第2章 第1节 第2课时 植物细胞工程的应用-【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2课时　植物细胞工程的应用 聚焦·学案一　植物繁殖的新途径 [学案设计] 1.快速繁殖 (1)快速繁殖技术:用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术,也叫作微型繁殖技术。 (2)特点 ①无性繁殖,保持优良品种的遗传特性; ②高效、快速地实现种苗的大量繁殖; ③可实现工厂化生产。 2.作物脱毒 选材部位 植物顶端分生区附近 选材原因 顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒 实例 目前采用茎尖组织培养技术脱去病毒,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 |情|境|探|究|思|考| 下图利用了植物组织培养技术,观察、思考并回答问题: (1)植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么? 提示:植物组织培养到愈伤组织的阶段,细胞进行有丝分裂,细胞分裂速度较快,从而可获得大量的组织细胞,然后不断地分割、移瓶、诱导再分化形成新植株。植物组织培养在实验室进行,受季节、气候等条件限制较小。 (2)不抗病毒的植株经植物组织培养培育出的脱毒苗抗病毒吗?为什么? 提示:不抗病毒。“脱毒”与“抗病毒”的含义不同,前者为不含病毒或病毒含量很少,后者为能够抵抗病毒侵染。 　　[归纳拓展]　两种植物繁殖新途径的区别与联系 繁殖新途径 取材 优点 技术 快速繁殖 (微型繁殖) 取材广泛 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 植物组 织培养 作物脱毒 顶端分生 区附近 获得高产、优质的无病毒植物 微点拨: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。 [迁移训练] 1.判断下列叙述的正误 (1)快速繁殖不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖,还可以保持优良品种的遗传特性。 (√) (2)作物脱毒后不再感染病毒。 (×) (3)脱毒草莓能明显提高产量,但品质没有发生变化。 (×) (4)作物脱毒所培养的材料常选自顶端分生组织。 (√) (5)快速繁殖本质上是一种无性繁殖。 (√) 2.(2024·甘肃高考)兰州百合栽培过程中易受病毒侵染,造成品质退化。某研究小组尝试通过组织培养技术获得脱毒苗,操作流程如下图。下列叙述正确的是 (　　) A.①为脱分化过程,1号培养基中的愈伤组织是排列规则的薄壁组织团块 B.②为再分化过程,愈伤组织细胞分化时可能会发生基因突变或基因重组 C.3号培养基用于诱导生根,其细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值大于1 D.百合分生区附近的病毒极少,甚至无病毒,可以作为该研究中的外植体 解析:选D　在脱分化过程中,1号培养基中的愈伤组织是排列不规则的、不定形的薄壁组织团块,A错误;愈伤组织细胞分化时可能会发生基因突变,而基因重组一般发生在减数分裂过程中,愈伤组织细胞的分化过程进行的是有丝分裂,所以不会发生基因重组,B错误;3号培养基用于诱导生根,其细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值应该小于1,C错误;百合分生区附近的病毒极少,甚至无病毒,因此可以作为该研究中的外植体,D正确。 3.茎尖超低温疗法是一种马铃薯脱毒方法。科学家以单病毒PLRV(马铃薯卷叶病毒)、PVS(马铃薯S病毒)感染的马铃薯试管苗为实验材料,对不同大小的茎尖进行超低温处理后,再生培养,选取培养18周的20棵植株进行检测以获得病毒保存率,实验结果如下表所示。下列说法不正确的是 (　　) 病毒感染类型 茎尖大小/mm 病毒保存率/% PLRV 0.5 0(0/20) 1.5 35(7/20) PVS 0.5 100(20/20) 1.5 100(20/20) 注:括号内数字表示检测阳性样本量/检测总样本量。 A.超低温处理后的再生培养利用了植物组织培养技术 B.再生培养时培养基中应加入有机碳源和植物激素等 C.1.5 mm的茎尖超低温脱毒效果优于0.5 mm的茎尖 D.PLRV和PVS必须在宿主细胞内才能进行增殖 解析:选C　超低温处理后进行再生培养所用的技术手段是植物组织培养,其培养基中需要加入有机碳源和植物激素等,A、B正确。