第3讲植物细胞工程

第3讲植物细胞工程考点定标1.阐明植物组织培养是在一定条件下，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，在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织，并重新分化，最终形成完整植株的过程。2．概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定条件下融合成杂种细胞，继而培育成新植物体的技术。3．举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢物生产、育种方式有效提高了生产效率。考情解码1.植物组织培养技术2025·江苏卷·T4;2025·浙江1月卷·T18;2024·安徽卷·T15；2024·北京卷·T12、13;2024·浙江1月卷·T8;2024·甘肃卷·T15；2023·重庆卷·T15;2023·新课标卷·T352.植物体细胞杂交技术2024·山东卷·T20;2024·湖北卷·T11;2024·浙江6月卷·T23；2023·广东卷·T12;2023·江苏卷·T133.植物细胞工程的应用2024·安徽卷·T15;2024·黑吉辽卷·T6;2024·甘肃卷·T15；2023·山东卷·T14;2023·河北卷·T13考点一植物组织培养技术 1.任务驱动·问题引领夯双基任务一教考衔接——真题重组引领，整合建构落实教材双基一、真题重组判断类(1)(辽宁卷，14D改编)宜选用成熟叶片为材料制备外植体。()(2)(浙江6月卷，23A)植物组织培养时，外植体须用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠的混合液消毒。()(3)(江苏卷，5C)提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根。()(4)[海南卷，20(1)]从外植体转变成愈伤组织的过程属于再分化；从愈伤组织到幼苗的培养过程需要的激素有生长素和细胞分裂素，该过程还需要光照，其作用是诱导叶绿素的形成。()(5)(浙江6月卷，23B改编)在进行菊花组织培养过程中，培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换。()(6)(江苏卷，5A)在植物组织培养中，为获得无菌培养物，外植体要消毒处理后才可接种培养。()(7)(江苏卷，5C)在植物组织培养中，降低培养基中生长素与细胞分裂素的比值，有利于诱导生根。()二、必备整合——教材双基梳理网络化1．细胞工程的概念2．植物细胞的全能性3．植物组织培养技术(1)操作实例——菊花的组织培养(2)植物激素在植物组织培养中的作用生长素/细胞分裂素植物细胞的发育方向高有利于____的分化、抑制____的形成低有利于____的分化，抑制____的形成适中促进____________的生长师说解惑(1)光照：在愈伤组织诱导阶段，对有些植物来说，避光培养有利于细胞脱分化形成愈伤组织。当愈伤组织再分化出芽和叶时，一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成。(2)植物组织培养中所需的碳源一般为蔗糖，原因是蔗糖既可提供充足的碳源，又可维持相对适中的渗透压。任务二教材深挖——课标概念引领，挖掘拓展深化课标重要概念一、教材隐性知识，边角知识显性化1．(选择性必修3P36～37“探究·实践”)幼苗移栽关键是________________________________________________________________________。2．(选择性必修3P35正文拓展)从繁殖方式上看，植物组织培养属于无性繁殖。原因是植物组织培养是在______________________的基础上实现的，此过程并没有______________________，所以是无性繁殖。3．(选择性必修3P35图2-1拓展)(1)进行图中操作过程时需要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作，目的是防止________。(2)脱分化形成的不定形的薄壁组织团块是____________，________(填“具有”或“不具有”)全能性，其可再分化后继续发育为________。4．(选择性必修3P39正文)从所需条件上来看，与传统育种方法相比，快速繁殖是在具有一定人工设施的室内生产，可以不受____________等自然条件的限制。5．(选择性必修3P40正文拓展)对于无性繁殖的作物而言，病毒在作物体内逐年________，就会导致作物产量________、品质________，因此作物培养过程中要进行作物________。6．(选择性必修3P40正文发掘)植物________附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒，用________细胞进行组织培养，能得到大量的脱毒苗。二、教材知识深化拓展，创设情境提素能(选择性必修3P34“从社会中来”素材拓展)从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征。但是，兰花种子一般发育不全，在自然条件下具有萌发率极低、繁殖率低等问题，通常采用植物组织培养技术达到快速繁殖以降低成本的目的。下列有关说法正确的是()A．植物组织培养的原理利用了植物细胞的全能性，如兰花种子的萌发B．在生物的生长发育过程中，所有的细胞都表现出全能性C．已分化的兰花细胞经过脱分化形成定形的薄壁组织团块称为愈伤组织D．生长素与细胞分裂素的浓度和比例会影响植物细胞的发育方向师说拓展(1)花药培养与花粉培养是一回事吗？花药培养：花药培养是将花药(花粉发育到一定阶段)接种到人工培养基上培养，以形成花粉胚或愈伤组织，进而分化成完整植株的技术。花粉培养：花粉培养是将花粉从花药中分离出来，使之成为分散或游离的状态，通过培养使花粉脱分化，进而发育成完整植株的技术。花药培养可以得到单倍体，但也会得到二倍体或多倍体。例如，在水稻花药离体培养得到的2496株花粉植株中，单倍体占35.3%、二倍体占53.4%、多倍体占5.2%。这些变化中，非单倍体可能来自花药体细胞如花药壁细胞，由它们先形成二倍体愈伤组织，再分化为二倍体植株，或者来自单倍体细胞的自主加倍，也可能来自雄核发育过程中的营养核和生殖核的融合。故花药离体培养不一定都能获得单倍体。花粉培养比花药培养难度大。在诱导培养过程中，因激素等条件的不同，使花粉植株的形成有两条途径：一条途径是由小孢子的异常发育形成花粉胚(胚状体)，再由花粉胚循着与合子胚相似的发育顺序发育，长成植株；另一条途径是小孢子多次分裂形成愈伤组织，再由愈伤组织进一步分化，形成芽、根，最后形成完整植株。(2)植物组织培养为何选用蔗糖？大量实验表明，蔗糖能支持绝大多数植物离体培养物的旺盛生长，因此，作为植物组织培养的标准碳源而被广泛应用。大多数合成培养基也以蔗糖作为唯一的碳源，原因可能为以下三点：①同样作为碳源和能源物质，蔗糖较葡萄糖能更好地维持培养基内的低渗环境。因为配制相同质量分数的培养基，蔗糖形成的渗透压要明显低于葡萄糖，若采用葡萄糖作为碳源，易使植物细胞脱水而生长不良。同时，植物细胞吸收蔗糖的速率要明显慢于吸收葡萄糖的速率，所以蔗糖形成的渗透压可较长时间地保持相对稳定。②在植物组织培养过程中，要特别注意防止培养基受到微生物的污染，微生物生长所需的最适合的碳源是葡萄糖，因此，采用蔗糖作为培养基的碳源，可在一定程度上减少微生物的污染。③从能源供应角度看，相同物质的量浓度下，蔗糖比葡萄糖提供的能量更多。2.过程评价·考向题组练经典考向结合植物组织培养技术，考查科学探究1．(2024·安徽卷，15)植物细胞悬浮培养技术在生产中已得到应用。某兴趣小组尝试利用该技术培养胡萝卜细胞并获取番茄红素，设计了以下实验流程和培养装置(如图)，请同学们进行评议。下列评议不合理的是()A．实验流程中应该用果胶酶等处理愈伤组织，制备悬浮细胞B．装置中的充气管应置于液面上方，该管可同时作为排气管C．装置充气口需要增设无菌滤器，用于防止杂菌污染培养液D．细胞培养需要适宜的温度，装置需增设温度监测和控制设备2.(2024·江苏卷，16)图示为普通韭菜(2n＝16)的花药结构。为了快速获得普通韭菜的纯系，科研人员利用其花药进行单倍体育种。下列相关叙述正确的有()A．花粉细胞和花药壁细胞均具有全能性B．培养基中生长素与细胞分裂素的比例影响愈伤组织再分化C.镜检根尖分生区细胞的染色体，可鉴定出单倍体幼苗D．秋水仙素处理单倍体幼苗，所得植株的细胞中染色体数都是16考点二植物体细胞杂交技术及植物细胞工程的应用 1.任务驱动·问题引领夯双基任务一教考衔接——真题重组引领，整合建构落实教材双基一、真题重组判断类(1)(2024·贵州卷，13C)获取马铃薯脱毒苗常选取茎尖进行组织培养。()(2)(江苏卷，13B)原生质体需在低渗溶液中长期保存，以防止过度失水而死亡。()(3)植物快速繁殖运用了植物组织培养技术，可快速繁殖良种植物。()(4)葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于微型繁殖。()(5)单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。()(6)初生代谢和次生代谢在生物整个的生命过程中始终进行。()二、必备整合——教材双基梳理网络化1．植物体细胞杂交技术无性生殖(1)概念与原理(2)过程(3)意义在打破____________，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。2．植物组织培养与植物体细胞杂交的区别与联系师说解惑有关植物体细胞杂交的三个易误点(1)误认为：植物体细胞杂交的结果只是形成杂种细胞。指正：植物体细胞杂交的结果最终要经过组织培养形成杂种植株。(2)误认为：植物体细胞杂交属于有性生殖。指正：植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此不属于有性生殖，应为无性生殖。(3)误认为：杂种植株的变异类型属于基因重组。指正：杂种植株的变异类型属于染色体数目变异，杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，杂种植株属于异源多倍体。3．植物细胞工程的应用(1)植物繁殖的新途径①快速繁殖②作物脱毒(2)作物新品种的培育(3)细胞产物的工厂化生产任务二教材深挖——课标概念引领，挖掘拓展深化课标重要概念一、教材隐性知识，边角知识显性化1．(选择性必修3P38“概念检测”T2拓展)科学家在制备原生质体时，有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞的细胞壁。据此分析，蜗牛消化道提取液中可能含有__________________。理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。2．(选择性必修3P38“拓展应用”应用分析)已知番茄正常体细胞内含A条染色体，为二倍体，马铃薯正常体细胞内含B条染色体，为四倍体，则“番茄—马铃薯”杂种细胞中最多有______________条染色体，其植株属于______________倍体；“番茄—马铃薯”具备两种植物的遗传物质，但并没有如科学家所想象的那样，地上结番茄，地下长马铃薯，可能原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。3．(选择性必修3P41“相关信息”)初生代谢______生物生长和生存所必需的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行着；次生代谢________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。二、教材知识深化拓展，创设情境提素能(选择性必修3P42“拓展应用”T1变式分析)玉米紫色(A)对白色(a)为显性，非甜(Su)对甜(su)为显性，控制两对性状的基因独立遗传。现将紫色非甜玉米(AASuSu)和白色甜玉米(aasusu)杂交，得到F1，F1自交得到的F2中出现紫色甜玉米。下列相关叙述中，正确的是()A．F2产生的紫色甜玉米中Aasusu所占比例是eq\f(1,2)B．F2产生的紫色甜玉米与白色甜玉米进行杂交，可筛选纯合的紫色甜玉米C．F1经花药离体培养后可直接获得二倍体纯合紫色甜玉米，能明显缩短育种年限D．花药离体培养技术中，需要对花药和培养基进行灭菌，且需要添加植物激素师说拓展植物体细胞杂交如何筛选出杂种细胞？筛选杂种细胞的常用方法(1)互补选择法这种方法的原理是利用现成的或诱发产生的各种缺陷型或抗性型的突变体细胞作为融合实验的材料。由于突变体均不能在特定的选择性培养基上生长，而能在该培养基上正常生长的是互补的杂种细胞，因此可将其筛选出来。(2)机械选择法利用两种原生质体的某些可见标志(如形态、颜色等差异)，对融合产物进行鉴别，筛选出杂种细胞进行单独培养。对于在形态、颜色上难以区分的原生质体融合形成的异核体，可利用不同荧光素分别标记两亲本的原生质体，然后进行诱导融合，在荧光显微镜下选择同时带有两种荧光标记的杂种细胞。(3)组织培养筛选法将“植物细胞对培养基成分和培养条件的要求与反应不同”作为选择杂种细胞的依据，利用这种特性或人为地造成杂种细胞生长和分化能力的差异来进行杂种细胞的选择。易错警示脱毒苗与抗毒苗的区别(1)脱毒苗是选择植物顶端分生区附近如茎尖(病毒极少，甚至无病毒)进行组织培养而获得的，属于细胞工程的范畴。(2)抗毒苗是把某抗病毒基因导入受体细胞中，并通过一定的方法培养形成的，属于基因工程的范畴。2.过程评价·考向题组练经典考向1结合植物体细胞杂交技术，考查科学思维1．(2024·湖北卷，11)植物甲抗旱、抗病性强，植物乙分蘖能力强、结实性好。科研人员通过植物体细胞杂交技术培育出兼有甲、乙优良性状的植物丙，过程如下图所示。下列叙述错误的是()A.过程①中酶处理的时间差异，原因可能是两种亲本的细胞壁结构有差异B．过程②中常采用灭活的仙台病毒或PEG诱导原生质体融合C．过程④和⑤的培养基中均需要添加生长素和细胞分裂素D．可通过分析植物丙的染色体，来鉴定其是否为杂种植株2．(2024·山东卷，20)下列关于植物愈伤组织的说法正确的是()A．用果胶酶和胶原蛋白酶去除愈伤组织的细胞壁获得原生质体B．融合的原生质体需再生出细胞壁后才能形成愈伤组织C．体细胞杂交获得的杂种植株细胞中具有来自亲本的2个细胞核D．通过愈伤组织再生出多个完整植株的过程属于无性繁殖考向2围绕植物细胞工程的应用，考查科学探究3．(2024·甘肃卷，15)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1D．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课堂评价过教材过真题实战演练一、过教材——判断正误并找到课本原话(一)植物细胞工程的基本技术1．(选择性必修3P31正文)细胞工程的操作只是建立在细胞水平上。()2．(选择性必修3P34正文)细胞发挥全能性后得到的只能是个体。()3．(选择性必修3P35“探究·实践”)愈伤组织重新分化成芽、根等器官，此过程称为脱分化。()4．(选择性必修3P37正文)植物原生质体融合的化学法包括聚乙二醇融合法、高Ca2＋—高pH融合法等。()5．(选择性必修3P38正文)植物体细胞杂交技术在打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培养植物新品种等方面有独特优势。()(二)植物细胞工程的应用1．(选择性必修3P39正文)用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也称作微型繁殖技术。()2．(选择性必修3P39正文)快速繁殖不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性。()3．(选择性必修3P40正文)单倍体育种当年就能培育出遗传性状相对稳定的杂合二倍体植株，极大地缩短了育种的年限。()4．(选择性必修3P41正文)在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变。()5．(选择性必修3P41正文)植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物——次生代谢物。()二、过真题——真题真做测达标1．(2025·广西卷)切取虎尾兰的叶插入土壤，置于适宜条件下培养。一段时间后，切口处会长出新植株。下列有关该过程的说法错误的是()A．体现了细胞的全能性B．受到植物激素的调节C．属于有性生殖的范畴D．包含脱分化及再分化2．(2025·江苏卷)图示一种植物组织培养周期，①～③表示相应过程。下列相关叙述错误的是()A．过程①发生了细胞的脱分化和有丝分裂B．过程②经细胞的再分化形成不同种类的细胞C．过程②③所用培养基的成分、浓度相同D．培养基中糖类既能作为碳源，又与维持渗透压有关3．(2025·黑吉辽内蒙古卷)利用植物组织培养技术获得红豆杉试管苗，有助于解决紫杉醇药源短缺问题。下列叙述正确的是()A．细胞分裂素和生长素的比例会影响愈伤组织的形成B．培养基先分装到锥形瓶，封口后用干热灭菌法灭菌C．芽原基细胞由于基因选择性表达，不能用作外植体D．紫杉醇不能通过细胞产物的工厂化生产来获取，植物组织培养优势明显4．(2025·河北卷)某科创小组将叶绿素合成相关基因转入小麦愈伤组织，获得再生植株，并进行相关检测。下列实验操