第2章 第1节 第1课时 植物细胞工程的基本技术-【金版新学案】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程同步课堂高效讲义教师用书word（人教版，单选）

本讲义聚焦植物细胞工程基本技术，以细胞全能性为理论基础，系统梳理植物组织培养（脱分化、再分化）和植物体细胞杂交（去壁、原生质体融合、杂种细胞培养）的操作流程，构建连贯的知识支架。 资料通过自我诊断、活动探究（如胡萝卜组织培养分析）、高考模拟题及思维导图，强化科学思维与探究实践。课中助力教师引导学生分析问题，课后学生可借练习和导图巩固知识，有效查漏补缺。

第1节　植物细胞工程 第1课时　植物细胞工程的基本技术 [学习目标]　1.阐明细胞全能性的概念。　2.概述植物组织培养的基本过程。　3.描述植物体细胞杂交技术的基本过程。 任务一　植物组织培养技术 1.细胞工程的概念 原理和方法 细胞生物学、分子生物学和发育生物学等 操作水平 细胞器、细胞或组织水平 目的 获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品 分类 植物细胞工程和动物细胞工程 2.植物细胞工程的理论基础——植物细胞的全能性 3.植物组织培养技术 　　再分化属于细胞的分化过程，脱分化不属于细胞分化的过程，而是摆脱分化恢复未分化状态。 4.菊花的组织培养 学生用书⬇第35页 (源于教材P35“探究·实践”)接种3～4 d后，统计有多少外植体被污染，并分析它们被污染的原因可能有：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。 【自我诊断】 1.由于植物所有的体细胞都来源于受精卵的有丝分裂，所以在植物个体发育的过程中，所有的细胞都能表现出全能性。 (×) 2.外植体经脱分化可形成愈伤组织，愈伤组织经再分化可诱导生根或生芽。 (√) 3.高度分化的细胞，只有发育成一个完整的生物个体，才能体现出细胞的全能性。 (×) 4.植物组织培养技术的理论基础是植物细胞的全能性。 (√) 5.试管苗在诱导形成后，就可以直接移栽到土壤中，不过还需要适时浇水、施肥。 (×) [活动1]　深入理解组织培养技术 材料：人工栽培的植物，无论是绚丽多姿的花草，还是碧绿参天的大树，大多是通过播种或扦插实现繁殖的。其实在一定的条件下，利用它们的一片花瓣、一粒花粉，甚至一个细胞，同样可以繁殖出新的植株。 观察胡萝卜植物组织培养的流程图，回答相关问题： (1)在植物组织培养过程中，启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素是　　　　　 　　和　　　　　　　。 提示：生长素　细胞分裂素 (2)植物组织培养技术的理论基础是植物细胞的全能性，为什么植物细胞具有全能性？ 提示：一般来说，生物体的细胞中都含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部遗传信息。 (3)在生物体内，细胞并不表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，其原因是什么？ 提示：细胞全能性表达的基本条件之一是离体状态。 (4)在植物组织培养的过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？ 提示：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。 【归纳总结】 1.体现植物细胞全能性的条件 材料 离体的细胞、组织或器官 培养基 种类齐全、比例合适的营养物质及一定比例的植物激素 外界 条件 (1)无菌操作； (2)光照：诱导愈伤组织时一般不需要光照，再分化时需要光照 2.生长素和细胞分裂素用量的比例对植物细胞发育方向的影响 生长素/细胞分裂素用量的比值 结果 比值高 有利于根的分化，抑制芽的形成 比值低 有利于芽的分化，抑制根的形成 比值适中 促进愈伤组织的形成 学生用书⬇第36页 3.植物组织培养过程中应注意的问题 (1)接种时应将外植体的形态学下端插入培养基，不能倒插。 (2)培养一株完整的试管苗，必须先进行生芽培养，再进行生根培养。