2024屆高考生物一輪總復習第十三單元細胞工程第1講植物細胞工程教師用書

第1講植物細胞工程1．在愈傷組織形成幼苗的再分化過程中，不會發(fā)生細胞的增殖。(×)2．愈傷組織的形成需要光照。(×)3．以莖尖為材料通過組織培養(yǎng)獲得的脫毒苗具有抗病毒的特點。(×)4．植物體細胞雜交過程中，細胞融合成功的標志是再生出新的細胞壁。(√)5．快速繁殖技術(shù)能保持親本的優(yōu)良遺傳特性。(√)6．單倍體育種和突變體培育的遺傳學原理相同。(×)系統(tǒng)學習(一)植物組織培養(yǎng)及其應用(固基點)主干知識·記準理清1．細胞工程的概念原理和方法細胞生物學、分子生物學和發(fā)育生物學操作水平細胞水平、細胞器水平或組織水平目的獲得特定的細胞、組織、器官、個體或其產(chǎn)品2．植物組織培養(yǎng)技術(shù)(1)理論基礎。植物細胞的全能性概念細胞經(jīng)分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細胞的潛能原理細胞內(nèi)含有本物種的全部遺傳信息表達條件具有完整的細胞結(jié)構(gòu)，處于離體狀態(tài)，提供一定的營養(yǎng)、激素和其他適宜外界條件(2)概念：是指將離體的植物器官、組織或細胞等，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導其形成完整植株的技術(shù)。(3)操作流程。eq\x(\a\al(接種,外植體))→eq\x(\a\al(誘導愈傷,組織))→eq\x(\a\al(誘導,生芽))→eq\x(\a\al(誘導,生根))→eq\x(\a\al(移栽,成活))(4)操作實例——菊花的組織培養(yǎng)。3．植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應用(1)植物繁殖的新途徑?？焖俜敝尝偈褂玫募夹g(shù)：植物組織培養(yǎng)技術(shù)②原理：植物細胞的全能性③優(yōu)點：高效、快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖；保持優(yōu)良品種的遺傳特性④特點：使用材料少，培養(yǎng)周期短，繁殖率高，適合自動化管理，有利于進行工廠化生產(chǎn)作物脫毒①技術(shù)手段：植物組織培養(yǎng)技術(shù)②材料的選取：植物頂端分生區(qū)附近(如莖尖)，此部分病毒極少，甚至無病毒③優(yōu)點：脫毒作物產(chǎn)量高，品質(zhì)好(2)作物新品種的培育。單倍體育種突變體的利用原理染色體變異基因突變優(yōu)點明顯縮短育種年限產(chǎn)生新基因，大幅度改良某些性狀過程(3)細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。①次生代謝物：是一類小分子有機化合物(如酚類、萜類和含氮化合物等)，在植物抗病、抗蟲等方面發(fā)揮作用，也是很多藥物、香料和色素等的重要來源。②細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)：人們利用植物細胞培養(yǎng)來獲得目標產(chǎn)物，這個過程就是細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。③植物細胞培養(yǎng)：是指在離體條件下對單個植物細胞或細胞團進行培養(yǎng)使其增殖的技術(shù)。題點考法·練全練通考法(一)植物組織培養(yǎng)的原理和過程1．人參是重要的藥用植物，常以根入藥，由于過度采挖導致人參資源枯竭，人工栽培周期長。研究表明，可采用植物組織培養(yǎng)的方式培養(yǎng)人參不定根，用以滿足市場需求。下列說法錯誤的是()A．人參不定根培養(yǎng)中有脫分化和再分化過程B．過程①必須光照培養(yǎng)以增加有機物來源C．過程②所需要的生長素比例大于細胞分裂素D．需要檢測獲得的不定根中有效成分的含量解析：選B過程①脫分化要避光處理，B錯誤。2．