第2章 第1节 第2课时 植物细胞工程的应用-【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的应用，系统梳理植物繁殖新途径（快速繁殖、作物脱毒）、作物新品种培育（单倍体育种、突变体利用）及细胞产物工厂化生产的核心知识，通过自我诊断、活动分析、归纳总结等学习支架构建完整知识脉络。 该资料以科学思维为引领，通过对比表格（如快速繁殖与脱毒技术比较）、实例分析（铁皮石斛提取、紫杉醇生产）培养逻辑分析能力，结合探究实践活动（如茎尖大小对脱毒率影响实验）引导证据推理，融入农业生产与医药应用案例体现态度责任。课中辅助教师高效授课，课后通过诊断题和针对练帮助学生查漏补缺，思维导图与要语必背强化知识记忆。

第2课时　植物细胞工程的应用 [学习目标]　1.举例说明植物细胞工程的应用有效提高了生产效率。　2.列举植物细胞工程在作物新品种培育方面的应用。　3.概述细胞产物的工厂化生产的原理。 任务一　植物繁殖的新途径 1.快速繁殖 2.作物脱毒 作物脱毒后病毒很少甚至不含病毒，而不是不再感染病毒。 (源于教材P39“相关信息”)铁皮石斛富含某些糖类和生物碱，可以用来提取药物。可以采用哪种技术获得目标产物？(1)利用植物组织培养技术获得试管苗，从铁皮石斛植株中提取目标产物；(2)利用植物细胞培养技术，使铁皮石斛细胞大量增殖，从中提取目标产物。 【自我诊断】 1.植物快速繁殖技术可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，且能保持优良品种的遗传特性。 (√) 2.植物顶端伸长区附近细胞无病毒，但其他部位往往含有大量病毒。 (×) 3.作物脱毒技术可以提高作物的产量和品质，培育出作物所没有过的新性状。 (×) 4.微型繁殖就是利用组织培养快速繁殖优良品种，作物脱毒就是选择植物的顶端分生区作为外植体进行组织培养。 (√) 5.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。 (×) [活动1]　详解植物繁殖的新途径 材料1：运用组织培养技术，一棵植株一年可以繁殖几万到几百万棵植株，而且可以保持优良品种的遗传特性。例如一棵葡萄一年可以繁殖3万多棵葡萄，一棵兰花一年可以繁殖400万棵兰花。 材料2：病毒引起的植物病害有500多种，受害植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉等，而且没有有效的防治办法，只能拔除，从而造成经济损失。病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几乎不含病毒。 学生用书⬇第42页 结合上述材料回答下列问题： (1)快速繁殖技术为什么能保持亲本的优良性状？ 提示：在快速繁殖过程中，细胞进行有丝分裂，亲子代细胞内的遗传物质不变，因此能保持亲本的优良性状。 (2)快速繁殖得到的产品会不会出现性状分离？原因是什么？ 提示：不会。快速繁殖利用了植物组织培养技术，属于无性繁殖。 【归纳总结】 正确理解两种植物繁殖的新途径 项目 快速繁殖 作物脱毒 概念或 原理 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术 植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒。取茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒 特点 ①高效、快速地实现种苗的大量繁殖 ②保持优良品种的遗传特性 获得高产、优质的植株 联系 都是无性生殖 针对练1.(2025·湖北武汉高三练习)超低温冷冻脱毒法是先用超低温对细胞进行选择性破坏，再对存活的细胞利用组织培养技术培育为脱毒植株。以马铃薯茎尖为材料，采用超低温冷冻脱毒法可获得脱毒苗。下列叙述错误的是(　　) A.用茎尖能够获得脱毒苗的原因是植物顶端分生区病毒极少或无病毒 B.该方法利用了茎尖分生组织无成熟液泡不易形成冰晶的特性 C.经超低温冷冻脱毒培养的马铃薯比未脱毒的马铃薯抗病毒能力更强 D.