学年高中生物第2章克隆技术第4课时植物的克隆学案浙科版选修3.docx

1、学年高中生物第2章克隆技术第4课时植物的克隆学案浙科版选修3第4课时植物的克隆学习目标1.简述植物细胞全能性的含义和植物组织培养的程序。2.举例说明植物细胞全能性的体现。3.简述植物细胞培养和器官培养的方法和意义。4.简述植物原生质体获得的方法及植物细胞工程的概念、操作过程和应用。5.简述多途径的植物克隆实践。一、植物细胞全能性1.植物细胞的全能性(1)概念：植物体的每个生活细胞都具有遗传上的全能性，因而都具有发育成完整植株的潜能。(2)全能性的体现已经高度成熟和分化的细胞，都保持了恢复到分生状态的能力，都具有遗传上的全能性。由于个体之间遗传性的差异，细胞全能性的表达程度大不相同。植物细胞的全

2、能性更容易体现，植物的组织培养比动物更方便。特别提醒细胞全能性的大小与细胞分化的关系(1)体细胞全能性与细胞分化程度：分化程度低的分化程度高的。(2)体细胞全能性与细胞分裂能力：分裂能力强的分裂能力弱的。(3)不同类型细胞的全能性：受精卵生殖细胞体细胞。(4)不同生物细胞的全能性：植物细胞动物细胞。2.植物组织培养(1)理论基础：植物细胞全能性。(2)一般程序：配制半固体培养基获取消毒的植物组织块组织培养，获得愈伤组织(创伤组织)以适当配比的营养物质和生长调节剂诱导愈伤组织，直到再生出新植株。(3)愈伤组织：在创伤表面形成一种由相对没有分化的活的薄壁细胞团组成的新生组织。(4)胚性细胞的特征：

3、将含有愈伤组织培养物的试管放在摇床上，通过液体悬浮培养可以分散成单细胞。这种单细胞细胞质丰富、液泡小而细胞核大。(5)用纤维素酶和果胶酶水解细胞壁，可以获得分离的植物细胞原生质体，用适当方法培养原生质体，也可以获得新植株。3.细胞培养和器官培养(1)过程单个植物细胞细胞团球形胚心形胚胚状体完整的植株。(2)方法或措施主要通过平衡的植物激素配比进行调控。适量的生长素和细胞分裂素配比，可诱导芽的分化。适量的吲哚乙酸及适当减除其他某些激素，可诱导生根。(3)意义可以在实验室、试管等器皿中进行植物的受精过程和自受精卵进行的植物胚胎发育过程，以及调节控制这些过程的环境因素、遗传基础和分子及生理生化机理研

4、究。可以进行遗传工程的操作，完成与植物生长发育有关的重要基因或影响因素的研究。可以方便地通过实验手段培育植物新品种。例1(2019嘉兴高二检测)下列有关细胞全能性的叙述，错误的是()A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高B.生物体内的体细胞由于细胞分化，全能性不能表达C.卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性最高D.植物细胞在一定条件下离体培养能表现出全能性答案C解析受精卵是进行有性生殖的生物个体发育的起点，在自然条件下，通过细胞的分裂、分化形成完整的个体，所以受精卵的全能性最高，A项正确；生物体内的体细胞由于细胞分化，分别形成具有特定功能的组织细胞，因而其全能性不能表

5、达，B项正确；卵细胞在一定条件下，全能性比体细胞高，但与受精卵不同，卵细胞的分化程度也很高，C项错误；分化的植物细胞如果全能性要表达出来，需在一定条件下进行离体培养，D项正确。方法技巧植物细胞全能性表达的条件及下降原因 1 表达条件(2)下降原因例2(2018浙江淳安中学检测)从红豆杉的树皮和树叶中提炼出来的紫杉醇属于植物的次生代谢产物，它对多种晚期癌症疗效突出。下列有关紫杉醇获取途径的叙述错误的是()A.从愈伤组织中分散得到的单细胞细胞质丰富、液泡大且核也大B.将愈伤组织培养成植株还是特定细胞系要通过平衡生长调节剂的配比进行调控C.在选择红豆杉时除了要考虑其优良性状外，还需考虑细胞全能性的表

