人教版2023学年高中生物专题2细胞工程21植物细胞工程211植物细胞工程的基本技术学案选修

2．1.1植物细胞工程的根本技术[学习目标]1.简述植物组织培育技术的原理和过程。2.描述植物体细胞杂交技术的原理和过程。方式一“君子”兰的快速生殖“春风欲擅秋风巧，催出幽兰继落梅”，素有“天下第一香”之称的兰花，以其美丽高雅的叶片和芳香明媚的花朵，成为自古以来文人墨客吟诗作赋的对象。但是，兰花在自然条件下播种生殖的难度很大，需要较长时间才能获得少量幼苗。如何才能满足人们对兰花的需求呢？科学家在细胞全能性的理论根底上觉察了兰花快速生殖的技术——植物组织培育。植物组织培育是植物细胞工程的核心技术，植物细胞工程的根本技术还有哪些？这些根本技术的一般操作程序是怎样的？让我们通过本节来学习探讨吧！方式二山东省金乡县是全国著名的大蒜之乡。该县农科所与中国农科院联合成功开发和培育出的品质好、产量高的品种——脱毒大蒜，是植物细胞工程的又一成果。什么是细胞工程？细胞工程是如何进展起来的？包括哪些根本技术？在哪些方面得到了应用？一、细胞工程和细胞的全能性细胞工程的含义原理和方法操作水平目的分类

细胞生物学和分子生物学细胞水平或细胞器水平依据人的意愿来转变细胞内的遗传物质或获得细胞产品植物细胞工程和动物细胞工程细胞的全能性(1(2)植物细胞表现全能性的条件①离体状态。②养分物质：种类齐全、比例适宜。③植物激素：主要是生长素、细胞分裂素。④外界条件：适宜的温度、pH⑤无菌操作。归纳总结1．明辨细胞全能性的几个易错点细胞的全能性指的是细胞的一种潜在力量，这种潜在力量只有在特定的环境中才能表现出来，而不是指细胞在任何条件下都能发育成完整的生物体。植物细胞的全能性较简洁表现出来，高度分化的动物细胞的细胞核也具有全能性，但动物细胞的全能性目前仍难以得到验证。细胞具有全能性是由于细胞中具有发育成完整个体所必需的“全套基因”而不是“全部基因”，配子中有全套基因，因此仍旧具有全能性。细胞表达全能性的标志是发育成完整个体而不是形成某种组织或者器官。植物的种子发育成完整植株，不能表达细胞的全能性。由于种子中的胚已完成了早期发育，相当于植物的幼体，而没有表达出细胞具有发育成完整植物体的潜能。2．细胞全能性大小的分析(1)体细胞全能性与细胞分化程度：分化程度低的＞分化程度高的。(2)体细胞全能性与细胞分裂力量：分裂力量强的＞分裂力量弱的。(3)不同类型细胞的全能性：受精卵＞生殖细胞＞体细胞。(4)不同生物细胞的全能性：植物细胞＞动物细胞。例1植物细胞的全能性是指( )A．具有核、膜、质，细胞构造完整，能进展各种生理活动B．只具有膜和质，同样能进展各种生理活动C．植物体细胞所具有的发育成完整个体的潜能D．具有本物种全套遗传物质的特定细胞答案C解析具有某种植物全套遗传信息的任何一个细胞，都有发育成完整植物体的潜能，也就是说，每个植物活细胞都具有全能性。例2以下有关细胞全能性的表达，正确的选项是( )A．植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全套基因B．高度分化的植物细胞只有处于离体状态时，才有可能表现出全能性C．植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其缘由是所含基因不同D．紫色糯性玉米种子培育成植株，这反映植物种子具有全能性答案B解析细胞具有全能性的缘由是细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因，而配子也具有这样的全套基因，同样具有全能性；植物体内细胞没有表现出全能性，这是细胞内基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果；种子是植物的器官，由种子发育成植株，是正常生命历程，不属于全能性；细胞全能性的表达前提是离体培育的细胞、组织或器官。二、植物组织培育技术植物组织培育的概念分析理论根底：植物细胞的全能性。前提：离体的植物器官、组织、细胞。条件：无菌和人工掌握条件下、人工配制的培育基上、适宜的培育条件。结果：脱分化形成愈伤组织，再诱导其再分化生成胚状体或丛芽，最终形成完整的植株。