若先诱导生根，则不易诱导生芽。 (3)植物组织培养中，愈伤组织的形成不需要光照，再分化过程中，需要一定量的光照。 (4)试管苗的光合作用能力弱，在移栽前应给予较强光照炼苗，促进幼苗向自养苗转化。 针对练1.(2025·云南楚雄期末)为实现多肉植物的规模化生产，科研人员开展了如图所示的研究。下列叙述正确的是(　　) A.该实验所需要的多肉组织和培养基都需要经过高温灭菌 B.过程②中愈伤组织形成期间一般不需要光照 C.过程③中诱导生芽和诱导生根使用的是相同的培养基 D.过程④中添加的珍珠岩基质主要为幼苗生长提供碳源 答案：B 解析：该实验所需要的多肉组织属于活体生物组织，不能使用高温进行灭菌，培养基可使用高压蒸汽灭菌法进行灭菌，A错误；光照会影响愈伤组织的形成，过程②中愈伤组织形成期间一般不需要光照，B正确；过程③中，诱导生芽和诱导生根使用的培养基中的生长素用量和细胞分裂素用量的比例不同，即过程③中诱导生芽和诱导生根使用的是不同的培养基，C错误；过程④中添加的珍珠岩基质起到了改良基质物理性质、保持水分、支持和稳定等多重作用，不提供碳源，D错误。 针对练2.(2024·福建厦门模拟)下列关于菊花组织培养的说法，正确的是(　　) A.实验所用器皿、培养基使用干热灭菌法进行灭菌 B.依次用无菌水、酒精、次氯酸钠溶液处理外植体 C.外植体经过脱分化、诱导生芽、诱导生根形成试管苗 D.为保证试管苗的成活率，应尽快转移至大田种植 答案：C 解析：植物组织培养需要无菌操作，防止杂菌污染，所用器械需灼烧灭菌，实验人员和外植体需消毒操作，实验所用器皿使用干热灭菌法进行灭菌，培养基使用高压蒸汽灭菌法进行灭菌，A错误；外植体先用流水充分洗净，用酒精消毒30 s后，立即用无菌水清洗2～3次，再用次氯酸钠溶液处理30 min后，立即用无菌水清洗2～3次，B错误；外植体经过脱分化形成愈伤组织，通过调节培养基中生长素和细胞分裂素用量的比例，诱导生芽、诱导生根形成试管苗，C正确；大田环境和实验室环境不同，为保证试管苗的成活率，应进行炼苗后再转移至大田种植，D错误。 　　植物组织培养过程中的无菌技术包括培养环境、培养基、培养器械的消毒灭菌和植物材料(外植体)的消毒，对培养材料进行表面消毒时，一方面要考虑药剂的消毒效果；另一方面要考虑植物材料的耐受能力。不同药剂、不同植物材料，甚至不同器官要区别对待。 任务二　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.过程 (1)去壁：用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，获得原生质体。 　　原生质体融合成功的标志是再生出细胞壁。植物体细胞杂交完成的标志是培育出杂种植株。 (2)诱导原生质体融合的方法 ①物理法：电融合法、离心法等。 ②化学法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法等。 3.意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。 学生用书⬇第37页 　　 (源于教材P38“拓展应用”)“番茄—马铃薯”杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上结番茄，地下长马铃薯，原因是生物体内基因的表达不是独立的，它们之间是相互调控、相互影响的。 【自我诊断】 1.植物体细胞杂交就是利用一定的方法将去除细胞壁的不同来源的植物细胞融合为杂种细胞的过程。 (×) 2.杂种细胞培育成一个完整新植物体的过程，体现了植物细胞的全能性。 (√) 3.经植物体细胞杂交技术获得杂种植株的过程，发生了染色体数目变异。 (√) 4.植物体细胞杂交技术打破了不同物种之间的生殖隔离，实现了远缘杂交。 (√) 5.利用物理法或化学法可以直接诱导两个植物细胞融合。 (×) [活动2]　详解植物体细胞杂交技术 材料：如图为植物体细胞杂交技术流程图，其中A和B分别表示两种二倍体植物细胞。 请据图分析回答下列问题： (1)图中过程：①为去除细胞壁，③为再生出新的细胞壁，④为脱分化，⑤为再分化。 (2)获得原生质体时，应在等渗(填“低渗”或“等渗”)溶液中进行，理由是低渗溶液中原生质体易吸水涨破。 (3)将若干a和b等量混合后，经过程②得到的细胞类型有几种？若只考虑两两融合，则融合细胞有哪几种？我们需要筛选出哪一种？ 提示：细胞类型有3种，即未融合的细胞、两两融合的细胞和多细胞融合体。其中两两融合的细胞为aa、bb和ab。需筛选出ab。 (4)从结果上看，杂种植株最终为几倍体？杂种植株一定能表现出两种亲本的优良性状吗？为什么？ 提示：异源四倍体。不一定。杂种植株具有两种亲本的遗传物质，但生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，故其不一定能表现出两种亲本的优良性状。 (5)从新品种培育的角度分析，植物体细胞杂交技术的最大优点是什么？ 提示：能够打破生殖隔离，实现远缘杂交育种。 【归纳总结】 1.植物体细胞杂交过程中的要点剖析 (1)细胞融合体现细胞膜的流动性；杂种细胞发育成杂种植株体现植物细胞的全能性。 (2)与传统有性杂交相比，植物体细胞杂交具有的优势： ①克服植物远缘杂交不亲和的障碍； ②打破物种之间的生殖隔离； ③扩大遗传重组的范围。 (3)植物体细胞杂交的培养基中要添加蔗糖且浓度略大于植物细胞质浓度，原因是蔗糖溶液不仅为原生质体提供营养，而且还能维持一定的渗透压，使原生质体保持正常的形态。 (4)体细胞融合后，培养基中的细胞有三类：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。只有AB型细胞是我们需要的杂种细胞，因此还应有一个筛选过程。 学生用书⬇第38页 2.植物体细胞杂交和有性杂交的辨析 针对练3.(2025·湖南娄底阶段练习)不对称体细胞杂交是指融合前钝化一方亲本原生质体的细胞核，使大部分染色体被破坏，再与另一方亲本的原生质体融合，这一融合方式只允许钝化细胞的部分遗传物质进入杂种细胞。科研人员将钝化欧芹(2n＝22)原生质体和烟草(2n＝48)原生质体融合得到了首例不对称杂交种。下列叙述错误的是(　　) A.不对称体细胞杂交技术可用于细胞质基因的转移 B.可用高Ca2＋—高pH融合法诱导原生质体间的相互融合 C.获得的不对称杂交种含4个染色体组，属于四倍体 D.细胞融合时，可将原生质体置于等渗溶液中进行 答案：C 解析：不对称体细胞杂交技术能钝化一方亲本的细胞核，使大部分染色体被破坏，而不影响该亲本的细胞质，因此可以转移细胞质基因，A正确；高Ca2＋—高pH融合法是诱导原生质体间融合的化学方法之一，B正确；不对称杂交种的染色体，一部分来自细胞核被钝化的欧芹亲本原生质体(可能含2个异常染色体组，染色体数目少于22)，一部分来自正常亲本烟草的原生质体(含2个正常染色体组，染色体数目为48)，因此不对称杂交种的染色体数目少于四倍体(4个染色体组)的染色体数目，所以不属于四倍体，C错误；原生质体没有细胞壁的支持和保护，为防止其吸水涨破，在细胞融合时可将原生质体置于等渗溶液中进行，D正确。 植物体细胞杂交后代的遗传变化 项目 体细胞杂交　P1：2n(Aabb)与P2：2m(ccDd) 生殖类型 无性生殖、育种过程中不遵循孟德尔定律 变异类型 染色体数目变异 染色体数 两亲本染色体数之和，即2n＋2m 染色体组数 两亲本染色体组数之和，即2＋2 基因组成 两亲本基因型之和，即AabbccDd 针对练4.(2025·河南洛阳模拟)优良品种的培育是提高作物产量和品质的重要手段，也是保障粮食安全、端牢中国饭碗的关键。下图是利用植物体细胞杂交技术，以甲、乙两种具有不同优良性状的作物为基础，培育高产、耐盐杂种植株的流程图。下列相关叙述错误的是(　　) A.用纤维素酶和果胶酶对甲、乙植物细胞进行a处理可以获得甲、乙原生质体 B.诱导原生质体的融合，除了PEG融合法外，还有电融合法和高Ca2＋—低pH融合法 C.通过对b的培养获得的耐盐植株是杂种植物，克服了远缘杂交不亲和的障碍 D.将c种植在高盐土壤中，判断所获植株是否符合要求的依据是植株产量的高低 答案：B 解析：a表示酶解法去除细胞壁，用纤维素酶和果胶酶可以获得甲、乙原生质体，A正确；诱导原生质体融合的物理法包括离心法、电融合法等，化学法包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法等，B错误；b表示杂种细胞，通过对b的培养获得的耐盐植株是杂种植物，克服了远缘杂交不亲和的障碍，C正确；判断所获植株是否符合要求的依据是植株产量的高低，要将植株种植在高盐环境中，筛选获得的耐高盐植株，D正确。 学生用书⬇第39页 思维导图 要语必背 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的过程。再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。 2.植物体细胞杂交的过程包括：制备原生质体、诱导原生质体融合、杂种细胞再生出细胞壁、植物组织培养等。 3.去除细胞壁制备原生质体用到的酶是纤维素酶和果胶酶。 4.人工诱导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。 1.(2025·新疆乌鲁木齐模拟)下图为植物组织培养流程图。下列叙述错误的是(　　) A.离体培养的植物器官、组织或细胞被称为外植体 B.①过程中已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 C.②过程中生长素、细胞分裂素的用量的比例会影响愈伤组织发育方向 D.③过程需在无菌条件下进行，防止杂菌污染 答案：D 解析：外植体是指离体培养的植物器官、组织或细胞，可利用外植体进行植物组织培养，A正确；①过程是指外植体脱分化形成愈伤组织的过程，已分化的细胞经过脱分化，会失去其特有的结构和功能，转变为未分化的细胞，进而形成愈伤组织，B正确；②过程是愈伤组织形成芽、根的过程，其中生长素、细胞分裂素的用量的比例会影响愈伤组织发育方向，当细胞分裂素与生长素的用量的比例低时，有利于根的分化、抑制芽的形成，C正确；③过程为移栽过程，不需要在无菌条件下进行，D错误。 2.(2025·江苏卷)图示一种植物组织培养周期，①～③表示相应过程。下列相关叙述错误的是(　　) A.过程①发生了细胞的脱分化和有丝分裂 B.过程②经细胞的再分化形成不同种类的细胞 C.过程②③所用培养基的成分、浓度相同 D.培养基中糖类既能作为碳源，又与维持渗透压有关 答案：C 解析：过程①形成了愈伤组织，发生了细胞的脱分化，此时细胞还进行有丝分裂，A正确；过程②是愈伤组织经再分化形成胚状体的过程，故经过再分化形成不同种类的细胞，B正确；过程②③所用培养基的成分、浓度不完全相同，如细胞分裂素和生长素的浓度不同，C错误；培养基中常加入蔗糖，既能作为碳源，又与维持渗透压有关，D正确。 3.(2024·贵州遵义模拟)下图是培育“番茄—马铃薯”杂种植株过程图，下列说法错误的是(　　) A.过程②诱导原生质体融合，依据的生物学原理是细胞膜具有流动性 B.过程②诱导原生质体融合的化学法包括聚乙二醇融合法、高Ca2＋—高pH融合法 C.与过程③密切相关的具有单层膜结构的细胞器是高尔基体 D.上述得到的杂种植株是不可育的 答案：D 解析：过程②是把a、b两个原生质体融合在一起，所以称为诱导原生质体融合，体现了细胞膜的流动性，A正确；诱导原生质体融合常用的化学法是PEG(聚乙二醇)融合法、高Ca2＋—高pH融合法，B正确；过程③是在融合的原生质体外再生出细胞壁，而细胞壁的形成与高尔基体有关，C正确；由于番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，因此植物体细胞杂交得到的“番茄—马铃薯”属于异源多倍体里面的异源六倍体(4＋2＝6)，减数分裂可以正常联会，则植株可能是可育的，D错误。 4.(2025·贵州黔东南阶段练习)中医治疗疾病多用复方，植物甲和植物乙是两种药用植物，二者因疗效相近且具有叠加效应常被用作“药对”。研究者欲将复方的配伍(两种 学生用书⬇第40页 或两种以上药物配合使用)运用到生产过程并实现有效成分的工厂化生产，操作流程如图所示，序号代表过程。下列叙述正确的是(　　) A.①用酶解法处理细胞，常用果胶酶、纤维素酶和蛋白酶 B.②在低渗的培养液中，常用PEG融合法、电融合法等 C.⑤可以利用促进细胞生长的培养条件来提高代谢物的总含量 D.