培養(yǎng)胡蘿卜根組織可獲得試管苗，獲得試管苗的過程如圖所示，下列敘述錯誤的是()A．胡蘿卜根段進行組織培養(yǎng)可以形成試管苗，是因為植物細胞具有全能性B．步驟③切取的組織塊中要帶有形成層，原因是形成層容易誘導形成愈傷組織C．步驟⑤要進行照光培養(yǎng)，其作用是誘導葉綠素的形成D．步驟⑤和步驟⑥的培養(yǎng)基中所需的生長素和細胞分裂素的比例不同解析：選C步驟⑥為再分化過程，要進行照光培養(yǎng)，其作用是誘導根的形成；步驟⑤為脫分化過程，兩者在培養(yǎng)過程中需要的生長素和細胞分裂素的比例不同，D正確，C錯誤。[歸納拓展]植物激素在植物組織培養(yǎng)中的作用生長素與細胞分裂素的比例植物細胞的發(fā)育方向高有利于根的分化，抑制芽的形成低有利于芽的分化，抑制根的形成適中促進愈傷組織的生長簡記為：“高”根，“低”芽，“中”愈傷提醒：①由愈傷組織進行細胞分化時，一般要先誘導其生芽，然后誘導其生根，可通過控制培養(yǎng)基中生長素和細胞分裂素的比例來實現(xiàn)。②光照：在愈傷組織誘導階段，對有些植物來說，避光培養(yǎng)有利于細胞脫分化形成愈傷組織。當愈傷組織再分化出芽和葉時，一定要有光照，有利于葉片內(nèi)葉綠素的合成?？挤?二)考查植物組織培養(yǎng)的應用3．下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)應用的說法，錯誤的是()A．脫毒苗、人工種子的制備都應用了植物組織培養(yǎng)技術(shù)B．采用植物組織培養(yǎng)技術(shù)培養(yǎng)莖尖得到的脫毒作物可提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)C．應用植物組織培養(yǎng)技術(shù)得到人參、紫草等植株，然后從它們的細胞中提取細胞產(chǎn)物，可實現(xiàn)細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)D．植物的組織培養(yǎng)過程中經(jīng)化學或物理的誘變處理可得到有用的突變體，如抗鹽堿的煙草等解析：選C細胞產(chǎn)物(如人參皂苷干粉、紫草素等)的工廠化生產(chǎn)，并未培養(yǎng)出完整的植株，而是將離體細胞、組織或器官培養(yǎng)到愈傷組織階段，利用細胞的分裂增殖擴增細胞數(shù)量，從而獲得大量的細胞產(chǎn)物。4．下列有關(guān)植物細胞工程應用實例的敘述，正確的是()A．脫毒苗是利用莖尖進行組織培養(yǎng)而獲得的抗病毒植株B．脫分化和再分化都需要光照C．突變體的利用是對愈傷組織進行定向誘變，進而培育新品種D．單倍體育種可獲得穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良品種，縮短育種年限解析：選D植物莖尖沒有病毒，脫毒苗是利用莖尖進行組織培養(yǎng)而獲得的無病毒植株，而非抗病毒植株，A錯誤；脫分化形成愈傷組織過程不需要光照，B錯誤；誘變是不定向的，C錯誤；單倍體育種最終獲得的是純合子，可獲得穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良品種，縮短育種年限，D正確。[易錯點撥]脫毒苗≠抗毒苗脫毒苗是選擇植物的莖尖(剛形成，不含有病毒)進行組織培養(yǎng)而獲得的，屬于細胞工程的范疇?？苟久缡前涯晨共』?qū)氲绞荏w細胞，并通過一定的方法培育形成的或發(fā)生基因突變產(chǎn)生了某抗性基因的植物幼苗。系統(tǒng)學習(二)植物體細胞雜交技術(shù)(固基點)主干知識·記準理清1．概念：將不同來源的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新植物體的技術(shù)。2．原理：體細胞雜交利用了細胞膜的流動性，雜種細胞培育成雜種植株利用了植物細胞的全能性。3．操作過程4．意義：打破生殖隔離，實現(xiàn)遠緣雜交育種，培育植物新品種?！鲦溄滩馁Y料·發(fā)展科學思維■————————————1．