第2章 第1节 第2课时 植物细胞工程的应用-【成才之路·学案】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程同步新课程学习指导(人教版)

制叶绿体形成的基因，在培养过程中，基因的选择性表达会 使培养成的新植株叶片呈绿色，D错误。 变式训练 1.C自然生长茎段的消毒属于外植体消毒，先用体积分数为 70%的酒精消毒，用无菌水清洗，再用质量分数为5%左右的 次氯酸钠溶液处理，最后再用无菌水清洗，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：试管苗生存能力较弱，需要进行锻炼，采用蛭石作为 栽培基质的原因是蛭石保水透气，蛭石不含营养，D错误。 任务二 合作探究 1.提示：②过程依据的原理是细胞膜的流动性：④⑤⑥过程依据 的原理是植物细胞的全能性。 2.提示：有3种类型：AA、BB、AB。我们需要的是AB型。要对 融合后的原生质体进行筛选。 3.提示：杂种细胞再生出细胞壁；培育出杂种植株。 4.提示：2n+2m4个AabbccDd染色体数目变异 5.提示：生物体内基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调 控、相互影响的，两种生物的基因结合到一个细胞中之后，不 能按照原来的顺序表达了。 典例剖析 例：D最终获得的杂种植株体细胞内含有两个亲本的全部遗 传物质，即含有20+18=38条染色体，D错误。 变式训练 2.D从食用紫菜的动物消化道内提取蛋白酶，不能用于去除细 胞壁，因为紫菜细胞的细胞壁成分中没有蛋白质，A错误：获 得的原生质体若处在低渗溶液中，会吸水涨破，B错误；检测 原生质体活力时可用台盼蓝染色，活的原生质体不能被染色， C错误；聚乙二醇作为诱导剂可促进原生质体融合，对于杂种 细胞可以叶绿体颜色等差异为标志来进行识别，D正确。 课堂达标巩固训练 1.C愈伤组织应先转移到诱导生芽的培养基上，长出芽后，再 转移到诱导生根的培养基上，进一步形成试管苗。 2.C步骤①是获得植物细胞的原生质体，需要用纤维素酶和果 胶酶将细胞壁分解，A正确；步骤②中常用PEG诱导原生质体 融合，若只考虑两两融合的情况，则步骤②处理后得到的融合 原生质体类型可能有3种，B正确：细胞再生细胞壁后转移到 固体培养基中培养获得愈伤组织，C错误：诱导愈伤组织一般 不需要光照，而幼苗的培育过程需要光照，因为叶绿素的合成 需要光照，D正确。 3.(1)植物组织培养植物体细胞杂交 (2)纤维素酶和果胶酶促进（或诱导）原生质体的融合叶 绿体 (3)愈伤组织 (4)形态和数目黑腐病菌 【解析】(1)分析题图可知，该过程用到的细胞工程技术有 植物组织培养、植物体细胞杂交。(2)经过过程②（原生质体 融合)后，需要筛选出融合的杂种细胞，可以通过观察杂种细 胞是否含有黑芥叶肉细胞的绿色的叶绿体来进行判断。(3) 原生质体经过细胞壁再生，进而脱分化形成愈伤组织。（4)若 分析再生植株的染色体变异类型（包括结构变异和数目变 异)，应剪取再生植株和双亲植株的根尖，制成装片，在显微镜 下观察并比较染色体的形态和数目。将杂种植株栽培在含黑 21 腐病菌的环境中，只有具有抗性的植株才能够存活，从而将具 有高抗性的杂种植株筛选出来。 第2课时植物细胞工程的应用 必备知识自主梳理 一、1.(1)植物组织培养(2)大量繁殖 2.(1)分生区附近(2)分生区附近无病毒(3)茎尖 组织 3.(1)花药单倍体(2)①稳定②育种的年限 微思考 提示：不是。多倍体的植物产生的花粉中可能含有等位基因， 如基因型为AAaa的个体，其花粉有AA、Aa、aa三种，通过单 倍体育种也可能得到杂合子。 4.(1)培养条件诱变因素化学物质产生突变(2)突 变体新品种 二、1.(1)基本的生命活动(2)小分子(3)抗病色素 (4)很低化学合成 2.（1)离体单个植物细胞细胞团(2)季节天气 (4)③人参皂苷 教材隐性知识 愈伤组织此阶段细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物 生成 自我检测 1.V 2.×作物脱毒后病毒很少甚至不含病毒，而不是不再感染 病毒。 3.V 4.