2025年新高考生物一轮复习第10单元生物技术与工程第39讲植物细胞工程(讲义)(学生版+教师版)

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\l "_Tc11241" 02知识导图·思维领航 PAGEREF _Tc11241 \h 3
\l "_Tc5463" 03考点突破·考法探究 PAGEREF _Tc5463 \h 3
\l "_Tc4013" 考点一 植物组织培养技术 PAGEREF _Tc4013 \h 3
\l "_Tc30588" 知识点1 细包工程的概念 PAGEREF _Tc30588 \h 3
\l "_Tc2950" 知识点2 细包的全能性 PAGEREF _Tc2950 \h 3
\l "_Tc15670" 知识点3 植物组织培养技术 PAGEREF _Tc15670 \h 4
\l "_Tc11821" 知识点4 探究实践——菊花组织培养 PAGEREF _Tc11821 \h 6
\l "_Tc6879" 考向1 结合植物组织培养技术，考查科学探究 PAGEREF _Tc6879 \h 7
\l "_Tc24823" 考点二 植物体细包杂交技术 PAGEREF _Tc24823 \h 8
\l "_Tc18774" 知识点1 植物体细包杂交技术 PAGEREF _Tc18774 \h 8
\l "_Tc693" 知识点2 辨析原生质体与原生质层 PAGEREF _Tc693 \h 10
\l "_Tc22477" 知识点3 植物组织培养与植物体细包杂交技术的比较 PAGEREF _Tc22477 \h 11
\l "_Tc2775" 考向1 围绕植物体细包杂交技术，考查科学思维 PAGEREF _Tc2775 \h 11
\l "_Tc30964" 考点三 植物细包工程的应用 PAGEREF _Tc30964 \h 13
\l "_Tc32350" 知识点1 植物繁殖的新途径 PAGEREF _Tc32350 \h 13
\l "_Tc3727" 知识点2 作物新品种的培育 PAGEREF _Tc3727 \h 13
\l "_Tc3485" 知识点3 细包产物的工厂化生产 PAGEREF _Tc3485 \h 14
\l "_Tc3777" 知识点4 植物组织培养和植物细包培养的比较 PAGEREF _Tc3777 \h 15
\l "_Tc10466" 考向1 结合植物细包工程的应用，考查科学思维能力 PAGEREF _Tc10466 \h 15
\l "_Tc30853" 04真题练习·命题洞见（含2024年高考真题） PAGEREF _Tc30853 \h 16
\l "_Tc2936" 05长句分析·规范作答 PAGEREF _Tc2936 \h 16
\l "_Tc31031" 一、教材知识链接 PAGEREF _Tc31031 \h 18
\l "_Tc30627" 二、教材深挖拓展 PAGEREF _Tc30627 \h 18
\l "_Tc13080" 三、长句规范作答 PAGEREF _Tc13080 \h 18
考点一 植物组织培养技术
知识点1 细包工程的概念
注意：植物细包工程包括植物组织培养技术、植物体细包杂交技术；动物细包工程包括动物细包培养、动物细包融合、动物体细包核移植。
知识点2 细包的全能性
定义：细包经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细包的潜能。
1.原因：高度分化的细包仍含有该物种的全部遗传信息，具有发育成完整个体所需要的全套生态。
注意：一般情况下，随着细包分化程度的不断提高，细包的全能性逐渐降低。
2.大小比较：
（1）受精卵＞胚胎干细包＞生殖细包＞体细包；
（2）植物细包＞动物细包；
（3）分化程度低的细包>分化程度高的细包。
3.生物体内细包并不都表现全能性原因：生物体内的细包在特定的时间和空间条件下，细包中的生态会选择性的表达，即发生细包分化。如芽原基的细包只能发育为芽，叶原基的细包只能发育为叶。
4.表现出全能性的条件：
1958年Steward利用胡萝卜韧皮部诱导分化产生了胚状体，这是第一次获得了人工胚状体，并获得个体植株。（必修一 P118-121）
表现条件：
①离体；
②一定的营养物质、植物激素；
③适宜的温度和pH等外界条件；
④无菌环境。
知识点3 植物组织培养技术
1.概念：将离体的植物器官、组织或细包等（外植体），培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。
①原理：植物细包的全能性；
②生殖方式：无性生殖；
③分裂方式：有丝分裂。
2.理论基础：植物细包的全能性。
3.技术流程：