(選擇性必修3P38“練習與應用”T1拓展)下圖是利用甲、乙兩種植物的各自優(yōu)勢，通過植物細胞工程技術(shù)培育高產(chǎn)、耐鹽的雜種植株的實驗流程圖。(1)圖中a、b、c、d分別表示什么？提示：a表示用纖維素酶和果膠酶處理；b表示誘導融合后得到的雜種細胞；c表示培養(yǎng)后得到的具有耐鹽性狀的幼芽；d表示選擇時要將植株種在高鹽環(huán)境中。(2)由c形成植株的過程利用了植物組織培養(yǎng)技術(shù)，形成愈傷組織需要經(jīng)過脫分化過程，愈傷組織形成c需要經(jīng)過再分化過程。2．(選擇性必修3P38“練習與應用”T2拓展)科學家在制備原生質(zhì)體時，有時使用蝸牛消化道提取液來降解植物細胞的細胞壁。據(jù)此分析，蝸牛消化道提取液中可能含有什么成分？理由是什么？提示：纖維素酶和果膠酶。因為植物細胞的細胞壁主要由纖維素和果膠組成，利用酶的專一性，在降解植物細胞的細胞壁時要利用纖維素酶和果膠酶。題點考法·練全練通考法(一)考查植物體細胞雜交的原理和過程1．青枯病是馬鈴薯的常見病害之一，少數(shù)馬鈴薯野生種對青枯病有抗性，但野生種難以與馬鈴薯栽培種直接雜交繁育。為獲得抗青枯病的馬鈴薯栽培種，研究人員進行了植物體細胞雜交的實驗研究，過程如圖所示。下列分析正確的是()A．常利用纖維素酶和果膠酶在低滲溶液中去除A、B的細胞壁B．過程①是人工誘導原生質(zhì)體融合，可采用物理法或化學法C．細胞C含有A和B的遺傳物質(zhì)，因此培育的雜種植株一定有抗性D．過程③歷經(jīng)了脫分化和再分化，其本質(zhì)是基因的選擇性表達解析：選B植物細胞去除細胞壁之后，如果處在低滲溶液中，會吸水漲破，所以去壁的過程不能放在低滲溶液中進行，A錯誤；雖然細胞C含有A和B的遺傳物質(zhì)，但是并不會把A、B兩種植株的優(yōu)良性狀都表達出來，而是隨機表達，C錯誤；過程③表示從愈傷組織到胚狀體，只是經(jīng)過再分化過程，沒有脫分化，D錯誤。2．(2020·山東高考)兩種遠緣植物的細胞融合后會導致一方的染色體被排出。若其中一個細胞的染色體在融合前由于某種原因斷裂，形成的染色體片段在細胞融合后可能不會被全部排出，未排出的染色體片段可以整合到另一個細胞的染色體上而留存在雜種細胞中。依據(jù)該原理，將普通小麥與耐鹽性強的中間偃麥草進行體細胞雜交獲得了耐鹽小麥新品種，過程如下圖所示。下列說法錯誤的是()A．過程①需使用纖維素酶和果膠酶處理細胞B．過程②的目的是使中間偃麥草的染色體斷裂C．過程③中常用滅活的病毒誘導原生質(zhì)體融合D．耐鹽小麥的染色體上整合了中間偃麥草的染色體片段解析：選C由圖可知，①為去除植物細胞的細胞壁，獲得原生質(zhì)體的過程，該過程需用纖維素酶和果膠酶處理細胞，A正確；由題干可知，為了使普通小麥獲得中間偃麥草的耐鹽性狀，需要將中間偃麥草細胞中的染色體斷裂，過程②用不同劑量的紫外線照射的目的是斷裂中間偃麥草的染色體，B正確；圖中過程③為兩種原生質(zhì)體的融合，常用的融合手段為物理法和化學法，滅活的病毒通常用來融合動物細胞，C錯誤；普通小麥不具有耐鹽性狀，中間偃麥草耐鹽性強，因此篩選出的耐鹽小麥的染色體上整合了中間偃麥草的染色體片段，D正確。[易錯點撥]有關(guān)植物體細胞雜交的3個易錯點(1)誤認為植物體細胞雜交的結(jié)果只是形成雜種細胞。植物體細胞雜交的結(jié)果最終要經(jīng)過組織培養(yǎng)形成雜種植株。(2)誤認為植物體細胞雜交屬于有性生殖。植物體細胞雜交過程中沒有有性生殖細胞的結(jié)合，因此不屬于有性生殖，應為無性生殖。(3)誤認為雜種植株的變異類型屬于基因重組。雜種植株的染色體數(shù)通常是兩親本細胞染色體數(shù)目之和，屬于異源多倍體，所以變異類型為染色體變異?？挤?二)植物體細胞雜交與染色體倍性變化分析3．自然條件下蘭花雜交后代不易萌發(fā)。科研人員用四倍體品種綠寶石和二倍體品種春劍進行雜交，獲得大量優(yōu)質(zhì)雜交蘭，并對其進行染色體觀察與計數(shù)，培育過程如圖。下列分析不正確的是()A．調(diào)整培養(yǎng)基中植物激素的配比可影響原球莖的分裂與分化B．