植物细胞工程(新高考生物一轮复习教案)

（新高考生物一轮复习教案）第十单元 生物技术与工程

第3课时 植物细胞工程 课标要求 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。3.举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种等方式有效提高了生产效率。

考点一 植物组织培养技术

1．细胞工程的概念

(1)原理和方法：应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法。 (2)操作水平：细胞器水平、细胞水平或组织水平。

(3)目的：获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品。

2．植物细胞的全能性

3．植物组织培养技术

(1)定义和流程

(2)探究实践——菊花的组织培养

取材、

消毒 ①用流水充分冲洗外植体(幼嫩的茎段)；酒精擦拭双手和超净工作台；②外植体的消毒：用酒精消毒30 s，然后立即用无菌水清洗2～3次；再用次氯酸钠溶液处理30 min后，立即用无菌水清洗2～3次；③用解剖刀将外植体切成0.5～1 cm长的小段

接种 将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中，诱导脱分化，长出愈伤组织

转接 ①将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上；②长出芽后再转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗

移栽 将试管苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土

源于选择性必修3 P116“附录1”：

(1)诱导菊花愈伤组织的培养基：在MS培养基中加入BA(苄基腺嘌呤)和NAA(萘乙酸)，质量浓度均为0.5 mg/L。

(2)诱导菊花生芽的培养基：在MS培养基中加入BA和NAA，质量浓度分别为2～3 mg/L和0.02～0.3 mg/L。

(3)诱导菊花生根的培养基：将上述MS培养基中NH4NO3、KNO3、KH2PO4、MgSO4·7H2O和CaCl2·2H2O的用量减半，并添加NAA或IAA(吲哚乙酸)，质量浓度均为0.1 mg/L。

总结提升 生长素、细胞分裂素对植物组织培养的影响

(1)按照不同的顺序使用这两类激素，会得到不同的实验结果

使用顺序 实验结果

先使用生长素，后使用细胞分裂素 有利于细胞分裂，但细胞不分化 先使用细胞分裂素，后使用生长素 细胞既分裂也分化

同时使用 分化频率提高

简记为：先“生”分裂不分化，后“生”分裂又分化，同“使”分化频率高

(2)当同时使用这两类激素时，两者用量的比例影响植物细胞的发育方向

生长素/细

胞分裂素 植物细胞的发育方向

高 有利于根的分化、抑制芽的形成

低 有利于芽的分化、抑制根的形成

适中 促进愈伤组织的生长

简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤

考向 植物组织培养

1．某科研小组拟培育一种名贵菊花的脱毒苗，其技术路线为“制备MS固体培养基→外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培”，下列相关叙述错误的是( )

A．取材部位应选择植物顶端分生区附近，因其分裂旺盛且病毒少

B．外植体消毒常进行无菌水冲洗、酒精处理、消毒液处理等措施

C．接种时，将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中

D．“外植体接种→培养→移栽”的过程中不需要更换培养基

答案 D

解析 培养的不同阶段，对主要营养物质和激素的需求不同，所以培养过程中要及时调整各种营养物质、激素的比例，及时更换培养基，否则会导致外植体死亡，D错误。

2．(2019·全国Ⅲ，38)培养胡萝卜根组织可获得试管苗，获得试管苗的过程如图所示。

切取洁净的胡萝卜根段→对根段进行消毒→切取1 cm3左右带有形成层的组织块―→

① ② ③

接种组织块→诱导组织块形成愈伤组织→诱导愈伤组织形成试管苗

④ ⑤ ⑥

回答下列问题：

(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有__________________________________________________。

(2)步骤③切取的组织块中要带有形成层，原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基，其原因是____________________________

________________________________________________________________________。

在新的培养基上愈伤组织通过细胞的________过程，最终可形成试管苗。

(4)步骤⑥要进行照光培养，其作用是__________________________________________

________________________________________________________________________。

(5)经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的____________，这种繁殖方式属于________繁殖。

答案 (1)全能性(或形成完整植株所需的全部基因) (2)形成层容易诱导形成愈伤组织 (3)诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同

分化(或再分化) (4)诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用 (5)遗传特性 无性

考点二 植物体细胞杂交技术

1．概念：将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。

2．原理：体细胞杂交利用了细胞膜的流动性，杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。

3．基本过程

(1)科学家在制备原生质体时，有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞的细胞壁。据此分析，蜗牛消化道提取液中可能含有什么成分？理由是什么？

提示 纤维素酶和果胶酶。因为植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶组成，利用酶的专一性，在降解植物细胞细胞壁时要利用纤维素酶和果胶酶。

(2)两两融合后的细胞一定是杂种细胞吗？诱导融合后的培养瓶中的细胞有哪几类？

提示 不一定，融合的细胞类型有三种AA、BB和AB，在培养瓶中还有A、B等未融合的细胞。

(3)上述细胞融合过程的完成与什么细胞器密切相关？

提示 线粒体和高尔基体。

(4)若一植物细胞A含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞B含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则：

①上述所获得杂种植株遗传特性有何特点？

提示 杂种植株中含有两种植物的遗传物质，故杂种植株具备两种植物的遗传特性。

②上述所获得杂种植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体数为(2x＋2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。

③上述所获得杂种植株的花粉经离体培养得到的植株属于单倍体植株。

④上述植物体细胞杂交的过程中，遗传物质的传递遵循孟德尔遗传定律吗？

提示 不遵循。

4．意义：打破生殖隔离、实现远缘杂交育种，培育植物新品种。

5．实例：白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草、多种柑橘属不同种间的杂种植株。

6．局限性：目前有许多理论和技术未解决，还不能让杂种植物按照人们的需要表现出双亲的性状。

源于选择性必修3 P36“正文”：“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上长番茄、地下结马铃薯的主要原因是生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以番茄—马铃薯杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达。

考向 植物体细胞杂交技术

3．花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病，野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化，并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合，以获得抗黑腐病杂种植株，流程如下图。下列相关叙述错误的是( )

A．①通常将植物细胞置于含纤维素酶和果胶酶的30%的蔗糖溶液中

B．细胞融合成功的标志是再生出细胞壁，此时细胞内高尔基体和线粒体活动明显增强

C．可通过观察叶绿体的有无来初步筛选杂种细胞

D．用此方法获得新品种的育种原理是染色体变异

答案 A

解析 ①是利用纤维素酶和果胶酶获取原生质体的过程，该过程需要在等渗溶液中进行，以维持原生质体的形态和功能，A错误；杂种细胞融合成功的标志是再生出细胞壁，该过程中细胞壁的形成与高尔基体有关，线粒体可为生命活动提供能量，B正确。

4．下图是通过植物体细胞杂交技术获得“番茄—马铃薯”植株的技术流程图，下列说法正确的是( )

A．图中过程②表示再分化的过程

B．植物体细胞融合完成的标志是原生质体融合

C．已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，则“番茄—马铃薯”属于三倍体

D．该过程体现了植物细胞的全能性

答案 D

解析 分析题图可知，②表示人工诱导原生质体融合的过程，A项错误；植物体细胞融合完成的标志是再生出新的细胞壁，B项错误；“番茄-马铃薯”属于异源六倍体，C项错误。

考点三 植物细胞工程的应用

1．植物繁殖的新途径

2．作物新品种的培育：单倍体育种、突变体的利用。

3．细胞产物的工厂化生产

(1)次生代谢物：是一类小分子有机化合物，在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。

(2)细胞产物的工厂化生产：人们利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。

(3)植物细胞培养：是指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。

(4)过程：外植体――→脱分化愈伤组织――→分散开细胞悬液――――→培养、提取细胞产物

源于选择性必修3 P41“相关信息”：初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，因此，在整个生命过程中一直进行着；次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织和器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。

考向 植物细胞工程的应用