届高考生物一轮复习学案第十单元 植物细胞工程.docx

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届高考生物一轮复习学案第十单元植物细胞工程

第十单元现代生物科技专题

学案51植物细胞工程

考纲要求

植物组织培养和植物体细胞杂交Ⅱ

复习要求

掌握植物组织培养、植物体细胞杂交的过程及应用

基础自查

一．植物细胞工程

1.理论基础（原理）：

全能性表达的难易程度：

分化过程中分裂素和生长素比例不同结果也不同：

简记为：

2.植物组织培养技术

（1）过程：

（2）用途：

。

（3）地位：

。

3.植物体细胞杂交技术

（1）过程：

（2）诱导融合的方法：

。

（3）意义：

。

4.应用：

（1）植物繁殖

微型繁殖：

可以

作物脱毒：

人工种子：

。

优点：

（2）作物新品种培育

单倍体育种：

a过程：

b优点：

c突变体利用：

（3）细胞产物的工厂化生产：

。

课堂深化探究

一．植物组织培养技术

１．细胞全能性及表达的条件

（1）全能性的理论依据

（2）全能性的高低（大小）（通常情况下）

④分化程度低的细胞高于分化程度高的细胞。

材料

培养基

外界条件

（3）植物细胞全能性表达所需条件

（4）植物组织培养选取，这些组织最容易诱导脱分化。

特别提醒：

1．生长素和细胞分裂素在植物体内含量很低，因此植物组织培养中常用人工合成的生长素类似物和细胞分裂素类似物。

细胞分裂素/生长素的比例适中，有利于外植体脱分化，比例升高有利于愈伤组织再分化形成丛芽，比例降低则有利于生根。

2．进行植物组织培养时应注意的问题

（1）所有实验用具严格灭菌。

（2）接种过程严格的无菌操作。

（3）愈伤组织培养：

最初避光培养，后期见光培养。

（4）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。

3.植物组织培养技术的原理：

细胞的全能性。

过程：

离体的植物器官、组织或细胞经脱分化形成愈伤组织，愈伤组织经过再分化形成根、芽，进而发育成新植株个体。

同一株绿色植物的体细胞与生殖细胞（精子或卵细胞）的染色体数目不同，因此基因就不相同，由它们经有丝分裂培养成的愈伤组织的基因也是不同的。

2.植物组织培养与动物细胞培养的比较

技术内容项目

植物组织培养

动物细胞培养

原理

培养基成分

取材

培养过程

培养结果

应　用

相同点

特别提醒　

①植物组织培养需要生长素和细胞分裂素，其中生长素可诱导愈伤组织生根，细胞分裂素可促进愈伤组织生芽。

②在动物细胞的传代培养中，细胞可能癌变。

③两种技术手段培养过程中都进行了有丝分裂，都是无性繁殖，都可称克隆，都不涉及减数分裂。

④植物组织培养最终产生新个体，体现了细胞的全能性；动物细胞培养产生大量细胞，不形成新个体，故不能体现细胞的全能性。

二　植物体细胞杂交技术

依据植物体细胞杂交技术流程图（如图），完成问题：

1.