×单倍体育种的原理是染色体变异和植物细胞的全能性， 突变体育种的原理是突变和植物细胞的全能性。 5.V 6.×次生代谢物一般不是植物基本生命活动所必需的产物 是一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）。 7.V 8.×紫杉醇是一种次生代谢物 合作探究能力提升 任务一 合作探究 1.提示：不会。快速繁殖利用的是植物组织培养技术，属于无性 繁殖，可以保持亲本的优良性状。 2.提示：不抗病毒。“脱毒”与“抗毒”不同，前者指的是本身病 毒极少，甚至无病毒，受病毒感染的机会少，而后者指的是能 抵抗病毒的感染。 3.提示：马铃薯、草莓和香蕉进行无性繁殖，感染的病毒很容易 传递给子代，而小麦和玉米是通过种子繁殖，感染的病毒不容 易传递给子代。 4.提示：子代是能稳定遗传的纯合子，极大地缩短了育种年限。 5.提示：由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染 色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。 6.提示：愈伤组织细胞分裂旺盛，不断进行DNA分子的复制，此 时易发生基因突变。 典例剖析 例：D病毒在植物体内的分布是不均匀的，很少在茎尖分布，A 正确；40℃水浴可能不利于病毒繁殖，有利于延缓病毒增殖 20 扩散速度，B正确：剥取的茎尖需要进行消毒处理，以免培养 过程中被污染，C正确：脱毒苗不具有病毒抗性，仍会感染病 毒，D错误。 变式训练 1.B过程a由花粉粒变为单倍体植株，所采取的技术手段是花 药离体培养，A正确；基因型为Aabb的玉米能产生两种基因 型的花粉：Ab和b,经花药离体培养后可得到2种单倍体幼 苗，幼苗再经秋水仙素处理后可得到AAbb和abb2种基因 型的玉米植株，B错误：过程c和d分别是脱分化和再分化过 程，C正确：题图中过程a和过程c、d都表示由植物细胞培育 成了植物个体，所以能够说明植物细胞具有全能性，D正确。 2.C过程④表示再分化，该过程中不会发生性状分离，A错误； 过程②表示人工诱变，基因突变是不定向的，B错误：过程③ 是否再生出细胞壁，可以用质壁分离实验来检测，C正确；过 程④表示再分化，生长素和细胞分裂素的比例是影响植物根 和芽形成和发育方向的关键因素，D错误。 任务二 合作探究 1.提示：脱分化植物激素（或生长素和细胞分裂素） 2.提示：①过程为脱分化过程，培养基要控制好生长素和细胞分 裂素（类调节剂）的比例：③过程使用液体培养基有利于细胞 增殖。 3.提示：不能。获得紫杉醇的过程中离体的外植体并未发育成 完整个体或分化成其他各种细胞，故并未体现细胞的全能性。 典例剖析 例：B细胞全能性以细胞发育成个体或分化成其他各种细胞为 标志，而题图中并没有形成完整植物体或分化成其他各种细 胞，A错误：过程①是脱分化，而决定植物脱分化和再分化的 关键因素是培养基中植物激素的种类和比例，因此该过程需 控制好培养基中植物激素的比例，经该过程细胞的形态和结 构发生了变化，B正确，C错误：过程③需使用液体培养基， 有利于细胞增殖，D错误。 变式训练 3.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，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，其含量少，可以通过 增加细胞的数量来增加次生代谢产物的产量，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，以从细胞群中获得次生代谢物，并不能提高单个细 胞中次生代谢物的含量，D错误。 课堂达标巩固训练 1.D应用微型繁殖技术采用茎尖作为外植体可获得大量樱桃 脱毒苗，A正确；由于芽原基和叶原基分裂能力旺盛，因而可 以选用樱桃幼嫩的芽原基和叶原基作为外植体，B正确：生长 素是由色氨酸经过一系列转变产生的，因此，用富含色氨酸的 培养基有利于樱桃幼嫩的芽合成生长素，C正确：应用樱桃细 胞培养可工厂化生产次生代谢物槲皮素，D错误。 