6、达能力D.通过培养特定细胞系，可以实现对重要次生代谢产物的工业化生产答案A解析从愈伤组织中分散得到的单细胞属于胚性细胞，特点是细胞核大、细胞质丰富、液泡小，A错误；将愈伤组织培养成植株还是特定细胞系需要调节培养物中激素配比，B正确；选择细胞进行培养，为增加成功概率需考虑其全能性的表达能力，C正确；紫杉醇是细胞的次生代谢产物，通过特定细胞系的培养，可实现工业化生产，D正确。二、原生质体培养与植物细胞工程1.植物原生质体的获得方法在0.50.6mol/L的甘露醇溶液环境(较高渗透压)下用纤维素酶和果胶酶混合液处理根尖、叶片、愈伤组织或悬浮培养细胞，将细胞壁消化除去，获得球形的原生质体。2.植物细胞

7、工程的操作过程3.多途径的植物克隆实践(1)将外源遗传物质(DNA)导入宿主细胞，可以培育出抗逆、高产及优质的转基因植株。(2)植物细胞培养的其他多种研究和应用广泛开展。特别提醒(1)获取原生质体时，加入高浓度高渗甘露醇溶液的作用是维持渗透压。(2)获得次生代谢产物时，一般将细胞培养至愈伤组织阶段即可，因此不涉及再分化过程。(3)原生质体培养成功的表现是细胞壁再生。例3(2018宁波高二检测)如图表示利用植物细胞工程对棉花进行改良的过程，据图分析错误的是()A.过程需在适宜条件下用纤维素酶和果胶酶处理B.过程能定向改变原生质体的遗传特性C.过程需要通过液体悬浮培养D.过程需用适宜浓度的生长调节

8、剂处理答案C解析过程需在适宜条件下用纤维素酶和果胶酶处理去掉细胞壁，获得原生质体，A正确；过程为转基因技术，能定向改变原生质体的遗传特性，B正确；过程需要在固体培养基上培养，C错误；过程需用适宜浓度的生长调节剂处理，促进根、芽的发育，D正确。易混易错植物组织培养会涉及固体培养基和液体培养基。获取愈伤组织都是在固体培养基上进行的，而获取胚性细胞，需将原生质体进行液体悬浮培养(液体培养基)。例4(2016浙江10月选考节选)某小组欲进行烟草原生质体分离与培养的研究。请回答：(1)原生质体的分离：在无菌条件下，取烟草无菌苗的叶片，放入含有0.5mol/L甘露醇(维持较高渗透压)的_混合液处理，经过离

9、心纯化后获得原生质体。(2)原生质体的培养：将原生质体进行培养，重新长出细胞壁，形成胚性细胞。此时，应该_培养基中甘露醇浓度，以利于胚性细胞继续培养形成细胞团，然后经两条途径形成再生植株。途径一：细胞团经球形胚、_和胚状体，最后发育成植株。途径二：细胞团增殖为愈伤组织，然后在发芽培养基上诱导出芽，切割芽经过生根后形成完整植株。上述发芽培养基中含量相对较高的激素是_。胚性细胞的主要特点是_(A.液泡小、细胞核小B.液泡大、细胞核大C.液泡大、细胞核小D.液泡小、细胞核大)。(3)为了对烟草的某些性状进行改良，分离得到两种烟草的原生质体后，通过_方法将它们的遗传物质组合在一起，经培养获得具有新性状

10、的再生植株。提取再生植株的DNA，采用_扩增相关基因，来鉴定遗传物质是否成功重组。答案(1)纤维素酶和果胶酶(2)降低心形胚细胞分裂素D(3)原生质体融合PCR解析(1)去除植物细胞壁，获得植物细胞的原生质体，常用的方法是利用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞。(2)在获取原生质体时甘露醇是作为维持细胞膜内外渗透压平衡的稳定剂使用的，其具体作用是提高渗透压，防止水分渗入细胞内部，造成细胞破裂。在原生质体形成新细胞壁后，细胞壁有支持与保护作用，所以要降低甘露醇的浓度；由细胞团形成再生植株，途经：从胚性细胞细胞团球形胚心形胚胚状体，然后再生出完整的植株；为快速诱导芽的分化，培养基中往往添加细胞分裂素；胚