（1）植物体细胞杂交需用除去细胞壁；植物细胞融合成功的标志为。

（2）诱导植物原生质体融合的方法有两类。

（3）通过植物体细胞杂交所得到的杂种细胞，不管是染色体基因组还是染色体组都采用直接相加的方法。

（4）植物体细胞杂交区别于传统植物有性杂交的优点是。

2．植物组织培养和植物体细胞杂交的比较

特别提醒：

1．植物细胞融合完成的标志是新的细胞壁的生成。

2．植物体细胞杂交的终点是培育成杂种植株，而不是形成杂种细胞就结束。

杂种植株特征：

具备两种植物的遗传特征，原因是杂种植株中含有两种植物的遗传物质。

3.植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较

植物体细胞杂交

动物细胞融合（单克隆抗体制备）

理论基础

融合前

处理

促融方法

过程

第一步

第二步

第三步

第四步

意义和

用途

特别提醒　

（1）在细胞融合时，可出现多种杂种细胞，如B细胞—B细胞，骨髓瘤细胞—骨髓瘤细胞，B细胞—骨髓瘤细胞。

（2）动物细胞融合和植物体细胞杂交，均需对杂种细胞进行筛选，但筛选的方法不同，前者可用免疫法，后者可用机械方法、生理学或遗传学方法。

（3）各项技术在使用中一般要借助于其他某种技术的协助，如动物细胞融合、单克隆抗体的制备、胚胎移植、核移植等，其中动物细胞培养是动物细胞工程技术的基础。

三、植物细胞工程的应用

1．植物的花芽、叶芽等处的分生组织病毒极少，常被用于获得脱毒植株。

2．植物组织培养过程中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。

3．植物组织培养过程中，要获得细胞产物，只需要把外植体培养到愈伤组织阶段即可。

对应训练

1.利用植物的茎尖或叶片、茎段、花粉等，在无菌条件下，培养在玻璃器皿中人工配制的培养基上，使它发育成完整的植株。

这种技术可以用来培育植物新品种，也可以在较短时间内大量繁殖植物，还可以防止植物病毒的危害。

下列关于这种技术的叙述，正确的是（　）

①这种技术利用了植物的全能性②这种技术叫做组织培养，可以克隆生物体③这种技术属于细胞工程的应用领域之一④这种技术是一种无性繁殖的方式

A.①B.①②

C.①②③D.①②③④

2.1958年，美国科学家将胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养，最终发育成完整的新植株，请根据下面实验过程示意图分析回答:

（1）过程③在生物技术中称为　　　　　　　　，由单个细胞形成细胞团需要经过　　　　过程。

（2）过程④由细胞团形成胚状体要经过　　过程，其结果是__________________。

（3）此实验成功证明了　　　　　　　　　　　　　　　。

3.（2012太原市高三年级模拟试题）下图所示为培育农作物新品种的过程示意图。

请回答：

（1）图示育种过程涉及到的生物工程技术有、、等。

（2）图中①②分别表示一个已插入外源DNA片段的重组Ti质粒载体的、和。

（3）图中从愈伤组织到形成完整的新品种植株的途径有两条，具体通过哪条途径主要取决于培养基中的的种类及其浓度配比。

（4）若仅用二倍体植物甲的未成熟花粉培养完整植株，称为植株，说明未成熟花粉具有；这些植株只有通过才能结实。

（5）若要从大量培养的紫草愈伤组织中提取紫草素，则条件是不需要的。

A．消毒灭菌B．充足光照C．适宜温度D．适宜养料和激素

（6）用植物组织培养制作的人工种子，可解决有些作物品种的等问题（至少答出2点）。

（7）图示育种方法与传统杂交育种相比，主要优点是。

4.白菜、甘蓝均为二倍体，体细胞染色体数目分别为20、18。

以白菜为母本、甘蓝为父本，经人工授粉后，将雌蕊离体培养，可得到“白菜—甘蓝”杂种幼苗。

请回答问题:

（1）白菜和甘蓝是两个不同的物种，存在　隔离。

自然条件下，这两个物种间不能通过的方式产生后代。

雌蕊离体培养获得“白菜—甘蓝”杂种幼苗，所依据的理论基础是植物细胞具有　　。

（2）为观察“白菜—甘蓝”染色体的数目和形态，通常取幼苗的　做临时装片，用　　　（染料）染色。

观察、计数染色体的最佳时期是　　　　　　　　。

（3）二倍体“白菜—甘蓝”的染色体数为。

这种植株通常不育，原因是减数分裂过程中　　　　　　　。

为使其可育，可通过人工诱导产生四倍体“白菜—甘蓝”，这种变异属于　　　　　。

5.细胞工程是按照人们的意愿通过某种工程手段改变细胞内遗传物质或获得细胞产品的综合科学技术。

科学家从红豆杉的体细胞中分离出具有独特抗肿瘤的物质——紫杉醇。

由于全世界每年紫杉醇的需求量是4000kg，但全世界紫杉醇的产量是250kg，供求严重失衡，导致一些地区红豆杉资源遭到严重破坏。

现在可以采用植物组织培养技术解决这一问题。

（1）植物组织培养依据的原理是________________________

（2）在得到红豆杉的　　　　　后，经过消毒就可以在培养基上进行培养。

人工合成的培养基中除水、蔗糖、维生素、有机添加物外，　　　　　　　　　　是其生长必需的，

　　　　　是植物细胞脱分化及再分化不能缺少的调节物质。

从该生产的目的看，得到__________就可以提取紫杉醇。

实验探究

“白菜一甘蓝”是科学家用植物细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长周期短，耐热性强和易储存等优点。