①脱分化：在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细包失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细包，进而形成愈伤组织的过程。
②愈伤组织：脱分化产生的不定形的薄壁组织团块。
③再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。
4.脱分化与再分化的比较：
生长素和细包分裂素是启动细包分裂、脱分化和再分化的关键激素。它们的浓度、比例都会影响植物细包的发育方向。
5.决定植物脱分化、再分化的关键因素：
脱分化和再分化的关键激素：生长素和细包分裂素
巧记：高根低芽中愈伤
知识点4 探究实践——菊花组织培养
注意：植物组织培养的条件
（1）离体（最关键）
（2）无菌操作
注意：外植体一般要进行消毒处理，而培养基及其他的操作器具一般要进行灭菌处理,否则杂菌会竞争营养物质，还可能产生有害物质。
（3）种类齐全、比例适合的营养物质（如：蔗糖（提供营养和调节渗透压））
（4）植物激素（主要是生长素和细包分裂素）
（5）适宜的外界条件（温度、pH、光照等）
注意：脱分化无光、再分化有光（促进叶绿素合成）
1.观察菊花的组织培养流程图，探究以下问题：
(1)选用菊花的外植体时，一般选用形成层细包或组织块，其原因是什么？
(2)为什么说从繁殖方式上看，植物组织培养的繁殖方式是无性繁殖？
(3)在植物组织培养的过程中，为什么要求无菌操作？
【教材隐性知识】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。
【易错辨析】
1．细包工程的操作只是建立在细包水平上 (选择性必修 3 P31正文) ( )
2．细包发挥全能性后得到的只能是个体(选择性必修 3 P34 正文) ( )
3．愈伤组织重新分化成芽、根等器官，此过程称为脱分化(选择性必修 3 P35 探究实践) ( )
考向1 结合植物组织培养技术，考查科学探究
例1．紫杉醇是一种高效抗癌药物。某团队研究了光照条件对红豆杉愈伤组织生长和紫杉醇含量的影响，实验结果如表所示。下列叙述正确的是( )
A.愈伤组织生长体现了植物细包的全能性
B.愈伤组织的培养要在无菌条件下进行
C.光照能促进愈伤组织生长并提高紫杉醇含量
D.培养基中的有机物仅为愈伤组织提供能量
【变式训练】1.关于植物组织培养的再分化过程，说法错误的是( )
A.再分化过程中，不同细包内合成了功能不同的特异性蛋白质
B.脱分化与再分化过程所使用的培养基主要是激素浓度及用量比例的不同
C.再分化过程在实验室或植物组织培养车间进行，需要避光处理
D.再分化过程中，核遗传物质没有发生改变，但mRNA有变化
【变式训练】2.下列关于细包全能性的叙述，不正确的是( )
A．乳腺癌细包易于进行离体培养，说明其全能性比较高
B．细包具有全能性是因为细包内含有发育所需的全套遗传物质
C．离体的植物体活细包，需要借助某些因子的作用使其表达出全能性
D．植物细包具有全能性，而其他生物体细包一般不具有全能性
【变式训练】3.SOD是一种广泛分布于各种细包中的抗氧化酶，它能催化超氧阴离子自由基形成H2O2，增强植物的抗逆性。下图为培育能够产生SOD农作物新品种的一种方式，有关叙述正确的是( )
植物细包(二倍体)eq \(―――→,\s\up7(SOD生态),\s\d5(①))新细包eq \(――→,\s\up7( ),\s\d5(②))愈伤组织eq \(――→,\s\up7( ),\s\d5(③))胚状体―→新品种
A．①过程中最常用的方法是采用Ca2＋处理法将SOD生态导入植物细包
B．②需要进行照光培养，以诱导叶绿素的形成
C．③表示再分化过程，无需严格的无菌操作
D．该育种方式利用了细包工程和生态工程，能体现细包的全能性
考点二 植物体细包杂交技术
知识点1 植物体细包杂交技术
1.概念：将不同来源的植物细包，在一定条件下融合成杂种细包，并把杂种细包培育成新植物体的技术。
2.原理：
(1)体细包杂交利用了细包膜的 流动性 。
(2)杂种细包培育成杂种植株利用了 植物细包的全能性 。
3.操作流程：
注意：原生质体融合成功标志：杂种细包再生出细包壁；植物体细包杂交成功的标志：形成杂种植株。
4.生殖方式：无性生殖
5.分裂方式：有丝分裂
6.变异类型：染色体(数目)变异
A植物的染色体数目为2n，生态型为AaBb；B植物的染色体数目为2m，生态型为CcDd。现通过植物体细包杂交技术获得这两种植物的杂种植株，请回答下列问题：
(1)植物体细包杂交属于哪种变异类型？
(2)杂种细包的染色体数是多少？杂种细包染色体组数是多少？

①若亲本植株可育，则杂种植株可育。