2.D由题意“取紫草植株部分组织诱导形成紫草愈伤组织，再 转入紫草宁形成培养基”可知，工业化生产过程包括细胞的脱 分化，A正确：在紫草宁生产过程中，不必将愈伤组织培养出 根、芽等器官，B正确；紫草的愈伤组织细胞有细胞壁，在低渗 21 溶液中不会涨破，C正确：根据题意可知，需将细胞破碎后提 取出紫草宁，因此紫草宁在细胞内合成后不能分泌到细胞外， D错误。 3.(1)脱分化具有 (2)诱发突变愈伤组织细胞分裂能力强，易诱发突变盐 (或Nad) (3)白菜一甘蓝 【解析】(1)离体的茎段经过脱分化过程可形成愈伤组织， 此时愈伤组织具有未分化的特点，细胞依然具有较高的全能 性。(2)图中对愈伤组织进行了两次处理，第一次处理是用Y 射线照射诱发愈伤组织细胞发生突变。愈伤组织细胞分裂能 力强，易受到培养条件和外界环境的影响而发生突变。第二 次处理是抗盐接种实验，即在培养基中加入盐（或NaCl),适 应一定浓度盐的愈伤组织才可以生长，不适应的愈伤组织死 亡。(3)运用植物体细胞杂交技术培育白菜一甘蓝杂种植株， 需要采用植物组织培养技术将杂种细胞培养成杂种植株。 第2节动物细胞工程 第1课时动物细胞培养 必备知识自主梳理 一、1.单个细胞 2.(1)②血清③液体(2)①灭菌②无菌③代谢物 细胞代谢物积累(3)①(36.5±0.5)②7.2~7.4 (4)①细胞代谢所必需的②维持培养液的pH 微思考 提示：细胞外液。 3.(1)机械法用胰蛋白酶、胶原蛋白酶(2)原代①培养 液②某些基质表面(3)离心法胰蛋白酶离心法 (4)传代有害代谢物营养物质接触抑制 微思考 提示：说明细胞间的物质主要是蛋白质。胃蛋白酶作用的适 宜pH约为2，当pH大于6时，胃蛋白酶失去活性。多数动物 细胞生存的适宜pH为7.2~7.4，胃蛋白酶在此环境中没有 活性，所以用胃蛋白酶不行。 二、1.(1)其他类型的细胞(2)早期胚胎骨髓脐带血胚 胎成体 2.(1)早期胚胎(2)组织个体(3)胚胎 3.(2)造血神经精原(3)组织特异性不具有 (4)分化潜能修复(5)①白血病免疫系统②组织损 伤退行性疾病 4.(1)成纤维胚胎干细胞(3)免疫排斥反应 教材隐性知识 载体基因蛋白小分子化合物成纤维TB 自我检测 1.V 2.×动物细胞培养技术的原理是细胞增殖。 3.× 应该用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理。 4.×原代培养指动物组织经处理后的初次培养。 5.×贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止 分裂增殖。 6.×干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器 官中，包括胚胎干细胞和成体干细胞等。 7.V051 第2课时植物细胞工程的应用 课标要求 学科核心素养 1.生命观念：利用结构与功能观，理解并掌握利用植物 组织培养的技术在快速繁殖、作物脱毒和作物新品 举例说明植物细胞工程利用快速繁 种培育上的应用。 殖、作物脱毒、次生代谢物生产、单倍体2.科学思维：采用归纳与概括的方法，闻明植物细胞工 育种等方式有效提高了生产效率。 程的应用。 3.社会责任：认同植物细胞工程对社会经济的发展具 有重要意义。 必备知识 自主梳理 ●植物繁殖的新途径和作物新品种的培育 1.快速繁殖 (1)快速繁殖技术：用于快速繁殖优良品种的 技术。 ,①高效、快速地实现种苗的 (2)特点{②保持优良品种的遗传特性 ③可实现工厂化生产 2.作物脱毒 （1)选材部位：植物顶端 0 (2)选材原因： 的病毒极少，甚至 (3)实例：目前采用 培养技术脱去病毒，已在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉 等许多作物上获得成功。 3.单倍体育种 (1)过程： 离体培养一→ 植株染色体加 →纯合子植株。 (2)优点 ①二倍体植株的后代是纯合子，遗传性状相对 ②极大地缩短了 】微思考 利用玉米的花粉离体培养获得单倍体，然后人工诱导染色体加倍，短时间内可获得纯合的二倍 体。所有植物均可利用单倍体育种快速获得纯合子吗？ 4.突变体的利用 （1)产生原因：在植物的组织培养过程中，培养细胞容易受到 和 （如射 线、 等)的影响而 0 (2)利用：筛选出对人们有用的 ,进而培育成 052 台细胞产物的工厂化生产 1.