超低温冷冻脱毒法在取材时对茎尖的长度没有限制 答案：C 解析：植物顶端分生区附近病毒极少甚至无病毒，因此可将马铃薯茎尖接种在培养基中，经过人工培养可获得脱毒苗，A正确；茎尖分生组织无成熟液泡，超低温处理后不易形成冰晶，B正确；经超低温冷冻脱毒培养的马铃薯只是脱毒，并没有获得抗病毒的能力，C错误；超低温冷冻脱毒法是通过超低温处理，大多数细胞都受到了损伤而死亡，存活下来的仅有分生组织细胞，故超低温冷冻脱毒法在取材时对茎尖的长度没有限制，D正确。 针对练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。结果见下图，下列叙述错误的是(　　) A.培育脱毒苗所依据的原理有基因突变和细胞的全能性 B.培育脱毒苗的过程中涉及脱分化和再分化两个阶段 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0.27 mm 答案：A 解析：马铃薯茎尖的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培育脱毒苗，所依据的原理是植物细胞的全能性，A错误；培育脱毒苗的过程中利用了植物组织培养技术，涉及脱分化和再分化两个阶段，B正确；题图所示的实验结果表明，茎尖越小，脱毒率越高，成苗率越低，C正确；由实验结果可知，茎尖外植体大小为0.27 mm时，脱毒率和成苗率均较高，因此马铃薯脱毒苗培养中茎尖外植体的适宜大小为0.27 mm，D正确。 脱毒苗≠抗毒苗 　　脱毒苗是选择植物的顶端分生区(几乎不含有病毒)进行组织培养而获得的，属于细胞工程的范畴；而抗毒苗是把某抗病基因导入植物细胞，属于基因工程的范畴。 学生用书⬇第43页 任务二　作物新品种的培育及细胞产物的工厂化生产 1.作物新品种的培育 (1)单倍体育种 　　单倍体育种的流程不仅包括花药(花粉)离体培养，还包括人工诱导染色体加倍，所以单倍体育种得到的一般是纯合的二倍体植株，而不是单倍体植株。 (2)突变体的利用 2.细胞产物的工厂化生产 　　(源于教材P41“相关信息”)初生代谢和次生代谢有什么不同？初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等。次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。 【自我诊断】 1.单倍体育种的过程就是通过花药(花粉)离体培养获得单倍体植株的过程。 (×) 2.从可遗传变异的角度来看，单倍体育种的原理是染色体数目变异，体细胞诱变育种的原理一般是突变。 (√) 3.选育出一个可以稳定遗传的作物优良品种，常规育种一般要经过5～6年的连续筛选，而单倍体育种当年就可培育出。 (√) 4.紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种次生代谢物，具有高抗癌活性，现已被广泛用于乳腺癌等癌症的治疗。 (√) 5.工厂化生产的细胞次生代谢物，其化学成分都是蛋白质。 (×) [活动2]　详解作物新品种的培育与细胞产物的工厂化生产 材料1：(教材P40图2-7)根据玉米单倍体育种流程示意图，回答下列问题： 学生用书⬇第44页 (1)①过程是指花药(或花粉)离体培养，②过程要经过脱分化和再分化形成A植株。 (2)③过程表示人工诱导染色体加倍。 (3)A、B植株分别是单倍体、纯合二倍体。 (4)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？ 提示：由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体数目加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。 材料2：植物组织培养技术除了在农业上的应用外，还广泛应用于细胞产物的工厂化生产。 观察图示回答相关问题： (1)完善细胞产物工厂化生产的流程： 外植体愈伤组织细胞悬液细胞产物 (2)根据生产的目的不同，植物组织培养的阶段也不同。