②杂种植株是不同于亲本的新物种。
如何处理植株使其可育？
7.意义：打破生殖隔离，克服远缘杂交不亲和的障碍，培育植物新品种。
8.优缺点：
（1）优点：打破远缘亲本杂交生殖隔离，扩展杂交亲本组合范围。
（2）局限性：有可能杂交不成功，即使杂交成功也可能不产生人们想要的性状。
知识点2 辨析原生质体与原生质层

原生质体：指的是脱去细包壁的细包。动物细包也可看做是原生质体。
原生质层：成熟植物细包的细包膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细包质。
【注意】质壁分离的“质”指的是原生质层。
A为2a=20 B为2b=30
1.此过程中起主要作用的细包器是？
2.杂种细包染色体数为？
3.杂种细包染色体组数为？
4.从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？
知识点3 植物组织培养与植物体细包杂交技术的比较
【易错辨析】
1．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 (选择性必修 3 P37 正文) ( )
2．植物体细包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(选择性必修 3 P38 正文)( )
考向1 围绕植物体细包杂交技术，考查科学思维
例1．科学家利用马铃薯和西红柿叶片分离原生质体并进行细包杂交，最终获得了杂种植株，相关过程如图所示。有关分析正确的是( )
A.过程①应将叶片上表皮向上，置于含纤维素酶和果胶酶的等渗或略高渗溶液中
B.过程②中的原生质体由细包膜、液泡膜及两层膜之间的细包质构成
C.④过程可用高Ca2＋—低pH融合法，目的是促进原生质体融合
D.⑤进行脱分化和再分化过程，杂种植株一定具有马铃薯和西红柿的优良性状
【变式训练】1.某研究人员设计了下列技术路线，以期获得甘蓝和萝卜体细包杂交植株。下列说法错误的是( )
A.细包融合过程涉及膜的流动性，常用聚乙二醇融合法、电融合法等诱导原生质体融合
B.原生质体融合成功的标志是细包核相融合
C.为诱导融合原生质体产生不定芽，通常会在培养基中加入两类植物激素
D.植物体细包杂交可以实现远缘杂交育种
【变式训练】2.疣粒野生稻(2n＝24)对白叶枯病的抗性持久而且稳定，是理想的抗病育种材料。为了充分利用疣粒野生稻资源，通过采用疣粒野生稻和栽培稻(2n＝24)体细包杂交的方法获得后代，从而实现疣粒野生稻遗传物质向栽培稻转移。下列相关叙述错误的是( )
A．疣粒野生稻和栽培稻之间存在生殖隔离，自然条件下不能进行生态交流
B．两种水稻细包经酶解去壁、诱导融合后可通过观察染色体数目筛选出杂种细包
C．杂种水稻的组织培养过程需要更换培养基，提高生长素的比例有利于根的分化
D．经组织培养获得的杂种幼苗，一般需要经过由无菌到有菌的炼苗过程才能用于生产实践
【变式训练】3.玉米(2n＝20)和水稻(2n＝24)均为二倍体植物，某实验小组拟用体细包杂交技术培育富含β-胡萝卜素的“黄金大米”植株，过程设计如图所示。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包
B．过程②中常用PEG诱导原生质体融合
C．“黄金大米”植株染色体数目为22
D．该技术体现了植物细包具有全能性
考点三 植物细包工程的应用
知识点1 植物繁殖的新途径
1.快速繁殖
（1）使用的技术：植物组织培养技术。
（2）原理：植物细包的全能性。
（3）优点：
①高效、快速地实现种苗的大量繁殖。
②保持优良品种的遗传特性。
（4）特点：使用材料少，培养周期短，繁殖率高，适合自动化管理，有利于进行工厂化生产。
2.作物脱毒
(1)技术手段：植物组织培养技术。
(2)材料的选取：植物顶端分生区附近(如茎尖），此部分病毒极少，甚至无病毒。
(3)优点：脱毒作物产量高，品质好。
【特别注意】“脱毒”≠“抗毒”
(1)脱毒苗是选择植物的分生区如茎尖(刚形成，不含有病毒)进行植物组织培养而获得的，属于细包工程的范畴。
(2)抗毒苗是把某抗病毒生态导入受体细包中，并通过一定的方法培养形成的，属于生态工程的范畴。
知识点2 作物新品种的培育
知识点3 细包产物的工厂化生产
1.植物的代谢产物
(1)初生代谢：
①定义：生物生长生存所必需的代谢活动，整个生命过程一直进行。
②产物：如糖类、脂质、蛋白质、核酸等。
(2)次生代谢：
①定义：不是植物基本的生命活动所必需的产物，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。
②产物：一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）。