次生代谢物 (1)概念：植物代谢产生的一些一般认为不是植物 所必需的产物。 (2)种类： 有机化合物，如酚类、萜类和含氨化合物等。 (3)作用：在植物 抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和 等的重要来源。 (4)特点：含量 ,有些不能或难以通过 途径得到。 2.植物细胞培养 (1)概念：指在 条件下对 或 进行培养使其增殖的技术。 (2)特点：不占用耕地，几乎不受 等的限制。 (3)意义：对于社会、经济和环境保护具有重要意义。 (4)成果：①利用植物细胞培养生产的紫草宁投入市场，成为世界上首例药用植物细胞工程产品。 ②我国科学家成功筛选出了高产紫杉醇的细胞。 ③我国科学家成功实现了利用人参细胞培养来生产人参中重要的活性成分 写教材隐性知识 (选择性必修3P4,“文字信息”)植物细胞培养技术是工厂化生产相关代谢物的一条有效途径， 在生产中通常要培养到 阶段，原因是 】自我检测 1.快速繁殖本质上是一种无性繁殖。 () 2.作物脱毒后不再感染病毒。 ( 3.培养草莓脱毒苗所采用的主要技术是植物组织培养技术。 ( 4.单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。 5.作物脱毒所培养的材料常选自顶端分生组织。 6.工厂化生产的细胞次生代谢物，其化学成分都是蛋白质。 ( 7.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。 ( 8.紫杉醇存在于红豆杉属植物体内，是初生代谢物，具有高抗癌活性，现在已被广泛用于乳腺癌的 治疗。 ( 合作探究能力提升 任务一：分析快速繁殖和作物脱毒 ●情境解读 图形情境：植物细胞工程作为一门新兴的生物技术，已经普遍应用于社会生产的方方面面。下图 都利用了植物组织培养，观察并回答问题： 图1试管苗 图2脱毒草莓（左）和未脱毒草莓（右） ●053 正宿三格体植闲一→花药肉体蜂养单格体幼面共本仙素处纯合千子→选择所需类型 图3单倍体育种的流程图 诱变处理) 外植体展分化（愈伤组织木→突变体筛选培市→新品种 诱导分化 图4利用植物组织培养获得突变体的过程 ●合作探究 1.快速繁殖得到的产品会不会出现性状分离？原因是什么？ 2.经植物组织培养技术培育出的脱毒苗抗病毒吗？为什么？ 3.马铃薯、草莓和香蕉脱毒苗产量和品质明显提高，为什么小麦和玉米脱毒苗却基本没有变化？ 4.单倍体育种具有什么优点？ 5.单倍体育种为什么能为体细胞诱变育种和研究遗传突变提供理想材料？ 6.为什么培养至愈伤组织时才进行诱变处理？ 054 ●典例剖析 例 研究发现，经水浴处理后再通过组织培养获得的草莓幼苗脱毒效果更好。下列叙述错误的是 小叶尚未展开的匍阁茎1cm40℃水浴4h剥取茎尖接种培养→脱毒苗 A.病毒在植物体内的分布是不均匀的 B.40℃水浴可能有利于延缓病毒增殖扩散速度 C.剥取的茎尖需要进行消毒处理 D.脱毒苗具有病毒抗性，不会再感染病毒 )变式训练 1.如图是对基因型为Aabb的玉米所作的处理，据图分析，下列叙述错 误的是 ( ）胚状体 A.过程a所采取的技术手段是花药离体培养 d 单倍体幼苗 B.过程b用秋水仙素处理后可以得到4种基因型的玉米植株 愈伤组织 C.过程c和d分别是脱分化和再分化过程 叶肉细胞 D.图中过程a或过程c、d能够说明植物细胞具有全能性 2.如图表示利用棉花叶肉细胞原生质体进行遗传改良的过程，下列叙述正确的是 紫外线照射 ② 棉花叶肉细胞①→原生质体。→愈伤组织④根、芽 →棉花幼苗 A.过程④通常会发生性状分离 B.过程②能定向诱导原生质体产生优良性状的突变 C.过程③是否再生出细胞壁，可以用质壁分离实验来检测 D.过程④脱分化需用适宜配比的生长素和细胞分裂素处理 ●归纳提升 1.两种植物繁殖新途径的比较 繁殖新途径 取材 优点 技术 快速繁殖 ①高效、快速地实现种苗的大量繁殖； 取材广泛 (微型繁殖)》 ②保持优良品种的遗传特性 植物组织培养 作物脱毒 顶端分生区附近 获得高产、优质的脱毒苗 2.