春劍和綠寶石兩個品種之間不存在生殖隔離C．所得雜交蘭植株的體細胞染色體數(shù)目為60條D．通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)從雜種胚繁殖得到的大量雜交蘭性狀可能不一致解析：選B春劍為二倍體生物，綠寶石為四倍體生物，形成的雜交蘭為三倍體，不可育，說明春劍和綠寶石兩個品種之間存在生殖隔離，B錯誤；春劍為二倍體生物，綠寶石為四倍體生物，雜交生成的雜種胚應該有20條染色體來自春劍，40條染色體來自綠寶石，故其體細胞一共有60條染色體，C正確；不同胚中含有不同的遺傳物質(zhì)，子代會發(fā)生基因重組，故不一定大量性狀都相同，D錯誤。eq\a\vs4\al([歸納拓展]植物體細胞雜交和有性雜交的辨析)[課時驗收評價]1．下列實例中能體現(xiàn)細胞全能性的是()①用培養(yǎng)基培養(yǎng)的胡蘿卜單個細胞發(fā)育成了可育的植株②植物用種子進行繁殖③煙草花藥離體培養(yǎng)得到了單倍體植株A．①② B．①③C．②③ D．①②③解析：選B用培養(yǎng)基培養(yǎng)的胡蘿卜單個細胞發(fā)育成了可育的植株及煙草花藥離體培養(yǎng)得到了單倍體植株，都采用了植物組織培養(yǎng)技術(shù)，都體現(xiàn)了植物細胞的全能性。而種子是綠色開花植物的一種器官，是通過有性生殖形成的，因此，植物用種子進行繁殖沒有體現(xiàn)植物細胞的全能性。2．下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)的敘述，錯誤的是()A．培養(yǎng)基中添加蔗糖的目的是提供營養(yǎng)和調(diào)節(jié)滲透壓B．培養(yǎng)基中的生長素和細胞分裂素影響愈傷組織的生長和分化C．離體器官或組織的細胞都必須經(jīng)過脫分化才能形成愈傷組織D．同一株綠色開花植物不同部位的細胞經(jīng)培養(yǎng)獲得的愈傷組織基因組成相同解析：選D綠色開花植物的細胞有兩種，即體細胞和配子細胞，這兩種細胞所含的核型(基因)是不同的，因此同一株綠色開花植物不同部位的細胞經(jīng)培養(yǎng)獲得的愈傷組織基因組成可能不相同。3．下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)和植物體細胞雜交的敘述，正確的是()A．用于組織培養(yǎng)的外植體可以是植物體的任何活細胞B．單倍體育種是通過花藥離體培養(yǎng)獲得單倍體植株的過程C．植物體細胞雜交的最終目的是獲得雜種細胞D．植物體細胞雜交技術(shù)離不開植物組織培養(yǎng)技術(shù)解析：選D高等植物成熟的篩管細胞沒有細胞核，不能用作組織培養(yǎng)的外植體，A錯誤；單倍體育種先要經(jīng)過花藥離體培養(yǎng)獲得單倍體幼苗，再用適宜濃度的秋水仙素處理單倍體幼苗，使其染色體數(shù)目加倍，B錯誤；植物體細胞雜交需要先獲得雜種細胞，然后將雜種細胞培育成雜種植株，C錯誤。4．以二倍體蘭花花藥為外植體，經(jīng)植物組織培養(yǎng)過程獲得蘭花植株，下列相關(guān)敘述錯誤的是()A．為防止雜菌污染，①②③過程要進行嚴格的無菌操作B．②過程需在培養(yǎng)基中添加多種植物激素以利于再分化C．該育種過程體現(xiàn)了細胞的全能性D．經(jīng)④過程形成的植株中可篩選獲得純合的二倍體解析：選B植物組織培養(yǎng)的過程要求無菌無毒的環(huán)境，其中外植體要進行消毒處理，而培養(yǎng)基需滅菌處理，即①②③過程要進行嚴格的無菌操作，A正確；②過程需在培養(yǎng)基中添加多種植物激素以利于脫分化，B錯誤；高度分化的細胞首先經(jīng)過脫分化形成愈傷組織，然后再分化形成植株，整個育種過程體現(xiàn)了植物細胞的全能性，C正確。5．研究人員用一定量的紫外線輻射消除某煙草細胞的細胞核，獲得保留細胞質(zhì)且具有鏈霉素抗性的煙草細胞甲，去除煙草細胞甲和煙草細胞乙(無鏈霉素抗性)的細胞壁，將二者進行融合，獲得雜種細胞丙。下列敘述錯誤的