由题表可知,PLRV感染的试管苗,0.5 mm的茎尖超低温脱毒效果优于1.5 mm的茎尖;PVS感染的试管苗,1.5 mm的茎尖超低温脱毒效果与0.5 mm的茎尖相同,C错误。PLRV和PVS没有细胞结构,没有独立的新陈代谢能力,必须在宿主细胞内才能进行增殖,D正确。 4.病毒感染蔬菜、花卉、果树后,会借助胞间连丝等结构扩散,导致其产量和品质退化。但是被感染的植株茎尖分生组织的细胞中通常不含病毒,可以利用这些部位的细胞,快速生产出脱毒苗。下列叙述正确的是 (　　) A.植株茎尖分生组织的细胞中不含病毒的原因可能是该组织胞间连丝不发达 B.细胞壁无选择透过性,在抵御病原体侵害方面不起作用 C.胞间连丝是所有植物细胞间物质运输和信息交流的通道 D.生产脱毒苗的过程不需要用到植物组织培养技术 解析:选A　由题意可知,病毒会借助胞间连丝等结构扩散,因此植株茎尖分生组织中不含病毒的原因可能是该组织胞间连丝不发达,A正确;茎尖分生区细胞几乎不含病毒,由此推测细胞壁可以抵御病原体侵害,B错误;高等植物细胞可以通过胞间连丝进行物质运输和信息交流,C错误;生产脱毒苗的过程需要用到植物组织培养技术,D错误。 聚焦·学案二　作物新品种的培育及细胞产物的工厂化生产 [学案设计] (一)结合教材初步了解植物细胞工程在作物新品种培育与细胞产物工厂化生产上的应用 1.作物新品种的培育 (1)单倍体育种 过程 花药(或花粉)离体培养→单倍体植株纯合二倍体植株 优点 ①遗传性状相对稳定;②极大地缩短了育种的年限,节约了大量的人力和物力 (2)突变体的利用 ①产生原因:在植物的组织培养过程中,由于培养细胞一直处于不断增殖的状态,因此它们容易受培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。 ②利用:筛选出对人们有用的突变体,进而培育成新品种。 2.细胞产物的工厂化生产 (1)次生代谢物 ①概念: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。 ②作用:在植物抗病、抗虫等方面发挥作用,也是很多药物、香料和色素等的重要来源。 (2)细胞产物的工厂化生产 ①生产技术手段:植物细胞培养技术,即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。 ②优点:生产速度快;不占用耕地,几乎不受季节、天气等的限制。 ③实例:利用紫草细胞培养生产的紫草宁具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性;利用红豆杉细胞培养生产的紫杉醇具有高抗癌活性。 (二)深化理解与植物细胞工程应用相关两类技术 |探|究|学|习| 1.结合教材有关突变体的利用的知识回答下列问题: (1)突变体育种的原理是什么? 提示:基因突变和植物细胞的全能性。 (2)在培养至愈伤组织时进行诱变处理的原因是什么? 提示:愈伤组织细胞分裂旺盛,且一直处于不断增殖的状态,此时容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变。 (3)诱导分化得到的突变体都可以利用吗?为什么? 提示:大多数都不可以。因为基因突变可能破坏生物体与现有环境的协调关系,而对生物体有害;还有些基因突变既无害也无益,是中性的。 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。 (1)完善细胞产物工厂化生产的流程: (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。 |认|知|生|成| 1.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 各种转基因植物、脱毒苗的培育 人参皂苷等次生代谢物的生产 2.单倍体育种和突变体育种的比较 项目 原理 优点 一般流程 单倍 体育种 染色体变异、植物细胞的全能性 明显缩短育种年限 突变 体育种 突变(基因突变和染色体变异)、植物细胞的全能性 产生新基因,大幅度改良某些性状 　　[典例]　(2025·湖北高考)水母雪莲是我国的一种名贵药材,主要活性成分为次生代谢产物黄酮。水母雪莲生长缓慢,长期的掠夺性采挖导致该药材资源严重匮乏。研究人员开展了悬浮培养水母雪莲细胞合成黄酮的工程技术研究,结果如表所示。