高二生物寒假講義練習(xí)（選擇性必修3）第04講 植物細(xì)胞工程（學(xué)生卷）

第04講植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.概述植物組織培養(yǎng)的原理及過程，掌握細(xì)胞的全能性概念。2.獨立完成植物組織培養(yǎng)試驗，提高動手實踐能力及實驗分析能力。3.體會細(xì)胞工程的意義，揭秘生物技術(shù)的神秘，進(jìn)一步領(lǐng)悟生物技術(shù)造福人類的意義。4.概述植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的原理及過程，區(qū)分植物組織培養(yǎng)與植物體細(xì)胞雜交。5.學(xué)習(xí)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的實驗過程，理解科學(xué)的本質(zhì)、科學(xué)研究的思路和方法。情感態(tài)度價值觀目標(biāo)：體會技術(shù)進(jìn)步可以推動其他相關(guān)實驗的進(jìn)步，不斷創(chuàng)新，敢于突破傳統(tǒng)的壁壘，創(chuàng)造出新產(chǎn)品。6.理解植物細(xì)胞工程，舉例說明植物細(xì)胞工程的應(yīng)用有效提高了生產(chǎn)效率。7.體會細(xì)胞工程從實驗室到工廠的運用，提高實踐能力，建立科學(xué)技術(shù)觀。8.學(xué)生切身感受到科技對農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等的促進(jìn)作用，領(lǐng)悟生物技術(shù)造福人類。【基礎(chǔ)知識】一、植物細(xì)胞的全能性細(xì)胞全能性：細(xì)胞經(jīng)分裂、分化后，仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細(xì)胞的潛能。特別提醒1.在植物體生長發(fā)育過程中，并不是所有的細(xì)胞都表現(xiàn)出全能性。2.植物細(xì)胞表現(xiàn)全能性的條件①離體狀態(tài)。②營養(yǎng)物質(zhì)：種類齊全、比例合適。③植物激素：生長素、細(xì)胞分裂素。④外界條件：適宜的溫度、pH和光照(愈傷組織的形成和生長需要避光培養(yǎng)，分化培養(yǎng)需照光)等。⑤無菌操作。

3.必須要離體的原因是：生物體內(nèi)的活細(xì)胞盡管具有全能性，但受基因選擇性表達(dá)的調(diào)控，一般都要進(jìn)行定向的、不可逆的細(xì)胞分化，不能表現(xiàn)其全能性。4.細(xì)胞分化指在個體發(fā)育中，由一個或一種細(xì)胞增殖產(chǎn)生的后代，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程，叫作細(xì)胞分化。例如由種子發(fā)育成植株的過程中要經(jīng)過細(xì)胞分化，以形成不同的組織和器官。5.脫分化指在一定激素和營養(yǎng)等條件的誘導(dǎo)下，植物已經(jīng)分化的細(xì)胞失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能，轉(zhuǎn)變成未分化的細(xì)胞，進(jìn)而形成薄壁組織團(tuán)塊(愈傷組織)的過程。6.再分化指愈傷組織重新分化成芽、根等器官的過程。7.全能性表達(dá)過程①脫分化：讓已經(jīng)分化的細(xì)胞經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能，轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過程。②再分化：脫分化產(chǎn)生的愈傷組織，在一定的培養(yǎng)條件下，再分化出芽、根等器官，進(jìn)而形成完整的小植株。③激素的作用：植物激素中生長素和細(xì)胞分裂素是啟動細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵激素。8．植物組織培養(yǎng)的過程①外植體：用于植物組織培養(yǎng)的離體的植物器官、組織或細(xì)胞。②脫分化：已經(jīng)分化的細(xì)胞，經(jīng)過誘導(dǎo)，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能，轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過程。③愈傷組織：細(xì)胞排列疏松且無規(guī)則、高度液泡化、呈無定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞團(tuán)。④再分化：脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)，又可以重新分化出根或芽等器官的過程。