四种育种方法的比较 育种方法 原理 过程 优点 快速繁殖 植物细胞的全能性 脱分化、再分化 保持优良品种的遗传特性 突变体 对愈伤组织进行诱变处理 提高突变率，获得优良 突变、植物细胞的全能性 的利用 后再筛选 性状 单倍体 植物细胞的全能性、染色 花药离体培养、秋水仙素 明显缩短育种年限 育种 体变异 诱导染色体数目加倍 植物体细 细胞膜的流动性、植物细 原生质体融合、杂种植物 打破生殖隔离，实现远缘 胞杂交 胞的全能性 细胞组织培养 杂交 ●055 任务二：分析细胞产物的工厂化生产 ●情境解读 图形情境：紫杉醇是具有高抗癌活性的天然抗癌药物，在临床上已经广泛应用于乳腺癌、卵巢癌、 部分头颈癌和肺癌的治疗，如图是通过植物细胞工程技术工厂化生产紫杉醇的途径。 红豆杉外植体①→愈伤组织②→单个细胞③→高产细胞群 →细胞分泌物提取紫杉醇 。合作探究 1.图中①过程为 ,该过程需控制好培养基中 的比例。 2.该生产过程中，①过程的培养基为固体培养基，③过程的培养基为液体培养基，①过程的培养基 要控制哪两种成分的比例？③过程使用液体培养基的原因是什么？ 3.生产紫杉醇的过程能否体现植物细胞的全能性？说出你的理由。 ●典例剖析 例如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，下列叙述正确的是 红豆杉外植体①→愈伤组织。单个细胞⑧→高产细胞群一→细胞分泌物桃取→紫杉獰 A.该途径体现了植物细胞的全能性 B.过程①需控制好培养基中植物激素的比例 C.经过程①细胞的形态和结构未发生变化 D.过程③需使用固体培养基，有利于细胞增殖 》变式训练 3.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 ●归纳提升 1.初生代谢与次生代谢的区别 初生代谢 次生代佛 生物生长和生存所必需的代谢活动←意义不同→不是生物生长所必需的代谢活动 在整个生命过程中一直进行 ←时空不同 一般在特定的组织或器官中，并在 →定的环境和时问条件下才达行 糖类、脂质、蛋白质和核酸等 ←产物不同→酚类、萜类和合氮化合物等 056 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 培养基 固体培养基 液体培养基 外植体脱分化愈伤 外脱分化愈伤细胞培养 体 组织 过程 组织 悬浮细胞 再分化 继代 幼苗←一胚状体 培养 细胞产物←一细胞群 实例 各种转基因植物、脱毒苗 人参皂苷的生产 课堂达标 巩固训练 1.《本草纲目》记载，樱桃具有利脾、止泻的功 D.紫草宁在细胞内合成后被分泌到细胞外 效。樱桃中的槲皮素等酚类化合物具有抗氧3.应用植物组织培养技术，不仅可实现种苗的快 化活性。我国已经利用组织培养技术繁育樱 速繁殖，培育无病毒植株，也可加快作物及苗 桃优良品种，满足人们食用和药用需要。下列 木育种。下面是培育柑橘耐盐植株的实验流 叙述错误的是 ( 程，请回答下列问题。 A.应用微型繁殖技术可获得大量樱桃脱毒苗 先用y射线照射 B.可以选用樱桃幼嫩的芽原基和叶原基作为 植株茎段一→愈伤组织后在路养基中加入物质X挑 外植体 选生长的愈伤组织→耐盐植株 C.富含色氨酸的培养基有利于樱桃幼嫩的芽 (1)愈伤组织是由离体的茎段经 过 合成生长素 程形成的，此时愈伤组织细胞 D.应用樱桃细胞培养可工厂化生产初生代谢 (填“具有”或“不具有”)细胞的全能性。 物槲皮素 (2)对愈伤组织进行了两次处理，其中y射线 2.紫草宁具有抗菌、消炎效果。在工业化生产 照射的目的是 ,用y射 中，取紫草植株部分组织诱导形成紫草愈伤组 线不直接处理茎段而是处理愈伤组织，原 织，再转入紫草宁形成培养基，然后再将细胞 因是 破碎后提取出紫草宁。下列相关叙述中，不正 :在培养基中添加的 确的是 物质X为 A.工业化生产过程包括细胞的脱分化 (3)植物组织培养技术也被广泛应用于其他 B.在紫草宁生产过程中，不必将愈伤组织培 作物的育种中。在培育的白菜一甘蓝和 养出根、芽等器官 三倍体无子西瓜中，必须用到植物组织培 C.紫草的愈伤组织细胞在低渗溶液中不会涨破 养技术的是 0 课时小结 作物新品 单倍体育种 快速繁殖 植物细 植物繁殖 种的培育 突变体的利用 胞工程 作物脱毒 的新途径 的应用 细胞产物 紫草宁 的工厂化 紫杉醇 生产 人参皂苷 夯基提能作业 请同学们认真完成练案[6]