下图是“白菜一甘蓝”培育过程示意图，请完成下列有关问题：

（1）由杂种细胞D培育成“白菜一甘蓝”植株，采用的技术手段是　　　　　　　　。

该过程说明植物细胞具有　　　　　　　。

（2）要制备“白菜一甘蓝”的人工种子，要在d步骤选取具生根发芽能力的_____（结构），包裹上人造种皮制得。

（3）在a过程中诱导原生质体融合最常用的诱导剂是　　　　　　，融合依据的原理是　　　　　　　　　　　。

（4）要获得上图中白菜和甘蓝的原生质体，首先需要分别除去白菜和甘蓝细胞的细胞壁。

现提供以材料和用具：

紫色洋葱磷片叶、适宜浓度的蔗糖溶液、纤维素酶和果胶酶、蒸馏水、镊子、显微镜、载玻片等。

请你从中选择合适的材料，完成下面检验去细胞壁实验的方法步骤，并预测和解释实验结果。

主要实验步骤：

①选取适宜浓度的蔗糖溶液，加入适量纤维素酶和果胶酶配制成细胞壁分解液。

其中选取适宜浓度的蔗糖溶液，不用理由蒸馏水的理由是：

适宜浓度的蔗糖溶液____________________。

②检验细胞壁分解液除去胞壁。

第一步：

用镊子撕取一块紫色洋葱鳞片叶放在载玻片中央，滴加适量细胞壁分解液，制成临时装片，得到实验组装片。

第二步：

_______________________________________________________________。

第三步：

____________________________。

结果预测和解释：

______________________________________________________________________________________________。

限时训练

题组一　植物组织培养

1．以下各项关于植物组织培养的说法错误的是（　　）

A.愈伤组织的细胞排列疏松无规则，是一种高度液泡化的呈无定型状态的薄壁细胞

B.脱分化和再分化过程中都需要加入一些植物激素

C.植物组织培养属于营养生殖，二者原理相同

D.利用植物组织培养技术可制出人工种子

2．下列有关植物细胞与组织培养的叙述中，错误的是（　　）

A．花药、胚不能作为组织培养的材料

B．植物细胞具有全能性

C．外植体是指用于培养的植物组织或器官

D．外植体可诱导出愈伤组织

3．在下列选项中，需要采用植物组织培养技术的是（　　）

①利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体植株

②获取大量的脱毒苗

③利用基因工程培养抗棉铃虫的植株

④单倍体育种

⑤无子西瓜的快速大量繁殖

A．①②③B．③④⑤C．①②④⑤D．②③④⑤

题组二、植物体细胞杂交

4．下列有关植物体细胞杂交技术的描述，不正确的是（　　）

A．利用植物体细胞杂交可以获得某种多倍体植株

B．获得原生质体的过程中需要纤维素酶和果胶酶

C．通常用聚乙二醇或灭活病毒诱导原生质体融合

D．可根据细胞中染色体数目和形态的差异来鉴定杂种细胞

5.下列有关植物体细胞杂交的叙述，不正确的是（　　）。

A．用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体

B．诱导两种植物的原生质体融合，进而形成杂种细胞

C．植物体细胞杂交的最终目的是获得细胞代谢产物

D．植物体细胞杂交技术可以克服不同种间远缘杂交不亲和的障碍

6．植物体细胞杂交能解决不同植物之间由于生殖隔离而不能进行有性杂交的问题。

植物体细胞杂交过程不涉及（　　）

A．使用限制性核酸内切酶

B．使用纤维素酶和果胶酶

C．诱导两种不同的细胞融合

D．选择利于杂交细胞分裂和分化的培养基

题组三、综合应用

7．科学家利用细胞工程培育了“白菜—甘蓝”杂种植株，如图所示，请据图回答下列问题：

（1）由D形成F过程所依据的原理是________________，从本质上讲，“白菜—甘蓝”杂种植株具有的性状是________________________的结果。

（2）若“白菜—甘蓝”杂种植株为四倍体，则该植株的花粉经离体培养得到的植株是________倍体。

（3）“白菜—甘蓝”杂种植株的食用部分是叶，但叶又易受昆虫危害而影响产量，科学家又利用基因工程培育出带有抗虫基因的“白菜—甘蓝”植株，请你设计实验，检测此植株的抗虫基因是否表达。

①取昆虫幼虫放到带有抗虫基因的“白菜—甘蓝”植株甲上，再取等量生活状态基本一致的昆虫幼虫放在________________________________植株乙上。

②适宜条件下培养一段时间后，分别观察_____________________________的生活情况。

③若____________________________，说明甲植株的抗虫基因未得到表达；若____________________________，说明甲植株的抗虫基因得到表达。

8.已知番茄的红果（Y）对黄果（y）为显性，二室（M）对多室（m）为显性，控制两对相对性状的基因分别位于两对同源染色体上。

育种工作者利用不同的方法进行了如下四组实验。

请据图回答问题。

（1）图Ⅰ过程由番茄韧皮细胞形成幼苗A的过程要经过脱分化形成________________，再分化形成幼苗，该过程依据的原理是___________________________________________。

（2）植物组织培养除了需要提供一定的营养、激素、温度和光照外，还必须在________的条件下培养。

（3）用红果多室（Yymm）番茄植株的花粉进行Ⅱ、Ⅲ有关实验。

则Ⅱ过程中，从花粉形成幼苗B所进行的细胞分裂方式是________________________。

植物体C的基因型有________________________________________________________________________。

（4）图Ⅲ、Ⅳ过程中需要去除细胞壁，此时要用到的酶是________。

（5）在图Ⅳ过程中，通常植物体D能表现出两个亲本的遗传性状，根本原因是________________________________________________________________________。

9.香蕉原产热带地区，是我国南方重要的经济作物之一。

广东省冬季常受强寒潮和霜冻影响，对香蕉生长发育影响很大。

由香蕉束顶病毒（BBTV，单链环状DNA病毒）引起的香蕉束顶病，对香蕉生产的危害十分严重。

当前香蕉栽培品种多为三倍体，由于无性繁殖是香蕉繁育的主要方式，缺少遗传变异性，因此利用基因工程等现代科技手段提高其种植水平，具有重要意义。

请根据上述材料，回答下列问题：

（1）简述香蕉大规模快速繁殖技术的过程。

（2）脱毒香蕉苗的获得，可采用__________的方法，此方法的依据是__________和__________。

（3）建立可靠的BBTV检测方法可以监控脱毒香蕉苗的质量，请问可用哪些方法检测病毒的存在？

（列举两种方法）

（4）在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afp对提高农作物的抗寒能力有较好的应用价值，该基因可以从这些鱼的DNA中扩增得到。