二、植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)1.植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)包括植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交2.植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交的原理、過程、應(yīng)用比較比較項目植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交原理(理論基礎(chǔ))細(xì)胞的全能性

細(xì)胞膜具有一定的流動性和細(xì)胞的全能性

過程選材選取根尖、莖尖、形成層部位(最容易誘導(dǎo)脫分化)不同植物細(xì)胞(融合后形成雜種細(xì)胞)技術(shù)操作脫分化、再分化

①除脫分化、再分化外，還要用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁；②用物理法(電融合法、離心法)或化學(xué)法[聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法]誘導(dǎo)細(xì)胞融合應(yīng)用①快速繁殖、作物脫毒等；②培育新品種；③生產(chǎn)細(xì)胞產(chǎn)物打破生殖隔離，實現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種，培育植物新品種

關(guān)系植物組織培養(yǎng)是植物體細(xì)胞雜交的基礎(chǔ)，植物體細(xì)胞雜交所用的技術(shù)更復(fù)雜歸納總結(jié)1.植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)是植物細(xì)胞的全能性。2.植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)有植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交。3.植物體細(xì)胞雜交和有性雜交結(jié)果不同：兩個二倍體植物通過植物體細(xì)胞雜交獲得的異源四倍體，兩個二倍體植物通過雜交獲得的仍然是二倍體。4.植物體細(xì)胞雜交不經(jīng)過減數(shù)分裂過程，植物有性雜交一定要經(jīng)過減數(shù)分裂過程。5.原生質(zhì)體指除去細(xì)胞壁后的植物細(xì)胞、真菌細(xì)胞或細(xì)菌細(xì)胞。6.原生質(zhì)層是植物特有的名詞：包括植物細(xì)胞膜、液泡膜以及兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì)，不包括細(xì)胞液。7.原生質(zhì)滴：指動物精子形成過程中，細(xì)胞核變?yōu)榫宇^的主要部分，高爾基體發(fā)育為頭部的頂體，中心體演變?yōu)榫拥奈?，線粒體演變?yōu)榫€粒體鞘，細(xì)胞內(nèi)的其他物質(zhì)濃縮為球狀，叫作原生質(zhì)滴。原生質(zhì)滴隨著精子的成熟向后移動，最后脫落。三、植物繁殖的新途徑1.微型繁殖：高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖；無性繁殖，保持優(yōu)良品種的遺傳特性；不受自然生長季節(jié)的限制，可實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。2.作物脫毒：①馬鈴薯和草莓都是無性繁殖的作物，它們感染的病毒很容易傳播給后代。病毒在作物體內(nèi)逐年積累，就會導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差。②分生區(qū)（如莖尖、根尖：病毒極少，甚至無毒），從這些地方取材經(jīng)組織培養(yǎng)可獲得脫病毒苗。③脫病毒苗能夠明顯使農(nóng)作增產(chǎn)。3.人工種子：以植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經(jīng)過人工薄膜包裝得到的種子。人工種子培育的過程：外植體→脫分化形成愈傷組織→再分化形成胚狀體→胚狀體+人工胚乳+人工種皮→人工種子人工種皮：抗壓、保水、透氣；胚狀體：具有發(fā)育成完整植株的能力；人工胚乳：保證胚狀體生長發(fā)育的必需物質(zhì)歸納總結(jié)1.快速繁殖：不僅可以高效、快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖，還可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性。2.