第2章 第2节 通过体细胞杂交可获得新的植物体-【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（浙科版）

第二节　通过体细胞杂交可获得新的植物体 |学|习|目|标| 1.了解植物体细胞杂交的基础。 2.概述植物体细胞杂交的过程。 3.说出植物体细胞杂交的意义。 [主干知识梳理] 1.植物体细胞杂交的概念 将两个来自不同种植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并将杂种细胞培育成新的植物体的技术。 2.原生质体的制备 (1)用较高渗透压溶液处理细胞：使细胞处于微弱的质壁分离状态，有利于完整的原生质体的释放，防止原生质体被破坏。 (2)用纤维素酶和果胶酶处理：消化除去细胞壁，获得球形的原生质体。 3.植物体细胞杂交的过程和意义 (1)原理：植物细胞全能性。 (2)应用到的技术：细胞融合技术和植物组织培养技术。 (3)过程 (4)意义：克服远缘杂交的不亲和性，获得新品种。 [预习效果自评] 1.判断下列说法的正误 (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。 (×) 提示：植物体细胞杂交技术最终获得的是由杂种细胞组培形成的新的植物体。 (2)用纤维素酶和果胶酶酶解法获得的植物原生质体失去了全能性。 (×) 提示：去除细胞的细胞壁后，获得的原生质体遗传物质没有减少，仍具有发育的全能性。 (3)再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志。 (√) (4)在用酶解法降解植物细胞壁时，应在等渗溶液中进行，以防止原生质体失水死亡。 (×) 提示：在用酶解法降解细胞壁之前，要先用较高渗透压溶液处理细胞，使细胞处于微弱的质壁分离状态，有利于完整的原生质体的释放，防止原生质体被破坏。 (5)植物体细胞杂交涉及的生物学原理有细胞膜具有流动性。 (√) 2.下列叙述中与植物体细胞杂交技术不相关的是 (　　) A.克服远缘杂交不亲和的障碍 B.利用离心、振动、电激等诱导 C.快速繁殖、培育无病毒植物 D.使两个亲本的优良性状组合到一起 解析：选C　植物体细胞杂交技术最大的优点是能克服远缘杂交不亲和的障碍，培养作物新品种，A不符合题意；诱导植物原生质体融合可采用物理(离心、振动和电激)和化学(聚乙二醇)方法，B不符合题意；快速繁殖、培育无病毒植物是植物组织培养的优点，C符合题意；植物体细胞杂交是两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。杂种细胞拥有两个亲本的遗传物质，因此使两个亲本的优良性状组合到一起，克服了远缘杂交不亲和的障碍，D不符合题意。 3.思考题 白菜、甘蓝均为二倍体植株，两者为不同物种。若A、B分别是白菜和甘蓝的原生质体，C表示融合原生质体，则C再生出细胞壁后需要通过什么技术才能发育成杂种植株白菜—甘蓝?若白菜和甘蓝杂交产生了子代，该子代是否可育? 提示：杂种细胞再生出细胞壁后需要通过植物组织培养技术才能发育成杂种植株白菜-甘蓝；若白菜和甘蓝杂交产生了子代，则在该子代体细胞中存在两个染色体组，一个来自白菜，一个来自甘蓝，它们不存在同源染色体，在减数分裂时不能正常联会，不能产生正常的配子，故该子代不可育。 [精要内容把握] 一、知识体系建一建 二、核心语句背一背 1.用纤维素酶和果胶酶混合液处理根尖、叶片、愈伤组织或悬浮培养细胞，消化除去细胞壁，获得球形的原生质体。 2.杂种细胞具有全能性，经过培养能进一步分裂、分化，进而发育成完整的植株。 3.通过植物体细胞杂交技术，能克服远缘杂交的不亲和性，获得新品种。 提能点　植物体细胞杂交的过程 [任务驱动] 　　下图表示植物体细胞杂交过程，A、B表示植物细胞，a~d表示操作过程。请思考并回答以下问题： (1)a表示什么过程?