2017-2018年高中生物 第一单元 生物技术与生物工程 第二章 细胞工程 第2节 植物组织培养学案 中图版选修3

1、第二节植物组织培养1理解植物细胞全能性的含义。2简述植物组织培养的过程。(重点)3说出植物组织培养技术的应用。(难点)植 物 细 胞 的 全 能 性 与 植 物 组 织 培 养 技 术1植物细胞的全能性(1)含义植物体的每一个活细胞都具有形成完整植物体的遗传潜能。(2)物质基础植物体的全部体细胞都具有发育为完整个体所必需的全套遗传物质。(3)现实表现在植物体内，细胞分化成为不同的组织和器官。原因：基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。(4)体现全能性的必需条件脱离原来组织器官的束缚，成为游离状态。一定的营养条件和植物激素的诱导。2植物组织培养技术(1)植物组织培养的概念培养对象：外植体

2、(即离体的植物器官、组织或细胞)。条件：a.无菌，b.含有营养物质的培养基，c.适宜的光照、温度、湿度等环境条件。结果：形成完整植株。核心：诱导脱分化和再分化。(2)原理植物细胞的全能性。(3)过程探讨：植物的种子能发育成完整的植株，是否体现了细胞的全能性？为什么？提示：没有，因为种子中的胚已完成了早期发育，相当于新植物体的幼体，发育成完整植株的过程，相当于植物的长大。探讨：美国科学家将分离得到的成熟胡萝卜根的韧皮部细胞进行培养，由单个细胞发育成了完整植株，培养过程如下图所示。此实验说明了什么问题？提示：分化的植物细胞仍具有全能性。探讨：在菊花的组织培养操作完成了34天后，观察同一温室中的外植

3、体，发现有的瓶内外植体正常生长，有的瓶内外植体死亡，你认为外植体死亡的原因可能有哪些？提示：接种时培养基灭菌不彻底；接种工具灼烧后未待冷却就接种外植体；培养过程中保持温度、pH的适宜，但没有及时调整各种营养物质和激素的比例。1植物细胞全能性表达所需条件(1)体细胞未表现全能性的原因：基因的选择性表达。(2)体现细胞全能性的条件：材料离体的细胞、组织或器官培养基种类齐全、比例合适的营养物质及一定的植物激素外界条件无菌操作光照：愈伤组织培养最初避光培养，后期见光培养适宜的湿度、温度2.脱分化和再分化的比较过程名称过程形成体特点脱分化离体细胞愈伤组织排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团再分化愈伤组织幼芽

4、或胚状体有根、芽或有生根发芽的能力3.植物组织培养应注意的问题(1)无菌：植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染，所有实验用具要严格灭菌，接种过程进行严格的无菌操作。(2)取材：外植体的遗传特征、取材位置都会影响愈伤组织的再分化能力。(3)营养比：培养基中必须含有植物生长发育所需要的全部营养物质，其中生长素和细胞分裂素用量的比例对器官的生成起决定作用。(4)光照时期：愈伤组织培养最初避光培养，后期见光培养。(5)培养顺序：试管苗培养，要先进行生芽培养，再进行生根培养，试管苗培养要在光照条件下进行。1下列发生了细胞分化且能体现体细胞全能性的生物学过程是()A玉米种子萌发长成新植株B小鼠骨髓造血

5、干细胞形成各种血细胞C小麦花粉经离体培养发育成单倍体植株D胡萝卜根韧皮部细胞经组织培养发育成新植株【解析】玉米种子萌发长成新植株不能体现体细胞全能性。小鼠骨髓造血干细胞形成各种血细胞，并没有发育成个体，所以不能体现细胞全能性。小麦花粉经离体培养发育成单倍体植株体现的是植物生殖细胞的全能性。【答案】D2下图所示胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下形成试管苗的培育过程，请据图回答下列问题。(1)要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括_和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和_两类植物激素。(2)此过程依据的原理是_。A和B阶段主要进行的分裂方式是_，B阶段除了

6、细胞分裂外，还进行细胞_等。(3)此过程要无菌操作，主要是指对_进行灭菌消毒。B阶段需要光照，原因是_。(4)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。【解析】此题综合考查了植物组织培养过程，所需条件等方面的知识。植物组织培养是用离体的植物组织、器官或细胞接种到经消毒灭菌的培养基中，培养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，还有供调节细胞脱分化和再分化的细胞分裂素和生长素。由外植体发育到试管苗，脱分化阶段细胞进行有丝分裂，再分化阶段愈伤组织经细胞有丝分裂和分化形成试管苗，此阶段需要光照，原因是叶片中叶绿素的合成需要光照条件。【答案】(1)无机物生长素

7、(2)植物细胞的全能性有丝分裂分化(3)培养基芽发育成叶，叶片的叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件(4)选择性表达 物 组 织 培 养 的 应 用1植物快速繁殖建立植物的无性繁殖系。2培育无病毒植株植物分生组织的生长点细胞一般不含病毒，取生长点等无病毒部位培养，可获得大量无病毒植株。3生产植物产品植物在代谢过程中产生一些有机化合物，如人参皂甙、奎宁等，可用作药物、杀虫剂等。4制造人工种子组织培养产生的胚状体结构，外面包裹提供养分的胶囊，再包上一层具有保护功能的外膜，形成类似于种子的球状结构，可解决有些优良品种育种困难的问题。探讨：人们利用植物的快速繁殖技术来进行工厂化育苗生产，这是利用了该项技

8、术的哪些特点？提示：快速繁殖技术的特点：繁殖速度快；“高保真”(因为是无性繁殖)；不受自然生产季节的限制(因为在具有一定人工设施的室内生产)。探讨：常采用茎尖组织培养技术来去除病毒，为什么？提示：在茎尖分生组织中，细胞繁殖十分迅速，病毒还来不及侵入，因此就成为植物体相对无病毒的特殊区域。探讨：人工种子之所以神奇，是由于它具有天然种子不可比拟的特点，想一想，它们具有哪些特点？提示：它解决了有些作物品种某些遗传性状的改变、繁殖能力差、结籽困难或发芽率低等问题。人工种子可以工业化生产，提高农业的自动化程度。人工胚乳中除含有胚状体发育所需的营养物质外，还可以添加各种附加成分。用人工种子播种可以节约粮食

9、。快速繁殖与作物脱毒、人工种子、单倍体育种(1)作物脱毒、人工种子、单倍体育种的培育过程均采用快速繁殖的技术。作物脱毒主要是强调快速繁殖的取材一定是无毒的(如茎尖、根尖)，这样才能繁殖出无毒的幼苗。(2)人工种子采用的也是快速繁殖的技术，但是只需培育得到胚状体、不定芽、顶芽和腋芽，包上人工种皮就可形成人工种子。人工种子与快速繁殖得到的幼苗一样能保持亲本的优良性状，另外还不受气候、季节和地域的限制。(3)单倍体育种的优点是后代无性状分离，都是纯合子，能够稳定遗传，明显缩短育种年限。单倍体育种从本质上说属于无性生殖，但这一点与快速繁殖有所区别。单倍体育种首先要进行花药离体培养，采用的还是快速繁殖的

10、技术，然后用秋水仙素处理，获得纯合子。1下列有关植物细胞工程应用的叙述不正确的是()A植物快速繁殖具有高效、快速的特点B用组织培养技术繁殖的植物体不产生突变C用马铃薯、草莓的茎尖培养可获得脱毒苗D利用组织培养获得的胚状体可制造人工种子【解析】在植物的组织培养过程中会发生细胞分裂的过程，而在细胞分裂过程中有可能会发生基因突变。【答案】B2.人工种子是人们模仿天然种子的结构制造出来的生命有机体，它能像种子一样萌发生长，长成植物。人工种子的核心部件是个被外层物包埋的具有类似于胚功能的胚状体。将胚状体包埋在一个能提供营养的胶质中，便成了所谓的“人工种子”。(1)人工种子依据的原理是_，培育胚状体利用了

11、_技术。(2)包埋胚状体的胶质可看作自然种子的哪部分结构？_。(3)如果外植体是植物的茎尖，通过的处理可使细胞彼此分离，过程中可加入()A蛋白酶B淀粉酶C果胶酶D胰蛋白酶(4)过程表示脱分化过程，其实质是_；表示再分化过程，其实质是_。(5)由人工种子萌发成的植株是否一定可育？_。【解析】(1)人工种子能发育成完整植株，说明其细胞内含有个体发育所需要的全部遗传物质，因此依据的原理是细胞的全能性，人工种子是经过植物组织培养技术得到的。(2)包裹胚状体的胶质有保护胚状体的作用，同时又可以为胚状体提供营养物质，所以可看成种皮及胚乳或子叶。(3)使植物细胞彼此分离可以使用纤维素酶和果胶酶，因为植物细胞

12、壁的主要成分是纤维素和果胶。(4)脱分化的实质是使细胞恢复分裂能力，而再分化的实质是基因的选择性表达。(5)人工种子是否可育取决于培育胚状体所用的材料。【答案】(1)植物细胞的全能性植物组织培养(2)种皮及提供营养的胚乳或子叶(3)C(4)使细胞恢复分裂能力基因的选择性表达(5)不一定1通过植物组织培养() A获得的植株都不会出现变异B可以证明高度分化的植物细胞具有全能性C只能将外植体培养形成愈伤组织D可以大量繁殖无子番茄【解析】植物组织培养的过程：离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织幼根、幼芽完整的植物体。在此过程中经过细胞的分裂、分化，在分裂的过程中可能产生变异；通过植物组织培养获得的个体与

13、母本相同；无子番茄是用生长素类似物处理未受粉的雌蕊(或子房)得到的。【答案】B2下图为植物组织培养的基本过程，则制作人工种子及生产治疗烫伤、割伤的药物紫草素，所选用的材料的编号分别是()ABCD【解析】制作人工种子应选用愈伤组织分化后的胚状体；可利用愈伤组织中的大量紫草细胞生产紫草素。【答案】B3美国科学家将分离得到的成熟的胡萝卜根韧皮部细胞进行培养，由单个细胞发育成了完整的新植株。过程图解如下图，回答与之有关的问题：(1)科学家所用的这种生物技术叫做_。依据的理论基础是_。过程称为_，过程称为_，C经_形成D。(2)通过过程产生的愈伤组织细胞与根的韧皮部细胞在染色体数目上是否相同？_；染色体

14、上所含的遗传物质是否相同？_；细胞的形态结构是否相同？_。(3)在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素及氨基酸外，还需要在培养基中加入_。同时，在培养过程中，除必要的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程必须保证_。(4)从育种的角度来看，植物组织培养与有性繁殖相比，优势主要有_。(列举两条)【解析】本题考查了植物组织培养的条件、过程及应用等方面的知识。愈伤组织的形成是一个脱分化过程，需不断地从培养基中获取营养(无机营养和有机营养)，并需要有一定比例的生长素和细胞分裂素来促进细胞脱分化形成愈伤组织；愈伤组织再分化形成根、芽等器官，进而发育成幼小植株。整个培养过程中，

15、其遗传物质没有发生改变，因而培育成的后代能保持亲本的优良特性。【答案】(1)植物组织培养植物细胞具有全能性脱分化再分化细胞分裂和细胞分化(2)相同相同不同(3)植物激素(或植物激素类似物)无菌(4)能保持母本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能培育无病毒植物(列出2条即可)4某二倍体植物是杂合子，下图为其花药中未成熟花粉在适宜的培养基上培养产生完整植株的过程。据图回答下列问题。 (1)图中表示的是该花粉培养过程中的_过程，表示的是_过程，X代表的是_，表示的是_过程，表示的是诱导_过程。(2)图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条，具体通过哪一条途径主要取决于培养基成分中_的种类及其浓度配比

16、，最后获得的来源于未成熟花粉的完整植株都称为_植株(甲)。未成熟花粉经培养能形成完整植株，说明未成熟花粉具有_。(3)对植株甲进行_，才能使其结实产生后代(乙)，否则植株甲只有通过_的方式才能产生后代(丙)。乙、丙两种植株中，能产生可育花粉的是_植株，该植株群体中每一植株产生可育花粉的基因组成种类数为_种，该群体植株产生可育花粉的基因组成种类数为_种。花药培养在育种上的特殊意义是_，从而开辟育种新途径。【解析】(1)分析所给图示，弄清数字和字母所代表的含义。表示脱分化过程；表示再分化过程。愈伤组织的再分化的方式主要有不定芽方式和胚状体方式两种，不定芽方式是在某些条件下，愈伤组织中的分生细胞发生分化，形成不同的器官原基，再逐渐形成芽和根；胚状体方式是由愈伤组织细胞诱导分化出具有胚芽、胚根、胚轴的胚状结构，进而长成完整植株。因此X表示胚状体，表示生长发育过程，则表示继续分化形成胚根的过程。(2)调节培养基中激素的浓度和种类可以调节细胞的分化方向，如植物细胞的分化常受细胞分裂素及生长素比例的调节，当细胞分裂素与生长素的浓度比值高时，可诱导芽的形成，反之则有促进生根的趋势。花粉离体培养长成的个体叫单倍体，说明花粉具有全能性。(3)育种工作者常用花药离体培养的方法来获得单倍体植株，然后经过人工诱导使染色体数目加倍，重新恢复到正常植株的染色体数目。这种方法得到的植株，不仅能够正常生殖，而