若要培养新个体和提取细胞产物，应分别培养到什么阶段？ 提示：若要培养新个体，应培育到试管苗阶段；若要提取细胞产物，则应培养到愈伤组织阶段。 【归纳总结】 1.植物体细胞杂交、单倍体育种和突变体的利用的比较 项目 原理 过程 优点 植物体细胞杂交 细胞膜的流动性、细胞的全能性 原生质体融合、杂种细胞的组织培养 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种 单倍体 育种 染色体变异、细胞的全能性 花药离体培养、人工诱导染色体数目加倍 所获植株遗传性状相对稳定，明显缩短了育种的年限 突变体 的利用 基因突变、细胞的全能性 对愈伤组织进行诱变处理后再筛选 提高突变率，可获得优良性状 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 过程 实例 脱毒苗 人参皂苷的生产 针对练3.(2024·河南郑州高二期中)下图表示基因型为AaBb的水稻的花药，通过无菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗的培育过程。下列叙述错误的是(　　) A.花粉经过脱分化转变成未分化的细胞，进而形成不定形的愈伤组织 B.愈伤组织需要吸收培养基中水、无机盐和小分子的有机物等营养 C.为促进花粉细胞分裂生长，在培养基中应加入适宜浓度的细胞分裂素等激素 D.经图示无菌培养获得的试管苗的基因型是AABB、AAbb、aaBB、aabb 答案：D 解析：由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化，花粉经过脱分化转变成未分化的细胞，进而形成不定形的愈伤组织，A正确；愈伤组织的代谢类型是异养需氧型，必须从培养基中获得水、无机盐和小分子的有机物等营养，B正确；为促进花粉细胞分裂生长，需在培养基中加入适宜浓度的细胞分裂素、生长素等植物激素，C正确；基因型为AaBb的植物体经过减数分裂可产生基因型为AB、ab、Ab、aB的配子，再经过花药离体培养可得到单倍体，因此试管苗可能出现的基因型有AB、Ab、aB、ab，D错误。 针对练4.(2025·贵州贵阳开学考试)下图为利用植物细胞培养生产药用次生代谢物的流程图，下列相关叙述正确的是(　　) 学生用书⬇第45页 A.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 B.①过程需在避光条件下，在液体培养基中添加植物激素诱导脱分化 C.②过程先用果胶酶处理愈伤组织以便获得单个细胞，再用液体培养基培养 D.③过程植物细胞通过有丝分裂增殖，最终需要产生完整植株 答案：B 解析：细胞产物的工厂化生产主要是利用植物细胞培养技术，通过促进细胞增殖，以从细胞群中获得次生代谢物，单个细胞中次生代谢物的含量并没有提高，A错误；①过程是脱分化，需在避光条件下，在液体培养基中添加植物激素诱导脱分化，B正确；②过程可以用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以便获得单个细胞，再用液体培养基培养，C错误；③过程植物细胞通过有丝分裂增殖，该过程不形成植株，只是获取大量细胞来提取次生代谢物，D错误。 针对练5.(2025·山东威海期末)人参皂苷是一种次生代谢物，采用植物细胞培养技术进行工厂化生产可有效解决其产量低、市场需求量大的问题。下列说法正确的是(　　) A.植物细胞培养是指在离体条件下对单个植物细胞进行培养使其形成完整植株的技术 B.人参的整个生命过程中均可产生人参皂苷 C.扩大培养细胞以提取人参皂苷应使用液体培养基 D.工厂化生产主要通过促进细胞生长来提高单个细胞中人参皂苷的产量 答案：C 解析：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，A错误；人参只能在特定的生命过程中产生人参皂苷，B错误；细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要应用之一，培养过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后利用液体培养基悬浮培养愈伤组织细胞，培养的愈伤组织需要经过再分化产生特定的组织细胞后才能产生特定的细胞产物，增加细胞的数量，提高了次生代谢物的含量，但是不能提高单个细胞中人参皂苷的产量，C正确，D错误。 