高中生物第一单元生物技术与生物工程第2章第2节植物组织培养教案中图版选修3Word文档格式.docx

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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。

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？

分化的植物细胞仍具有全能性。

在菊花的组织培养操作完成了3～4天后，观察同一温室中的外植体，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？

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

①无菌操作

②光照：

愈伤组织培养最初避光培养，后期见光培养

③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】　D

2．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

（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。

人们利用植物的快速繁殖技术来进行工厂化育苗生产，这是利用了该项技术的哪些特点？

快速繁殖技术的特点：

①繁殖速度快；

②“高保真”（因为是无性繁殖）；

③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）。

常采用茎尖组织培养技术来去除病毒，为什么？

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。

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？

①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。

②人工种子可以工业化生产，提高农业的自动化程度。

③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。

④用人工种子播种可以节约粮食。

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】　B

2.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___________________________________________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①的处理可使细胞彼此分离，①过程中可加入（　　）

A．蛋白酶　　　　　B．淀粉酶

C．果胶酶D．胰蛋白酶

（4）②过程表示脱分化过程，其实质是_______________________________；

③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（　　）【导学号：

99310026】

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

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。

2．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（　　）

①

②

③―→④

A．④②　　B．③②

C．③④D．④③

【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。

3．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________。

②过程称为________，③过程称为________，C经____________________形成D。

（2）通过②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，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。

【导学号：

99310027】

（1）图中①表示的是该花粉培养过程中的________过程，②表示的是________过程，X代表的是__________，③表示的是________过程，④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，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。

①表示脱分化过程；

②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，③表示生长发育过程，④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，而且每对染色体上的成对基因都是纯合的，自交产生的后代不会发生性状分离，大大缩短了育种年限。

【答案】　

（1）脱分化　再分化　胚状体　分化（或发育）　生根　

（2）激素　单倍体　细胞的全能性

（3）染色体加倍　无性繁殖　乙（或经过染色体加倍的）　一　多　缩短育种年限

课堂小结：

网络构建

核心回扣

1.植物细胞的全能性是指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.植物组织培养技术的核心是诱导离体的植物器官、组织或细胞脱分化和再分化。

3.外植体是指离体的植物器官、组织或细胞。

4.影响再分化的环境因素有：

植物激素的种类和比例、培养基的成分和物理性质、温度和光照等。

学业分层测评（五）

（建议用时：

45分钟）

[学业达标]

1．下列有关植物细胞全能性的叙述，正确的是（　　）

A．只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全部基因

B．高度分化的细胞处于离体状态时不能表现出全能性

C．植物细胞的全能性是植物组织培养技术的理论基础之一

D．配子不能表现出全能性的原因是它所含的基因比体细胞减少一半

【解析】　配子也具有发育成完整个体所必需的全部基因，花药离体培养证明配子也具有并且能表现出全能性，细胞表达全能性的首要前提是处于离体状态。

【答案】　C

2．通过植物组织培养技术繁育农作物，其优点不包括（　　）

A．加快繁育速度B．保持亲本优良性状

C．培育出无病毒植株D．改变植物的基因型

【解析】　植物组织培养不能改变植物的基因型。

3．下列属于组织培养的是（　　）

A．花粉培育成单倍体植株

B．芽发育成枝条

C．根尖分生区发育成成熟区

D．未受精卵发育成植株

【解析】　植物组织培养的过程简要概括为：

离体的植物器官、组织或细胞经脱分化，形成愈伤组织，然后经再分化，形成根、茎、芽等器官，并进一步培养出完整的植株。

花药离体培养是组织培养的新技术，花药细胞具有全能性；

芽发育成枝条、根尖分生区发育成成熟区是正常的生长过程；

未受精卵发育成植株是孤雌生殖。

【答案】　A

4．要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要（　　）【导学号：

99310028】

A．具有完整细胞核的细胞

B．离体状态

C．导入外源基因

D．一定的营养物质和激素

【解析】　要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，需要具有完整细胞核的细胞，细胞处于离体状态，培养基中含有一定的营养物质和激素。

5．离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的（　　）

A．消毒灭菌B．适宜的温度

C．充足的光照D．适宜的养料和激素

【解析】　植物组织培养技术是将植物离体的器官、组织或细胞，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，培养成完整植株的技术。

解答本题的方法和技巧：

形成愈伤组织，需要在消毒灭菌条件下进行是肯定的，因为只有在消毒灭菌条件下，才能保证培养出的组织细胞是正常的组织细胞，否则培养基内将长出许多霉菌，与离体细胞争夺营养与生存空间，形不成愈伤组织。

由于此阶段形成的是愈伤组织，并没有形成具有根、茎、叶的植物体，因此不需要光照。

6．下列关于植物组织培养的叙述，错误的是（　　）

A．外植体可以来自于植物的任何细胞

B．培养应在无菌条件下进行

C．以花粉作为外植体可得到单倍体植株

D．不同阶段的培养基中细胞分裂素和生长素的比例不同

【解析】　植物组织培养的原理是细胞的全能性，所以作为植物组织培养的细胞必须有完整的细胞核。

7．下列关于植物组织培养技术产生新个体的叙述错误的是（　　）

A．属于无性生殖

B．主要理论依据是植物细胞具有全能性

C．培养过程中由于人工培养基含大量营养，不需光照就能发育成完整植株

D．人工培养基中含植物生长发育所需的全部营养物质，包括矿质元素、糖、维生素等

【解析】　植物组织培养属于无性生殖，依据的理论基础为细胞的全能性；

在人工培养基中含有植物生长发育所需的全部营养物质；

组织培养的脱分化阶段不需要光，但是再分化阶段需要光。

8．下图为植物组织培养过程，有关说法不正确的是（　　）

A．B试管中细胞全能性最高

B．D试管中培育出的个体都是纯合子

C．A→B的过程不需要光照

D．A→D的细胞分裂都是有丝分裂

【解析】　D试管中的试管苗是通过植物组织培养而培育成的，植株的基因型相同，但不一定是纯合子。

9.右图是人工种子的结构简图，对其叙述不正确的是（　　）

99310029】

A．人工种子的胚乳中含有胚状体发育所需要的营养物质，还可以添加农药和植物激素

B．人工种子可以工业化生产，播种人工种子可节省大量粮食

C．人工种子克服了有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题

D．人工种子的胚状体还未分化出胚芽、胚轴和胚根等结构

【解析】　人工种子是在植物组织培养过程中，愈伤组织再分化发育到球状胚体阶段，包上人工种皮而成。

人工种子的胚状体已经分化出了胚芽、胚根和胚轴等结构。

10．用植物激素诱导烟草组织体外培养的实验结果如下。

实验组别

1

2

3

4

激素种类及

浓度关系

6BA

6BA＞

IBA

6BA＝

＜IBA

结果

组织块产生愈伤组织

愈伤组织分化出芽

愈伤组织不断生长

愈伤组织有长根趋势

（1）6BA属于________类激素，其作用是________。

（2）IBA属于__________类激素，它在本实验中的作用是________。

（3）在植物组织培养中，脱分化作用的激素组合是实验________和实验________中的激素浓度关系，再分化时可用的激素组合是实验________和实验________中的激素浓度关系。

（4）植物组织培养的培养基中，除激素外，还必须含有________，它的成分至少应该含有________、________等。

（5）判断愈伤组织是否产生，依据是看是否产生了____________________________的细胞。

【解析】　此题考查植物组织培养过程中所需要的条件。

在培养过程中，组织细胞除需要无机物和小分子有机物外，还需要调节细胞脱分化、再分化的细胞分裂素类和生长素类植物激素。

当细胞分裂素与生长素共同作用且浓度大体相等时，能强烈促进愈伤组织的形成；

当细胞分裂素浓度与生长素浓度比值高时，有利于芽的分化；

当细胞分裂素浓度与生长素浓度比值低时，有利于根的分化。

【答案】　

（1）细胞分裂素　促进细胞分裂　

（2）生长素　促进生根　（3）1　3　2　4　（4）营养物质　小分子有机物　矿质元素　（5）排列疏松、无定形、高度液泡化

[能力提升]

11．下图为某植物的培育过程，请据图判断下列说法中错误的是（　　）

A．A→F不能体现细胞的全能性

B．C中是高度液泡化的薄壁细胞

C．植株A和F中的染色体组数不同

D．植株F一般不能直接应用于生产

【解析】　A→F为花药的离体培养过程，能体现细胞的全能性。

该过程为：

花药细胞

试管苗

F植株，但F植株是单倍体植株，植株弱小且高度不育，一般不能直接应用于生产，需经秋水仙素处理其幼苗得到可育的纯合子，方可应用于生产。

12．下面是将四倍体兰花的叶片通过植物组织培养形成植株的示意图，相关叙述中正确的是（　　）

A．②阶段会发生减数分裂过程

B．①阶段需要生长素而③阶段需要细胞分裂素

C．此过程体现植物细胞具有全能性

D．此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体

【解析】　②阶段形成胚状体是细胞分裂和分化的结果，不会发生减数分裂过程；

①③阶段都需要生长素和细胞分裂素的参与，但不同阶段需要的比例不同；

花药离体培养得到的植株为单倍体；

此过程是由离体的结构发育成完整植株，因此体现了植物细胞的全能性。

13．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没有涉及细胞的（　　）

A．有丝分裂B．分化

C．减数分裂D．全能性

【解析】　在这个过程中通过细胞的有丝分裂增加细胞的数目，通过细胞的分化使来自同一细胞的这些细胞的功能发生差异最终形成完整的植株，这也体现了植物细胞的全能性。

减数分裂只发生在