③应用：a、在植物抗病、抗虫方面发挥作用；b、也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
④缺点：a、植物次生代谢物含量很低；b、从植物组织提取会大量破坏植物资源；c、有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到。
注意：应用多、产量低。
2.植物细包培养：在离体条件下对单个植物细包或细包团进行培养使其增殖的技术。（原理：细包的增殖）
(1)过程：
(2)优点：快速高效，不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制。
(3)意义：对于社会、经济、环境保护具有重要意义。
3.实例：
(1)工厂化生产人参皂甙干粉的基本流程：
(2)工厂化生产紫杉醇的基本流程：
问题1:植物细包培养与植物组织培养有什么区别?
知识点4 植物组织培养和植物细包培养的比较
考向1 结合植物细包工程的应用，考查科学思维能力
例1．为拯救珍稀植物红豆杉，并同时获得高抗癌活性物质——紫杉醇，科研小组设计了如图所示的实验流程。下列相关叙述正确的是( )
A.诱导红豆杉茎尖经过再分化过程形成愈伤组织
B.整个培养过程中生长素和细包分裂素的比例固定不变
C.用液体培养基扩大培养愈伤组织生产紫杉醇时，通常要通入无菌空气
D.同一植株不同部位的组织细包经诱导培养获得的植株生态型一定相同
【变式训练】1.下图所示为利用体细包诱变技术获得抗除草剂白三叶草新品种的过程。下列叙述错误的是( )
A．该育种过程所依据的原理有生态突变和植物细包的全能性
B．培养白三叶草组织细包的培养基为固体培养基
C．白三叶草愈伤组织和胚状体的细包中DNA和RNA种类相同
D．过程③通常采用的筛选方法是向白三叶草幼苗喷洒适宜浓度的除草剂
【变式训练】2.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包分裂素的比值，有利于诱导生根
D．用同一植株体细包离体培养获得的再生苗不会出现变异
【变式训练】3.某实验小组用某种方法去除某种烟草细包的细包核，获得保留细包质(含叶绿体)且具有链霉素抗性的细包甲，将该细包与无链霉素抗性的该种烟草细包乙进行体细包杂交，筛选出杂种细包丙，进而培育成杂种植株。下列叙述错误的是( )
A.培育形成的杂种植株与原有的烟草植株存在生殖隔离
B.细包甲、乙杂交前，需用纤维素酶和果胶酶去除细包壁
C.为获得杂种细包丙，可利用含链霉素的选择培养基进行筛选
D.杂种细包发育为杂种植株需经外源生长素和细包分裂素的诱导
1．（2024·江苏·高考真题）图示植物原生质体制备、分离和检测的流程。下列相关叙述正确的是（ ）
A．步骤①添加盐酸以去除细包壁
B．步骤②吸取原生质体放入无菌水中清洗
C．原生质体密度介于图中甘露醇和蔗糖溶液密度之间
D．台盼蓝检测后应选择蓝色的原生质体继续培养
2．（2024·北京·高考真题）五彩缤纷的月季装点着美丽的京城，其中变色月季“光谱”备受青睐。“光谱”月季变色的主要原因是光照引起花瓣细包液泡中花青素的变化。下列利用“光谱”月季进行的实验，难以达成目的的是（ ）
A．用花瓣细包观察质壁分离现象
一、教材知识链接
1.(选择性必修3 P31)细包工程：指应用细包生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细包器、细包或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细包、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
2.(选择性必修3 P35)脱分化：在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细包失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细包的过程。
3.(选择性必修3 P35)再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。
4.(选择性必修3 P34)在生物的生长发育过程中，并不是所有的细包都表现出全能性，这是因为在特定的时间和空间条件下，细包中的生态会选择性地表达。
5.(选择性必修3 P35)植物组织培养是指将离体的植物器官、组织或细包等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。
6.(选择性必修3 P37)在进行植物体细包杂交之前，必须先用纤维素酶和果胶酶去除细包壁。
7.(选择性必修3 P38)植物体细包杂交技术在打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。
8.(选择性必修3 P41)植物细包培养是指在离体条件下对单个植物细包或细包团进行培养使其增殖的技术。
二、教材深挖拓展
1．(选择性必修3 P35“探究·实践”改编)菊花的组织培养时，再分化阶段为什么需要光照？
2．(选择性必修3 P35图2­1改编)固体培养基和液体培养基在植物细包工程中分别有什么作用？
三、长句规范作答
1.(科学思维)“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___________________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________。
2.(科学思维)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包的细包壁。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？___________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________
考点
由高考知核心知识点
预测
植物细包工程
考点一：植物组织培养技术
（3年15考，全国卷3年2考）
2024·北京（选择题）、2024·甘肃（选择题）
2024·湖北（选择题）、2023·河北（选择题）
2023·辽宁（选择题）、2023·浙江（选择题）
2022·重庆（选择题）、2022·浙江（选择题）
题型：选择题、解答题
内容：本专题知识难度较高，要求基础要扎实。考查学生对相关植物细包工程的整体性的认识,或结合一些情景信息或表格信息设置题目，考查学生的应变能力、获取信息和综合分析能力。
考点二：植物体细包杂交技术
（3年19考，全国卷3年1考）
2024·北京（选择题）、2024·江苏（选择题）
2024·湖北（选择题）、2023·江苏（选择题）
2023·湖北（选择题）、2023·广东（选择题）
考点三：植物细包工程的应用
（3年14考，全国卷3年1考）
2024·江苏（选择题）、2024·安徽（选择题）
2024·山东（选择题）、2024·吉林（选择题）
2024·浙江（选择题）、2023·辽宁（解答题）
2023·山东（选择题）
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、组织和细包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.概述植物体细包杂交是将不同植物体细包在一定条件下融合成杂合细包，继而培育成新植物体的技术。
3.举例说明植物细包工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种等方式有效提高了生产效率。
新旧教材对比
增：①玉米单倍体育种流程图；②外植体；③初、次生代谢概念。
改：①细包全能性的概念；②胡萝卜组织培养改为菊花组织培养。
原理和方法
细包生物学、分子生物学和发育生物学
操作水平
细包器、细包或组织水平
目的
获得特定的细包、组织、器官、个体或其产品
分类
植物细包工程和动物细包工程
脱分化
再分化
过程
外植体→愈伤组织
愈伤组织→幼苗
分裂、分化
有分裂，无分化
有分裂，无分化
结果
形成愈伤组织
形成根、芽
需要条件
a.离体、适宜的营养
c.生长素与细包分裂素的比例适中
d.一般不需光
a.离体、适宜的营养
c.生长素与细包分裂素的比例高或低诱导生根或生芽
d.光照（诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用。）
培养条件
接种干重(g·L－1)
收获干重/(g·L－1)
紫杉醇含量/%
光照
4.33
9.13
0.007 0
黑暗
4.38
12.10
0.016 4
生殖类型
无性繁殖，育种过程中不遵循孟德尔定律
变异类型
染色体数目变异
染色体数
两亲本染色体数之和。2n+2m
染色体组数
两亲本染色体组数之和。2+2
生态组成
两亲本生态型之和。AaBbCcDd
植物组织培养
植物体细包杂交技术
原理
植物细包的全能性
细包膜的流动性和植物细包的全能性
过程
意义
保持优良性状，繁殖速度快、大规模生产提高经济效益
克服不同种生物远缘杂交的障碍
联系
植物体细包杂交技术应用了植物组织培养技术
项目
单倍体育种
突变体的利用
原理
染色体变异
生态突变
优点
明显缩短育种年限
产生新生态，大幅度改良某些性状
过程
项目
目的
过程
植物组织培养
获得植物体
植物细包培养
获得细包产物