该过程为什么在高渗环境下使用纤维素酶和果胶酶? 提示：a表示去除细胞壁获得具有活力的原生质体，由于植物细胞壁主要由纤维素和果胶组成，故使用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，该过程中，为防止原生质体吸水涨破，需要在高渗环境下(如一定浓度的蔗糖或0.5~0.6 mol/L甘露醇溶液等)。 (2)b表示什么过程?该过程的原理是什么? 提示：b表示原生质体的融合，其原理是细胞膜具有一定的流动性。 (3)图示中原生质体两两融合的细胞种类可以有几种?判断杂种细胞成功的标志是什么? 提示：有3种，即原生质体A自身融合的细胞、原生质体B自身融合的细胞、原生质体A和原生质体B融合形成的杂种细胞。判断杂种细胞形成的标志是细胞再生细胞壁。 (4)诱导b融合的方法有哪些? 提示：物理法和化学法。物理法包括离心、振荡、电刺激等；化学法一般用聚乙二醇作为诱导剂。 (5)d表示什么过程?该过程主要涉及哪些激素?若是基于图示方法进行育种有何优点? 提示：d表示植物组织培养，主要涉及生长素与细胞分裂素。基于植物体细胞杂交进行育种最大的优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍，获得新品种。 [生成认知] 一、综合分析植物体细胞杂交技术 1.杂交过程 2.操作目的 植物体细胞杂交的终点是培育成杂种植株，而不是形成杂种细胞就结束。杂种植株特征：具备两种植物的遗传特性，原因是杂种植株中含有两种植物的遗传物质。 3.在育种上应用时最大的优点 克服远缘杂交不亲和的障碍，获得新品种。 4.未解决的问题 目前还不能让杂种植物完全按人们的需要去表达亲代的优良性状，如番茄—马铃薯。 二、植物体细胞杂交中产生细胞的类型及检测 1.诱导产物(假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B) (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。 2.检测方法：对诱导产物中的细胞进行植物组织培养，然后根据得到的植物性状进行判断。 (1)若只表现出一种植物的性状，说明是未融合细胞。 (2)若得到的是具有两种亲本性状的植物，说明是杂种细胞融合。 (3)若得到的是具有两种亲本性状的植物，且一种植物的性状得到加强，则是多细胞融合体。 (4)若只表现出一种植物的性状且效果得到加强，则是同种细胞融合的结果。 三、植物组织培养、细胞培养、器官培养和原生质体培养的关系 植物细胞培养、器官培养和原生质体培养统称为植物组织培养，最终都能得到完整植株，但由于培养目的不同，有时需对愈伤组织进行特殊处理。它们之间的关系如图所示： 　　[例1]　下面为“番茄—马铃薯”的培育过程示意图，下列有关叙述正确的是 (　　) A.获得a、b细胞需要胰蛋白酶和果胶酶 B.诱导a、b细胞融合的化学试剂一般用秋水仙素 C.a、b细胞融合为c细胞的原理是细胞膜具有一定的流动性 D.d、e、f过程表示植物的组织培养过程，e、f分别为脱分化和再分化 [解析]　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，获得具有活力的原生质体，A错误；a、b细胞融合为c细胞的原理是细胞膜具有一定的流动性，诱导a、b细胞融合的化学试剂一般是聚乙二醇，B错误，C正确；d、e分别为脱分化和再分化，D错误。 [答案]　C 　　[例2]　(2025·衢州市五校联盟联考)下列关于制备原生质体的叙述，正确的是 (　　) A.经纤维素酶和胰蛋白酶降解细胞壁获得的原生质体已经失去了生理活性 B.降解细胞壁之前要用0.5~0.6 mol/L的甘露醇等低渗溶液处理植物细胞 C.处理的植物细胞可以是根尖、愈伤组织或悬浮培养细胞，但不能是叶片细胞 D.