作物脫毒①培育脫毒植株的原因：生產(chǎn)上，許多無性繁殖作物感染的病毒很容易傳給后代，病毒在作物體內(nèi)逐年積累，導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低和品質(zhì)變差。②培育方法：切取一定大小的莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)，再生的植株可能不帶病毒，從而獲得脫毒苗。③原理：植物頂端分生區(qū)附近(如莖尖)的病毒極少，甚至無病毒(病毒在植物體內(nèi)分布不均勻)；植物細(xì)胞的3.由愈傷組織進(jìn)行細(xì)胞分化時，一般要先誘導(dǎo)其生芽，然后誘導(dǎo)其生根，可通過控制培養(yǎng)基中生長素和細(xì)胞分裂素的比例來實現(xiàn)。4.生長素和細(xì)胞分裂素用量的比例影響植物細(xì)胞的發(fā)育方向。生長素用量/細(xì)胞分裂素用量結(jié)果比值高有利于根的分化，抑制芽的形成比值低有利于芽的分化，抑制根的形成比值適中促進(jìn)愈傷組織的形成5.脫毒苗≠抗毒苗：脫毒苗是選擇植物的莖尖(病毒極少，甚至無病毒)進(jìn)行組織培養(yǎng)而獲得的，屬于細(xì)胞工程的范疇。抗毒苗是把某抗病基因?qū)氲绞荏w細(xì)胞中，并通過一定的方法培育形成的，屬于基因工程的范疇。四、作物新品種的培育1.單倍體育種①花藥(或花粉)離體培養(yǎng)過程就是植物組織培養(yǎng)過程。單倍體育種的優(yōu)點是后代不發(fā)生性狀分離，都是純合子，能夠穩(wěn)定遺傳，明顯縮短了育種年限。②原理：植物細(xì)胞具有全能性、染色體數(shù)目變異。③方法：花藥離體培養(yǎng)得到單倍體幼苗，秋水仙素處理抑制有絲分裂前期紡錘體的形成，染色體加倍得到穩(wěn)定遺傳（純合子）的優(yōu)良品種。④過程：花藥（脫分化）→愈傷組織（再分化）→單倍體植株→秋水仙素或低溫誘導(dǎo)加倍→正常純合植株。2.突變體的利用：在植物組織培養(yǎng)過程中，由于培養(yǎng)細(xì)胞一直處于不斷增殖的狀態(tài)，因此它們?nèi)菀资艿脚囵B(yǎng)條件和誘變因素(如射線、化學(xué)物質(zhì)等)的影響而發(fā)生突變。從產(chǎn)生突變的個體中可以篩選出對人們有用的突變體，進(jìn)而培育成新品種。植物產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)1.細(xì)胞產(chǎn)物的種類：糖類、脂肪、蛋白質(zhì)、香料、色素、藥物、生物堿等。2.植物產(chǎn)物工廠化生產(chǎn)的過程外植體（脫分化）→愈傷組織→分散形成細(xì)胞懸液→發(fā)酵，獲得細(xì)胞產(chǎn)品→提純歸納總結(jié)1.方法：利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)大量生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物(一般只需要培養(yǎng)到愈傷組織階段)。2.產(chǎn)物種類：次生代謝物(如酚類、萜類和含氮化合物等)、藥物、香料、色素等。【考點剖析】考點一：植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)例1．花藥離體培養(yǎng)是重要的育種手段。如圖是某二倍體植物花藥育種過程的示意圖，下列敘述正確的是()A．為了防止微生物污染，過程①所用的花藥需在70%乙醇中浸泡30minB．過程②的培養(yǎng)基中需添加較高濃度的細(xì)胞分裂素以利于根的分化C．過程③逐步分化的植株中可篩選獲得純合的二倍體D．過程④應(yīng)將煉苗后的植株移栽到含有蔗糖和多種植物激素的基質(zhì)上【答案】C【解析】植物組織培養(yǎng)過程應(yīng)該在無菌的條件下進(jìn)行，過程①所用的花藥需用70%乙醇消毒30s，后用無菌水沖洗2～3次，再用次氯酸鈉溶液處理30min，立即用無菌水沖洗2～3次，A錯誤；過程②的培養(yǎng)基中需添加比例適中的細(xì)胞分裂素和生長素，以利于形成愈傷組織，B錯誤；過程③得到的植株是二倍體的花藥經(jīng)過花藥離體培養(yǎng)和秋水仙素處理后發(fā)育而來的，因此可從中篩選獲得純合的二倍體，C正確；過程④獲得的植株可以進(jìn)行光合作用，因此培養(yǎng)基中不需要加入蔗糖，D錯誤?？键c二：植物體細(xì)胞雜交例2．]實驗人員利用矮牽牛(二倍體，2n＝14)的紅色花瓣細(xì)胞(液泡呈紅色)與枸杞(四倍體，4n＝48)葉肉細(xì)胞，制備了相應(yīng)的原生質(zhì)體，并誘導(dǎo)其融合，經(jīng)篩選、培養(yǎng)獲得雜種植株。下列有關(guān)敘述錯誤的是()A．獲得該雜種植株打破了生殖隔離，實現(xiàn)了遠(yuǎn)緣雜交育種B．可利用電融合法、離心法誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合C．