，可用 DNA 分子杂交技术鉴定植株的抗病性状 解析：B　[酶解法可用于去除细胞壁获得原生质体，但不能在低渗溶液中进行，否则原生质体会吸水涨破，A错误；培育成的马铃薯新品种是细胞融合的结果，其为六倍体，与野生型(二倍体)或四倍体栽培种之间存在核型差异，B正确；过程②是植物组织培养的脱分化过程，其培养基中需添加等量的生长素类和细胞分裂素类植物生长调节剂，C错误；③为再分化过程，植株的抗病性状是由蛋白质表现出来的，可以采用抗原－抗体杂交的方法鉴定，DNA分子杂交技术只能检测是否含有抗病基因，D错误。] ◆[方法总结] 体细胞杂交后细胞内染色体数目、染色体组数目及基因型的判断 体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管染色体、基因型还是染色体组都是两亲本之和。若一植物细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体为(2x＋2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。 1．培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是(　　 ) A．组织培养　　　　 B．细胞杂交 C．显微注射 D．核移植 解析：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；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。故A项符合题意。] 2．以下不能说明细胞全能性的实验是(　　 ) A．胡萝卜韧皮部细胞培育出植株 B．紫色糯性玉米种子培育出植株 C．转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株 D．番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株 解析：B　[细胞的全能性是指已经分化的细胞仍然具有发育成完整生物体或分化为其他各种细胞的潜能。能体现细胞全能性的最好实例是植物组织培养，离体的植物器官、组织或细胞经过脱分化和再分化最终能形成一个完整的植株。紫色糯性玉米种子培育出植株是由种子经过萌发、生长成一个完整的植物体，即来源于种子，没有体现出细胞的全能性。A、C、D三项都要用到植物组织培养技术，故B项符合题意。] 3．下列有关菊花组织培养的叙述，错误的是(　　 ) A．对外植体需要消毒处理，对培养基需要高压蒸汽灭菌处理 B．产生愈伤组织是细胞脱分化的结果，受基因选择性表达的调控 C．要先诱导生根后再转接到诱导生芽培养基上进一步形成试管苗 D．幼苗要先移植到消过毒的蛭石或者珍珠岩等环境下生活一段时间 解析：C　[用酒精对外植体进行消毒处理，培养基需要高压蒸汽灭菌处理，A正确；离体的植物组织，器官或细胞经过脱分化过程形成愈伤组织，脱分化受基因选择性表达的调控，B正确；将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上培养，长出芽后再诱导生根，C错误；将幼苗先移植到消过毒的蛭石或者珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土，D正确。] 4．将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，培养基中不需要的成分是(　　 ) A．蔗糖和氨基酸 B．生长素和细胞分裂素 C．无机营养 D．纤维素酶和果胶酶 解析：D　[将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗的过程中，多使用MS培养基，该培养基中含有硝酸钾、硝酸铵等盐类，同时还含有蔗糖和氨基酸，在植物组织培养的培养基中还需添加生长素和细胞分裂素以促进细胞分裂、脱分化和再分化；而纤维素酶和果胶酶会分解胡萝卜韧皮部的细胞壁，不能用于胡萝卜韧皮部细胞的培养。D符合题意。] 5．科学家用植物体细胞杂交技术，将人参(2N＝48)的原生质体和胡萝卜(2N＝18)的原生质体融合，成功地培育出了人参—胡萝卜杂种植株，提高了人参皂甙等次生代谢产物含量，据图回答下列问题： (1)①过程使用了　__________　酶，以获得植物原生质体。与过程③密切相关的具有单层膜的细胞器为　__________　。 (2)过程　__________　属于再分化。 (3)图中人参—胡萝卜杂种植株为　__________　倍体，若人参和胡萝卜采用有性杂交能成功的话，得到的后代是否可育　__________　(填“可育”或“不可育”)。 解析：(1)①过程为去壁过程，根据酶的专一性，使用了纤维素酶和果胶酶(或“纤维素酶”)。过程③为细胞壁的再生，细胞壁的形成与高尔基体密切相关。 (2)过程④属于脱分化，⑤属于再分化形成具有根、芽的幼苗。 (3)人参(2N＝48)和胡萝卜(2N＝18)均属于二倍体，通过体细胞杂交获得的人参一胡萝卜杂种植株含有四个染色体组，属于四倍体；人参和胡萝卜属于不同物种，二者之间存在生殖隔离，采用有性杂交得到的后代不可育。 答案：(1)纤维素酶和果胶(或“纤维素酶”)　高尔基体　(2)⑤　(3)四　不可育 $