胡萝卜的组织培育过程1cm左右的小块，由于—该部位简洁诱导形成愈伤组织↓将组织块接种到诱导培育—基上，诱导出愈伤组织↓在23～26℃恒温避光条件下培育一段时间，—再将愈伤组织转接到分化培育基上，培育诱导出试管苗↓将试管苗移栽到大田，培育成正常植株—将试管苗移栽到大田，培育成正常植株归纳总结植物组织培育的一般过程外植体：用于植物组织培育的离体的植物器官、组织或细胞。脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的构造和功能而转变成未分化细胞的过程。愈伤组织：细胞排列疏松且无规章、高度液泡化、呈无定外形态的薄壁细胞团。再分化：脱分化产生的愈伤组织连续进展培育，又可以重分化出根或芽等器官的过程。植物组织培育技术的留意事项一般来说，植物的花和幼嫩的组织脱分化相比照较简洁，而植物的茎、叶和成熟的组织较难。接种过程要进展严格的无菌操作。光照的掌握：对于植物组织培育来说，光照条件格外重要。在愈伤组织的诱导阶段往往要避光培育，有利于细胞脱分化产生愈伤组织(假设是在光照条件下，简洁分化产生维管等组织，不利于产生大量的愈伤组织)。当愈伤组织分化出芽和叶时，肯定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成。生长素和细胞分裂素的用量生长素/细胞分裂素的比值比值高时比值低时

作用效果促进根的分化、抑制芽的形成促进芽的分化、抑制根的形成比值适中比值适中促进愈伤组织的形成例3植物组织培育依据的原理、方法步骤及诱导的植物激素分别是()①细胞的全能性②离体的植物器官、组织或细胞③根、芽④生长素和细胞分裂素⑤生长素和乙烯⑥愈伤组织⑦再分化⑧脱分化⑨植物体A．①、②⑦⑥⑧③⑨、④B．①、②⑧⑥⑦③⑨、④C．①、⑥②⑨⑧③⑦、⑤D．①、②⑨⑧⑥⑦③、⑤答案B解析植物组织培育的原理是细胞的全能性；方法步骤是：离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织，愈伤组织再分化得到根、芽，由根、芽发育成植物体；所用激素是生长素和细胞分裂素。例4(2017·山西榆社中学高二下期中)如图表示四倍体兰花叶片植物组织培育的过程，以下相关表达正确的选项是()四倍体兰花叶片愈伤组织胚状体植株① ② ③四倍体兰花叶片愈伤组织胚状体植株――→

――→

――→A．此兰花的花药离体培育所得植株为二倍体B．①阶段表达了细胞的全能性，②阶段需要细胞分裂素C．①阶段有细胞增殖，但无细胞分化D．②过程为脱分化，③过程为再分化答案C解析花药离体培育得到的个体肯定是单倍体植株，ABD①阶段是脱分化阶段，没有细胞的分化，只进展细胞增殖形成薄壁细胞团，C正确。三、植物体细胞杂交技术概念：将不同种的植物体细胞，在肯定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成的植物体的技术。过程(1)去壁：用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，获得原生质体。(2)诱导原生质体融合的方法①物理法：离心、振动、电激等。②化学法：用聚乙二醇(PEG)诱导。3．意义：抑制了不同生物远缘杂交不亲和的障碍。归纳总结植物体细胞杂交的原理原生质体融合的过程利用了细胞膜的流淌性，杂种细胞发育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。与植物体细胞杂交技术有关的遗传学问植物体细胞杂交过程中无有性生殖细胞的结合，属于无性生殖。杂种植株的染色体来源于两种植物，变异类型是染色体数目的变异，形成的是异源多倍体。由于含有两个亲本的遗传物质，因此理论上应具有两个亲本的遗传性状。(4)培育品种的过程中，遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传定律。例5以下图为“番茄—马铃薯”的培育过程示意图，有关表达正确的选项是( )获得a、b诱导a、ba、b细胞融合为cd、e、fe、f答案C解析植物体细胞在杂交之前，必需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、b细胞融合为ca、b化学试剂一般是聚乙二醇；d、e例6A种植物细胞(基因型为Aa)、B种植物细胞(基因型为Bb)去掉细胞壁后，诱导两A．二倍体，基因型为AaBb二倍体，基因型为AAaaBBbb四倍体，基因型为AaBb四倍体，基因型为AAaaBBbb答案C解析杂种植株为四倍体，基因型为AaBb。拓展提升植物体细胞杂交后的植物染色体组数染色体组数目＝A、B两个细胞内染色体组数之和。植物体细胞杂交后的植物，有几个染色体组就称为几倍体。举例：二倍体白菜和二倍体甘蓝体细胞杂交得到的白菜—甘蓝有四个染色体组，为四倍体。以下哪种细胞的全能性最简洁得到表达( )青蛙的皮肤细胞C．小白鼠的肝脏细胞答案D