下列叙述错误的是 (　　) 转速/(r/min) 55 65 75 85 相对生长速率 0.21 0.25 0.26 0.25 细胞干重/(g/L) 7.50 9.70 11.4 9.50 黄酮产量/(g/L) 0.20 0.27 0.32 0.25 A.黄酮产量与细胞干重呈正相关 B.黄酮是水母雪莲细胞生存和生长所必需的 C.氧气供给对于水母雪莲细胞生长、分裂和代谢是必需的 D.转速为75 r/min时既利于细胞分裂,又利于黄酮的积累 [解析]　根据表格数据分析,随着细胞干重增加,黄酮产量也增加;随着细胞干重减少,黄酮产量也降低,说明黄酮产量与细胞干重呈正相关,A正确。黄酮属于次生代谢产物,次生代谢产物不是细胞生存和生长所必需的,B错误。氧气的供给有利于细胞呼吸为生命活动提供能量,对水母雪莲细胞生长、分裂和代谢是必需的,C正确。根据表格数据分析,转速为75 r/min时,细胞的相对生长速率(0.26)最大,黄酮产量(0.32 g/L)最高,D正确。 [答案]　B [迁移训练] 1.判断下列叙述的正误 (1)二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株。 (×) (2)利用组织培养技术产生突变体,可直接培育出具有优良性状的新品种。 (×) (3)在植物组织培养过程中,容易获得突变体的主要原因是DNA复制容易受到抑制。 (×) (4)通过植物细胞培养获得细胞产物,一般培养到愈伤组织阶段即可。 (√) 2.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 解析:选A　有些产物不能或难以通过化学合成途径得到,但可利用植物细胞培养技术得到,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;一般认为次生代谢物不是植物基本的生命活动所必需的,其含量少,可以通过增加细胞的数量来增加次生代谢物的产量,C错误;该技术主要利用促进细胞分裂的培养条件,提高多个细胞中次生代谢物的总含量,而不能提高单个细胞中次生代谢物的含量,D错误。 3.(2024·黑吉辽高考)迷迭香酸具有多种药理活性。进行工厂化生产时,先诱导外植体形成愈伤组织,再进行细胞悬浮培养获得迷迭香酸,加入诱导剂茉莉酸甲酯可大幅提高产量。下列叙述错误的是 (　　) A.迷迭香顶端幼嫩的茎段适合用作外植体 B.诱导愈伤组织时需加入NAA和脱落酸 C.悬浮培养时需将愈伤组织打散成单个细胞或较小的细胞团 D.茉莉酸甲酯改变了迷迭香次生代谢产物的合成速率 解析:选B　植物顶端幼嫩的茎段分化程度低,分裂和分化能力强,且病毒极少,甚至无病毒,适合用作外植体,A正确;诱导愈伤组织时需加入生长素、细胞分裂素或与它们作用类似的植物生长调节剂,NAA是生长素类植物生长调节剂,可以加入,但不能加入脱落酸,B错误;用培养液进行悬浮培养时,需将愈伤组织打散成单个细胞或较小的细胞团,以增大细胞与培养液的接触面积,C正确;结合题意可推知迷迭香酸是植物细胞的次生代谢产物,根据题干信息“加入诱导剂茉莉酸甲酯可大幅提高产量”可知,茉莉酸甲酯改变了迷迭香次生代谢产物的合成速率,D正确。 4.(2025·黑吉辽蒙高考)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 解析:选A　细胞分裂素和生长素的比例会影响愈伤组织的形成,两者比例适中时,促进愈伤组织形成,A正确;培养基用湿热灭菌法灭菌,B错误;植物细胞一般具有全能性,芽原基可以用作外植体,C错误;紫杉醇是一种植物次生代谢物,能通过细胞产物的工厂化生产来获取,D错误。 一、建构概念体系 二、融通科学思维 1.单倍体植株是进行体细胞诱变和研究遗传突变的理想材料,其原因在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。 2.结合诱变育种,从细胞工程的角度出发,简述一种培养抗寒香蕉品种的方法及步骤:体细胞诱变育种。利用诱变剂等方法使香蕉离体培养细胞发生基因突变,再利用植物组织培养技术发育成完整植株,然后筛选培育出抗寒品种。 3.单倍体育种的优点:明显缩短育种年限,可获得纯合子,后代不发生性状分离,能稳定遗传。 4.生物的代谢分为初生代谢和次生代谢,初生代谢是生物生存必需的,而次生代谢不是生物必需的,但次生代谢对生物有一定的积极意义,表现在次生代谢物有利于增强生物的抗病、抗虫能力。 三、综合检测反馈 1.植物细胞悬浮培养是将单个细胞或细胞团进行液体培养增殖的技术。下列叙述错误的是 (　　) A.植物细胞悬浮培养的培养基须经无菌处理 B.