11、性细胞的特点是液泡小、细胞核大。(3)植物细胞工程中，利用原生质体融合的方法获得杂种细胞；体外扩增DNA技术常用的是PCR技术。方法技巧植物细胞培养、器官培养和原生质体培养的关系1.判断正误：(1)培养形成愈伤组织和形成新植株所用的培养基生长调节剂的配比不同()(2)一般植物的每个细胞都具有发育成完整植株的潜能()(3)愈伤组织是一种由相对分化的薄壁细胞团组成的新生组织()(4)胚性细胞细胞质丰富、液泡小而细胞核大()(5)同一植物个体所有具细胞核的活细胞全能性表达程度相同()(6)有的植物(如风信子)可以在愈伤组织的基础上直接发育出花器官()(7)获得大量重要次生代谢产物，需通过植物组织培养

12、技术获得再生植株才可实现()(8)配制植物组织培养基时，需要先灭菌，再加入适当营养物质和植物生长调节剂()(9)植物组织培养所用的小组织块需要消毒()(10)将植物组织块放在培养基上经再分化可形成愈伤组织()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)2.(2018浙江名校协作体联考)植物组织培养基中肯定没有下列哪种物质()A.血清B.生长素C.无机盐D.蔗糖答案A解析植物组织培养基中通常含有植物激素(如生长素、细胞分裂素等)、无机盐(维持渗透压)、蔗糖(提供能量)等，不含有血清。3.下列关于植物组织培养技术的叙述中，错误的是()A.培养基中添加营养物质的目的是提供营养和

13、调节渗透压B.培养基中的植物生长调节剂影响愈伤组织的生长和分化C.离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织D.同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因型相同答案D解析植物组织培养技术既可对植物体细胞进行组织培养，也可对生殖细胞进行组织培养。假设某植株的基因型为Aa，取其根尖细胞离体培养形成的新植株基因型仍为Aa；若取该植株花药细胞离体培养，形成的新植株基因型为A或a。4.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。研究人员欲用植物组织培养技术通过培养紫草细胞生产紫草素。下列相关操作不合适的是()A.对作为外植体的紫草叶片进行消毒处理既保证其活性也可减轻

14、污染B.培养基中要加入植物激素以保证已分化的植物细胞脱分化形成愈伤组织C.调节植物激素的种类和比例以保证愈伤组织再分化为胚状体D.在培养细胞的过程中要不断通入无菌空气以保证氧气的充足供应答案C解析植物组织培养需要无菌无毒的条件，对作为外植体的紫草叶片进行消毒处理既可保证细胞活性也可减轻污染，A正确；决定植物细胞脱分化和再分化的关键因素是植物激素的种类和比例，所以培养基中加入植物激素可以保证已分化的植物细胞脱分化形成愈伤组织，B正确；本题植物组织培养的目的是获得细胞代谢产物，而不是完整植株，培养到愈伤组织阶段即可，C错误；植物细胞培养过程需要充足的氧气，D正确。5.(2018金华高二检测)下图中

15、的代表通过植物组织培养技术培育新植株的三条途径，请回答：(1)外植体a、b、c来自同种植株，植株A、B、C中的细胞，全能性表达程度_(填“相同”或“可能不同”)。(2)途径和需要用到_和_(填培养基的物理性质)培养基两种。(3)外植体c脱去细胞壁过程中需要加入适宜浓度的_(A.甘露醇B.盐酸C.蒸馏水D.氯化钠)以保持一定的渗透压。原生质体培养成功标志着_技术又向前迈进了一步。(4)通过大量培养特定细胞系，可以实现能产生重要_(如某些中药)的细胞的大量克隆和产物的工业化生产。答案(1)可能不同(2)液体培养基固体(或半固体)(3)A植物细胞工程(4)次生代谢产物解析(1)不同植株，全能性存在差

