2024届人教版高中生物一轮复习植物细胞工程学案（不定项）

这是一份2024届人教版高中生物一轮复习植物细胞工程学案（不定项），共14页。
第33讲　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　植物细胞工程的基本技术

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．植物组织培养技术
(1)理论基础——植物细胞的全能性
概念
细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能
原理
细胞内含有本物种的全部遗传信息
全能性表
达条件
具有完整的细胞结构，处于离体状态，提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件
(2)定义和流程

(3)植物组织培养的条件：①离体的植物细胞、组织、器官(统称外植体)；②无菌；③培养在人工制备的培养基上；④给予适宜的培养条件(相关激素)。
(4)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
3.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

(4)优点和局限性
①优点：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培养植物新品种。
②局限性：目前有许多理论和技术问题未解决，还不能让杂种植株按照人们的需求表现出双亲的杂合性状。
【易错辨析】
(1)细胞工程的操作只是建立在细胞水平上。(×)
(2)细胞发挥全能性后得到的只能是个体。(×)
(3)愈伤组织重新分化成芽、根等器官，此过程称为脱分化。(×)
(4)植物原生质体融合的化学法包括聚乙二醇融合法、高Ca2＋－高pH融合法。(√)
(5)植物体细胞杂交技术在打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培养植物新品种等方面有独特优势。(√)
【长句应答】
1．将两个不同种的植物细胞A和B去除细胞壁后，经一定的方法促融，只考虑两两融合，可以形成几种融合细胞？哪种融合细胞才是符合要求的？下一步该如何处理？
提示：3种；AB融合细胞是符合要求的；筛选融合细胞，让杂种细胞再生出细胞壁。
2．为什么“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？
提示：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“马铃薯—番茄”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，故不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达。

1．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
2.植物体细胞杂交和有性杂交的辨析


考向一　植物组织培养的过程
1．(2021·江苏卷)植物组织培养技术常用于商业化生产，其过程一般为：无菌培养物的建立→培养物增殖→生根培养→试管苗移栽及鉴定。下列相关叙述错误的是(　　)
A．为获得无菌培养物，外植体要消毒处理后才可接种培养
B．组织培养过程中也可无明显愈伤组织形成，直接形成胚状体等结构
C．提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根
D．用同一植株体细胞离体培养获得的再生苗不会出现变异
解析：选D　植物组织培养过程中应注意无菌操作，为获得无菌培养物，外植体要经过表面消毒处理后，才能进行培养，所用的培养基必须彻底灭菌，A正确；组织培养过程中也可无明显愈伤组织形成，直接形成胚状体等结构，胚状体若包裹上人工种皮，可制作成人工种子，B正确；生长素和细胞分裂素的比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成，因此提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根，C正确；用同一植株体细胞离体培养获得的再生苗会出现变异，如在愈伤组织的培养过程中可能发生基因突变等变异，D错误。
2．(2022·滨州二模)以菊花稀有品种墨牡丹的营养器官为外植体诱导愈伤组织时，不同浓度的细胞分裂素(BA)和生长素类似物(NAA)配比影响愈伤组织诱导成功率的实验结果如下表所示。下列说法正确的是(　　)
处理方式
及结果
培养基编号
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
BA/mg/L
0.5
1.5
3
0.5
1.5
3
0.5
1.5
3
NAA/mg/L
0.1
0.1
0.1
2
2
2
3
3
3
愈伤组织诱
导成功率/%
16.6
0
0
66.6
91.6
33.3
50
75
58.4
A.外植体脱分化培养时，所需碳源是CO2或碳酸盐
B．与次氯酸钠溶液相比，用酒精对外植体消毒所需的时间短
C．BA抑制愈伤组织的形成，NAA促进愈伤组织的形成
D．2 mg/L的NAA诱导愈伤组织的成功率最高
解析：选B　外植体脱分化培养时，无法进行光合作用合成有机物，所以不能利用CO2作为碳源，A错误；消毒的原则是既要杀死材料表面的微生物，又要减少消毒剂对细胞的伤害，故外植体消毒可先用体积分数为70%的酒精消毒30 s后，用无菌水清洗2～3次，再用次氯酸钠处理30 min后，立即用无菌水清洗2～3次，B正确；分析表格数据显示，只要浓度适宜BA和NAA都促进愈伤组织的形成，C错误；2 mg/L的NAA和1.5 mg/L的BA共同处理诱导愈伤组织的成功率最高，D错误。
考向二　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
解析：选A　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。
4．(2020·山东卷)两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出。若其中一个细胞的染色体在融合前由于某种原因断裂，形成的染色体片段在细胞融合后可能不会被全部排出，未排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体上而留存在杂种细胞中。依据该原理，将普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种，过程如下图所示。下列说法错误的是(　　)