充足光照下，菠菜叶肉细胞制备的原生质体中可以观察到叶绿体和胞质环流 　　[解析]　制备原生质体所用的酶为纤维素酶和果胶酶，获得的原生质体仍然具有生理活性，A错误；降解细胞壁之前要用0.5~0.6 mol/L的甘露醇等高渗溶液处理植物细胞，B错误；处理的植物细胞可以是根尖、叶片、愈伤组织或悬浮培养细胞，C错误。 　　[答案]　D [归纳拓展] 植物体细胞杂交技术归纳 (1)植物体细胞杂交包括原生质体制备、原生质体融合和植物组织培养三个过程，没有发生减数分裂，因此不会出现同源染色体的分离和非同源染色体的自由组合行为，不遵循孟德尔定律，生殖类型为无性生殖。 (2)如果没有染色体丢失，植物体细胞杂交育种所得新品种的体细胞染色体数目为两个亲本细胞染色体数目的和，发生了染色体数目变异。 (3)植物体细胞杂交技术可用于多倍体育种。 (4)植物体细胞杂交的结果是获得杂种植株。 [跟踪训练] 1.(2025·浙江强基联盟月考)利用原生质体培养技术可大大提高矮牵牛的克隆成功率，并可用于各类植物细胞工程。下列叙述正确的是 (　　) A.在特定溶液中使用果胶酶充分处理矮牵牛叶组织以获取原生质体 B.获取的原生质体通常不宜悬浮在低渗溶液中，以防止其吸水涨破 C.利用灭活仙台病毒可促使矮牵牛原生质体与其他植物原生质体融合 D.经原生质体融合的杂交细胞通常不具有全能性，只能分裂不能分化 解析：选B　植物细胞壁的成分主要是纤维素和果胶，故需在特定溶液中使用纤维素酶和果胶酶充分处理矮牵牛叶组织以获取原生质体，A错误；获取的原生质体通常不宜悬浮在低渗溶液中，以防止其吸水涨破，B正确；灭活仙台病毒不可用于植物细胞融合，C错误；经原生质体融合的杂交细胞通常具有全能性，既能分裂也能分化，D错误。 2.(2025·慈溪中学质检)如图为甲物种植物细胞和乙物种植物细胞的结构(仅显示细胞核)，下列有关叙述错误的是 (　　) A.乙植物能产生4种不同类型的花粉 B.将甲、乙两种植物杂交得到的植物为二倍体，可育 C.用纤维素酶和果胶酶可以去除植物细胞的细胞壁 D.经植物体细胞杂交得到的植物为四倍体，基因型为DdYyRr 解析：选B　乙植物细胞具有2对分别位于2对同源染色体上的等位基因，该植物通过减数分裂能产生YR、Yr、yR、yr 4种不同类型的花粉，A正确；甲、乙是2个不同物种的植物，甲、乙杂交得到的植物为异源二倍体，减数分裂时由于染色体联会紊乱而不可育，B错误；植物细胞细胞壁的主要成分为纤维素和果胶，用纤维素酶和果胶酶可去除植物细胞的细胞壁，C正确；甲、乙植物均为二倍体，经植物体细胞杂交得到的细胞应含有四个染色体组，发育成的植物为四倍体，基因型为DdYyRr，D正确。 3.(2025·海盐高级中学月考)马铃薯四倍体栽培种没有青枯病的抗性基因，少数马铃薯野生种存在青枯病的抗性基因。由于核型等差异，野生种难以与四倍体马铃薯栽培种直接杂交繁育，为获得具有抗青枯病的马铃薯栽培种，研究人员进行了植物体细胞杂交的实验研究(已知杂种细胞会发生部分染色体缺失现象)，过程如下图所示。下列分析正确的是 (　　) A.在低渗溶液中，用酶解法处理a和b可以获得两种原生质体 B.过程①体现了生物膜的流动性，用染色体组型分析可筛选出杂种细胞c C.过程②所配制的培养基中添加了比例适中的生长素类和赤霉素类植物生长调节物质 D.过程③为脱分化、再分化过程，可采用接种青枯病细菌鉴定植株的抗病性状 解析：选B　酶解法可用于去除细胞壁获得原生质体，但不能在低渗溶液中进行，否则原生质体会吸水涨破，A错误；过程①代表原生质体的融合，利用了生物膜的流动性，杂种细胞c中染色体来自a和b，所以用染色体组型分析可筛选出杂种细胞c，B正确；过程②为脱分化，培养愈伤组织需要在培养基中添加比例适中的生长素类和细胞分裂素类植物生长调节物质，C错误；过程③表示再分化，D错误。 4.(2025·浙江北斗星盟期中)“白菜—甘蓝”是用植物细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长期短、耐热性强和易于储藏等优点。如图是“白菜—甘蓝”的体细胞杂交过程示意图，回答以下有关问题： (1)为了得到活性较好的白菜和甘蓝的原生质体需在0.5~0.6 mol/L的　　　　溶液环境中用　　　　　　来处理白菜细胞和甘蓝细胞。获取原生质体时，之所以要将细胞放在较高渗透压的溶液中进行，是为了　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)原生质体融合形成杂种细胞后，经过一定过程，再生出杂种植株，根据其过程的差异可分为　　　　　　　　和　　　　　两种发生途径。在诱导过程中，最重要的是通过　　　　　　来进行调控，同时给予适当的　　　　　等条件，此外还应保证始终处于　　　条件。  解析：(1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，为了得到白菜和甘蓝的原生质体，根据酶的专一性原理，可在0.5~0.6 mol/L的甘露醇溶液环境中用纤维素酶和果胶酶来处理白菜细胞和甘蓝细胞，从而去除细胞壁，获得原生质体。当细胞外界溶液浓度大于细胞液浓度时，植物细胞会出现质壁分离，获取原生质体时，之所以要将细胞放在较高渗透压的溶液中进行，是为了使细胞处于微弱的质壁分离状态，有利于释放完整的原生质体，防止原生质体被破坏。(2)原生质体融合形成杂种细胞后，经过一定过程，再生出杂种植株，根据其过程的差异可分为器官发生途径和体细胞胚发生途径两种发生途径。在诱导过程中，最重要的是通过适当的植物激素配比(主要是细胞分裂素和生长素)来进行调控，同时给予适当的营养、pH、温度等条件，此外还应保证始终处于无菌条件，否则会导致实验失败。 答案：(1)甘露醇　纤维素酶、果胶酶　使细胞处于微弱的质壁分离状态，利于释放完整的原生质体，防止原生质体被破坏　(2)体细胞胚发生途径　器官发生途径　适当的植物激素配比　营养、pH、温度　无菌 科学思维——归纳比较植物组织培养与植物体细胞杂交 　　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 过程 离体的植物器官、 组织或细胞 愈伤组织 丛芽或胚状体 植物体 原理 植物细胞的全能性 细胞膜具有一定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 不同植物的体细胞 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 [素养评价] 1.下列关于植物组织培养和植物体细胞杂交的叙述，正确的是 (　　) A.用于组织培养的外植体可以是植物体的任何活细胞 B.花药离体培养获得单倍体植株的过程需要利用植物体细胞杂交技术 C.植物体细胞杂交的最终目的是获得杂种细胞 D.植物体细胞杂交技术离不开植物组织培养技术 解析：选D　高等植物成熟的筛管细胞没有细胞核，不能用作组织培养的外植体，A错误；花药离体培养获得单倍体幼苗，需要利用植物组织培养技术，此过程不需要利用植物体细胞杂交技术，B错误；植物体细胞杂交需要先获得杂种细胞，然后将杂种细胞通过植物组织培养培育成植株，C错误，D正确。 2.海洋杜氏藻是一种单细胞绿藻，具有耐盐特性；紫球藻是一种单细胞红藻，是制备重要医药原料花生四烯酸的良好材料，且对青霉素有抗性。通过植物细胞工程技术，培育出了能在高盐海水中养殖且高产花生四烯酸的杂种藻类。下列说法错误的是 (　　) A.用酶解法获取原生质体的过程需在高渗溶液中进行 B.用聚乙二醇处理可诱导两种原生质体融合 C.在高盐培养基中添加青霉素可选择出所需的杂种细胞 D.