16、异，即使同种植株，基因型不同个体之间全能性也存在差异。(2)分析题图可知，途径和均借助了摇床，即进行液体悬浮培养，获得单细胞，因此该途径所用培养基为液体培养基。同时途径和均涉及愈伤组织的获得，需利用固体培养基(或半固体培养基)。(3)植物克隆工程中，去除植物细胞的细胞壁，获得原生质体，一般在高浓度甘露醇溶液中进行，使用高浓度甘露醇的目的是维持渗透压，防止原生质体吸水胀破。原生质体的培养成功，标志着植物细胞工程的进步。(4)通过培养大量特定细胞系，可以实现能产生重要次生代谢产物(如某些中药)的细胞的大量克隆和产物的工业化生产。题组一植物细胞的全能性1.以下不能说明细胞全能性的是()A.玉米花粉粒

17、培育出植株B.转入贮存蛋白基因的向日葵细胞培育出植株C.烧伤病人的健康细胞培养出皮肤D.用悬浮培养的胡萝卜单个细胞培养成了可育的植株答案C解析细胞的全能性是指已分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能。烧伤病人的健康细胞培养出皮肤，属于器官水平的培养，没有形成完整个体，因此不能说明细胞全能性。2.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的潜能B.由全能性诱导出的植株，在多次继代组织培养后不会丧失全能性的表达能力C.发育成完整个体所需的所有基因都存在于细胞核中D.去除细胞壁的植物细胞不会失去全能性答案D解析植物体细胞、生殖细胞都具有发育成完整个体的潜能，A错误；

18、由于不同种类植物或同种植物的不同基因型个体之间遗传性的差异，细胞全能性的表达程度大不相同，如拟南芥、烟草和番茄等的培养细胞很容易再生出新植株，并能在多个世代中保持细胞全能性的表达，而小麦、玉米和水稻等作物的一些品种或品系的培养细胞所诱导出的再生植株，在多次继代培养后，会丧失细胞全能性的表达能力，B错误；植物细胞中的基因除了存在于细胞核中外，还有少量基因存在于细胞质的线粒体和叶绿体中，C错误；去除细胞壁的植物细胞是原生质体，可以再生细胞壁，仍具有全能性，D正确。题组二植物组织培养、细胞培养和器官培养3.(2019舟山高二检测)如图表示植物组织培养过程。据图分析下列叙述正确的是()A.植株根尖细胞

19、的全能性比植株根尖细胞的强B.试管的培养基中含有植物生长调节剂，不含有机物C.试管中的细胞具有细胞质丰富、细胞核和液泡都大的特性D.调节培养基中植物生长调节剂的比例可诱导产生不同的植物器官答案D解析通过调节培养基中植物生长调节剂的比例可诱导愈伤组织细胞分化产生不同的植物器官，选项D正确。4.植物细胞培养是在植物组织培养技术的基础上发展起来的，下列有关植物细胞培养的叙述，不正确的是()A.植物细胞培养技术的目的是为了获得大量有生理活性的次生代谢产物B.植物细胞培养技术快速、高效，不受季节、外部环境等条件的限制C.利用生物反应器悬浮培养人参细胞，提取人参皂甙，用于生产保健药品和美容护肤用品D.植物

20、细胞培养需要在一定的温度、pH等条件下进行，但不需要进行无菌操作答案D解析植物细胞培养和植物组织培养一样，整个培养过程必须在无菌条件下进行，否则培养基内将长出许多杂菌与离体细胞争夺营养与生存空间，影响细胞增殖和细胞次生代谢产物的获得。A项所述为植物细胞培养的目的，B项为植物细胞培养的特点，C项为植物细胞培养的应用。5.植物组织培养，一般取植物的芽、茎尖或根尖的组织细胞进行培养。下列不属于取材理由的是()A.植物的芽、茎尖或根尖的组织细胞一般没有病毒积累B.植物的芽、茎尖或根尖的组织细胞具有较强的分裂能力，全能性高C.植物的芽、茎尖或根尖的组织细胞的分化程度相对较低，容易脱分化D.植物的芽、茎尖

21、或根尖的组织细胞进行分裂形成了愈伤组织答案D解析进行植物组织培养时，一般选择植物的根尖、茎尖或芽的组织细胞进行培养，是因为该部位的细胞一般没有或者很少有病毒积累，且分裂能力较强，分化程度较低，全能性较高，A、B、C正确；除芽、茎尖或根尖外，植物其他细胞也能经脱分化形成愈伤组织，D错误。6.下列有关植物克隆技术的叙述中，错误的是()A.诱导某些植物的愈伤组织能使其直接发育成花芽B.植物组织培养中通过调节营养物质的配比可以实现器官发生和形态建成C.植物愈伤组织通过液体悬浮培养能分散成单细胞，这种单细胞发育成胚状体D.通过大量培养特定细胞系，可以克隆出大量能产生重要次生代谢产物的细胞答案B解析诱导某

22、些植物的愈伤组织能使其直接发育成花芽，如风信子，A正确；植物组织培养中主要通过平衡的植物激素配比实现器官发生和形态建成，B错误；植物愈伤组织通过液体悬浮培养能分散成单细胞，这种单细胞能发育成胚状体，C正确；通过大量培养特定植物的细胞系，可实现细胞产物的工厂化生产，D正确。题组三原生质体培养与植物细胞工程7.下列有关高等植物原生质体制备和培养的叙述，正确的是()A.纤维素酶和果胶酶混合液可用于制备悬浮培养细胞的原生质体B.加入0.6mol/L甘露醇的目的是保护纤维素酶和果胶酶C.从不同植物组织分离得到的原生质体大小、形状相同D.所有植物的愈伤组织经原生质体培养均可得到再生植株答案A解析植物细胞壁

23、由纤维素和果胶构成，因此可以采用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，获得原生质体，A正确；加入0.6mol/L甘露醇的目的是防止原生质体吸水胀破，B错误；不同植物组织分离得到的原生质体大小、形状存在差异，C错误；不同植株或基因型个体，细胞全能性存在差异，愈伤组织经原生质体培养不一定能得到再生植株，D错误。8.(2019丽水高二检测)如图表示利用棉花叶肉细胞原生质体进行培养、遗传改良的过程，据图分析错误的是()A.过程需在适宜条件下用纤维素酶和果胶酶处理B.过程能定向诱导原生质体产生优良性状的突变C.过程中叶肉细胞失去了原来特有的结构和功能D.过程需用适宜浓度的生长素和细胞分裂素处理答案B解析过程是

24、去除细胞壁的过程，需在适宜条件下用纤维素酶和果胶酶处理，A项正确；过程是通过紫外线照射，诱发原生质体发生基因突变，但基因突变是不定向的，B项错误；过程表示脱分化，该过程中高度分化的叶肉细胞失去了原来特有的结构和功能，C项正确；过程是再分化，该过程需用适宜浓度的生长素和细胞分裂素处理，诱导愈伤组织分化为植物的不同组织、器官，D项正确。9.下列有关植物细胞工程的叙述，错误的是()A.通过培养植物细胞，可获取大量的细胞代谢产物B.在培养基中加入不同浓度的氯化钠溶液，可诱发和筛选出抗盐植株C.原生质体培养结合基因工程技术，可获得具有特定性状的新植株D.由于植物细胞具有全能性，同种植物的不同基因型个体，

25、它们细胞全能性的表达程度相同答案D解析如果植物细胞培养仅培养到愈伤组织阶段，则可利用愈伤组织增殖能力强、种类单一等特点，生产细胞代谢产物，A正确；改变外界条件，既可进行筛选也可进行诱变，B正确；基因工程可以定向改造生物性状，C正确；对于同种植物的不同基因型的个体，它们的细胞会发生分化，而细胞分化的程度不同，直接导致细胞全能性的表达程度不同，D错误。10.下图表示基因型为AaBb的水稻的花药通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下形成试管苗的培育过程。下列相关叙述错误的是()A.愈伤组织是花粉细胞通过有丝分裂后形成的不规则的细胞团B.在愈伤组织的形成过程中，必须从培养基中获得水、无机盐和小分子的有

26、机物等营养物质C.为促进花粉细胞分裂生长，在培养基中应加入适宜浓度的生长素等激素D.试管苗可能出现的基因型有AABB或AAbb或aaBB或aabb答案D解析花粉是通过减数分裂形成的，其基因型为AB或Ab或aB或ab，由花粉发育而来的个体未经秋水仙素处理，是单倍体植株。11.(2019湖州高二检测)红豆杉是濒危植物，其树皮产生的紫杉醇对癌症有一定的疗效。如图是红豆杉植株组织培养和细胞培养的流程图。请据图回答下列问题：(1)图中为愈伤组织，通过B过程可最终产生新的植株，通过C过程可产生大量细胞，则图中A、B、C分别表示的过程为_、_、_。其中B过程的实质是_。(2)对的培养一般要采用_培养基，且要

27、不断通入无菌空气。(3)从生殖方式上分析属于_生殖。(4)若是红豆杉的花药，则得到的个体为()A.单倍体 B.二倍体C.单体 D.多倍体答案(1)脱分化再分化有丝分裂(或细胞培养)基因的选择性表达(2)液体(3)无性(4)A解析(1)据图可知，过程A表示脱分化，即由图中红豆杉离体的植物器官、组织或细胞(外植体)，经脱分化形成愈伤组织的过程。过程B表示再分化，即由愈伤组织通过诱导分化为试管苗的过程，该过程的实质是基因的选择性表达。过程C表示细胞培养过程，该过程主要是细胞的有丝分裂和生长过程。(2)为通过细胞培养产生的大量红豆杉细胞。的培养目的是使细胞快速增殖，一般采用液体培养基进行悬浮培养。(3

28、)从生殖方式上分析，表示通过组织培养技术获取新植株的过程，该过程没有有性生殖细胞的产生和两性生殖细胞的受精过程，因而属于无性生殖。(4)花药细胞中染色体减半，因而由花药通过组织培养获得的个体为红豆杉的单倍体，选项A正确。12.(2018绍兴高二检测)应用植物组织培养技术，不仅可实现种苗的快速繁殖、培育无病毒植株，也可加快作物及苗木育种的进程。下面是培育柑橘耐盐植株的实验流程：回答下列问题：(1)愈伤组织是由离体的茎段经_过程形成的，此时愈伤组织细胞_(填“具有”或“不具有”)全能性。(2)对愈伤组织进行了两次处理，处理1中射线照射的目的是_，用射线不直接处理茎段而是处理愈伤组织，原因是_；处理

29、2中添加的物质X为_。(3)植物组织培养技术也被广泛应用于其他作物的育种中。下列作物育种技术中必需用到植物组织培养技术的是_(A.白菜甘蓝B.三倍体无籽西瓜C.抗虫棉)。答案(1)脱分化具有(2)诱导基因突变愈伤组织细胞分裂能力强，易诱发基因突变NaCl(或盐)(3)A、C解析(1)离体的茎段经脱分化过程形成愈伤组织，此时愈伤组织具有未分化的特点，细胞依然具有较高的全能性。(2)对愈伤组织进行了两次处理，处理1中射线照射的目的是诱导基因突变。愈伤组织细胞处于不断分裂状态，易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变，因此通常用射线处理植物的愈伤组织，能获得较好的效果。该技术最终培育成柑橘耐盐植株，因此处理2中添加的物质X为NaCl，起选择作用。(3)三倍体无籽西瓜的培养过程是：利用秋水仙素处理二倍体西瓜的幼苗，使之变成四倍体植株，再用二倍体西瓜给四倍体西瓜授粉，结出三倍体的种子，第二年将此三倍体的西瓜种子种下去，授以二倍体的花粉，结出三倍体的无籽西瓜，整个过程中没有用到植物组织培养。抗虫棉育种研究中常用农杆菌转化法将含抗虫基因的Ti质粒导入棉花体细胞中，再利用植物组织培养技术获得抗虫棉植株。运用细胞工程培育白菜甘蓝杂种植株，需要利用植物组织培养技术将杂种细胞培养成杂种植株。13.(2018余姚中学期中)卡那霉素和头孢霉素都有抗菌作用，此外，卡那霉素还对