试述在提取和纯化DNA时影响提纯效果的因素及其依据。

（列举两点）

（5）如何利用afp基因，通过转基因技术获得抗寒能力提高的香蕉植株？

在运用转基因香蕉的过程中，在生态安全方面可能会出现什么问题？

（列举两点）

（6）从细胞工程的角度出发，简述一种培育抗寒香蕉品种的方法及其依据。

另外，抑制果胶裂解酶的活性可以延长香蕉果实储藏期，请描述采用蛋白质工程技术降低该酶活性的一般过程。

高考真题体验

1．（2012广东高考２）培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是

A．组织培养B．细胞杂交C．显微注射D．核移植

２.（2012高考江苏卷）某研究组对籼稻开展了组织培养及相关研究，请回答下列问题：

（1）2,4-D常用于籼稻愈伤组织的诱导，对形态的发生有一定的抑制作用。

为促进愈伤组织再分化，在配制分化培养基时需（填“升高”、“保持”或“降低”）2,4-D的浓度。

（2）当籼稻愈伤组织在只含有细胞分裂素的培养基上培养时，出现具有分生能力的绿色芽点，但不能继续出芽，通常在培养基中添加，以促进幼苗形成。

（3）研究中用显微镜可以观察到的现象是（填下列序号）。

①绿色芽点细胞排列松散②刚融合的籼稻和稗草杂交细胞发生质壁分离

③胚状体细胞中有叶绿体④分化的愈伤组织内各细胞的形态大小一致

（4）经组织培养筛选获得的籼稻叶绿素突变体，其叶绿素a与叶绿素b的比值显著大于对照，叶绿素总量不变。

某同学用（填序号：

①绿色②红色③蓝紫色④黄色）光照射突变体和对照叶片，检测到两者光合放氧速率差异不大。

若取等量色素提取液进行层析，会发现突变体第条色素带（自上而下）窄于对照组。

（5）胚乳（3n）由一个精子与两个极核受精发育而成。

若用籼稻种子的胚乳诱导愈伤组织，培育三倍体，需适时剔除胚，以免胚的存在影响愈伤组织细胞的，还可避免再生苗中有。

３．（2011江苏16）下列有关植物组织培养的叙述，正确的是（）

A．愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞

B．二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株

C．用人工薄膜将胚状体、愈伤组织等分别包装可制成人工种子

D．植物耐盐突变体可通过添加适量NaCl的培养基培养而选而获得

４．（2011年高考天津卷）土壤农杆菌能将自身Ti的质粒的T-DNA整合到植物染色体DNA上，诱发植物形成肿瘤。

T-DNA中含有植物生长素合成酶基因（S）和细胞分裂素合成酶基因（R），它们的表达与否能影响相应植物激素的含量，进而调节肿瘤组织的生长与分化。

据图分析，下列叙述错误的是（）

A．当细胞分裂素与生长素的比值升高时，诱发肿瘤生芽

B．清除肿瘤组织中的土壤农杆菌后，肿瘤不再生长与分化

C．图中肿瘤组织可在不含细胞分裂素与生长素的培养基中生长

D．基因通过控制酶的合成控制代谢，进而控制肿瘤组织生长与分化

5.（2011·江苏）下列有关植物组织培养的叙述，正确的是（　　）。

A．愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞

B．二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株

C．用人工薄膜将胚状体、愈伤组织等分别包装可制成人工种子

D．植物耐盐突变体可通过添加适量NaCl的培养基培养筛选而获得

学案51植物细胞工程

答案与解析

基础自查

一．植物细胞工程

1.理论基础（原理）：

细胞全能性

全能性表达的难易程度：

受精卵＞生殖细胞＞干细胞＞体细胞；植物细胞＞动物细胞

分化过程中分裂素和生长素比例不同结果也不同：

分裂素比例低侧重生根，分裂素比例高侧重于分化出芽，一样多就只生长不分化。

简记为：

分芽生根

2.植物组织培养技术

（1）过程：

离体的植物器官、组织或细胞―→愈伤组织―→试管苗―→植物体

（2）用途：

微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产。

（3）地位：

是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。

3.植物体细胞杂交技术

（1）过程：

（2）诱导融合的方法：

物理法包括离心、振动、电刺激等。

化学法一般是用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂。

（3）意义：

克服了远缘杂交不亲和的障碍。

4.应用：

（1）植物繁殖

微型繁殖：

可以高效快速地实现种苗的大量繁殖

作物脱毒：

采用茎尖组织培养来除去病毒（因为植物分生区附近的病毒极少或没有）

人工种子：

以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经人工薄膜包装得到的种子。

优点：

完全保持优良品种的遗传特性，不受季节的限制；方便储藏和运输

（2）作物新品种培育

单倍体育种：

a过程：

植株（AaBb）通过减数分裂得到花粉（AB、Ab、aB、ab四种类型）；对花粉进行花药离体培养（技术是植物组织培养）；得到单倍体植株；对其幼苗时期进行秋水仙素处理；得到了正常的纯合二倍体植株（AABB、AAbb、aaBB、aabb四种类型）。

b优点：

明显缩短育种年限

c突变体利用：

在组织培养中会出现突变体，通过从有用的突变体中选育出新品种（如筛选抗病、抗盐、含高蛋白的突变体）

（3）细胞产物的工厂化生产：

对植物细胞进行培养能够产生对人们有利的产物。

课堂深化探究

一．植物组织培养技术

１．细胞全能性及表达的条件

（1）一般生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。

（2）①受精卵>配子>体细胞。

②植物细胞>动物细胞。

③具有持续分裂能力的细胞高于不分裂的细胞。

④分化程度低的细胞高于分化程度高的细胞。

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

a．无菌操作；b．光照：

愈伤组织培养最初避光培养，后期见光培养

（3）植物细胞全能性表达所需条件

①基因的选择性表达。

②离体，无菌，营养物质，激素（生长素、细胞分裂素）和适宜的外界条件（适宜的温度、PH、一定的光照

（4）根尖、茎尖、形成层部位等分生组织

2.植物组织培养与动物细胞培养的比较

技术内容项目

植物组织培养

动物细胞培养

原理

细胞的全能性

细胞的增殖

培养基成分

矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素和有机添加剂（如甘氨酸、琼脂等），属于固体培养基

葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清等，属于液体培养基

取材

较幼嫩的细胞、组织、器官

动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织

培养结果

可以获得植株，也可以获得大量细胞

只能获得大量细胞，不能得到生物个体

应　用

①植物快速繁殖与脱毒植物培养

②生产细胞产品

③制造人工种子

④用于转基因植物的培育

①生产蛋白质生物制品

②培养皮肤移植的材料

③检测有毒物质

④用于生理、病理、药理学的研究

相同点

①都需人工条件下的无菌操作

②都是合成培养基

③都需适宜的温度、pH等条件

二　植物体细胞杂交技术

1.

（1）纤维素酶和果胶酶除去细胞壁；产生新的细胞壁。

物理法（离心、振动、电激）和化学法（聚乙二醇

（3）通过植物体细胞杂交所得到的杂种细胞，不管是染色体基因组还是染色体组都采用直接相加的方法。

（4）植物体细胞杂交区别于传统植物有性杂交的优点是能克服生殖隔离的限制。

2．植物组织培养和植物体细胞杂交的比较

3.植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较

植物体细胞杂交

动物细胞融合（单克隆抗体制备）

理论基础

细胞膜的流动性、细胞的全能性

细胞膜的流动性、细胞增殖

融合前

处理

酶解法（纤维素酶、果胶酶）去除细胞壁

注射特定抗原使正常小鼠产生免疫反应

促融方法

①物理法：

离心、振动、电刺激等；

②生物法：

灭活的病毒

①物化