经纤维素酶和果胶酶充分处理后,植物细胞团分散为单个完整的悬浮细胞 C.为使悬浮细胞正常生长,培养基须保持适当的温度、pH和渗透压 D.利用悬浮培养技术生产次生代谢物,可减少植物资源的消耗 解析:选B　为了避免杂菌污染,植物细胞悬浮培养的培养基须经无菌处理,A正确;纤维素酶和果胶酶处理植物细胞获得的是原生质体,不能获得单个完整的悬浮细胞,B错误;细胞的正常生长需要适宜的条件,因此,为使悬浮细胞正常生长,培养基须保持适当的温度、pH和渗透压,C正确;利用悬浮培养技术生产次生代谢物,可减少植物资源的消耗,D正确。 2.多倍体愈伤组织细胞产生的次生代谢物量常高于二倍体,为了获得植物次生代谢物,先用某植物外植体(2n)获得愈伤组织,然后在培养液中悬浮培养,再经秋水仙素处理,产生染色体加倍的细胞。下列叙述错误的是 (　　) A.培养液中添加的蔗糖具有提供能源和调节渗透压的作用 B.需要用胰蛋白酶将愈伤组织分散成单个细胞进行悬浮培养 C.诱导加倍处理后,可以观察到染色体数为8n的细胞 D.细胞干重在培养12 d后会下降,原因可能是营养物质减少、有害代谢产物积累 解析:选B　培养液中添加的蔗糖具有提供能源和调节渗透压的作用,A正确;植物细胞培养不需要用胰蛋白酶将愈伤组织分散成单个细胞进行悬浮培养,B错误;愈伤组织的染色体数为2n,经秋水仙素诱导一次后染色体数变成4n,染色体数为4n的细胞在有丝分裂后期染色体数变为8n,或者愈伤组织经秋水仙素诱导两次变为染色体数为8n的细胞,C正确;细胞干重在培养12 d后会下降,原因可能是营养物质减少,细胞生长所需要的营养供应不足,也可能是有害代谢产物积累,抑制了细胞的生长,D正确。 3.辣椒的辣椒素是食品调味料的重要成分之一,辣椒素可通过下图途径获得,下列叙述正确的是 (　　) A.①过程需对外植体进行灭菌以防止后续培养过程中杂菌污染,且有利于获得脱毒苗 B.图中所示的愈伤组织是未分化的有固定形态的薄壁组织团块,具备较强的分裂、分化能力 C.若在细胞分离过程中使用盐酸进行解离,则植物细胞继续增殖前需再生细胞壁 D.在脱分化过程中一般不需要光照,在再分化过程中光照可诱导植物形态建成 解析:选D　①过程需对外植体进行消毒以防止后续培养过程中杂菌污染,且有利于获得脱毒苗,A错误;愈伤组织是一团没有特定结构和功能,排列疏松而无规则,高度液泡化的呈不定形状态的薄壁组织团块,B错误;盐酸会杀死细胞,不能用盐酸分离细胞,C错误;在脱分化过程中一般不需要光照,利于形成愈伤组织,再分化过程中光可诱导叶绿素的合成,可诱导植物形态建成,D正确。 4.肉苁蓉具有较高的药用价值,自然条件下的产量较低,其次生代谢物苯乙醇苷(PeGs)是主要活性成分。研究人员以外植体诱导出愈伤组织,进一步进行细胞悬浮培养。在不同的初始接种浓度下培养一段时间后,对悬浮培养液的PeGs进行测定,结果如下图所示。下列有关叙述,错误的是 (　　) A.植物细胞培养几乎不受季节、天气等限制,条件可控 B.愈伤组织培养时需用固体培养基,细胞悬浮培养时需用液体培养基 C.若工厂化大量生产PeGs,细胞悬浮培养时就应选择接种细胞的浓度为3.2 g·L-1 D.若需进一步了解细胞生成PeGs的能力,则要检测培养后培养液中的细胞密度 解析:选C　植物细胞培养使用人工配制的培养液,可以人为控制其生长环境,故植物细胞培养几乎不受季节、天气等限制,条件可控,A正确;愈伤组织培养时需用固体培养基,细胞悬浮培养时需用液体培养基,B正确;若工厂化大量生产PeGs,细胞悬浮培养时选择接种细胞的浓度应在2.4至4.0 g·L-1之间设置梯度浓度找到最适浓度,C错误;若需进一步了解细胞生成PeGs的能力,要检测培养后培养液中的细胞密度,D正确。 5.紫草宁具有抗菌、消炎等效果。在工厂化生产中,取紫草植株部分组织诱导形成紫草愈伤组织后转入紫草宁形成培养基进行细胞悬浮培养,再将细胞破碎后提取出紫草宁。下列相关叙述错误的是 (　　) A.在紫草宁的工厂化生产过程中,需要使用液体培养基 B.愈伤组织无法进行光合作用,需从培养基中吸收有机物 C.紫草植株组织诱导形成愈伤组织过程中遗传物质发生改变 D.紫草的愈伤组织细胞在低渗溶液中不会涨破 解析:选C　在紫草宁形成培养基中进行细胞悬浮培养时,使用的是液体培养基,A正确;愈伤组织细胞不含叶绿素,无法进行光合作用,因此需要从培养基中吸收有机物,B正确;紫草植株组织脱分化形成愈伤组织过程中遗传物质不会发生改变,C错误;紫草的愈伤组织细胞具有细胞壁,因此其在低渗溶液中通常不会涨破,D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $