高二生物植物细胞工程苏教版知识精讲.docx

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高二生物植物细胞工程苏教版知识精讲

高二生物植物细胞工程苏教版

【本讲教育信息】

一、教学内容：

植物细胞工程

二、良好开端

本节重点：

1）植物组织培养的原理和过程

2）植物体细胞杂交的原理

3）植物细胞工程的应用

本节难点：

植物组织培养

三、成功之旅

【知识点1】植物组织培养技术

组织培养的原理：

植物细胞的全能性，即具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞都具有发育成完整生物体的潜能。

因此，在理论上，生物的任何一个细胞都具有发育成完整植株的潜力。

但是，在生物的生长发育过程中，细胞不会表现出全能性，而是分化成各种组织器官。

这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因选择性表达的结果。

组织培养的过程

植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。

具体过程如下：

离体的植物器官、组织或细胞

愈伤组织

根、芽

植物体

（外植体）

1、脱分化：

就是让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转化成未分化细胞的过程。

2、愈伤组织：

排列疏松而无规则。

是一种高度液泡化的呈无定型状态的薄壁细胞。

3、再分化：

就是由愈伤组织重新分化成根、芽等器官的过程。

4、脱分化和再分化的比较

比较内容

脱分化

再分化

过程

细胞→愈伤组织

愈伤组织→幼苗

形成体特点

排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞

有根、芽

需要条件

a.离体

b.适宜的营养

c.生长素和细胞分裂素

a.离体

b.适宜的营养

c.生长素和细胞分裂素

d.光照

5、影响脱分化、再分化的因素

影响脱分化、再分化的重要因素为植物激素。

当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈的促进愈伤组织的形成，两者不同浓度的配比在再分化过程中，分别对诱导根或芽的产生起关键作用。

当细胞分裂素与生长素的浓度比高时，有利于芽的产生；浓度比低时，有利于根的产生。

例题1、甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。

目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。

这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的

A.有丝分裂B.分化C.减数分裂D.全能性

［解析］考查植物组织培养的原理、过程。

植物组织培养的原理是植物细胞的全能性。

过程是：

离体的植物器官、组织或细胞

愈伤组织

根、芽

植物体。

此过程是一个无性繁殖的过程，细胞数目增多的方式是有丝分裂，并且涉及细胞的分化。

［答案］C

【知识点2】植物体细胞杂交

由上图可知：

植物体细胞杂交就是将不同的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。

虽然科学家们历尽艰辛，实现了马铃薯和番茄两个物种间的杂交，可惜这株同时具有两个物种遗传物质的超级植物，并没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯。

尽管如此，这项研究还是在克服不同生物远缘杂交的障碍上，取得了巨大的突破。

例题2、不能用于人工诱导原生质体融合的方法是（）

A.振动B.电刺激C.PEGD.重压

［解析］原生质体是除去细胞壁的植物细胞，它实际上就是植物细胞的原生质部分。

当进行植物体细胞杂交时，先用纤维素酶、果胶酶除去细胞壁，分离出具有活力的原生质体，获得原生质体后就可以进行植物体细胞杂交了。

植物体细胞杂交的过程实质是不同植物体细胞的原生质体融合的过程。

将不同植物体细胞放在一起培养，必须通过一定的技术手段进行人工诱导。

诱导方法有物理法和化学法两大类。

物理法就是利用离心、振动、电刺激等促使原生质体融合；化学法是用聚乙二醇等试剂作为诱导剂诱导细胞的原生质体融合，聚乙二醇简称为PEG。

重压不能促使原生质体的融合。

［答案］D

【知识点3】植物细胞工程的应用

（一）快速繁殖（微型繁殖）：

通过组织培养的方式，可以快速大量的繁殖种苗。

（二）作物脱毒：

采用茎尖（几乎无病毒）组织培养的方式来脱除植物的病毒

（三）制备人工种子：

组织培养形成植物幼体，外面包上人工种皮。

（四）培育作物新品种：

1、单倍体育种：

用植物的花药进行离体培养形成单倍体，人工诱导染色体加倍后筛选出需要的新品种；

2、突变体的利用：

利用组织培养过程中出现的突变体，培育新的品种。

（五）细胞产物的工厂化生产：

用人工培养的愈伤组织提取细胞中的某种成分，这些产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱（如紫草素、人参皂甙、紫杉醇）等。

四、考点分析

从近几年的高考来看，本专题的内容——植物细胞工程是热点内容，特别是其中的植物组织培养更是高考命题的热点话题，同时该知识点又是考纲中的B层次（即理解层次）的要求，相对来说要求较高。

考查的形式多以非选择题为主。

学习时要重点注意植物组织培养的基本原理和过程以及植物体细胞杂交的过程，这样才能在解决实际问题时真正做到“游刃有余”。

五、小结

【模拟试题】（答题时间：

90分钟）

一、选择题

1.植物组织培养是指（）

A.离体的植物器官或细胞培育成愈伤组织

B.愈伤组织培育成植株

C.离体的植物器官、组织或细胞培养成完整植物体

D.愈伤组织形成高度液泡化组织

2.植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是（）

A.植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁

B.细胞壁使原生质体失去活力

C.细胞壁阻碍了原生质体的融合 

D.细胞壁不是原生质的组成部分

3.植物体细胞杂交的结果是（）

A.产生杂种植株B.产生杂种细胞C.原生质体融合D.形成愈伤组织

4.科学家把天竺葵的原生质体和香茅草的原生质体进行诱导融合，培育出的驱蚊草含有香茅醛，能散发出一种特殊的气味达到驱蚊且对人体无害的效果。

下列关于驱蚊草培育的叙述中，错误的是

A.驱蚊草的培育属于细胞工程育种，其优点是能克服远源杂交不亲和的障碍

B.驱蚊草培育过程要用到纤维素酶、果胶酶、PEG等试剂或离心、振动、电刺激等方法

C.驱蚊草培育过程是植物体细胞杂交，不同于植物组织培养，无愈伤组织和试管苗形成

D.驱蚊草不能通过天竺葵和香茅草杂交而获得是因为不同物种间存在生殖隔离

*5.将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是（）

A.具有完整细胞核的细胞B.一定的营养物质和植物激素

C.离体状态D.导入指定基因

6.植物体细胞杂交的目的中错误的是（）

A.把两个植物体的优良性状集中在杂种植株上

B.获得杂种植株

C.克服远源杂交不亲和的障碍

D.实现原生质体的融合

7.植物组织培养的用途中不正确的是（）

A.快速繁殖B.生产新品种C.生产生物碱D.生产白细胞介素－2

*8.A种植物的细胞和B种植物细胞的结构如下图所示（仅显示细胞核），将A、B两种植物细胞去掉细胞壁后，诱导二者的原生质体融合，形成单核的杂种细胞，若经过组织培养后得到了杂种植株，则该杂种植株是（）

A.二倍体；基因型是DdYyRr

B.三倍体；基因型是DdYyRr

C.四倍体；基因型是DdYyRr

D.四倍体；基因型是DdddYYyyRRrr

9.以下关于原生质的叙述，正确的是（）

A.原生质泛指细胞内的基质B.原生质就是细胞质

C.一个动物细胞就是一团原生质D.细胞膜、细胞核和细胞壁是原生质

10.不能人工诱导原生质体融合的方法是（）

A.振动B.电刺激C.PEG试剂D.重压

11.植物细胞表现出全能性的必要条件是（）

A.给予适宜的营养和外界条件

B.导入其他植物细胞的基因

C.脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件

D.将成熟的筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内

12.细胞具有全能性的原因是（）

A.生物体细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能

B.生物体的每一个细胞都具有全能性

C.生物体的每一个细胞都含有个体发育的全部基因

D.生物体的每一个细胞都是由受精卵发育来的

13.植物组织培养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新细胞

B.未成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程

C.植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程

D.取植物的枝芽培育成一株新植物的过程

*14.下列植物细胞全能性最高的是（）

A.形成层细胞B.韧皮部细胞C.木质部细胞D.叶肉细胞

15.植物组织培养过程的顺序是（）

①离体的植物器官、组织或细胞②根、芽③愈伤组织

④脱分化⑤再分化⑥植物体

A.①④③⑤②⑥B.①④③②⑤⑥

C.①⑤④③②⑥D.⑥①④③⑤②

16.在细胞工程——原生质体融合育种技术中，其技术的重要一环是将营养细胞的细胞壁除去，通常是采用纤维素酶和果胶酶的酶解破壁法处理。

如将去掉了细胞壁的成熟植物细胞置于清水中，细胞将：

（）

A.皱缩B.胀破C.呈球形D.保持原状

17.下列有关细胞工程的叙述不正确的是（）

A.在细胞整体水平上定向改变遗传物质

B.在细胞器水平上定向改变遗传物质

C.在细胞器水平上定向改变细胞核的遗传物质

D.在细胞整体水平上获得细胞产品

18.下列细胞全能性最高的是（）

A.植物的卵细胞B.植物的精子细胞

C.被子植物的受精卵D.被子植物的叶肉细胞

19.植物体细胞融合完成的标志是（）

A.产生新的细胞壁B.细胞膜发生融合

C.细胞质发生融合D.细胞核发生融合

20.植物体细胞杂交的目的是（）

A.用酶解法去掉细胞壁分离出有活力的原生质体

B.以人工诱导法使两个不同植物的原生质体融合

C.用植物组织培养法培养融合的原生质体得到杂种植株

D.通过以上三者来完成

21.下列说法正确的是：

（）

A.原生质专指细胞质B.人体内的水都属于原生质

C.细胞核不是原生质D.一个动物细胞就是一团原生质

*22.（多选）有关原生质体的下列叙述中，正确的是（）

A.组成原生质体的主要生命物质是蛋白质和核酸

B.原生质体包括细胞膜、液泡膜及两者之间的原生质

C.被脱掉细胞壁的植物裸露细胞是原生质体

D.原生质体只能用于植物细胞工程

*23.（多选）下图为植物组织培养过程示意图，则下列叙述正确的是（）

A.植物组织培养依据的生物学原理是细胞的全能性

B.③

④过程是指植物的营养生长和生殖生长阶段

C.将①经脱分化培养成②时，再植上人造种皮即可获得人工种子

D.②

③的再分化过程中，诱导②生根的激素为细胞分裂素和生长素

24.马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会因感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。

获得无病毒幼苗的最佳办法是（）

A.选择优良品种进行杂交B.进行远缘植物体细胞杂交

C.利用芽尖进行组织培养D.人工诱导基因突变

25.用植物组织培养技术，可以培养或生产出（）

A.食品添加剂B.无病毒植物C.人工种子D.前三项都是

26.甘薯种植多年后易因积累病毒而导致品种退化。

目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。

这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的（）

A.有丝分裂B.分化C.减数分裂D.全能性

27.科学工作者把胡萝卜的韧皮部细胞分离出来，将单个细胞放入培养基中培养，获得了许多完整的植株，这些植株的特点是（）

A.彼此性状相似B.变异频率较高C.单倍体D.都是纯合子

**28.水稻（基因型为AaBb）的花药通过无菌操作，接入试管，经过如下过程培育试管苗。

以下选项中正确的是（）

A.a用花药离体培养法获得单倍体植株；

b通过有丝分裂产生愈伤组织；

c培养基中至少应有乙烯和脱落酸；

d试管苗的生长发育不需要光照

B.a用花药离体培养法获得二倍体植株；

b通过减数分裂产生愈伤组织；

c培养基中至少应有生长素和细胞分裂素；

d试管苗的生长发育不需光照

C.a用花药离体培养法获得单倍体植株；

b通过有丝分裂产生愈伤组织；

c培养基中至少应有生长素和细胞分裂素；

d试管苗的生长发育需要光照

D.a用花药离体培养法获得二倍体植株；b通过有丝分裂产生愈伤组织；c培养基中至少应有乙烯和脱落酸；d试管苗的生长发育需要光照

29.植物的微型繁殖技术是指（）

A.植物体细胞杂交技术B.嫁接

C.营养繁殖D.植物组织培养

30.下列哪一项不是单倍体育种的优点（）

A.缩短育种年限B.变异率高

C.得到稳定遗传的优良品种D.节约人力、物力

31.胚状体是在植物组织培养的哪一阶段上获得的（）

A.愈伤组织B.再分化C.形成完整植株D.取离体组织

32.人参皂甙干粉可以通过下列何种技术获得（）

A.杂交育种B.植物细胞培养C.多倍体育种D.单倍体育种

33.运用植物组织培养技术，可以培育或生产出（）

A.细胞产物——生物碱B.无病毒植物

C.人工种子D.以上都是

*34.下列四个选项中没有采取植物组织培养技术的是（）

A.花药离体培养得到单倍体植株B.秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株

C.人工种子的培育D.“番茄——马铃薯”杂种植株的培育过程

35.植物的微型繁殖的优点是（）

A.取材少B.培养周期短C.繁殖率高D.以上都是

36.对人工种子正确的解释是（）

A.通过科学手段人工合成的种子B.利用植物组织培养技术获得的种子

C.种皮能自我生成的种子D.人工种子发芽率低

*37.两个亲本的基因型分别为AAbb和aaBB，这两对基因按自由组合定律遗传，要培育出基因型为aabb的新品种，最简捷的方法是

A.单倍体育种B.杂交育种C.人工诱变育种D.细胞工程育种

38.（多选）下列叙述中，与植物体细胞杂交密切相关的是

A.利用离心、振动、电刺激等方法诱导

B.利用聚乙二醇（PEG）等试剂诱导

C.克服远缘杂交不亲和的障碍

D.快速繁殖、培育无病毒植物

二、非选择题

*1.下图是植物组织培养的简略表示。

据此回答：

脱分化  再分化

①——→②——→③——→④

（1）①表示，它能被培养成为④的根本原因是。

（2）②表示，它与①相比分化程度，全能性。

（3）若想制作人工种子，应该选用（填编号）。

（4）若①是花药，则④是，继续对其使用处理可获得正常植株，该过程称为。

（5）若①是胡萝卜根尖细胞，则培养成的④的叶片的颜色是，这说明根尖细胞。

（6）若利用此项技术制造治疗烫伤、割伤的药物——紫草素，培养将进行到（填编号）。

2.下图为植物体细胞杂交过程示意图。

据图回答：

（1）步骤①是，最常用的方法是。

（2）步骤③一般常用的化学试剂是，目的是。

（3）在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段是，其中步骤④相当于，步骤⑤相当于。

*（4）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株。

使能够在新的植物体上有所表现，其根本原因是。

（5）若远源杂交亲本A和B都是二倍体，则杂种植株为倍体。

（6）从理论上讲，杂种植株的育性为。

若运用传统有性杂交方法能否实现？

，原因是。

因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于。

*（7）利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？

为什么？

。

3.紫草素是紫草细胞的代谢产物，可作为生产治疗烫伤药物的原料。

用组织培养技术可以在生物反应器中通过培养紫草细胞生产紫草素。

下图记录了生物反应器中紫草细胞产量、紫草素产量随培养时间发生的变化。

（1）在生产前，需先加入紫草细胞作为反应器中的“种子”。

这些“种子”是应用组织培养技术，将紫草叶肉细胞经过________________________而获得的。

这项技术的理论基础是_______________________。

（2）从图中可以看出：

反应器中紫草细胞的生长呈现______________________________规律；影响紫草素产量的因素是_____________________和________________________。

（3）在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌的目的是__________________和_______________________。

4.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，由单个细胞发育成完整的新植株（如下图）。

请据图回答：

（1）这种生殖方式属________。

（2）图中③过程叫________________，④过程叫_____________，此处的“细胞团”在生物学上叫做_______________________。

（3）本实验说明植物细胞具有___________________。

（4）在培养试管植物时，试管内应加入植物所必需的矿质元素。

其中应大量供给的元素是___________________。

5.中科院上海植物生理生态研究所在“神舟四号”飞船进入太空后为一对“新人”——黄花烟草原生质体和革新一号烟草原生质体举办了特殊的“婚礼”。

将两个“新人”放入融合器中，当充满液体的融合器加上直流电场，两个原本相互游离的细胞一下子贴到一起，开始了“窃窃私语”。

紧接着，在瞬间高压脉冲的作用下，细胞膜被击出了一个小孔，透过这微小的空间，两股细胞质展开了“心灵沟通”。

渐渐地，细胞核也扭摆着“亲热”起来，20min后，它们俩已是你中有我，我中有你，一个新生命就这样诞生了。

地面实验结果显示：

用于融合的两个“新人”，一个开的是粉花（标记为“一号”），一个开的是黄花（标记为“二号”）融合后的细胞再生植株开的是黄花，但形状却和一号相同（称“一号形状”，另一个称“二号形状”）。

这种“太空烟草”比普通烟草个子矮，株秆粗，烟叶多，是我国太空育种试验的一项重大成果。

据此回答下列问题：

（1）由于细胞的密度不同，因此在地面上进行细胞融合非常困难。

从理论上讲，在太空中细胞更容易融合，可能的原因是。

在显微镜下观察，“新人”的细胞膜融合在一起，使细胞呈圆球状，这是因为细胞膜具有性。

“细胞婚礼”中用到的诱导融合技术是。

（2）两种烟草原生质体融合时，类型是我们需要的，这样的细胞经组织培养后，再生的植株属倍体。

（3）植物体细胞融合技术与传统的有性杂交相比，其优点是。

*（4）“太空烟草”能稳定遗传吗？

为什么？

。

试题答案

一、选择题

1.C2.C3.A4.C5.D6.D7.D8.C9.C10.D11.C12.C13.C

14.A15.A16.B17.C18.C19.A20.C21.D22.AC23.ABD24.C

25.D26.C27.A28.C29.D30.B31.B32.B33.D34.B35.D

36.B37.A38.ABC

二、非选择题

1、

（1）离体的植物器官、组织或细胞植物细胞的全能性

（2）愈伤组织低高

（3）③（4）单倍体植株秋水仙素纯合单倍体育种

（5）绿色含有与叶绿体形成相关的基因（6）②

2、

（1）去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体酶解法

（2）PEG诱导不同植物体细胞的原生质体融合

（3）植物组织培养脱分化再分化

（4）远源杂交亲本的遗传特征杂种植株获得双亲的遗传物质

（5）四

（6）可育不能因为不同种生物之间存在生殖隔离克服远源杂交不亲和的障碍

（7）否有性生殖的过程中进行减数分裂，才遵循孟德尔的遗传规律 

3、

（1）脱分化（或脱分化形成愈伤组织）细胞的全能性

（2）S型增长细胞数量细胞所处的生长期

（3）保证氧气供应充足使细胞与培养液充分接触

4、

（1）无性生殖

（2）脱分化再分化愈伤组织（3）全能性（4）N、P、S、K、Ca、Mg

5、

（1）重力作用很弱一定的流动电刺激诱导融合

（2）自身融合多（或四）（3）克服了远缘杂交不亲和的障碍

（4）如果“太空烟草”为纯合子，无性繁殖和有性繁殖都能稳定遗传；如果为杂合子，无性繁殖能稳定遗传，有性繁殖会出现性状分离。

培养过程中也可能会发生基因突变