2027届高考生物人教版一轮复习课件 第39讲 植物细胞工程

该高中生物学高考复习课件聚焦“植物细胞工程”专题，覆盖植物组织培养技术、体细胞杂交技术及应用三大高考核心考点，依据近三年江苏、北京等多省高考真题数据，明确技术原理、操作流程及应用实例为高频考查方向，构建了系统的考点梳理体系。 课件亮点在于“考情导向+能力突破+真题实战”，如通过单倍体育种与杂交育种流程对比培养科学思维，结合菊花组织培养实验步骤强化探究实践，特设17个易错点分析及2024-2025年多省真题训练，助力学生掌握答题技巧，教师可据此高效规划复习，提升备考针对性。

植物细胞工程 高中生物·一轮复习·第39讲 SW生老师 考情 分析 植物组织培 养技术和植 物体细胞杂 交技术 ①2025江苏T4②2025浙江T18③2025四川T6④2024安徽T15⑤2024北京T12、13 ⑥2024山东T20⑦2024湖北T11⑧2024浙江T8⑨2024甘肃T15⑩2023重庆T15 ⑪2023江苏T13⑫2023新课标T35⑬2023河北T13⑭2023广东T12⑮2023山东T14 ⑯2023江苏T13 植物细胞工 程的应用 ①2025黑吉辽蒙T8②2025湖北T5③2024浙江T23 植物细胞工程的基本技术 PART 01 植物通常是通过播种或扦插实现繁殖的。 玉米种子萌发 黄豆种子发芽 落地生根 在一定条件下，利用它们的一片叶子、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。这是为什么呢 ? 1、细胞具有全能性： 细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。 细胞 → 完整个体或其他各种细胞 分化程度越高，全能性越低 细胞含有该物种生长发育所特有的全套遗传物质 如：植物细胞的全能性>动物细胞全能性 如：受精卵>胚胎干细胞>生殖细胞(精细胞、卵细胞)>体细胞 原因 细胞全能性的标志 全能性的高低 2、植物细胞表现全能性的条件 离体 一定的营养物质、植物激素 适宜的温度、pH等外界条件 无菌环境 若细胞不离体，细胞中的基因会选择性地表达，从而形成生物体的不同组织和器官，不能表现出全能性。 在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性，原因是什么？ 在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性表达 比如，芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶 外植体 1.概念： 指将离体的植物器官、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。 有丝分裂 无性生殖 细胞具有全能性 2. 生殖方式： 3. 分裂方式： 4. 原理： 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 移栽成活 脱分化 再分化 再分化 一、植物组织培养技术 5、相关概念 （2）愈伤组织 （1）脱分化 （3）再分化 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 在一定的激素和营养等条件的诱导下，脱分化的细胞形成得到不定形 的薄壁组织团块 愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程 愈伤组织 菊花的组织培养 探究·实践 （一）原理 植物细胞一般具有全能性。在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过脱分化，即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。愈伤组织能重新分化成芽、根等器官。植物激素中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， 它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。将愈伤组织接种到含有特定激素的培养基上，就可以诱导其再分化成胚状体，长出芽和根，进而发育成完整的植株。 植物激素对植物组织培养的影响 影响因素 实验结果 植物激素的浓度 根据生长素作用的两重性：低浓度促进生长，高浓度抑制生长，甚至杀死植物 植物激素用量 生长素>细胞分裂素 有利于根的分化、抑制芽的形成 生长素<细胞分裂素 有利于芽的分化、抑制根的形成 生长素≈细胞分裂素 促进愈伤组织的形成 使用顺序 先生长素，后细胞分裂素 有利于细胞分裂，但细胞不分化 先细胞分裂素，后生长素 细胞既分裂也分化 同时使用 分化频率提高 （二）目的要求 1. 了解植物组织培养的基本原理。 2. 了解生长素和细胞分裂素的浓度、用量的比例对菊花愈伤组织形成和分化的 影响。 3. 尝试进行植物组织培养。 （三）材料用具 1. 材料：幼嫩的菊花茎段、培养基、体积分数为70%的酒精、质量分数为5%左 右的次氯酸钠溶液和无菌水等。 2. 用具：50mL锥形瓶(或植物组织培养瓶)、烧杯、酒精灯、超净工作台(或 接种箱)、高压蒸汽灭菌锅、培养箱、封口膜、滤纸、标签、消毒用酒精棉球、培养皿、解剖刀和镊子等。 ①外植体消毒 ②外植体处理 ③接种外植体 ④诱导愈伤组织 ⑤诱导芽和根 ⑥移栽 用酒精擦拭双手和超净工作台面。 ①流水冲洗后的外植体(幼嫩的茎段)酒精消毒30s→②无菌水清洗2-3次→③次氯酸钠溶液处理30min→④无菌水清洗2-3次 ①外植体消毒 （四）方法步骤 ②外植体处理 用无菌滤纸吸去表面水分，将外植体切成0.5-1cm长的小段 ③接种外植体 在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3-1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。 ④诱导愈伤组织 将接种了外植体的锥形瓶置18-22℃的培养箱中培养。 将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽培养基上出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。 ⑤诱导芽和根 适时光照培养 避光培养 ⑥移栽 移栽前先打开封口膜或瓶盖，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，待其长壮后再移栽入土。 1、接种3-4d后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，试分析它们被污染的可能原因。 2、培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？ 外植体消毒不彻底；培养基、接种工具灭菌不彻底； 操作过程不符合无菌操作要求等。 试管苗移栽的关键：既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。一般使用无土栽培方法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷洒质量分数为5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12h，掀开塑料薄膜24h后才能移栽。新移栽的组培苗要在温室过渡几天，待其长壮后再移植到大田或盆中。 （五）结果分析与评价 注意！ 1. 实验中使用的培养基和所有的器械都要灭菌。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的器械都要灭菌。 2. 接种时注意外植体的方向，不要倒插。 3. 诱导愈伤组织期间一般不需要光照，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。 拓展：植物组织培养的两种途径 胚状体：离体培养条件下，没有经过受精过程，但经过胚胎发育过程形成的胚状类似物，因而统称为体细胞胚或胚状体。 胚状体 途径 器官发生途径 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 生芽生根 或胚状体 生长发育 试管苗 （移栽到大田） ① ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 植物体细胞杂交技术 杂种细胞 去除细胞壁 诱导融合 细胞壁再生 脱分化 再分化 移栽 杂种植株 植物组织培养 原生质体融合 （植物细胞的全能性） （细胞膜的流动性） 纤维素酶果胶酶 物理法： 化学法： 电融合法、离心法等 聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+—高pH融合法等 植物细胞融合完成的标志 植物体细胞杂交技术完成的标志 酶解法 二、植物体细胞杂交技术 1、概念： 植物体细胞杂交是指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、原理： 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 植物组织培养 获得杂种植株 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等 染色体数目的变异 3、基础技术： 4、变异类型： 5、成功标志： 6、优点： 植物细胞工程的应用 PART 02 1. 快速繁殖（微型繁殖） （1）概念： 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。 （2）优点： ①可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖； ②可以保持优良品种的遗传特性。 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 芽、根 试管苗 植株 移栽 （3）过程： （4）实例： 一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等的苗木。 实质： 植物组织培养 一、植物繁殖的新途径 铁皮石斛的试管苗工厂化生产 实际问题：生姜是药食两用的经济作物，在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%-50%。 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，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。 2. 作物脱毒 （1）为什么要进行脱毒？ 无性繁殖的作物，感染的病毒容易传给后代。病毒积累，导致作物产量降低、品质变差。 分生区（如茎尖）的细胞 植物分生区细胞病毒少，甚至没有病毒 （2）作物脱毒选用什么材料？选择该种材料的理由是？ （3）脱毒过程： （4）实例： 马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。 脱毒苗 ≠ 抗毒苗 与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。 茎尖 脱分化 愈伤组织 再分化 芽、根 试管苗 脱毒苗 移栽 病毒极少，甚至无病毒 1. 单倍体育种 （1）过程 （2）原理： （其中花药离体培养利用了植物细胞的全能性） 染色体数目变异 花药离体培养 诱导染色体加倍 二倍体植株 单倍体植株 二倍体植株（纯合子） （秋水仙素处理） 单倍体育种包括哪些主要步骤？ 二、作物新品种的培育 花药离体培养 P F1 配子 DDTT DDtt ddTT ddtt 正常植株（纯合） 秋水仙素诱导 单倍体育种 P 高杆抗病 DDTT × 矮杆感病 ddtt F1 高杆抗病 DdTt F2 D_T_ D_tt ddT_ ddtt ddTT 杂交育种 矮抗 ⊗ 需要的纯合矮抗品种 连续自交多代 第1年 第2年 第3-6年 高杆抗病 DDTT × 矮杆感病 ddtt 高杆抗病 DdTt DT Dt dT dt 单倍体植株 第1年 第2年 DT Dt dT dt 需要的纯合矮抗品种 单倍体育种举例：培育矮杆抗病( ddTT )小麦 缺点：耗时长 优点：操作简单 （3）优点： ①极大地缩短了育种的年限。 ③可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。 大多数单倍体植株的细胞中只含一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现，进而能明显缩短育种年限。 （4）实例： 单育1号烟草； 水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物。 我国培育的单育1号烟草是世界上第一个单倍体作物新品种 为什么？ ②后代大多是纯合子，能稳定遗传。 愈伤组织细胞不断分裂，细胞要进行DNA分子复制，因此更易发生突变。 2. 突变体的利用 （1）产生原因： 在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此容易受到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）过程： 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 突变体 筛选培育 新品种 诱变处理 诱变处理的对象？为什么？产生的变异一定符合需要吗？ 不一定，因为突变是不定向的。 （5）实例： （3）原理： 突变(基因突变和染色体变异）和植物细胞的全能性。 已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体，如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草。 （4）优点： 提高变异的频率，加速育种进程； 大幅度地改良某些性状。 1. 植物的代谢产物 初生代谢： 初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，在整个生命活动中一直进行 初生代谢物： 如糖类、脂质、蛋白质、核酸等。 次生代谢： 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 次生代谢物： 一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等） 在植物的抗虫、抗病等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。 含量很低，从植物组织中提取会大量破坏植物资源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到。 三 、细胞产物的工厂化生产 指在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。 过程： 外植体 脱分化 愈伤组织 细胞产物 培养、提取 2. 细胞产物的工厂化生产 概念：利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。 植物细胞培养： 特点： 不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。 实例： 紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品 原理：细胞增殖 紫草宁 具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性 紫杉醇 具有高抗癌活性 已用于乳腺癌等癌症的治疗 红豆杉(濒危植物） （世上首例药用植物细胞工程产品） 人参皂苷 注意： ① 一般组织培养到愈伤组织即可（因为此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。） ②液体培养基（培养液）有利于培养的细胞与营养物质充分接触。 人参皂苷工厂化生产的基本流程： 人参根 　 愈伤组织 　　 增长速度快、细胞内人参皂苷干粉含量高的细胞 大量细胞　　 提取人参皂苷干粉 脱分化 培养选择 破碎细胞 放入发酵罐 细胞增殖 到社会中去 “手指植物”通常培育在装有彩色固体培养基的小玻璃瓶中，只要保证充足的光照和适宜的温度，不需要额外补充水分和营养物质，它们就能在玻璃瓶中生长三四个月之久。 【提示】手指植物的制作方法用到了植物组织培养技术。在制作过程中，一定要注意做好灭菌和消毒工作，为了防止污染，可在培养基中加入一定量的抑菌剂。另外，还可以根据个人喜好，在培养基中加人适量的色素或者荧光剂，使“手指植物”更具有观赏价值。 能力提升 PART 03 1．理论上植物的活细胞具有全能性，原因是什么？是不是所有的植物活细胞都具有全能性？举例说明。 植物的活细胞具有全能性的原因：正常的植物细胞具有发育成该物种个体所需的全部遗传物质。不是所有的植物活细胞都具有全能性，如植物成熟的筛管细胞因为它们没有细胞核，没有全套遗传物质，不具有全能性。 2．植物的种子发育成完整植株是否体现了全能性？为什么？ 否。因为种子中的胚已经完成早期发育，相当于新植株的幼体，由幼体发育成完整植株不能体现出细胞的全能性。 3、选用菊花的外植体时，一般选用形成层细胞或组织块，其原因是什么？ 分裂能力强、分化程度低的区域作为材料，容易诱导形成愈伤组织。 4、为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？ 避免杂菌与培养物竞争营养，且有些杂菌会危害培养物的生长 5．在植物组织培养的过程中，如何控制光照条件？理由。 脱分化过程中一般不需要光照，有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。但是再分化过程中需要给予适当时间和强度的光照。芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照。 6、组织培养过程中,诱导外植体脱分化形成愈伤组织的培养基,其成分中是否应含有蔗糖等有机物？为什么? 应含有；因为此时外植体不能进行光合作用制造有机物,需要依赖于环境中的有机物才能生存 7、在植物组织培养的过程中，培养基中添加蔗糖的作用是什么？ 培养基中添加蔗糖的目的是提供营养,同时调节渗透压,维持细胞正常形态 8．欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？ 不能。因为两种生物之间存在着天然的生殖隔离。 9．为什么用酶解法去除细胞壁？去壁原因是什么？ 酶解法是在常温下进行的，且酶具有专一性，不会影响原生质体的生命活动。去壁原因是细胞壁阻碍着细胞间的杂交。 10．A种原生质体与B种原生质体融合后，有哪几种类型(只考虑两两融合)？而我们需要的是哪种类型？所以原生质体融合后，我们要进行怎样的处理？ 有3种类型：AA、BB、AB。我们需要的是AB。因此要对融合后的原生质体进行筛选。 11．快速繁殖是无性生殖吗？ 快速繁殖实际是一种无性生殖，繁殖过程中细胞的分裂方式是有丝分裂，亲、子代细胞内遗传物质相同，因此能保证亲、子代遗传特性不变。 12．为什么要进行作物脱毒？ 马铃薯、草莓和香蕉等通常是用无性繁殖的方式进行繁殖的，它们感染的病毒很容易传给后代。病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低，品质变差 13．为何植物分生区附近病毒少？ 植物分生区附近，细胞分裂十分迅速，病毒来不及侵入，因此就成为植物体相对无病毒的特殊区域。 14．单倍体育种中为何要进行人工诱导染色体加倍？常用的诱导方法是什么？ 单倍体植株弱小，高度不育。通常用秋水仙素或低温处理单倍体幼苗，诱导其染色体加倍。 15．二倍体的单倍体育种和花药离体培养获得的植株有什么区别？ 花药离体培养得到的植株是单倍体，表现为高度不育；单倍体育种是在花药离体培养的基础上，用适当浓度的秋水仙素或低温处理，获得纯合的二倍体植株是可育的。 16．单倍体幼苗经秋水仙素诱导处理后得到的都是纯合子吗？试分析原因。 不一定。对二倍体植物形成的单倍体，这句话是对的。对多倍体，这句话不对。例如，四倍体植物(AAaa)形成的单倍体幼苗(基因型有AA、Aa、aa三种)，经秋水仙素诱导后形成的仍然是四倍体，基因型分别为AAAA、AAaa、aaaa，其中AAaa是杂合子。 17．单倍体育种与多倍体育种的异同。 单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素或低温诱导染色体数目加倍。单倍体育种需要植物组织培养先形成单倍体幼苗，但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。 18．诱导分化得到的突变体都可以利用吗？为什么？ 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。 真题练习 PART 04 1．(2024·北京等级考)大豆叶片细胞的细胞壁被酶解后，可获得原生质体。以下对原生质体的叙述错误的是(　　) A．制备时需用纤维素酶和果胶酶 B．膜具有选择透过性 C．可再生出细胞壁 D．失去细胞全能性 D 2．(2024·甘肃选择考)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 D 3．(2024·黑吉辽选择考)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物的合成速率 B 4．(2025·湖北选择考)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 √ $