可利用光學(xué)顯微鏡觀察，篩選出雜種原生質(zhì)體D．若原生質(zhì)體均為兩兩融合，則融合后的細(xì)胞中染色體數(shù)目均為62條【答案】D【解析】獲得該雜種植株的方法是植物體細(xì)胞雜交技術(shù)，其最大的優(yōu)點是打破了生殖隔離，實現(xiàn)了遠(yuǎn)緣雜交育種，A正確；誘導(dǎo)植物原生質(zhì)體融合時，可以采用物理方法(電融合法、離心法等)和化學(xué)方法(聚乙二醇融合法、高Ca2＋—高pH融合法)，B正確；雜種原生質(zhì)體的染色體數(shù)目是兩種細(xì)胞染色體數(shù)目之和，可通過顯微鏡觀察染色體數(shù)目，篩選得到融合后的雜種原生質(zhì)體，C正確；若原生質(zhì)體均為兩兩融合，則會形成3種細(xì)胞，即矮牽牛細(xì)胞自身融合的細(xì)胞、枸杞細(xì)胞自身融合的細(xì)胞和雜種細(xì)胞，所以融合后的細(xì)胞中染色體數(shù)目可能為28條、96條和62條，D錯誤?？键c三、植物繁殖新途徑例3．如圖為培育甘蔗脫毒苗的兩條途徑，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過程②獲得的幼苗脫毒效果更好。下列敘述錯誤的是()A．帶葉原基的芽與植物體其他組織中的病毒含量相同B．過程②的作用是使組織中的病毒在圖中處理溫度下部分或全部失活C．過程③④所用培養(yǎng)基中生長素和細(xì)胞分裂素的含量和比例不同D．圖中脫毒苗的培育過程體現(xiàn)了植物細(xì)胞的全能性【答案】A【解析】帶葉原基的芽是莖尖，植物的莖尖或根尖不帶病毒或病毒極少，其他部位帶的病毒較多，A錯誤；過程②的作用是使組織中的病毒在題圖處理溫度下部分或全部失活，B正確；過程③是誘導(dǎo)生芽，過程④是誘導(dǎo)生根，兩個過程所用培養(yǎng)基中生長素和細(xì)胞分裂素的含量和比例不同，C正確；題圖過程是離體的帶葉原基的芽脫分化形成愈傷組織，再分化形成幼苗，體現(xiàn)了植物細(xì)胞的全能性，D正確。【真題演練】1．[浙江2022年6月·23，2分]下列關(guān)于菊花組織培養(yǎng)的敘述，正確的是()A．用自然生長的莖進(jìn)行組培須用適宜濃度的乙醇和次氯酸鈉的混合液消毒B．培養(yǎng)瓶用專用封口膜封口可防止外界雜菌侵入并阻止瓶內(nèi)外的氣體交換C．組培苗鍛煉時采用蛭石作為栽培基質(zhì)的原因是蛭石帶菌量低且營養(yǎng)豐富D．不帶葉片的菊花幼莖切段可以通過器官發(fā)生的途徑形成完整的菊花植株2．[江蘇2023·5，2分]植物組織培養(yǎng)技術(shù)常用于商業(yè)化生產(chǎn)，其過程一般為：無菌培養(yǎng)物建立→培養(yǎng)物增殖→生根培養(yǎng)→試管苗移栽及鑒定。下列相關(guān)敘述錯誤的是()A．為獲得無菌培養(yǎng)物，外植體要消毒處理后才可接種培養(yǎng)B．組織培養(yǎng)過程中也可無明顯愈傷組織形成，直接形成胚狀體等結(jié)構(gòu)C．提高培養(yǎng)基中生長素與細(xì)胞分裂素的比值，有利于誘導(dǎo)生根D．用同一植株體細(xì)胞離體培養(yǎng)獲得的再生苗不會出現(xiàn)變異3．[浙江2022年6月·29(二)，8分]回答與植物轉(zhuǎn)基因和植物克隆有關(guān)的問題：(1)在用農(nóng)桿菌侵染的方法進(jìn)行植物轉(zhuǎn)基因過程中，通常要使用抗生素，其目的一是抑制________生長，二是篩選轉(zhuǎn)化細(xì)胞。當(dāng)選擇培養(yǎng)基中抗生素濃度________時，通常會出現(xiàn)較多假陽性植株，因此在轉(zhuǎn)基因前需要對受體進(jìn)行抗生素的________檢測。(2)為提高培育轉(zhuǎn)基因植株的成功率，植物轉(zhuǎn)基因受體需具有較強(qiáng)的________能力和遺傳穩(wěn)定性。對培養(yǎng)的受體細(xì)胞遺傳穩(wěn)定性的早期檢測，可通過觀察細(xì)胞內(nèi)________形態(tài)是否改變進(jìn)行判斷，也可通過觀察分裂期染色體的______________，分析染色體組型是否改變進(jìn)行判斷。(3)植物轉(zhuǎn)基因受體全能性表達(dá)程度的高低主要與受體的基因型、培養(yǎng)環(huán)境、繼代次數(shù)和________長短等有關(guān)。同時也與受體的取材有關(guān)，其中受體為________時全能性表達(dá)能力最高。【過關(guān)檢測】1．下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)的敘述，正確的是()A．以一株植物的葉片或花藥為外植體培育的植株基因型相同B．培養(yǎng)過程中應(yīng)給予適當(dāng)光照以促進(jìn)愈傷組織的光合作用C．適當(dāng)提高培養(yǎng)基中細(xì)胞分裂素的比例有利于愈傷組織分化成芽D．