第2章 第1节 第1课时 植物细胞工程的基本技术-【新课程学案】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程教师用书word（人教版 单选版）

第1节　植物细胞工程 　 　　【学习目标】 1.简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术的原理和过程。 2.尝试进行植物组织培养。 3.列举植物细胞工程在作物新品种培育方面的应用。 4.概述细胞产物的工厂化生产的原理。 第1课时　植物细胞工程的基本技术 聚焦·学案一　植物组织培养技术 [学案设计] (一)正确理解细胞工程的概念与植物细胞工程的理论基础 1.细胞工程的概念解读 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 (二)理清植物组织培养技术 1.概念:将离体的植物器官、组织或细胞等,培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其形成完整植株的技术。 2.理论基础:植物细胞的全能性。 3.基本过程 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,进而形成愈伤组织的过程 愈伤组织 脱分化产生的不定形的薄壁组织团块 再分化 愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程 4.菊花的组织培养 5.植物组织培养过程中应注意的问题 (1)接种时注意外植体的方向,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。若顺序颠倒,先诱导生根,则不易诱导生芽。 (3)菊花的组织培养中,愈伤组织的形成一般不需要光照,而在后续的培养过程中,每日需要给予适当时间和强度的光照,以利于愈伤组织再分化出芽和叶及叶片内叶绿素的形成。 (4)试管苗一般在高湿、弱光、恒温等条件下培养生长,出瓶后一定要注意保温、保湿。 (5)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。 (6)试管苗的光合作用能力弱,在移栽前应给予较强光照闭瓶炼苗,以促进幼苗向自养苗转化。 　　[典例]　甲、乙两名同学分别以某种植物的绿色叶片和白色花瓣为材料,利用植物组织培养技术繁殖该植物。回答下列问题: (1)以该种植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体,在一定条件下进行组织培养,均能获得试管苗,其原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)图中A、B、C所示的是不同的培养结果,该不同结果的出现主要是培养基中两种激素用量的不同造成的,这两种激素是　　　　　　　　　。A中的愈伤组织是叶肉细胞经　　　　　　　　形成的。  (3)若该种植物是一种杂合体的名贵花卉,要快速获得与原植株基因型和表型都相同的该种花卉,可用组织培养方法繁殖,在培养时,　　　　(填“能”或“不能”)采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  [解析]　(1)因该种植物的绿色叶片和白色花瓣的细胞包含了个体发育所需的全部遗传信息,细胞具有全能性,所以在一定条件下进行组织培养,均能获得试管苗。 (2)图中A、B、C所示的不同结果的出现,主要是培养基中细胞分裂素和生长素用量不同造成的。A中的愈伤组织是叶肉细胞经过脱分化形成的。 (3)若该种植物是一种杂合体的名贵花卉,要快速获得与原植株基因型和表型都相同的该种花卉,可用组织培养方法繁殖,在培养时,不能采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体,因为对杂合体的植株来说,由减数分裂形成的花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同,用花粉粒进行组织培养得到的花卉基因型不同于原植株。 [答案]　(1)该种植物的绿色叶片和白色花瓣的细胞具有个体发育所需的全部遗传信息,细胞具有全能性　(2)细胞分裂素、生长素　脱分化　(3)不能　对杂合体的植株来说,由减数分裂形成的花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同,用花粉粒进行组织培养得到的花卉基因型不同于原植株 　　[归纳拓展]　植物激素在植物组织培养中的作用 (1)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。 (2)生长素和细胞分裂素的浓度、比例等都影响植物细胞的发育方向。 生长素/细 胞分裂素 作用效果 比值高时 促进根的分化、抑制芽的形成 比值低时 促进芽的分化、抑制根的形成 比值适中 促进愈伤组织的形成 [迁移训练] 1.判断下列叙述正误 (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。 (×) (3)宜选用成熟叶片为材料制备外植体。 (×) (4)植物组织培养时,外植体须用适宜浓度的酒精和氯化钠的消毒。 (×) 2.如图为蓝莓植株组织培养过程的流程图,下列有关叙述错误的是 (　　) A.对过程①获取的叶组织块进行消毒处理用到了体积分数为70%的酒精 B.过程②选用适宜的培养基,在光照培养箱中照光培养 C.过程③属于再分化,其实质是基因的选择性表达 D.幼苗移栽之前,必须进行炼苗处理 解析:选B　外植体需要消毒,以确保实验不会受到污染,故对过程①获取的蓝莓叶组织块应进行消毒处理,此过程使用了体积分数为70%的酒精,A正确;脱分化形成愈伤组织时不需要照光培养,B错误;过程③属于再分化,细胞分化的实质是基因的选择性表达,C正确;试管苗移栽到土壤之前,需在消过毒的珍珠岩或蛭石等环境中炼苗,D正确。 3.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织培养须用适宜浓度的酒精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.为防止杂菌污染,从接种外植体到生成试管苗尽量在同一个锥形瓶内完成 D.容易进行无性繁殖的植物也容易进行植物组织培养 解析:选D　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,然后立即用无菌水清洗,再用质量分数为5%次氯酸钠溶液消毒处理后,立即用无菌水清洗,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;从接种外植体到生成试管苗不能在同一个锥形瓶中完成,C错误;无性繁殖植物的细胞,更容易表达全能性,即组织培养更易成功,D正确。 4.下表为研究人员利用某植物茎段,研究在不同的激素浓度下,进行组织培养形成愈伤组织的情况。茎段外植体的生理特性基本相同,接种数均为21,培养时的光照、温度等条件基本相同。 编号 激素浓度/ (mg/L) 茎段 形成愈伤组 织的茎段数 愈伤组织 形成率/% ① KT1.0 0 0 ② KT2.0 1 4.8 ③ KT4.0 2 9.5 ④ KT2.0+NAA0.02 2 9.5 ⑤ KT2.0+NAA0.2 11 52.4 ⑥ KT2.0+NAA2.0 17 81.0 回答下列问题: (1)为了固定外植体,培养基中需要加入的成分是　　　。 (2)表中的KT相当于植物体内的　　　　　。 (3)由表中①②③④可知,在一定的浓度范围内,适当提高KT的浓度,可以替代　　　在诱导愈伤组织形成中的作用;④⑤⑥三组实验形成了相互对照,其中的自变量是　　　　　。 (4)形成的愈伤组织如果要再分化形成植株,需要换瓶培养,换瓶的主要目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (5)形成的愈伤组织在适宜的条件下培养,最终能够形成完整的植株,原因是植物茎段细胞具有该植物的全套　　　　　。 解析:(1)为了固定外植体,需要用固体培养基,需向培养基中加入琼脂。 (2)NAA为萘乙酸,属于生长素类生长调节剂,当KT与NAA浓度适中时利于形成愈伤组织,说明KT相当于细胞分裂素。 (3)由①②③④组实验可知,在一定的浓度范围内,适当提高KT的浓度,可以替代NAA在诱导愈伤组织形成中的作用。④⑤⑥三组实验中,KT浓度相同,但NAA浓度不同,因此该实验的自变量是NAA的浓度。 (4)形成的愈伤组织如果要再分化形成植株,需要更换营养物质,改变激素的浓度比例,故需要换瓶培养。 (5)离体的细胞能够培养形成完整的植株,说明细胞具有全能性,即植物茎段细胞具有该植物的全套遗传信息。 答案:(1)琼脂　(2)细胞分裂素　(3)NAA　NAA的浓度　(4)更换营养物质,改变激素的浓度比例　 (5)遗传信息 聚焦·学案二　植物体细胞杂交技术 [学案设计] (一)认识植物体细胞杂交的基本过程和方法 1.植物体细胞杂交的过程 2.有关植物体细胞杂交的几个关注点 (1)植物体细胞融合的障碍:细胞壁。可以用纤维素酶和果胶酶去除。 (2)植物体细胞融合成功的标志:产生新的细胞壁。在此过程中高尔基体与细胞壁的形成有关,同时该过程还需要线粒体提供能量。 (3)植物体细胞杂交的结果:产生杂种植株。 (4)植物体细胞杂交诱导原生质体融合的方法:物理法(电融合法、离心法等)和化学法[聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等]。 (5)融合后的杂种细胞筛选:假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B,则诱导融合后的产物有三类:未融合的细胞(A和B);两两融合的细胞(AA、BB和AB);多细胞融合体。两两融合的细胞中,只有AB型细胞是我们需要的杂种细胞,所以要进行筛选。 (6)植物体细胞杂交的生殖方式:无性生殖。 3.归纳植物体细胞杂交的概念及意义 (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)意义:打破生殖隔离,实现远缘杂交育种,培育植物新品种等。 (二)深化认知植物体细胞杂交与植物组织培养及有性杂交联系 1.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 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 选材 选取根尖、 茎尖等幼嫩部位 不同植物体细胞 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 2.植物体细胞杂交和有性杂交的过程对比分析 　　[典例]　(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 　　[解析]　利用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁时,可能因植物细胞壁结构差异而调整酶处理的时间,A正确;灭活的仙台病毒不能诱导(植物)原生质体融合,B错误;植物组织培养过程中的脱分化(④)和再分化(⑤)过程均需要添加生长素和细胞分裂素,但过程④和⑤中两者比例不同,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。 　　[答案]　B [迁移训练] 1.判断下列叙述的正误 (1)在进行植物体细胞杂交之前,必须先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,获得原生质体。 (√) (2)植物体细胞杂交技术的最终目的是得到杂种细胞。 (×) (3)利用物理法或化学法可以直接将两个植物细胞诱导融合。 (×) (4)杂种细胞再生出细胞壁说明植物体细胞诱导融合成功。 (√) 2.(2025·广州模拟)为培育富含β⁃胡萝卜素的“黄金大米”,科研人员提出了利用植物体细胞杂交技术,将玉米细胞和水稻细胞融合为杂种细胞,其方案如下图所示。下列叙述错误的是 (　　) A.步骤①需要使用纤维素酶和果胶酶处理以获得原生质体 B.通过步骤②处理后得到的两两融合原生质体类型可能有3种 C.步骤③中细胞再生细胞壁后转移到悬浮液中培养获得愈伤组织 D.诱导愈伤组织期间一般不需要光照,而幼苗的培育过程需要光照 解析:选C　过程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;过程②为诱导原生质体融合,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;步骤③中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;诱导愈伤组织期间一般不需要光照,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.(2025·日照模拟)科学家利用马铃薯和西红柿叶片分离原生质体并进行细胞杂交,最终获得了杂种植株,相关过程如图所示。有关分析正确的是 (　　) A.过程①应将叶片上表皮向上,置于含纤维素酶和果胶酶的等渗或略高渗溶液中 B.过程②中的原生质体由细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质构成 C.过程④可用高Ca2+—低pH融合法,目的是促进原生质体融合 D.过程⑤进行脱分化和再分化过程,杂种植株一定具有马铃薯和西红柿的优良性状 解析:选A　过程①为去除细胞壁以获得原生质体,应将叶片撕去下表皮的一面朝下(能与溶液接触),即应将叶片上表皮向上,原生质体没有细胞壁,为避免原生质体吸水破裂,将叶片置于含纤维素酶和果胶酶的等渗或略高渗溶液中,A正确;原生质层是由细胞膜、液泡膜以及这两层膜之间的细胞质组成的,B错误;过程④可用高Ca2+—高pH融合法促进原生质体融合,C错误;由于杂种细胞基因的表达会相互影响等,获得的杂种植株不一定能够表现亲本的优良性状,D错误。 4.红豆杉(2n=24)生长缓慢且紫杉醇(可制作抗癌药物)含量非常低。红豆杉和柴胡(2n=12)的亲缘关系较远,研究人员尝试运用体细胞杂交技术培育产生紫杉醇的柴胡。先用一定剂量的紫外线照射红豆杉原生质体,破坏部分染色体,再将其与未经紫外线照射的柴胡原生质体融合,得到两两融合的细胞,然后筛选杂种细胞,杂种细胞中两种植物细胞的染色体间排斥较为明显。下列说法错误的是 (　　) A.融合前需将红豆杉细胞和柴胡细胞用纤维素酶和果胶酶处理 B.可以用化学诱导剂PEG诱导红豆杉原生质体与柴胡原生质体融合 C.融合细胞中染色体数为13~23的为杂种细胞,24条的可能不是杂种细胞 D.应在能合成紫杉醇的杂种细胞中选择红豆杉染色体数较少的细胞进行培养 解析:选C　植物细胞有细胞壁,阻碍细胞间杂交,所以在两种植物细胞融合前,需要用纤维素酶和果胶酶处理,A正确;诱导植物细胞原生质体融合的方法有电融合法、PEG融合法等,B正确;由题意可知,融合细胞中染色体数为13~36的为杂种细胞,24条的可能是杂种细胞,C错误;杂种细胞中两种植物细胞的染色体间排斥较为明显,所以应在能合成紫杉醇的杂种细胞中选择红豆杉染色体数较少的细胞进行培养,这样染色体间的排斥较弱,D正确。 一、建构概念体系 二、融通科学思维 1.马铃薯栽培种的抗病性和抗逆性较差,马铃薯野生种的抗病性和抗逆性较好。利用马铃薯野生种,通过细胞工程改进马铃薯栽培种种质的思路是将马铃薯野生种细胞与马铃薯栽培种细胞融合,经植物组织培养技术培养成植株。 2.“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想象的那样,地上长番茄、地下结马铃薯的主要原因是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,所以“番茄—马铃薯”杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质,但这些遗传物质的表达相互干扰,不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达。 三、综合检测反馈 1.植物组织培养过程中分化成的幼苗需要移栽,下列关于移栽措施的说法错误的是 (　　) A.移栽时,应打开培养瓶的封口后马上移植 B.移栽的基质可以是消过毒的蛭石或者珍珠岩 C.移栽时需用流水清洗掉根部的培养基 D.幼苗需移植到消过毒的新环境下生活一段时间,等幼苗长壮后再移栽到土壤中 解析:选A　植物组织培养过程中分化成的幼苗需要移栽,移栽前,应先将培养瓶的封口膜打开,让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后,将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中,等幼苗长壮后再移栽到土壤。 2.器官发生途径是指利用外植体脱分化产生愈伤组织再分化产生根与芽,或者直接从外植体上诱导不定芽并最终长成完整植株的过程。下列叙述错误的是 (　　) A.器官发生途径一般需要添加植物激素 B.器官发生途径能在母体植物上直接完成 C.器官发生途径过程中存在基因选择性表达 D.器官发生途径依赖于细胞核中的全套遗传信息 解析:选B　利用外植体得到根与芽或完整植株的过程一般要添加生长素和细胞分裂素等植物激素,A正确;由题干可知,器官发生途径需要利用外植体诱导得到根与芽或完整植株,而不能在母体植物上直接完成,B错误;器官发生途径过程中通过诱导外植体经细胞分裂、分化得到根、芽或完整植株,该过程中存在基因选择性表达,C正确;器官发生途径的原理是植物细胞的全能性,植物细胞具有全能性的原因是高度分化的细胞的细胞核中具有该物种的全套遗传信息,D正确。 3.(2025·江苏高考)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 解析:选C　根据题图可知,过程①是脱分化,该过程中细胞会进行有丝分裂,A正确;过程②是再分化,愈伤组织细胞经再分化形成不同种类的细胞(如根、芽等器官的细胞),B正确;过程②(再分化)和过程③(胚状体发育)中,诱导的方向不同(②是诱导愈伤组织再分化形成根、芽等,③是胚状体进一步发育生长),所用培养基的成分、浓度等不同,C错误;培养基中的糖类可作为植物细胞培养的碳源,为细胞提供能量,同时糖类能参与维持培养基的渗透压,保持细胞的正常形态和生理功能,D正确。 4.土壤盐渍化是指盐分在土壤表层积累的现象。科学家利用甲、乙两个不同的物种培育耐盐新品种的过程如下图所示。下列分析正确的是 (　　) A.①过程可以使用胰蛋白酶去除植物细胞壁 B.②过程可以利用电融合法诱导原生质体融合 C.③④过程所用的培养基成分除盐浓度外均相同 D.耐盐植株一定表现出双亲全部优良性状 解析:选B　植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,①过程用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁,A错误;人工诱导原生质体融合的方法基本上包括物理法(电融合法、离心法等)、化学法(聚乙二醇融合法等),B正确;③表示脱分化、④表示再分化,培养的目的不一样,培养基的成分有差别,例如③与④中植物激素的浓度不同,C错误;获得的耐盐植株由于基因表达的调控,不一定能表现出双亲全部优良性状,D错误。 5.为获得利福平和链霉素双抗的黄色短杆菌菌株,科研人员用现有的甲、乙两种菌株进行细菌细胞融合(基本过程与植物体细胞杂交一致)。菌株甲抗利福平(Rifr)但对链霉素敏感(StrS),菌株乙抗链霉素(Strr)但对利福平敏感(RifS)。下列叙述错误的是 (　　) A.过程①中需要用纤维素酶和果胶酶处理细菌甲和细菌乙 B.为避免原生质体失水而影响融合，应将制备好的原生质体置于稍高渗环境中 C.若只考虑两两融合,融合子有3种,可用含利福平和链霉素的固体培养基进行筛选 D.过程②体现了细胞膜的流动性,PEG可以诱导植物细胞融合 解析:选A　细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖,不能使用纤维素酶和果胶酶来处理细菌甲和细菌乙,A错误; 失去细胞壁保护的原生质体在低渗环境中很容易吸涨破，因此应将制备好的原生质体置于稍高渗环境中，B正确；形成的两两融合的融合子共有3种,分别是菌株甲互融、菌株乙互融、菌株甲与菌株乙互融,其中只有菌株甲与菌株乙互融形成的融合子才是所需要的双抗菌株,可用含有利福平和链霉素的固体培养基进行筛选,C正确;过程②是原生质体甲、乙相互融合的过程,该过程体现了细胞膜的流动性,PEG是常用的细胞融合诱导剂,可诱导植物细胞的融合,D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $