第二章第1节　第1课时　植物细胞工程的基本技术 课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

该高中生物学课件聚焦植物细胞工程的基本技术，涵盖植物组织培养和植物体细胞杂交，通过结构与功能观等生命观念导入，结合菊花组织培养实践操作，衔接细胞全能性等基础知识，构建从概念原理到实验应用的学习支架。 其亮点在于融合生命观念、科学思维与探究实践，通过“微思考”“元认知”解析原理，用表格比较脱分化与再分化条件及激素比例影响，结合菊花组织培养完整实验步骤，培养学生科学探究能力。教师可借助系统知识框架与实践指导提升教学效率，学生能深化对细胞工程的理解与应用能力。

第2章　细胞工程 第1节　第1课时　植物细胞工程的基本技术 学习目标 1.运用结构与功能观、物质与能量观理解和认识细胞工程是通过细胞水平上的操作,获得有用的生物体或其产品等。 2.运用归纳与概括、分析与比较等方法概述植物细胞工程的基本技术的原理和过程。 3.尝试通过菊花的组织培养,了解植物组织培养的基本原理,探究生长素和细胞分裂素的浓度和比例对脱分化和再分化的影响,进一步掌握组织培养技术,培养科学探究能力。 目 录 索 引 主题一　细胞工程的概念及植物组织培养技术 主题二　植物体细胞杂交技术 课堂小结 主 题 一 基础知识•落实 主题一　细胞工程的概念及植物组织培养技术 1.细胞工程 (1)概念:应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法,通过　　　　、　　　　或　　 　　上的操作,有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。 (2)分类:依据操作对象分为　　　　　工程和　　　　　工程。 细胞器 细胞 组织水平 植物细胞 动物细胞 2.细胞的全能性 (1)概念:细胞经分裂和分化后,仍然具有产生完整　　　　　或分化成其他　　　　　的潜能。 (2)在生物的生长发育过程中,不是所有的细胞都表现出全能性的原因:在特定的时间和空间条件下,细胞中的基因会　　　　地表达。 [微提醒](1)细胞表达全能性的标志:发育成完整生物体或分化成其他各种细胞。 (2)全能性与细胞分化的关系:随着细胞分化程度的提高,细胞的全能性逐渐降低。 生物体 各种细胞 选择性 3.植物组织培养 (1)概念:将　　　的植物器官、组织或细胞等,培养在　　　 　　 　　,给予适宜的培养条件,诱导其形成　　　　　的技术。 (2)过程 ①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　　　　　的细胞。 ②再分化:脱分化产生的　　　　　,在一定的培养条件下,重新分化成芽、根等器官。 [微提醒](1)愈伤组织是细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、不定形的薄壁组织团块。 (2)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。 离体 人工配制的培养基上 完整植株 未分化 愈伤组织 4.菊花的组织培养 酒精 次氯酸钠 外植体 1/3~1/2 培养箱 生芽 生根 蛭石或 珍珠岩 [微思考](1)为什么细胞工程要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作? 提示 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。 元认知　体外细胞缺乏抗感染能力。 (2)菊花组织培养过程中,诱导外植体脱分化形成愈伤组织的培养基,其成分中为什么要添加蔗糖等有机物? 提示 在诱导外植体脱分化形成愈伤组织的过程中,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。 元认知　脱分化过程不需要光,植物细胞无法进行光合作用。 结论要语　辨一辨 (1)植物体的所有细胞都具有全能性,也都能表现出全能性。(　　) (2)脱分化和再分化是植物组织培养的重要过程。(　　) (3)在进行植物组织培养时,对外植体要进行灭菌处理。(　　) (4)诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基完全一样。(　　) × √ × × 情境探究•提升 采用植物组织培养技术,可大批量获得菊花植株。请结合教材第35页探究·实践“菊花的组织培养”有关内容及教材附录1植物组织培养实验常用培养基的配方和配制方法,回答下列问题。 (1)观察菊花的组织培养流程图,将①~④序号填写在图中A~D所指的空格处。 ①诱导生根　②接种外植体　③诱导愈伤组织　④诱导生芽 ② ③ ④ ① (2)培养基中加入的碳源是什么?有什么作用? 提示 培养基中加入的碳源是蔗糖。能够提供植物细胞新陈代谢所需的营养物质,同时还能够维持培养基适当的渗透压。 (3)诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基的成分主要有什么不同? 提示 三种培养基成分的不同主要是生长素和细胞分裂素的浓度和比例不同。 (4)再分化培养过程中,为什么每日要给予适当时间和强度的光照? 提示 给予适当时间和强度的光照的目的是诱导叶绿素的形成,进一步形成叶绿体进行光合作用。 方法归纳•拓展 1.体现植物细胞全能性的条件 材料 离体的植物活细胞、组织或器官等 培养基 种类齐全、比例合适的营养物质及一定比例的植物激素 外界 条件 ①无菌操作 ②光照:诱导愈伤组织时一般不需要光照,再分化时需要光照 2.脱分化和再分化的比较 比较内容 脱分化 再分化 过程 外植体→愈伤组织 愈伤组织→幼苗 需要条件 ①离体 ②适宜的营养 ③生长素与细胞分裂素的比值适中 ④不需光照,需要适宜的温度等条件 ①离体 ②适宜的营养 ③生长素与细胞分裂素的比值高(低)诱导生根(生芽) ④需光照、适宜的温度等条件 3.不同植物激素比例对植物组织培养的影响 生长素/细胞分裂素的值 作用效果 高 促进根的分化、抑制芽的形成 低 促进芽的分化、抑制根的形成 适中 促进愈伤组织的形成 对点应用•突破 突破点1　细胞工程的概念和细胞全能性 1.下列有关细胞工程的叙述,不正确的是(　　) A.细胞工程应用的是细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法 B.可以通过细胞水平或细胞器水平上的操作,按照人的意愿来改变基因结构 C.可以通过细胞器、细胞或组织水平上的操作,按照人的意愿有目的地来获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品 D.根据操作对象的不同,可以分为植物细胞工程和动物细胞工程 B 解析 细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法,通过细胞器、细胞或组织水平上的操作,有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程,A、C两项正确;改变基因结构属于分子水平的操作,B项错误;根据操作对象的不同,细胞工程可以分为植物细胞工程(植物组织培养和植物体细胞杂交等)和动物细胞工程(动物细胞培养和动物细胞融合等),D项正确。 2.(2025广东广州期中)下列有关细胞全能性的叙述,错误的是(　　) A.高度分化的植物体细胞具有全能性 B.受精卵在自然条件下能发育成完整个体,因此全能性最高 C.玉米种子萌发长成新植株体现了植物细胞的全能性 D.植物细胞在一定条件下离体培养才能表现出全能性 C 解析 种子中的胚实际上是一个幼小的植物体,玉米种子萌发长成新植株不能体现植物细胞的全能性,C项错误。 突破点2　植物组织培养技术 3.如图是植物组织培养过程示意图,下列相关说法正确的是(　　) A.上述植物组织培养过程依据的生物学原理是植物细胞具有全能性 B.需要对外植体进行严格的灭菌处理,以防止杂菌污染 C.外植体若是月季的花药,则图中的①过程需要光照 D.外植体若是菊花的根尖组织,因细胞中没有叶绿体,故培养成的新植株叶片无色 A 解析 只需要对外植体进行消毒处理,以保持外植体的活性,B项错误。①是脱分化过程,月季花药的脱分化过程不需要光照且应避光培养,当愈伤组织再分化形成芽和叶时才需要适当时间和强度的光照,C项错误。菊花根尖组织细胞中含有控制叶绿素形成的基因,在培养过程中,基因的选择性表达会使培养成的新植株叶片呈绿色,D项错误。 4.(2025浙江期末)下列有关菊花组织培养的叙述,错误的是(　　) A.外植体一般选自未开花植株的茎上部新萌生的嫩枝 B.为充分利用培养条件,每个锥形瓶可接种6~8个外植体 C.培养形成的愈伤组织可继续在原培养基中分化形成植株 D.外植体接种前常进行无菌水冲洗、酒精处理、消毒液处理等消毒措施 C 解析 培养形成的愈伤组织需要转移到诱导生芽和生根的培养基中才能再分化形成植株,C项错误。 5.下图为用取自基因型为AaBb的胡萝卜韧皮部细胞培育出胡萝卜幼苗的过程。下列叙述不正确的是(　　) 注:1为游离的胡萝卜韧皮部细胞;2为愈伤组织(细胞团);3为已生出根的胚状体;4为具有根、茎、叶的幼苗。 A.a→b过程是通过细胞有丝分裂完成的 B.b→c→d过程发生了细胞分化 C.a→b过程中使用的培养基中应含有机碳源和氮源 D.杂合植株经上述过程获得的幼苗会出现性状分离 B 解析 过程①是花药离体培养,通过过程①可获得基因型为AB、Ab、aB、ab的单倍体植株,经染色体加倍后均为纯合子,B项错误。 主 题 二 基础知识•落实 主题二　植物体细胞杂交技术 1.概念 将　　　　　　　的植物体细胞,在一定条件下融合成　　　　　　　　,并把杂种细胞培育成　　　　　　　　的技术。 不同来源 杂种细胞 新植物体 2.过程 细胞壁 脱分化 愈伤组织 (1)去壁:用　　　　　　　　　　　　去除植物细胞壁,获得原生质体。 (2)人工诱导原生质体融合的方法 ①物理法:　　　　　　、离心法等。 ②化学法:　　　　　 (PEG)融合法、　　　　　　　　　融合法等。 [微提醒](1)原生质体融合的过程利用了细胞膜的流动性。杂种细胞发育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。 (2)融合完成的标志:再生出新的细胞壁,与细胞器高尔基体密切相关。 [微思考]获得原生质体时,为什么应在等渗溶液中进行? 提示 低渗溶液中原生质体易吸水涨破,高渗溶液中原生质体易大量失水。 元认知　获得原生质体时,植物细胞去除了细胞壁。 纤维素酶和果胶酶 电融合法 聚乙二醇 高Ca2+—高pH 3.意义　　 有性生殖只能在同种生物间进行 在打破生殖隔离,实现　　　　　　　　育种,培育植物　　　　　　等方面展示出独特的优势。 结论要语　辨一辨 (1)利用物理法或化学法可以直接诱导两个植物细胞融合。(　　) (2)植物体细胞杂交技术的最终目的是得到杂种细胞。(　　) (3)植物体细胞杂交利用了植物组织培养技术。(　　) 远缘杂交 新品种 × × √ 情境探究•提升 以下为植物体细胞杂交技术流程图,其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞,所含有的染色体分别是AA和BB。请据图分析回答问题。 (1)①过程的目的是　　　　　　　　,所用的酶为　　　　　　　　　　。 (2)将若干a和b等量混合后转移到培养基上培养,再经过②和③形成c,c的细胞类型有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(不考虑三个或三个以上的细胞融合,用染色体组成表示)。 (3)若植物细胞甲具有2x条染色体,2个染色体组,基因型为Aabb;植物细胞乙含有2y条染色体,2个染色体组,基因型为ccDd,则通过植物体细胞杂交技术获得的新植株的染色体条数为　　　　　　条,染色体组数为　　　　个,基因型为AabbccDd,属于可遗传变异类型中的　　　　　　 　。 去除细胞壁 纤维素酶和果胶酶 AA、BB、AAAA、BBBB、AABB 2x+2y 4 染色体数目变异 方法归纳•拓展 1.关于植物体细胞杂交技术的三点说明 (1)原生质体融合成功的标志是再生出细胞壁。植物体细胞杂交完成的标志是培育出杂种植株。 (2)植物体细胞杂交的培养基中要添加蔗糖溶液且浓度略大于原生质体内的浓度,这样不仅能为原生质体提供营养,而且还能维持一定的渗透压,使原生质体保持正常的形态。 (3)“番茄—马铃薯”杂种植株没有如科学家所想象的那样,地上结番茄,地下结马铃薯,主要原因是生物体内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”杂种植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质,但是这些遗传物质的表达相互干扰,它们不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达。 2.植物体细胞杂交后代的遗传变化 体细胞杂交 P1:2n(Aabb)　P2:2m(ccDd) 生殖类型 无性繁殖、育种过程中不遵循孟德尔遗传定律 变异类型 染色体数目变异 染色体数 两亲本染色体数之和,即2n+2m 染色体组数 两亲本染色体组数之和,即2+2 基因组成 两亲本基因型之和,即AabbccDd 对点应用•突破 突破点1　植物体细胞杂交流程分析 6.(2025河北衡水中学期中)如图为“番茄—马铃薯”杂种植株的培育过程,下列叙述错误的是(　　) A.通常在等渗溶液中用 酶解法处理植物细胞获 得原生质体a和b B.诱导原生质体a、b融 合的化学法有聚乙二醇融合法、高Ca2+—高pH融合法等 C.可根据质壁分离现象鉴别杂种细胞的细胞壁是否再生 D.上述过程中包含了有丝分裂、细胞分化和减数分裂等过程 D 解析 ①为去除细胞壁的过程,植物体细胞杂交的实质是植物原生质体的融合,所以在融合前需要用酶解法(纤维素酶和果胶酶处理)去除植物细胞的细胞壁,获得植物的原生质体。为了获得植物的原生质体,操作一般在等渗溶液或略大于细胞液浓度的溶液中进行,以维持原生质体的形态及活性, A项正确。利用聚乙二醇融合法、高Ca2+—高pH融合法等化学法可诱导原生质体a、b融合,B项正确。融合后的杂种细胞再生出新的细胞壁是原生质体融合完成的标志,故可利用质壁分离现象鉴别杂种细胞的细胞壁是否再生,C项正确。图中①~⑤过程表示植物体细胞杂交,涉及细胞的分裂和分化,但不涉及有性生殖过程中的减数分裂,D项错误。 7.长穗偃麦草是小麦的一个重要野生近缘种,具有蛋白质含量高、抗多种真菌和病毒病害、耐旱、耐寒等优良性状,科学家利用植物体细胞杂交技术培育了普通小麦—长穗偃麦草杂种植株,流程如下图所示。下列叙述正确的是(　　) A.过程①会发生非同源染色体的自由组合 B.过程③要用纤维素酶和果胶酶处理细胞壁 C.过程④涉及脱分化和再分化等生理过程 D.杂种植株能表现出双亲的各种优良性状 C 解析 过程①表示幼嫩叶片形成愈伤组织的脱分化过程,细胞进行有丝分裂,不会发生非同源染色体的自由组合,A项错误。用纤维素酶和果胶酶处理细胞壁的目的是获得原生质体,应该在过程②处理,不是过程③,B项错误。过程④是杂种细胞形成杂种植株的过程,利用了植物组织培养技术,涉及脱分化和再分化等生理过程,C项正确。杂种植株可能会表现出双亲的某些优良性状,但不一定各种优良性状都能表现出来,D项错误。 突破点2　杂种植株的遗传特性 8.(2025湖南长沙雅礼中学期中)紫罗兰(2n=14)花色丰富、抗虫性强,其种子富含亚麻酸。为了让油菜(2n=38)具有紫罗兰的诸多优良性状,科研人员进行了如图所示的实验。 下列叙述错误的是(　　) A.聚乙二醇(PEG)融合法诱导 原生质体融合依赖于细胞膜 的流动性 B.可用纤维素酶和果胶酶去除 植物细胞壁获得原生质体 C.两两融合的细胞中染色体数目为52条 D.该方法打破了生殖隔离,实现了远缘杂交育种 C 解析 常用聚乙二醇(PEG)融合法诱导原生质体融合,此过程依赖于细胞膜的流动性,A项正确。植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,可用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁获得原生质体,B项正确。若原生质体均为两两融合,则会形成3种细胞,即紫罗兰细胞自身融合的细胞、油菜细胞自身融合的细胞、杂种细胞,所以融合后的细胞中染色体数目可能为28条、76条或52条,C项错误。植物体细胞杂交技术的优点是打破了生殖隔离,实现了远缘杂交育种,D项正确。 9.为拓宽蔬菜育种资源,科学家用大白菜(2n=20)、青花菜(2n=18)和叶用芥菜(2n=36)为材料,进行体细胞杂交,获得大量再生植株。染色体计数显示,再生植株染色体数为38~64条,未发现与3个亲本染色体总数一致的个体。下列说法错误的是(　　) A.杂种细胞培育成再生植株需用植物组织培养技术 B.染色体数为38条的再生植株,最可能是大白菜细胞和青花菜细胞融合后获得的 C.再生植株的染色体数目说明,三种细胞融合时可能发生了染色体的丢失 D.再生植株的获得实现了远缘杂交育种,且获得的再生植株均可育 D 解析 植物组织培养是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,杂种细胞培育成再生植株需用植物组织培养技术,A项正确; 大白菜的染色体数为20条,青花菜的染色体数为18条,二者的细胞融合后染色体数为38条,B项正确; 这三种细胞融合,染色体总数理论上是20+18+36=74(条),而事实上再生植株的染色体数为38~64条,因此这三种细胞融合时可能发生了染色体的丢失,C项正确; 再生植株的获得实现了不同物种间的远缘杂交育种,但获得的再生植株的染色体不完全同源,减数分裂时可能会出现联会紊乱,因此再生植株不一定可育,D项错误。 课 堂 小 结 本 课 结 束 $