学年高中生物专题2细胞工程11植物细胞工程的基本技术植物细胞工程学案新人教版选修3.docx

1、学年高中生物专题2细胞工程11植物细胞工程的基本技术植物细胞工程学案新人教版选修3植物细胞工程的基本技术1阐明植物组织培养是在一定条件下，将离体植物器官、组织和细胞在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织，并重新分化，最终形成完整植株的过程。2.概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定条件下融合成杂合细胞，继而培育成新植物体的技术。知识点一细胞工程的概念及植物细胞的全能性1细胞工程的概念2植物细胞的全能性(1)含义：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。(2)表达过程脱分化：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变成未分化细胞的过程。再分化：脱分化产

2、生的愈伤组织在一定的培养条件下，再分化出幼根和芽，进而形成完整的小植株。影响细胞全能性表现的原因：生长发育过程中，在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性表达出各种蛋白质，从而构成不同的组织和器官。1植物细胞表现全能性的条件材料离体的细胞、组织、器官培养基种类齐全、比例适当的营养物质、一定的植物激素及琼脂等外界条件无菌操作；光照的控制；酸碱度等2.不同细胞全能性的大小(1)体细胞全能性：分化程度低的分化程度高的，细胞分裂能力强的细胞分裂能力弱的。(2)不同细胞的全能性：受精卵胚胎干细胞生殖细胞体细胞。(3)不同生物的细胞全能性：植物细胞动物细胞。3全能性与细胞分化的关系：随着细胞分化程度

3、的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。提醒明辨植物细胞全能性的2个易误点(1)细胞全能性的标志：发育成完整个体而不是形成某种组织或者器官。(2)全套基因全部基因：细胞具有全能性是因为细胞中具有发育成完整个体所必需的“全套基因”而不是“全部基因”，配子中有全套基因，因此仍然具有全能性。1细胞工程是一门综合科学技术，下列技术中不属于细胞工程的是()A有性杂交 B植物体细胞杂交C组织培养 D细胞核移植解析：选A。细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。生物的有性杂交是生物的自然生殖过程，不能

4、单纯地按照人的意愿来进行，不属于细胞工程的范畴。2(2019广西桂林中学高二期末)下列有关细胞全能性的叙述，正确的是()A玉米种子萌发长成新植株，说明植物细胞具有全能性B克隆羊的诞生说明高度分化的动物体细胞具有全能性C用花粉培育成的植株往往高度不育，说明花粉细胞不具有全能性D利用植物组织培养技术繁育花卉的原理是植物细胞具有全能性解析：选D。玉米种子萌发长成新植株属于自然生长过程，不能体现细胞的全能性，A错误；克隆羊的诞生说明高度分化的动物体细胞核具有全能性，B错误；用花粉培育成植株，可体现花粉细胞具有全能性，C错误；利用植物组织培养技术繁育花卉的原理是植物细胞具有全能性，D正确。知识点二植物组

5、织培养技术1理论基础(原理)：植物细胞的全能性。2植物组织培养的基本过程高度分化的组织形成愈伤组织幼根和芽完整植株。(1)前提：离体的植物器官、组织、细胞。(2)条件：无菌、人工控制下、人工配制的培养基、适宜的培养条件。(3)结果：诱导产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整植株。3胡萝卜的组织培养实验1植物组织培养过程(1)外植体：离体进行组织培养的植物组织或器官。(2)胚状体和丛芽：植物组织离体培养，经过脱分化和再分化，发育成胚状体或丛芽。胚状体经过生长发育成完整植株；而丛芽还需要诱导生根后才能发育成完整植株。2脱分化和再分化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

6、再分化愈伤组织丛芽或胚状体有根、芽或有生根发芽的能力3.植物激素在植物组织培养中的作用生长素与细胞分裂素的比值作用效果比值高时促进根分化、抑制芽形成比值低时促进芽分化、抑制根形成比值适中促进愈伤组织形成“比值高，根分化；比值低，芽分化；比值适中，不分化”。即“高根低芽中愈伤”。1(2019河南焦作期末)下图是某植物组织培养过程的简图。下列有关说法中正确的是()花粉粒愈伤组织胚状体植株A花药离体培养的条件与种子萌发的条件完全相同B若花粉粒核中有两个或多个染色体组，则所得植株为二倍体或多倍体C过程都是细胞分化过程，因此起作用的激素只有生长素D该过程体现了植物细胞的全能性解析：选D。花药离体培养所需

7、条件要求高，需要培养基，另外还需要适宜的pH、温度和光照，而种子萌发需要适宜的温度、水分等，A项错误；花粉粒培养形成的植株称为单倍体，B项错误；在细胞分化过程中多种激素都起作用，其中起主要作用的是细胞分裂素和生长素，C项错误；在该过程中，单个细胞最终培养成了植株，体现了植物细胞的全能性，D项正确。2下图为植物组织培养过程，下列有关说法正确的是(多选)()A实验中试管细胞全能性最高B试管中培育出的个体都是纯合子C的过程需要光照D过程培养基需在培养的不同阶段更换解析：选AD。试管中的组织块经脱分化形成试管中的愈伤组织，愈伤组织是未分化的细胞，全能性最高；植物组织培养属于无性生殖，不改变基因型，所以

8、产生的个体基因型与母本是相同的，可能是纯合子也可能是杂合子；脱分化形成愈伤组织的过程中需要避光培养，不需要光照；在植物组织培养的不同阶段需要的条件不同，培养基中所含有的物质比例也不同，如生长素和细胞分裂素比例适中时有利于形成愈伤组织，比例高时，有利于根的分化。知识点三植物体细胞杂交技术1概念：将不同种的植物体细胞，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。2过程植物体细胞杂交细胞融合先去壁，成功标志再生壁。组织培养为基础，远缘杂交也亲和。3融合成功的标志：杂种原生质体再生出细胞壁。4意义：克服不同种生物远缘杂交的不亲和性。1植物体细胞杂交的两个原理和五点提醒(1)两个原理

9、植物体细胞杂交实现的原理：细胞膜的流动性。植物组织培养的原理：植物细胞的全能性。(2)五点提醒植物体细胞杂交技术包括植物细胞融合和植物组织培养两个过程，结果是产生新的植株。从生殖类型上看，植物体细胞杂交技术不涉及有性生殖细胞的形成和结合，应属于无性生殖，变异类型应属于染色体数目的变异。假设用于体细胞杂交的双方细胞都有2个染色体组，则杂种细胞有4个染色体组，由杂种细胞发育而来的杂种植株被称为异源四倍体。该杂种植株联会正常，表现为可育。原生质体融合过程如果只考虑两两融合的情况，则融合结果有3种，即AA、BB、AB。植物细胞融合完成的标志是再生出新的细胞壁；植物体细胞杂交成功的标志是形成杂种植株。2

10、植物组织培养与植物体细胞杂交的比较项目植物组织培养植物体细胞杂交原理植物细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性和植物细胞的全能性过程结果完整植株杂种植株繁殖植物意义繁殖速度快、“高保真”、不受自然生长季节限制克服远缘杂交不亲和性交汇点1细胞的结构植物体细胞杂交时首先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，说明植物细胞壁的主要成分是_。交汇点2遗传与进化(1)若将植物细胞A(染色体数为a)和植物细胞B(染色体数为b)杂交，经组织培养形成的杂种植物中体细胞中染色体数为_。从生殖方式上来看杂种植物的产生属于_。(2)自然条件下番茄和马铃薯能否杂交获得一种地上结番茄、地下长马铃薯的子代？判断：_(填“能”或“不能”

11、)。原因：_。答案：交汇点1纤维素和果胶交汇点2(1)ab无性生殖(2)不能不同种的生物之间存在生殖隔离 1下图为“番茄马铃薯”的培育过程示意图，下列有关叙述正确的是()A获得a、b细胞需要胰蛋白酶和果胶酶B诱导a、b细胞融合的化学试剂一般用秋水仙素Ca、b细胞融合为c细胞的原理是生物膜具有流动性Dd、e、f过程表示植物的组织培养过程，e、f分别为脱分化和再分化解析：选C。植物体细胞在杂交之前，必须先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体；a、b细胞融合为c细胞的原理是细胞膜的流动性；诱导a、b细胞融合的化学试剂一般是聚乙二醇；d、e过程分别为脱分化和再分化。2A种植物细胞和B

12、种植物细胞的结构如图所示(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，若经过组织培养得到了杂种植株，则该杂种植株是()A二倍体，基因型是DdYyRrB三倍体，基因型是DdYyRrC四倍体，基因型是DdYyRrD四倍体，基因型是DDddYYyyRRrr解析：选C。误以为植物体细胞杂交和植物有性杂交一样，后代的染色体数目不变，从而错选A项。A细胞含2个染色体组，B细胞也含2个染色体组，但由于彼此属于不同的物种，染色体组彼此不同，故融合后产生的杂种细胞含有4个染色体组，应属于四倍体，基因型为DdYyRr。核心知识小结要点回眸答题必备 细胞工程是指应用

13、细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。 理论上每个活细胞都具有全能性。 细胞全能性的大小依次是：受精卵生殖细胞体细胞。 植物组织培养的理论基础是细胞的全能性。 植物体细胞杂交的理论基础是细胞膜的流动性和细胞的全能性。 人工诱导原生质体融合的方法有物理法(离心、振动、电激)和化学法(聚乙二醇处理)。 拓宽教材1(选修3 P34“实验”改编)某兴趣小组拟用植物组织培养技术繁殖一种名贵花卉，其技术路线为“取材消毒愈伤组织培养出芽生根移栽”。下列有关叙述错误的是()A消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，

14、又减少消毒剂对细胞的伤害B在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞C出芽是细胞再分化的结果，受基因选择性表达的调控D生根时，培养基通常应含萘乙酸等生长素类调节剂解析：选B。消毒剂的使用既要杀死材料表面微生物，又要防止伤害组织细胞，影响组织培养；植物细胞融合是指经纤维素酶和果胶酶处理后得到的原生质体的融合，带有细胞壁的愈伤组织细胞不能诱导融合形成染色体加倍的细胞；出芽和生根都是细胞再分化的结果，其实质是基因的选择性表达；萘乙酸为生长素类似物，可诱导愈伤组织生根。2(选修3 P36图24改编)科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得了番茄马铃薯杂种植株，为了便于杂种细胞的筛选和鉴定

15、，科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的原生质体膜上的蛋白质，其培育过程如图所示。据图回答下列问题：(1)植物体细胞杂交依据的生物学原理有_。(2)过程常用的方法是_，细胞融合完成的标志是_。(3)植物原生质体融合过程常利用化学试剂_诱导融合，在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察，当观察到融合的细胞表面_时，可判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的。(4)若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞中含n条染色体，则“番茄马铃薯”细胞在有丝分裂后期含_条染色体。若杂种细胞培育成的“番茄马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培育得到的植株属于_植株。答案：(1)细胞膜的流动性、植物细

16、胞的全能性(2)酶解法形成了新的细胞壁(3)聚乙二醇(或PEG)既有红色荧光又有绿色荧光(4)2(mn)单倍体 精练好题3下列有关细胞全能性的叙述，不正确的是()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解析：选C。受精卵是个体发育的起点，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；生物体内的每一个体细胞(除红细胞外)都是由受精卵通过有丝分裂形成的，都含有发育成完整个体所必需的全部基因，理论上讲都应该具有全能性，但

17、由于细胞分化，基因在不同的细胞中选择性表达，因而体细胞并没有表现出全能性；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；分化的植物细胞尽管具有全能性，但如果全能性要表达，植物细胞必须在一定条件下进行离体培养。4(2019南通期末考试)下图表示利用棉花叶肉细胞原生质体进行遗传改良的过程，据图分析下列叙述错误的是(多选)()A过程需在适宜条件下用纤维素酶和果胶酶的混合物处理B过程能定向诱导原生质体产生优良性状的改变C过程中叶肉细胞保持其特有的结构和功能D过程需用适宜配比的激素处理解析：选BC。植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因此常选用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，

18、A正确；紫外线照射诱导生物变异属于基因突变，具有不定向性，B错误；过程为脱分化，其目的是使原有细胞恢复分裂和分化能力，即失去了其特有的结构和功能，C错误；过程为再分化，需用适宜浓度配比的激素进行诱导，D正确。5下图是通过细胞工程技术，利用甲、乙两种植物的各自优势，培育高产耐盐的杂种植株的实验流程图。下列有关的叙述中，不正确的是()AA是纤维素酶和果胶酶BB是融合的原生质体，C是具有耐盐性状的幼苗C整个实验过程所依据的原理是细胞膜的流动性D若目的植株丢失1条染色体，不能产生正常配子而高度不育，则可用秋水仙素处理幼苗，以便获得可育的植株解析：选C。A是纤维素酶和果胶酶，B是融合后的原生质体，C是具

19、有耐盐性状的幼苗。整个过程利用的原理是细胞膜的流动性和细胞的全能性。6(2019长春高二检测)我国植物学家将名贵兰花的茎尖细胞放进培养基中进行培养，最终发育成完整的新植株。下图是细胞培养形成兰花植株的示意图，请据图回答下列问题：(1)过程和分别表示_和_。需要避光培养的是_(填数字)。整个过程中细胞的分裂方式是_。(2)取新生的茎尖细胞而不选择茎表皮细胞进行培养的两个理由：_；_。(3)当_(填培养基种类)中生长素与细胞分裂素的比值偏_(填“大”“小”或“适中”)时，愈伤组织被诱导先生根。(4)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒，经组织培养形成植株，这种育种方法称为_，其突出优点是_。答案：(

20、1)脱分化再分化有丝分裂(2)茎尖细胞全能性高新生细胞无菌无毒(3)分化培养基大(4)单倍体育种明显缩短育种年限7下面是烟草叶片原生质体分离和培养的流程图：请回答下列问题：(1)酶解时，在_酶和_酶的作用下去除细胞壁，以获得完整的原生质体。(2)获得原生质体后，可用_法检测原生质体是否存活。要判定原生质体是否已形成细胞壁，可用_方法鉴别。(3)欲通过原生质体培养得到愈伤组织，配制培养基时需要注意的主要方面是_。解析：(1)在获得植物原生质体时，需用纤维素酶和果胶酶混合液处理实验材料，将细胞壁消化除去，获得球形的原生质体。(2)获得原生质体后可用红墨水染色法检测，因为生活状态的原生质体细胞膜具有

21、选择透过性，原生质体不会被染上颜色，但如果原生质体死亡，由于膜的选择透过性丧失，原生质体会被染成红色；可用质壁分离实验来检测原生质体是否已形成细胞壁。(3)要将原生质体培养成愈伤组织，配制培养基时需要注意的主要方面是植物激素的适当配比。答案：(1)纤维素果胶(2)红墨水染色质壁分离(3)植物激素的适当配比一、单项选择题1植物细胞的全能性是指()A具有核、膜、质，细胞结构完整，能进行各种生理活动B只具有膜和质，同样能进行各种生理活动C植物体细胞所具有的发育成完整个体的潜能D具有本物种全套遗传物质的特定细胞解析：选C。具有某种植物全套遗传信息的任何一个细胞，都有发育成完整新植物体的潜能，也就是说，

22、每个植物细胞都具有全能性。2下列发生了细胞分化且能体现体细胞全能性的过程是()A克隆羊“多利”的培育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植物组织培养发育成新植株解析：选D。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。克隆羊“多利”的培育过程说明动物细胞的细胞核具有发育的全能性，故A项不符合题意；骨髓造血干细胞形成各种血细胞，仅仅是细胞分化的过程，没有形成完整的个体，没有体现细胞的全能性，B项不符合题意；花粉离体培养发育成单倍体植株，经历了细胞分化，体现的是花粉(生殖细胞)的全能性，没有体现体细胞的全能性，C项不符合题意；胡萝

23、卜根韧皮部细胞经植物组织培养发育成新植株，该过程既发生了细胞分化，又体现了体细胞的全能性，D项符合题意。3用高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误的是()A该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的B该愈伤组织的细胞没有全能性C该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成的D该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状体结构解析：选B。植物组织培养的原理是植物细胞的全能性。植物细胞只有在脱离了植物体、并在一定的外部因素的作用下，经细胞分裂形成愈伤组织，才能表现出全能性，再由愈伤组织细胞发育、分化形成新的植物体。4下列有关植物体细胞杂交的叙述，错误的是()A有可能把两个植物体的

24、优良性状集中在杂种植株上B需要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁C利用聚乙二醇可以促进原生质体融合D植物体细胞杂交就是将不同的植物体细胞融合成杂种细胞解析：选D。植物体细胞杂交之前，需要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体；进行原生质体间的融合，必须要进行人工诱导，如可用聚乙二醇促进原生质体融合；植物体细胞杂交就是将不同的植物体细胞融合成杂种细胞，并将该杂种细胞培育成新的植物体的技术。5(2019辽宁沈阳期中)植物组织培养过程可以归纳为，下列相关叙述错误的是()A通常选取根尖、茎叶、形成层等诱导形成愈伤组织B过程中，细胞增殖的方式为有丝分裂C培养过程中，应在培养基中加入水、无机盐、蔗

25、糖、氨基酸、植物激素等物质D将经脱分化培养成时，得到胚状体或丛芽解析：选D。外植体通常选用根尖、茎尖、形成层等容易诱导形成愈伤组织的部位，A正确；过程中，细胞增殖的方式为有丝分裂，B正确；培养过程中，应在培养基中加入水、无机盐、蔗糖、氨基酸、植物激素等物质，C正确；将经脱分化培养成时，得到愈伤组织，将经再分化培养成时，得到胚状体或丛芽，D错误。6(2019辽源田家炳高二期中)为了培育菊花新品种，科学家利用二倍体野生夏菊和六倍体栽培秋菊进行杂交，培育过程如图所示。下列有关叙述正确的是()A野生夏菊和栽培秋菊自然杂交后是四倍体，属于同一物种B过程常选择酶解法去壁，一般在低渗溶液中进行C与过程有关的

26、细胞器只有高尔基体比较活跃Dd植株含有夏菊和秋菊的遗传物质答案：D二、多项选择题7(2019江苏常州模拟)白菜、甘蓝均为二倍体，若将白菜和甘蓝两者的花粉细胞的原生质体进行融合得到杂种细胞，再经植物组织培养获得“白菜甘蓝”杂种植株幼苗。下列说法错误的是()A培育出的“白菜甘蓝”植株能结籽B该诱导原生质体间的融合过程一般使用灭活的病毒C该培育过程中的变异为染色体变异D该培育过程中需要向培养基中添加植物激素解析：选AB。由于白菜、甘蓝均为二倍体，两者的花粉细胞中各含有白菜和甘蓝的一个染色体组，若将两者的花粉细胞的原生质体进行融合得到杂种细胞，再经植物组织培养获得的“白菜甘蓝”杂种植株为二倍体，但因两

27、个染色体组分别来自白菜和甘蓝，故不能结籽，A错误；诱导植物细胞原生质体间的融合一般不用灭活的病毒，B错误；用花粉细胞融合后培养“白菜甘蓝”杂种植株的变异类型为染色体变异，C正确；植物组织培养过程中需向培养基中添加一定配比的生长素和细胞分裂素，D正确。8(2019镇江高二检测)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正确的是()A驱蚊草的培育属于细胞工程育种，其优点是能克服远缘杂交不亲和的障碍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、电激等方法C驱蚊草培育过

28、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解析：选ABD。植物体细胞杂交技术属于植物细胞工程，优势是打破物种间的生殖隔离，克服不同物种不能有性杂交的障碍，A、D项正确；植物细胞具有细胞壁，要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，得到植物原生质体，然后采用物理或化学的方法诱导不同的原生质体实现膜融合，B项正确；从杂种细胞到杂种植株，必须采用植物组织培养技术，经过脱分化和再分化等阶段，有愈伤组织、胚状体和试管苗的形成，C项错误。三、非选择题9(高考海南卷)甲、乙两名同学分别以某种植物的绿色叶片和白色花瓣为材料，利用植物组织培养技术繁殖该植物。回答下列问题：(1)以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体，在一定条件下进行组织培养，均能获得试管苗，其原理是_