A．过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞
B．过程②的目的是使中间偃麦草的染色体断裂
C．过程③中常用灭活的病毒诱导原生质体融合
D．耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段
解析：选C　过程①是获得植物细胞的原生质体，需要用纤维素酶和果胶酶将细胞壁分解，A正确；根据题干信息“将其中一个细胞的染色体在融合前断裂，形成的染色体片段在细胞融合后可能不会被全部排出，未排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体上而留存在杂种细胞中，将普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种，”故过程②通过紫外线照射是使中间偃麦草的染色体断裂，B正确；灭活的病毒诱导是动物细胞融合特有的方法，诱导植物原生质体融合常用物理法、化学法，C错误；实验最终将不抗盐的普通小麦和抗盐的偃麦草整合形成耐盐小麦，说明耐盐小麦染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段，D正确。
考点二　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


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：外植体愈伤组织细胞悬液细胞产物
【易错辨析】
(1)培养草莓脱毒苗所采用的主要技术是细胞杂交。(×)
(2)快速繁殖技术能保持亲本的遗传特性。(√)
(3)脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位。(×)
(4)单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。(×)
(5)突变体培育通常对植物的愈伤组织进行诱变处理，而工厂化生产的细胞产物也是来自愈伤组织细胞。(√)
(6)工厂化生产的细胞次生代谢物，其化学成分都是蛋白质。(×)
【长句应答】
1．从所需条件上来看，快速繁殖与传统育种方法相比，其优点有哪些？
提示：快速繁殖是在具有一定人工设施的室内生产，可以不受季节、气候等自然条件的限制。
2．马铃薯、草莓和香蕉脱毒苗产量和品质明显提高，为什么小麦和玉米脱毒苗却基本没有变化？
提示：马铃薯、草莓、香蕉进行无性繁殖，感染的病毒很容易传递给子代，而小麦和玉米是通过种子繁殖，感染的病毒不容易传递给子代。
3．在对菊花进行快速繁殖时，既可采用菊花的绿色叶片，也可采用其黄色花瓣作外植体，在一定条件下进行组织培养，均能获得绿色的试管苗，这其中的原理是什么？
提示：绿色叶片和黄色花瓣的细胞具有全能性，在一定条件下能发育成完整的植物，在光照的诱导下，与叶绿素合成有关的基因表达，使植株出现绿色。

考向　植物细胞工程的应用
1．(2021·烟台二模)细菌或病毒感染植物时会借助输导组织的导管通道、胞间连丝等结构扩散，导致其产量和品质退化。但是被感染的植株茎尖分生组织的细胞中通常不含病毒，可以利用这些部位的细胞进行组织培养，快速生产出脱毒苗。下列叙述正确的是(　　)
A．植物细胞间进行物质运输和信息交流只能依靠胞间连丝
B．细胞壁无选择透过性，在抵御病原体侵害方面不起作用
C．植株茎尖分生组织的细胞中不含病毒的原因可能是该部位输导组织尚未发育完善且细胞间胞间连丝不发达
D．生产脱毒苗的过程和培养克隆动物所依据的原理都是细胞的全能性
解析：选C　高等植物细胞之间可通过胞间连丝进行物质运输和信息交流，但这只是方式之一，A错误；细胞壁具有全透性，在抵御病原体侵害方面有一定的作用，B错误；分生组织细胞经组织培养生产出脱毒苗过程的原理是植物细胞的全能性，培养克隆动物所依据的原理是动物细胞核的全能性，D错误。
2．(2022·德州期中)植物细胞工程在农业、医药工业等方面有着广泛的应用。下列描述错误的是(　　)
A．桃树的嫁接和葡萄的扦插都属于快速繁殖技术
B．利用茎尖等分生组织进行植物组织培养可以获得脱毒苗
C．利用突变后的愈伤组织培育新品种体现了植物细胞的全能性
D．细胞产物的工厂化培养并不能提高单个细胞次生代谢物的产量
解析：选A　桃树的嫁接和葡萄的扦插都属于无性繁殖，植物组织培养技术属于快速繁殖技术，A错误；茎尖等分生组织病毒极少，甚至无病毒，利用茎尖等分生组织进行植物组织培养可以获得脱毒苗，B正确。
3．(2022·济南调研)某二倍体药用植物甲(染色体组成为MM)含有有效成分A，二倍体药用植物乙(染色体组成为NN)含有有效成分B。科研小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物，设计了如下实验流程。据图分析，下列说法不正确的是(　　)

A．过程①通常用纤维素酶和果胶酶处理
B．过程②常使用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂
C．融合细胞c的染色体组成都是MMNN
D．过程④⑤分别涉及细胞的脱分化和再分化
解析：选C　在进行原生质体融合时，会出现多种融合细胞，如染色体组成为MMMM、NNNN和MMNN的细胞，C项错误。

1．(2021·山东卷)实验发现，物质甲可促进愈伤组织分化出丛芽；乙可解除种子休眠；丙浓度低时促进植株生长，浓度过高时抑制植株生长；丁可促进叶片衰老。上述物质分别是生长素、脱落酸、细胞分裂素和赤霉素四种中的一种。下列说法正确的是(　　)
A．甲的合成部位是根冠、萎蔫的叶片
B．乙可通过发酵获得
C．成熟的果实中丙的作用增强
D．夏季炎热条件下，丁可促进小麦种子发芽
解析：选B　甲是细胞分裂素，合成部位主要是根尖，A错误；乙是赤霉素，可通过某些微生物发酵获得，B正确；丙是生长素，丁是脱落酸，成熟的果实中，丙的作用减弱，丁的作用增强，C错误；乙是赤霉素，夏季炎热条件下，乙可促进小麦种子发芽，丁抑制发芽，D错误。
2．(2021·福建卷)科研人员利用植物体细胞杂交技术培育矮牵牛新品种，技术流程示意图如下。

下列叙述正确的是(　　)
A．愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞分化形成的
B．获得的杂种植株都能表现双亲的优良性状
C．可用聚乙二醇诱导原生质体甲和乙的融合和细胞壁再生
D．用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以获得原生质体
解析：选D　愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞脱分化形成的；由于基因的选择性表达和基因间的互作效应，获得的杂种植株不一定能够表现亲本的优良性状；可用聚乙二醇诱导原生质体甲和乙的融合，但不能诱导细胞壁的再生；由于植物细胞壁的成分主要是纤维素和果胶，故可以用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以获得原生质体。
3．(2020·北京卷)为培育具有市场竞争力的无籽柑橘，研究者设计如下流程。相关叙述不正确的是(　　)

A．过程①需使用胰蛋白酶处理
B．实现过程②依赖膜的流动性
C．过程③需应用植物组培技术
D．三倍体植株可产生无籽柑橘
解析：选A　植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，所以过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理，A错误；②过程为细胞融合过程，该过程依赖膜的流动性，B正确；过程③需应用植物组培技术将杂种细胞培养形成个体，C正确；三倍体植株含有三个染色体组，减数分裂时联会紊乱，可产生无籽柑橘，D正确。
4．(2019·江苏卷)为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力，某研究小组的实验过程如图。下列叙述正确的是(　　)

A．过程①获得的原生质体需悬浮在30%蔗糖溶液中
B．过程②需提高生长素的比例以促进芽的分化
C．过程③需用秋水仙素处理诱导细胞壁再生
D．原生质体虽无细胞壁但仍保持细胞的全能性
解析：选D　原生质体在30%的蔗糖溶液中会失水皱缩，A错误；只有提高细胞分裂素的比例，才能促进芽的分化，B错误；秋水仙素抑制纺锤体的形成，不能诱导细胞壁的再生，C错误；原生质体无细胞壁，但由于含有一整套的遗传物质，故具有全能性，D正确。
5．(2020·北京卷)研究者以拟南芥根段作为组织培养材料，探讨了激素诱导愈伤组织分化生芽的机制。
(1)离体的拟南芥根段在适宜条件下可以培育出完整的植株，说明植物细胞具有________。在组织培养过程中，根段细胞经过________形成愈伤组织，此后调整培养基中细胞分裂素(CK)与生长素的比例可诱导愈伤组织分化。
(2)在愈伤组织生芽过程中，CK通过ARRs(A)基因和WUS(W)基因起作用。为探讨A基因与W基因的关系，将A基因功能缺失突变体(突变体a)和野生型的愈伤组织分别置于CK与生长素比例高的(高CK)培养基中诱导生芽，在此过程中测定W基因的表达量。图1中，野生型的W基因表达量与高CK诱导时间的关系是____________________。分析图1结果可得出的结论是：在高CK诱导下A基因促进W基因表达。得出结论的依据为：与野生型相比，_______ _________________。


(3)用转基因方法在上述突变体a中过量表达W基因，获得材料甲。将材料甲、突变体a和野生型三组愈伤组织在高CK培养基中培养，三组愈伤组织分化生芽的比例如图2，由此能得出的结论包括________。
A．A基因在愈伤组织分化生芽的过程中起作用
B．W基因的表达产物调控A基因的表达
C．缺失A基因时W基因表达不能促进生芽
D．过量表达W基因可使生芽时间提前
解析　(1)离体的植物组织培养成完整植株的过程体现了细胞的全能性。已分化的细胞形成愈伤组织的过程称之为脱分化。(2)由图可知，野生型的W基因表达量与高CK诱导时间的关系是随着处理时间的延长，W基因的表达量显著升高，突变体的W基因的表达量明显少于对照组，说明在高CK诱导下A基因促进W基因表达。(3)由题可知，材料甲体内的W基因过量表达，突变体a的A基因不能表达，野生型是正常的，分析图2可知，由野生型曲线和突变体a曲线对比可知，A基因在愈伤组织分化生芽的过程中起作用，缺失A基因时W基因表达不能促进生芽；由材料甲曲线和野生型曲线比较可知，过量表达W基因可使生芽时间提前，故选A、C、D。
答案　(1)全能性　脱分化　(2)随着高CK诱导时间的延长，野生型的W基因表达量显著升高　随着高CK诱导时间的延长，突变体的W基因表达量低于野生型　(3)ACD