需将杂种细胞在黑暗的条件下诱导形成愈伤组织后大量养殖 解析：选D　用酶解法去除细胞壁时，为防止形成的原生质体吸水涨破，应在高渗溶液中进行，A正确；聚乙二醇是化学诱导剂，用聚乙二醇处理可诱导两种原生质体融合，B正确；海洋杜氏藻具有耐盐特性，紫球藻对青霉素有抗性，所以在高盐培养基中添加青霉素可选择出所需的杂种细胞，C正确；由于海洋杜氏藻和紫球藻都是单细胞藻类，所以不需要将杂种细胞在黑暗的条件下诱导形成愈伤组织，D错误。 3.(2025·温州月考)驱蚊草含有香茅醛，能散发出一种特殊的柠檬型香气，从而达到驱蚊且对人体无害的效果。驱蚊草是把天竺葵的原生质体和香茅草的原生质体进行诱导融合培育而成的。下列关于驱蚊草培育的叙述，错误的是 (　　) A.驱蚊草的培育属于细胞工程育种，优点是克服了远缘杂交不亲和的障碍 B.驱蚊草培育过程要用到纤维素酶、果胶酶、PEG等试剂或电刺激等方法 C.驱蚊草培育过程不同于植物组织培养，无细胞脱分化和再分化的过程 D.驱蚊草培育利用了植物体细胞杂交技术，育种原理是染色体数目变异 解析：选C　驱蚊草是把天竺葵的原生质体和香茅草的原生质体进行诱导融合培育而成的，采用了植物体细胞杂交技术，属于细胞工程育种，其优点是能克服远缘杂交不亲和的障碍，A正确；要获得天竺葵的原生质体和香茅草的原生质体，需要采用酶解法(纤维素酶、果胶酶)，诱导天竺葵的原生质体和香茅草的原生质体融合可采用化学法(聚乙二醇等)或物理法(电刺激等)，B正确；驱蚊草培育过程不同于植物组织培养，但需要采用植物组织培养技术，因此有细胞脱分化和再分化的过程，C错误；驱蚊草培育利用了植物体细胞杂交技术，育种原理是染色体数目变异，D正确。 4.(2025·杭州西湖区期中)紫罗兰(2n=14)花色丰富、抗虫性强、种子油富含亚麻酸。为了让油菜(2n=38)具有紫罗兰的诸多优良性状，科研工作者进行了如图所示实验，请分析回答： (1)用酶解法制备原生质体时，需先用较　　(填“高”或“低”)渗透压的溶液处理植物细胞，使细胞处于微弱的　　　　状态，然后用　　　　　　酶去除细胞壁，获得原生质体。为了减小酶溶液对原生质体的污染，在去壁前需对酶溶液进行　　　　处理。  (2)融合的原生质体只有重新形成　　　　后，才可进行有丝分裂，多次分裂形成的小细胞团可通过体细胞胚发生或　　　　　途径再生植株。杂种细胞之所以能够发育成完整植株，是因为植物细胞具有　　　　。  (3)紫罗兰—油菜杂种植株可通过制作人工种子的方法大量繁殖。将愈伤组织培养成　　　　，再通过人工种皮包装得到人工种子。人工种子中往往添加了适量人工胚乳，其中应含有营养物质、　　　　　　　　　等物质，有利于种子发育成完整植株。鉴定杂种植株，可取植株的根尖细胞，制作成装片，在显微镜下观察　　　　　　　。  解析：(1)用酶解法制备原生质体时，需先用较高渗透压的溶液处理植物细胞，使细胞处于微弱的质壁分离状态，然后用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得原生质体。为了减小酶溶液对原生质体活力的影响，在去壁前需对酶溶液进行过滤除菌处理。(2)融合的原生质体只有重新形成新的细胞壁后，才表示完成体细胞杂交，才可进行有丝分裂，多次分裂形成的小细胞团可通过体细胞胚发生或器官发生的途径再生植株。杂种细胞之所以能够发育成完整植株，是因为植物细胞具有全能性。(3)人工种子的制备过程可将愈伤组织培养成胚状体，再通过人工种皮包装得到人工种子。人工种子中往往添加了适量人工胚乳，其中应含有营养物质、植物生长调节剂(植物激素)等物质，有利于种子发育成完整植株。鉴定杂种植株，可取植株的根尖细胞，制作成装片，在显微镜下观察染色体的形态和数目。 答案：(1)高　质壁分离　纤维素酶和果胶　过滤除菌　(2)细胞壁　器官发生　全能性　(3)胚状体　植物生长调节剂(植物激素)　染色体的形态和数目 课后思考与练习参考答案(教材P58) 一、选择题 1.D　2.D　3.A 二、简答题 (1)纤维素酶、果胶酶　(2)电刺激、离心、振荡、聚乙二醇等　(3)杂种细胞具有细胞壁　(4)植物细胞的全能性 学科网（北京）股份有限公司 $