1.细胞产物一般是细胞的次生代谢物，不一定是蛋白质。 2.细胞培养一般是使细胞增殖，也可能会利用组织培养技术，先脱分化然后再分化获得所需的特定细胞后再进行培养。 思维导图 要语必背 1.微型繁殖实际是一种无性繁殖，可以保持优良品种的遗传特性，还可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖。 2.植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒。 3.单倍体育种通过花药(或花粉)离体培养获得单倍体植株，经过诱导染色体加倍，极大地缩短了育种的年限。 4.由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变。 5.植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物——次生代谢物。 1.(2024·陕西西安高二期中)下列有关微型繁殖的说法错误的是(　　) A.可以保持亲代的优良性状 B.可以高效、快速地培育植物种苗 C.微型繁殖属于有性生殖 D.微型繁殖已广泛应用于观赏植物、经济林木等的繁育 答案：C 解析：植物微型繁殖属于无性生殖，可以保持亲代的优良性状，A正确，C错误；微型繁殖可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，B正确；微型繁殖作为生物技术广泛应用于生产，已经应用于观赏植物、经济林木等的繁育，D正确。 2.(2024·河南周口高三开学考试)玉扇因其肉质叶片呈扇形排列而闻名。科学家用组织培养技术实现玉扇的大规模培育。下列叙述错误的是(　　) A.用酒精对离体的玉扇组织消毒的时间越长，培育效果越好 B.利用组织培养技术培养可以保持玉扇优良品种的遗传特性 C.组织培养过程中培养基内添加的关键激素是生长素和细胞分裂素 D.玉扇组织培养过程中用到的培养基及其他器械均需要灭菌处理 答案：A 解析：用酒精对离体的玉扇组织消毒时，持续的时间不能太长，否则容易杀死外植体细胞，A错误；组织培养技术为无性繁殖，利用组织培养技术可以实现玉扇优良品种的快速繁殖，还可以保持玉扇优良品种的遗传特性，B正确；启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素是植物激素中的生长素和细胞分裂素，因此用组织培养技术培育玉扇过程中的关键激素是生长素和细胞分裂素，C正确；玉扇组织培养过程中用到的培养基及其他器械均需要灭菌处理，D正确。 3.(2024·江苏南京高三期末)植物细胞工程在农业、医药工业等方面有着广泛的应用，并且取得了显著 学生用书⬇第46页 的社会效益和经济效益。下列相关叙述正确的是(　　) A.取草莓茎尖进行植物组织培养可获得抗病毒苗 B.玉米花粉粒经花药离体培养得到的植株能稳定遗传 C.红豆杉细胞经植物组织培养技术可工厂化生产紫杉醇 D.可采用诱变处理烟草愈伤组织的方法来获得烟草抗盐碱突变体 答案：D 解析：脱毒苗不等同于抗病毒苗，培育脱毒苗时，一般选取茎尖(或芽尖或根尖)作为外植体，因为植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒，再利用植物组织培养技术将外植体培育成幼苗，A错误；玉米花粉粒经花药离体培养得到的植株属于单倍体，不能稳定遗传，B错误；植物细胞工程可用于细胞产物的工厂化生产，红豆杉细胞无需经过植物组织培养技术生产紫杉醇，只需要培养至细胞阶段获取其产物即可，C错误；愈伤组织细胞分裂能力强，易受外界环境条件影响产生突变，可采用诱变处理烟草愈伤组织的方法，通过筛选得到烟草抗盐碱突变体，D正确。 4.(2025·黑吉辽蒙卷)利用植物组织培养技术获得红豆杉试管苗，有助于解决紫杉醇药源短缺问题。下列叙述正确的是(　　) A.细胞分裂素和生长素的比例会影响愈伤组织的形成 B.培养基先分装到锥形瓶，封口后用干热灭菌法灭菌 C.芽原基细胞由于基因选择性表达，不能用作外植体 D.紫杉醇不能通过细胞产物的工厂化生产来获取，植物组织培养优势明显 答案：A 解析：在植物组织培养中，生长素和细胞分裂素的比例直接影响细胞的分化方向。当二者比例适中时，促进愈伤组织的形成；比例过高时促进生根；比例过低时促进生芽，A正确。培养基含大量水分，需用高压蒸汽灭菌法灭菌(121 ℃，15～30分钟)；干热灭菌法适用于耐高温的和需要保持干燥的物品(如玻璃器皿)，不能用于培养基灭菌，B错误。外植体可以是植物的任何活细胞、组织或器官，只要具有全能性。芽原基细胞是分生组织的一部分，全能性高，可作为外植体。基因选择性表达是细胞分化的基础，不影响其作为外植体的能力，C错误。细胞产物的工厂化生产正是通过植物细胞培养技术实现的，如大量培养红豆杉细胞，从培养液中提取紫杉醇。因此，紫杉醇可通过此方法获取，植物组织培养的优势(如大量生产细胞产物)在此体现，D错误。 5.(2024·河北模拟预测)蝴蝶兰花冠形如美丽的蝴蝶，深受人们的喜爱。研究人员以蝴蝶兰花梗为材料，利用植物组织培养技术，建立了蝴蝶兰植株再生系统，为工厂化育苗提供了有效途径。下列关于植物组织培养技术的叙述，错误的是(　　) A.该技术中所用的培养基能为外植体提供营养 B.待愈伤组织长出根后将其转接到生芽培养基中培养 C.该技术获得的再生植株保留了亲本的优良性状 D.该技术的理论基础是植物细胞具有全能性 答案：B 解析：植物组织培养时，培养基中含有无机盐、维生素、糖类等，能为外植体提供营养，A正确；愈伤组织长出芽后，再将其转接到生根培养基上，进一步诱导形成试管苗，B错误；植物组织培养技术属于无性繁殖，获得的再生植株保留了亲本的优良性状，C正确；植物组织培养技术，将已经分化的离体的细胞、组织或器官，培养成一个植物个体的过程，该技术的理论基础是植物细胞具有全能性，D正确。 6.(创新情境)紫杉醇是从红豆杉树皮中提取的高效抗癌物质，细胞培养生产紫杉醇是扩大紫杉醇来源的重要途径。下图为三种红豆杉细胞培养过程中细胞数量与紫杉醇产量的数据图。 (1)以南方红豆杉叶为原料获得生产紫杉醇的愈伤组织需要通过细胞的　　　　过程，愈伤组织细胞具有较强的　　　　　　　　能力。这一技术的成功实现了组织培养技术在一个重要领域的应用，即　　　　　　　　。 (2)对比分析两个曲线图可知：培养后期紫杉醇产量出现下降的原因可能是 　　　　　　　　　　　　　　　　；在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌，其目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答三点)；与传统方法获得紫杉醇相比，利用植物组织培养技术生产紫杉醇，具有　　　　　　　　等优点(答两点即可)。 (3)植物生长调节剂在组织培养中具有极其重要的作用，其中赤霉素类植物生长调节剂的主要作用是 　　　　　　　。 答案：(1)脱分化　分裂、分化(分生)　细胞产物的工厂化生产　(2)培养的细胞数量减少、某些代谢产物积累等　防止微生物污染，保证氧气供应充足，使细胞与培养液充分接触　产量高、节约资源、保护环境　(3)促进培养细胞的伸长 解析：(1)以南方红豆杉叶为原料获得生产紫杉醇的愈伤组织需要通过细胞的脱分化产生，愈伤组织细胞具有较强的分裂、分化能力。这一技术的成功实现了细胞产物的工厂化生产。(2)对比分析两个曲线图可知：培养后期，培养的细胞数量减少、某些代谢产物积累等导致紫杉醇产量下降。植物细胞培养过程需要充足的氧气，因此，在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌，其目的是防止微生物污染，保证O2供应充足，使细胞与培养液充分接触。与传统方法获得紫杉醇相比，利用植物组织培养技术生产紫杉醇，具有产量高、节约资源、保护环境等优点。(3)赤霉素类植物生长调节剂的主要作用是促进培养细胞的伸长。 学科网（北京）股份有限公司 $