该过程运用的生物学原理是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 答案：C 解析：过程①是制备原生质体，由于植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，故过程①用酶解法处理细胞，常用果胶酶、纤维素酶，A错误；过程②是诱导原生质体融合，一般在等渗或略高渗的培养液中，常用PEG融合法、电融合法等，B错误；过程⑤利用植物组织培养技术获得愈伤组织，从中直接提取代谢物，实现工厂化生产，故可以利用促进细胞生长的培养条件来提高代谢物的总含量，C正确；该过程运用的生物学原理是细胞膜的流动性、细胞增殖，但未体现植物细胞的全能性(形成各种细胞或完整植株)，D错误。 5.甲品种番茄(2N)的染色体上有多种控制优良性状的核基因，但细胞质中存在雄性不育基因。科研工作者试用植物体细胞杂交的办法，获得具有多种优良性状的雄性可育新品种。如图是培育过程示意图，分析图示，下列说法正确的是(　　) A.杂交所得到的杂种植物属于多倍体 B.细胞融合成功的标志是新细胞核的生成 C.组织培养过程中需要添加生长素和赤霉素来调节发育 D.培育的杂种植株不仅含有多种优良性状，而且可以解决雄性不育的问题 答案：D 解析：该图杂交所得到的杂种植物，只具备甲的细胞核，不是多倍体，A错误；细胞融合成功的标志是杂种细胞再生出细胞壁，B错误；组织培养过程中需要添加生长素和细胞分裂素来调节发育，C错误；甲品种番茄的染色体上有多种控制优良性状的核基因，但细胞质中存在雄性不育基因，看图可知，融合的原生质体具备甲的细胞核、乙的细胞质，故融合的杂种细胞不仅含有多种优良性状的基因，而且还具有雄性可育基因，故通过植物体细胞杂交而获得的杂种植株不仅含有多种优良性状，并且可以解决雄性不育问题，D正确。 6.(创新情境)白菜、甘蓝均为二倍体，体细胞染色体数目分别为20、18。白菜—甘蓝是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长期短、耐热性强、易储存等优点，如图为“白菜—甘蓝”的培育过程，请回答下列问题： (1)为了得到原生质体，需先用　　　　　　　　处理白菜和甘蓝的细胞。诱导原生质体融合的方法有多种，常用的化学法是　　　　　　　　　　　　　　　　(写出两种即可)，融合完成的标志是　　　　　　　　　　　　　　　　。由杂种细胞得到白菜—甘蓝植株还需经过植物组织培养，其中不需要光照的培养过程为　　　　。 (2)经花粉直接培育的白菜—甘蓝植株，体细胞的染色体数为　　　　。这种植株通常不育，为使其可育，需进行人工诱导，通过对幼苗使用　　　　进行处理，这种变异属于　　　　　　　。 (3)植物体细胞杂交技术和传统杂交技术相比的优点是　　　　　　 　　　　　　　。 答案：(1)纤维素酶和果胶酶　聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法　形成的杂种细胞再生出细胞壁　脱分化　(2)19　秋水仙素　染色体变异　(3)打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种 解析：(1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，可使用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，得到原生质体。诱导原生质体融合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。融合完成的标志是形成的杂种细胞再生出细胞壁。将杂种细胞培育成杂种植株还需要使用植物组织培养技术，包括脱分化和再分化两个阶段，其中脱分化过程一般不需要光照，再分化过程要给予适当光照。(2)经花粉直接培育的白菜—甘蓝植株，体细胞的染色体数为(20＋18)÷2＝19，不含同源染色体，这种植株通常不育，为使其可育，可通过使用秋水仙素处理幼苗使其染色体加倍，这种变异属于染色体变异。(3)植物体细胞杂交技术和传统杂交技术相比的优点是打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。 学科网（北京）股份有限公司 $