常用莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)獲得脫毒苗是因為莖尖不含有毒物質(zhì)2．植物體細(xì)胞雜交要先去除細(xì)胞壁的原因是()A．植物體細(xì)胞的結(jié)構(gòu)組成中不包括細(xì)胞壁B．細(xì)胞壁使原生質(zhì)體失去活力C．細(xì)胞壁阻礙了原生質(zhì)體的融合D．細(xì)胞壁不是原生質(zhì)體的組成部分3．下圖為某二倍體植株花藥中未成熟的花粉在適宜培養(yǎng)基上形成完整植株的過程。下列有關(guān)敘述正確的是()eq\x(\a\al(花藥中未成,熟的花粉))eq\o(→,\s\up10(①))eq\x(\a\al(愈傷,組織))eq\o(→,\s\up10(②))eq\x(叢芽)eq\o(→,\s\up10(③))eq\x(\a\al(完整,植株))A．過程①②表示脫分化，過程③表示再分化B．過程①②需要照光C．過程①②③說明花粉細(xì)胞具有全能性D．通過過程③獲得的完整植株自交后代不會發(fā)生性狀分離4．下列有關(guān)植物細(xì)胞全能性的敘述，正確的是()A．植物體只有高度分化的體細(xì)胞才具有發(fā)育成完整個體的潛能B．植物體內(nèi)某些體細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性，其原因是所含基因不同C．植物細(xì)胞的全能性是植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的理論基礎(chǔ)D．高度分化的植物細(xì)胞隨時可能表現(xiàn)出全能性5．下圖是甲、乙兩種植物體細(xì)胞雜交的過程，下列有關(guān)分析不正確的是()A．過程①表示用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁B．過程②的原理為細(xì)胞膜的選擇透過性C．過程③是雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁的過程D．過程④和⑤分別表示脫分化、再分化過程6．植物體細(xì)胞雜交是利用不同物種的兩個體細(xì)胞融合成一個雜種細(xì)胞的過程。該過程是指()A．不同植物的精子與卵細(xì)胞的融合B．不同植物的原生質(zhì)體的融合C．完整的兩個植物體細(xì)胞的融合D．植物花粉細(xì)胞的兩兩融合7．下圖表示基因型為AaBb的水稻的花藥通過無菌操作，接入試管后，在一定條件下形成試管苗的培育過程。下列相關(guān)敘述不正確的是()A．愈傷組織是花粉細(xì)胞通過有絲分裂后形成的不規(guī)則的細(xì)胞團(tuán)B．在愈傷組織的形成過程中，必須從培養(yǎng)基中獲得水、無機(jī)鹽和小分子的有機(jī)物等營養(yǎng)物質(zhì)C．為促進(jìn)花粉細(xì)胞分裂生長，在培養(yǎng)基中應(yīng)加入適宜濃度的生長素等激素D．試管苗可能出現(xiàn)的基因型有AABB或AAbb或aaBB或aabb8．花粉植株是體細(xì)胞遺傳研究和突變育種的理想材料。下面是培育四季柑橘(2N＝18)花粉植株的過程示意圖，有關(guān)敘述正確的是()A．花粉植株培育的原理是花粉粒細(xì)胞具有全能性，其技術(shù)是植物組織培養(yǎng)B．過程③是細(xì)胞再分化，其根本原因是基因的選擇性表達(dá)C．四種培養(yǎng)基均屬于固體培養(yǎng)基，其中所含植物激素的種類和比例有差異D．觀察處于分裂中期的四季柑橘花粉植株根尖細(xì)胞，可觀察到18條染色體9．已知甲、乙兩不同物種植株均為二倍體純種，甲植株高產(chǎn)、乙植株耐鹽堿。現(xiàn)要利用這兩種植株培育出既高產(chǎn)又耐鹽的新品種，下列技術(shù)可行的是()A．利用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)，可獲得四倍體雜種目的植株B．將乙種植株耐鹽基因?qū)爰追N植株的受精卵中，可培育出目的植株C．兩種植株雜交后，得到的F1再利用單倍體育種技術(shù)可較快獲得純種的目的植株D．誘導(dǎo)兩種植株的花粉融合并培育成幼苗，幼苗用秋水仙素處理，可培育出目的植株10．(2023·山東模擬)紫草素對急慢性肝炎的治療有較好的療效。利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)從紫草根細(xì)胞提取紫草素，下列操作或敘述正確的是()A．選取合適的外植體并進(jìn)行快速消毒B．需用聚乙二醇誘導(dǎo)根細(xì)胞的原生質(zhì)體融合C．培養(yǎng)紫草根細(xì)胞的培養(yǎng)基中需要添加瓊脂D．用適當(dāng)?shù)募に卣T導(dǎo)愈傷組織分化成胚狀體或叢芽11．(全國卷Ⅲ)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