胡萝卜的韧皮部细胞D．胡萝卜的形成层细胞解析细胞分化程度越低，全能性越简洁表达，青蛙的皮肤细胞和胡萝卜的韧皮部细胞都是高度分化的细胞，小白鼠的肝脏细胞和胡萝卜的形成层细胞都具有分生力量，但植物细胞的全能性比动物细胞更简洁表达，故胡萝卜的形成层细胞的全能性最简洁表达。如图为植物组织培育过程，有关说法不正确的选项是( )A．bB．dC．a→bD．a→d答案B解析试管中的试管苗来源一样，都是通过植物组织培育发育而成的，植株的基因型一样，但不肯定是纯合子。3．(2017·陕西黄陵中学高二下期中)植物细胞表现出全能性的必要条件和增殖方式是( )脱离母体后，赐予适宜的养分和外界条件；减数分裂B．导入其他植物细胞的基因；有丝分裂C．将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内；减数分裂D．脱离母体后，赐予适宜的养分和外界条件；有丝分裂答案D解析植物细胞表现全能性的条件细胞离体和适宜的外界条件肯定的养分(无机、有机成分)和植物激素。植物细胞经组织培育形成植物体的过程，包括脱分化和再分化两个重要的步骤，在这两个过程中细胞都是通过有丝分裂方式进展增殖的，应选D。4．(2017·河南野高二期中)植物体细胞杂交尚未解决的问题是( )A．去除细胞壁，分别出有活力的原生质体将杂种细胞培育成植株C．让杂种植物依据人们的需要表现亲代的优良性状D．尚未培育出属间杂种植物答案C解析目前植物体细胞杂交产生的杂种植株并没有完全表现出人们所需要的性状。5．(2013·课标Ⅱ，40节选)甲、乙是染色体数目一样的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。某争论小组拟培育同时含有AB答复以下问题：为了培育该型药用植物，可取甲和乙的叶片，先酶和 酶去除细胞壁，获得具有活力的 ，再用化学诱导剂诱导二者融合。形成的融合细胞进一步培育形成 组织，然后经过 形成完整的杂种植株。这种培育技术称为 。上述杂种植株属于多倍体，多倍体是指 。假设甲与乙有性杂交的后代是不育的，而上述杂种植株是可育的，造成这种差异的缘由是。答案(1)纤维素果胶原生质体愈伤再分化(分化)植物体细胞杂交技术(2)体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体在减数分裂过程中，前者染色体联会特别，而后者染色体联会正常解析(1)该型药用植物是通过植物体细胞杂交技术获得的。要获得有活力的原生质体才能进展体细胞杂交，因此首先用纤维素酶和果胶酶去掉植物的细胞壁，然后用PEG化学诱导剂(物理方法：离心、振动等)诱导二者的原生质体融合。然后承受植物组织培育技术获得杂种植株，植物组织培育的主要过程是：先脱分化形成愈伤组织，然后再分化形成植物体，利用了植物细胞的全能性。(2)假设植物甲、乙是两个物种，二者不能通过有性杂交产生可育后代，缘由是甲、乙有性杂交所产生的后代在减数分裂过程中同源染色体联会特别，也就是存在着生殖隔离。但植物甲、乙通过植物体细胞杂交技术产生的后代却是可育的，由于在减数分裂过程中同源染色体能完成正常的联会，产生正常的配子。由于甲、乙都是二倍体，因此，植物体细胞杂交得到的后代是异源多倍体(四倍体)。[对点训练]题组一细胞的全能性1．以下有关细胞全能性的表达中，不正确的选项是( )A．受精卵在自然条件下能形成完整个体，因此全能性最高B．生物体内细胞由于分化，全能性不能表达C．卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高D．植物细胞在肯定条件下离体培育能表现出全能性答案C解析受精卵发育成完整个体的力量最强，全能性最高，A化，基因在不同的细胞中选择性表达，因而体内细胞并没有表达出全能性B正确；卵细胞是高度分化的细胞，C错误离体的植物细胞可以通过组织培育表达出全能性，D正确。2．以下有关细胞全能性的含义的表达，正确的选项是( )A．每个生物体内的全部细胞都具有一样的功能B．生物体内的任何一个细胞都可以完成该个体的全部功能C．理论上，生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜能D．生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、生长、年轻、死亡的全过程答案C解析细胞全能性是指细胞中含有本物种的整套遗传物质，具有发育成一个完整个体的潜能。题组二植物组织培育技术3．以下属于植物组织培育的是( )A．花粉培育成单倍体植株B．芽发育成枝条C．根尖分生区发育为成熟区D．受精卵发育成植株答案A解析将花粉培育成单倍体植株，即花药离体培育，属于植物组织培育正确；芽发育成枝条是自然生长过程，不属于植物组织培育，B错误；根尖分生区发育为成熟区是自然生长过程，不属于植物组织培育，C错误；植物组织培育包括脱分化和再分化等过程，而受精卵是个体发育的起点，发育成植株无脱分化等过程，D错误。4．植物组织培育过程中的脱分化是指( )A．植物体的分生组织通过细胞分裂产生细胞的过程B．未成熟的种子经过长期培育，长出幼苗的过程C．植物的器官、组织或细胞，通过离体培育产生愈伤组织的过程D．取植物的枝芽培育成一株个体的过程答案C解析植物细胞的脱分化就是让已分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的构造和功能，而转变为未分化的细胞——愈伤组织的过程。5．以下关于植物组织培育的表达，错误的选项是( )A．培育基中添加蔗糖的目的是供给养分和调整渗透压B．培育基中的生长素和细胞分裂素使用挨次影响愈伤组织的生长和分化离体器官或组织的细胞都必需通过脱分化才能形成愈伤组织D．同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培育获得的愈伤组织遗传物质一样答案D解析承受绿色开花植物的生殖器官部位(如花药)进展培育获得的愈伤组织的遗传物质只有体细胞的一半。题组三植物体细胞杂交技术6．植株甲是二倍体水稻，利用植株甲获得了植株乙，而后利用植株甲和乙又获得了植株丙和丁。培育过程如下图。以下有关表达正确的选项是( )A．用秋水仙素处理植株甲的雌蕊柱头可获得植株乙B．植株丙与植株丁的体细胞中染色体组的数目一样C．植株甲与植株乙正交和反交所得种子的胚乳的基因型不同D．获得植株丙和植株丁的过程都属于有性生殖答案C解析用秋水仙素处理植株甲萌发的种子或幼苗可得到植株乙；图示丙植株体细胞中染色体组数应为3，而丁植株体细胞中染色体组数应为6；获得植株丙的过程为有性生殖，获得植株丁的过程为无性生殖。以下图示“番茄—马铃薯”杂种植株的培育过程其中①～⑤表示过程字母表示细胞、组织或植株。以下说法正确的选项是( )A．①表示低渗溶液中用酶解法处理植物细胞获得原生质体B．e是一团有特定构造和功能的薄壁细胞C．可依据质壁分别现象鉴别杂种细胞的细胞壁是否再生D．植物有性杂交和体细胞杂交都能抑制远缘杂交不亲和的障碍答案C解析原生质体在低渗溶液中会吸水涨破应将细胞置于等渗溶液中进展酶解处理；e是植物细胞脱分化后形成的一种无特定构造和功能的薄壁细胞；质壁分别是指原生质层与细胞壁分别的现象，故可依据是否发生质壁分别现象来鉴定杂种细胞的细胞壁是否再生；植物有性杂交不能抑制远缘杂交不亲和的障碍。8．驱蚊草散发的气味可在肯定范围内驱除蚊子，驱蚊草是由天竺葵体细胞和香茅草体细胞杂交而得到的。以下关于驱蚊草培育的表达，错误的选项是( )A．培育方法属于细胞工程育种，其优点是能抑制远缘杂交不亲和的障碍B．培育过程中要用纤维素酶、果胶酶、PEG等试剂或离心、振动、电激等方法C．培育手段是植物体细胞杂交，它不同于植物组织培育，无愈伤组织和试管苗的形成D．驱蚊草不能通过天竺葵和香茅草的有性杂交而获得是由于不同物种间存在生殖隔离答案C解析驱蚊草是通过天竺葵体细胞和香茅草体细胞杂交而得到的，在此技术中仍需要利用植物组织培育技术，有愈伤组织和试管苗的形成过程。[综合强化]9．1958年，美国科学家斯图尔德应用植物组织培育技术，将二倍体胡萝卜韧皮部的一些细胞进展离体培育，最终发育成完整的植株。以下关于这一科学事实的表达中，错误的是( )①该试验证明白植物细胞具有全能性②此种生殖产生的后代有广泛的变异③韧皮部细胞通过减数分裂增加细胞数目④此种生殖产生的后代能保持亲本的性状A．①②B．②③C．②④D．③④答案B解析体细胞组织培育属于无性生殖，其后代能保持亲本的性状，变异性小；体细胞不能进展减数分裂。现有甲、乙两种植株(均为二倍体纯种)，其中甲种植株的光合作用力量高于乙种植株，但乙种植株很适合在盐碱地种植。要利用甲、乙两种植株各自的优势，培育出高产、耐盐的植株，有多种生物技术手段可以利用。以下承受的技术手段不行行的( )A．利用植物细胞融合技术，可获得满足要求的四倍体杂种目的植株B．将乙种植株耐盐基因导入甲种植株的受精卵中，可培育出目的植株C．两种植株杂交后得到F1，取其花粉，进展花药离体培育获得目的植株D．诱导两种植株的花粉融合并培育成幼苗，幼苗用秋水仙素处理，可培育出目的植株答案C解析甲、乙为不同物种，不同物种间存在生殖隔离，不能杂交或杂交产生的后代不育，CA、D远缘杂交不亲和的障碍，因此是可行的；B基因在宿主细胞中表达，因此也是可行的。从基因型为Aa的生物某植物养分器官中猎取细胞，显微观看如右图。以下对该图示细胞的表达不正确的选项是( )假设将X将Y3将X和YD．XZDNA答案A解析植物体细胞杂交时，要用纤维素酶和果胶酶处理细胞，使细胞壁溶解，原生质体才能融合，假设用XYAAaa)可产生AA、Aa、aa31∶4∶1；将X(AaY(Aa)融合并经组织培育形成的植株为四倍体(AAaa)；XZDNA一样。以下图为甲种植物细胞和乙种植物细胞的构造(仅显示细胞核)，以下有关表达错误的选项是( )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答案B解析乙物种细胞具有22裂能产生YR、Yr、yR、yr42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，不能产生精子和卵细胞，因此不行育；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。13．以下图表示胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作接种到试管培育基上后，在肯定的条件下，形成试管苗的培育过程，请据图答复以下问题：要促进细胞分裂生长，培育基中应有养分物质和激素。养分物质包和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和 两类植物激素。此过程依据的原理是 。A和B阶段主要进展的分裂方式是 ，B阶段除了细胞分裂外，还进展细胞 等。此过程要无菌操作，主要是指对 进展灭菌处理。B阶段需要光照，缘由是。试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因 的结果。答案(1)无机物生长素(2)植物细胞的全能性有丝分裂分化(3)培育基芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件(4)选择性表达解析植物组织培育是用离体的植物组织、器官或细胞接种到经消毒灭菌的培育基中，培育基含有供组织细胞生长发育所需要的无机物和小分子有机物，还有调整细胞脱分化和再分化的细胞分裂素和生长素。由外植体发育成试管苗，脱分化阶段细胞进展有丝分裂，再分化阶段愈伤组织细胞经有丝分裂和细胞分化形成试管苗，此阶段需要光照，缘由是叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件。14．(2017·AB请答复以下问题：去除细胞壁而不损伤细胞可用 和 处理。在用促融剂处理时，使用的促融剂主要是 。融合细胞中可能包括 种类型(仅考虑细胞两两融合)的状况，其中杂种细胞的遗传物质组成是 。由杂种细胞经人工诱导培育，经 分裂增加细胞数目并不断分化，渐渐发育成C 植株。该植株