教育专用学年高中生物专题2细胞工程21植物细胞工程211植物细胞工程的基本技术学案新人教版Word格式文档下载.docx
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种类齐全、比例合适。
③植物激素：
主要是生长素、细胞分裂素。
④外界条件：
适宜的温度、pH和光照等。
⑤无菌操作。
归纳总结
1．明辨细胞全能性的几个易错点
（1）细胞的全能性指的是细胞的一种潜在能力，这种潜在能力只有在特定的环境中才能表现出来，而不是指细胞在任何条件下都能发育成完整的生物体。
（2）植物细胞的全能性较容易表现出来，高度分化的动物细胞的细胞核也具有全能性，但动物细胞的全能性目前仍难以得到验证。
（3）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。
（4）细胞表达全能性的标志是发育成完整个体而不是形成某种组织或者器官。
（5）植物的种子发育成完整植株，不能体现细胞的全能性。
因为种子中的胚已完成了早期发育，相当于新植物的幼体，而没有体现出细胞具有发育成完整植物体的潜能。
2．细胞全能性大小的分析
（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。
例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
答案 C
解析 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，每个植物活细胞都具有全能性。
例2
下列有关细胞全能性的叙述，正确的是（ ）
A．植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全套基因
B．高度分化的植物细胞只有处于离体状态时，才有可能表现出全能性
C．植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所含基因不同
D．紫色糯性玉米种子培育成植株，这反映植物种子具有全能性
答案 B
解析 细胞具有全能性的原因是细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因，而配子也具有这样的全套基因，同样具有全能性；
植物体内细胞没有表现出全能性，这是细胞内基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果；
种子是植物的器官，由种子发育成植株，是正常生命历程，不属于全能性；
细胞全能性的表达前提是离体培养的细胞、组织或器官。
二、植物组织培养技术
1．植物组织培养的概念分析
（1）理论基础：
植物细胞的全能性。
（2）前提：
离体的植物器官、组织、细胞。
（3）条件：
无菌和人工控制条件下、人工配制的培养基上、适宜的培养条件。
（4）结果：
脱分化形成愈伤组织，再诱导其再分化生成胚状体或丛芽，最终形成完整的植株。
2．胡萝卜的组织培养过程
—
↓
1．植物组织培养的一般过程
（1）外植体：
用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。
（2）脱分化：
已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。
（3）愈伤组织：
细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞团。
（4）再分化：
脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出根或芽等器官的过程。
2．植物组织培养技术的注意事项
（1）外植体的选择：
外植体脱分化的难易因植物种类、器官来源及生理状况的不同而不同。
一般来说，植物的花和幼嫩的组织脱分化相对比较容易，而植物的茎、叶和成熟的组织较难。
（2）无菌操作：
植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染，所有实验用具要严格灭菌，接种过程要进行严格的无菌操作。
（3）光照的控制：
对于植物组织培养来说，光照条件非常重要。
在愈伤组织的诱导阶段往往要避光培养，有利于细胞脱分化产生愈伤组织（如果是在光照条件下，容易分化产生维管等组织，不利于产生大量的愈伤组织）。
当愈伤组织分化出芽和叶时，一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成。
（4）生长素和细胞分裂素的用量
生长素/细胞分裂素的比值
作用效果
比值高时
促进根的分化、抑制芽的形成
比值低时
促进芽的分化、抑制根的形成
比值适中
促进愈伤组织的形成
例3
植物组织培养依据的原理、方法步骤及诱导的植物激素分别是（ ）
①细胞的全能性 ②离体的植物器官、组织或细胞③根、芽 ④生长素和细胞分裂素 ⑤生长素和乙烯⑥愈伤组织 ⑦再分化 ⑧脱分化 ⑨植物体
A．①、②⑦⑥⑧③⑨、④
B．①、②⑧⑥⑦③⑨、④
C．①、⑥②⑨⑧③⑦、⑤
D．①、②⑨⑧⑥⑦③、⑤
解析 植物组织培养的原理是细胞的全能性；
方法步骤是：
离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织，愈伤组织再分化得到根、芽，由根、芽发育成植物体；
所用激素是生长素和细胞分裂素。
例4
（2017·
山西榆社中学高二下期中）如图表示四倍体兰花叶片植物组织培养的过程，下列相关叙述正确的是（ ）
A．此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体
B．①阶段体现了细胞的全能性，②阶段需要细胞分裂素
C．①阶段有细胞增殖，但无细胞分化
D．②过程为脱分化，③过程为再分化
解析 花药离体培养得到的个体一定是单倍体植株，A错误；
①阶段是脱分化阶段，②阶段是再分化阶段，③阶段是细胞分裂分化过程，①②③体现了细胞的全能性，B、D错误；
①阶段是脱分化阶段，没有细胞的分化，只进行细胞增殖形成薄壁细胞团，C正确。
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
（1）去壁：
用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，获得原生质体。
（2）诱导原生质体融合的方法
①物理法：
离心、振动、电激等。
②化学法：
用聚乙二醇（PEG）诱导。
3．意义：
克服了不同生物远缘杂交不亲和的障碍。
1．植物体细胞杂交的原理
原生质体融合的过程利用了细胞膜的流动性，杂种细胞发育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。
2．与植物体细胞杂交技术有关的遗传知识
（1）植物体细胞杂交过程中无有性生殖细胞的结合，属于无性生殖。
（2）杂种植株的染色体来源于两种植物，变异类型是染色体数目的变异，形成的是异源多倍体。
（3）由于含有两个亲本的遗传物质，因此理论上应具有两个亲本的遗传性状。
（4）培育新品种的过程中，遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传定律。
例5
下图为“番茄—马铃薯”的培育过程示意图，有关叙述正确的是（ ）
A．获得a、b细胞需要用胰蛋白酶和果胶酶处理
B．诱导a、b细胞融合的化学试剂一般用秋水仙素
C．a、b细胞融合为c细胞的原理是生物膜具有流动性
D．d、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 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分别为脱分化和再分化。
例6
A种植物细胞（基因型为Aa）、B种植物细胞（基因型为Bb）去掉细胞壁后，诱导两种细胞的原生质体融合，形成单核的杂种细胞。
则经过组织培养得到的杂种植株是（ ）
A．二倍体，基因型为AaBb
B．二倍体，基因型为AAaaBBbb
C．四倍体，基因型为AaBb
D．四倍体，基因型为AAaaBBbb
解析 杂种植株为四倍体，基因型为AaBb。
拓展提升
植物体细胞杂交后的植物染色体组数
（1）染色体组数目＝A、B两个细胞内染色体组数之和。
（2）植物体细胞杂交后的植物，有几个染色体组就称为几倍体。
（3）举例：
二倍体白菜和二倍体甘蓝体细胞杂交得到的白菜—甘蓝有四个染色体组，为四倍体。
1．下列哪种细胞的全能性最容易得到表达（ ）
A．青蛙的皮肤细胞B．胡萝卜的韧皮部细胞
C．小白鼠的肝脏细胞D．胡萝卜的形成层细胞
答案 D
解析 细胞分化程度越低，全能性越容易表达，青蛙的皮肤细胞和胡萝卜的韧皮部细胞都是高度分化的细胞，小白鼠的肝脏细胞和胡萝卜的形成层细胞都具有分生能力，但植物细胞的全能性比动物细胞更容易表达，故胡萝卜的形成层细胞的全能性最容易表达。
2．如图为植物组织培养过程，有关说法不正确的是（ ）
A．b试管中细胞全能性最高
B．d试管中培育出的个体都是纯合子
C．a→b的过程不需要光照
D．a→d的细胞分裂方式都是有丝分裂
解析 试管中的试管苗来源相同，都是通过植物组织培养发育而成的，植株的基因型相同，但不一定是纯合子。
3．（2017·
陕西黄陵中学高二下期中）植物细胞表现出全能性的必要条件和增殖方式是（ ）
A．脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件；
减数分裂
B．导入其他植物细胞的基因；
有丝分裂
C．将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内；
D．脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件；
解析 植物细胞表现全能性的条件：
①细胞离体和适宜的外界条件；
②一定的营养（无机、有机成分）和植物激素。
植物细胞经组织培养形成植物体的过程，包括脱分化和再分化两个重要的步骤，在这两个过程中细胞都是通过有丝分裂方式进行增殖的，故选D。
4．（2017·
河南新野高二期中）植物体细胞杂交尚未解决的问题是（ ）
A．去除细胞壁，分离出有活力的原生质体
B．将杂种细胞培育成植株
C．让杂种植物按照人们的需要表现亲代的优良性状
D．尚未培育出属间杂种植物
解析 目前植物体细胞杂交产生的杂种植株并没有完全表现出人们所需要的性状。
5．（2013·
新课标Ⅱ，40节选）甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。
某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。
回答下列问题：
（1）为了培育该新型药用植物，可取甲和乙的叶片，先用________酶和________酶去除细胞壁，获得具有活力的________，再用化学诱导剂诱导二者融合。
形成的融合细胞进一步培养形成________组织，然后经过________形成完整的杂种植株。
这种培育技术称为____________________。
（2）上述杂种植株属于多倍体，多倍体是指____________________________________。
假设甲与乙有性杂交的后代是不育的，而上述杂种植株是可育的，造成这种差异的原因是____________________________________________________________。
答案
（1）纤维素 果胶 原生质体 愈伤 再分化（分化） 植物体细胞杂交技术
（2）体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体 在减数分裂过程中，前者染色体联会异常，而后者染色体联会正常
解析
（1）该新型药用植物是通过植物体细胞杂交技术获得的。
要获得有活力的原生质体才能进行体细胞杂交，因此首先用纤维素酶和果胶酶去掉植物的细胞壁，然后用PEG化学诱导剂（物理方法：
离心、振动等）诱导二者的原生质体融合。
然后采用植物组织培养技术获得杂种植株，植物组织培养的主要过程是：
先脱分化形成愈伤组织，然后再分化形成植物体，利用了植物细胞的全能性。
（2）如果植物甲、乙是两个物种，二者不能通过有性杂交产生可育后代，原因是甲、乙有性杂交所产生的后代在减数分裂过程中同源染色体联会异常，也就是存在着生殖隔离。
但植物甲、乙通过植物体细胞杂交技术产生的后代却是可育的，因为在减数分裂过程中同源染色体能完成正常的联会，产生正常的配子。
由于甲、乙都是二倍体，因此，植物体细胞杂交得到的后代是异源多倍体（四倍体）。
[对点训练]
题组一 细胞的全能性
1．下列有关细胞全能性的叙述中，不正确的是（ ）
A．受精卵在自然条件下能形成完整个体，因此全能性最高
B．生物体内细胞由于分化，全能性不能表达
C．卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高
D．植物细胞在一定条件下离体培养能表现出全能性
解析 受精卵发育成完整个体的能力最强，全能性最高，A正确；
生物体内的细胞由于分化，基因在不同的细胞中选择性表达，因而体内细胞并没有表达出全能性，B正确；
卵细胞是高度分化的细胞，C错误；
离体的植物细胞可以通过组织培养表达出全能性，D正确。
2．下列有关细胞全能性的含义的叙述，正确的是（ ）
A．每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能
B．生物体内的任何一个细胞都可以完成该个体的全部功能
C．理论上，生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜能
D．生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、生长、衰老、死亡的全过程
解析 细胞全能性是指细胞中含有本物种的整套遗传物质，具有发育成一个完整个体的潜能。
题组二 植物组织培养技术
3．下列属于植物组织培养的是（ ）
A．花粉培养成单倍体植株
B．芽发育成枝条
C．根尖分生区发育为成熟区
D．受精卵发育成植株
答案 A
解析 将花粉培养成单倍体植株，即花药离体培养，属于植物组织培养，A正确；
芽发育成枝条是自然生长过程，不属于植物组织培养，B错误；
根尖分生区发育为成熟区是自然生长过程，不属于植物组织培养，C错误；
植物组织培养包括脱分化和再分化等过程，而受精卵是个体发育的起点，发育成植株无脱分化等过程，D错误。
4．植物组织培养过程中的脱分化是指（ ）
A．植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞的过程
B．未成熟的种子经过长期培养，长出幼苗的过程
C．植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程
D．取植物的枝芽培育成一株新个体的过程
解析 植物细胞的脱分化就是让已分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能，而转变为未分化的细胞——愈伤组织的过程。
5．下列关于植物组织培养的叙述，错误的是（ ）
A．培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压
B．培养基中的生长素和细胞分裂素使用顺序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遗传物质相同
解析 采用绿色开花植物的生殖器官部位（如花药）进行培养获得的愈伤组织的遗传物质只有体细胞的一半。
题组三 植物体细胞杂交技术
6．植株甲是二倍体水稻，利用植株甲获得了植株乙，而后利用植株甲和乙又获得了植株丙和丁。
培养过程如图所示。
下列有关叙述正确的是（ ）
A．用秋水仙素处理植株甲的雌蕊柱头可获得植株乙
B．植株丙与植株丁的体细胞中染色体组的数目相同
C．植株甲与植株乙正交和反交所得种子的胚乳的基因型不同
D．获得植株丙和植株丁的过程都属于有性繁殖
解析 用秋水仙素处理植株甲萌发的种子或幼苗可得到植株乙；
图示丙植株体细胞中染色体组数应为3，而丁植株体细胞中染色体组数应为6；
获得植株丙的过程为有性繁殖，获得植株丁的过程为无性繁殖。
7．下图示“番茄—马铃薯”杂种植株的培育过程，其中①～⑤表示过程，字母表示细胞、组织或植株。
下列说法正确的是（ ）
A．①表示低渗溶液中用酶解法处理植物细胞获得原生质体
B．e是一团有特定结构和功能的薄壁细胞
C．可根据质壁分离现象鉴别杂种细胞的细胞壁是否再生
D．植物有性杂交和体细胞杂交都能克服远缘杂交不亲和的障碍
解析 原生质体在低渗溶液中会吸水涨破，应将细胞置于等渗溶液中进行酶解处理；
e是植物细胞脱分化后形成的一种无特定结构和功能的薄壁细胞；
质壁分离是指原生质层与细胞壁分离的现象，故可根据是否发生质壁分离现象来鉴定杂种细胞的细胞壁是否再生；
植物有性杂交不能克服远缘杂交不亲和的障碍。
8．驱蚊草散发的气味可在一定范围内驱除蚊子，驱蚊草是由天竺葵体细胞和香茅草体细胞杂交而得到的。
下列关于驱蚊草培育的叙述，错误的是（ ）
A．培育方法属于细胞工程育种，其优点是能克服远缘杂交不亲和的障碍
B．培育过程中要用纤维素酶、果胶酶、PEG等试剂或离心、振动、电激等方法
C．培育手段是植物体细胞杂交，它不同于植物组织培养，无愈伤组织和试管苗的形成
D．驱蚊草不能通过天竺葵和香茅草的有性杂交而获得是因为不同物种间存在生殖隔离
解析 驱蚊草是通过天竺葵体细胞和香茅草体细胞杂交而得到的，在此技术中仍需要利用植物组织培养技术，有愈伤组织和试管苗的形成过程。
[综合强化]
9．1958年，美国科学家斯图尔德应用植物组织培养技术，将二倍体胡萝卜韧皮部的一些细胞进行离体培养，最终发育成完整的新植株。
下列关于这一科学事实的叙述中，错误的是（ ）
①该实验证明了植物细胞具有全能性 ②此种生殖产生的后代有广泛的变异 ③韧皮部细胞通过减数分裂增加细胞数目 ④此种生殖产生的后代能保持亲本的性状
A．①②B．②③C．②④D．③④
解析 体细胞组织培养属于无性繁殖，其后代能保持亲本的性状，变异性小；
体细胞不能进行减数分裂。
10．现有甲、乙两种植株（均为二倍体纯种），其中甲种植株的光合作用能力高于乙种植株，但乙种植株很适合在盐碱地种植。
要利用甲、乙两种植株各自的优势，培育出高产、耐盐的植株，有多种生物技术手段可以利用。
下列采用的技术手段不可行的是（ ）
A．利用植物细胞融合技术，可获得满足要求的四倍体杂种目的植株
B．将乙种植株耐盐基因导入甲种植株的受精卵中，可培育出目的植株
C．两种植株杂交后得到F1，取其花粉，进行花药离体培养获得目的植株
D．诱导两种植株的花粉融合并培育成幼苗，幼苗用秋水仙素处理，可培育出目的植株
解析 甲、乙为不同物种，不同物种间存在生殖隔离，不能杂交或杂交产生的后代不育，所以C项不可行；
A、D项均利用了植物细胞杂交技术，细胞杂交技术可以克服不同植物远缘杂交不亲和的障碍，因此是可行的；
B项利用的是基因工程技术，可以人为地让目的基因在宿主细胞中表达，因此也是可行的。
11.从基因型为Aa的生物某植物营养器官中获取细胞，显微观察如右图。
下列对该图示细胞的叙述不正确的是（ ）
A．若将X细胞离体培养成完整植株，培养过程要用纤维素酶和果胶酶处理
B．将Y细胞离体培养成幼苗后用秋水仙素处理，所得植株可产生3种配子
C．将X和Y融合并经组织培养形成的植株为四倍体
D．X和Z细胞的形态不同，但核DNA一般相同
解析 植物体细胞杂交时，要用纤维素酶和果胶酶处理细胞，使细胞壁溶解，原生质体才能融合，如果用X细胞离体培养成植株，需经过植物组织培养，不需要破除其细胞壁；
将Y细胞离体培养成幼苗后用秋水仙素处理，所得植株（基因型为AAaa）可产生AA、Aa、aa3种配子，比例为1∶4∶1；
将X（Aa）和Y（Aa）融合并经组织培养形成的植株为四倍体（AAaa）；
X和Z细胞的形态不同，但都是由一个细胞（受精卵）发育而来，因而核DNA一般相同。
12．下图为甲种植物细胞和乙种植物细胞的结构（仅显示细胞核），下列有关叙述错误的是（ ）
A．乙植物能产生4种不同类型的花粉
B．将甲、乙两种植物杂交得到的植物为二倍体，可育
C．用纤维素酶和果胶酶可以去除植物细胞的细胞壁
D．经植物体细胞杂交得到的植物为四倍体，基因型为DdYyRr
解析 乙物种细胞具有2对分别位于2对同源染色体上的等位基因，该植物通过减数分裂能产生YR、Yr、yR、yr4种不同类型的花粉；
甲、乙是2个不同物种的植物，甲、乙杂交得到的植物为异源二倍体，减数分裂时由于染色体联会紊乱，不能产生精子和卵细胞，因此不可育；
植物细胞细胞壁的主要成分为纤维素和果胶，用纤维素酶和果胶酶可去除植物细胞的细胞壁；
甲、乙植物均为二倍体，经植物体细胞杂交（即两个体细胞融合）得到的细胞应含有四个染色体组，发育成的植物为四倍体，基因型为DdYyRr。
13．下图表示胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作接种到试管培养基上后，在一定的条件下，形成试管苗的培育过程，请据图回答下列问题：
（1）要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。
营养物质包括________和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和________两类植物激素。
（2）此过程依据的原理是____________________。
A和B阶段主要进行的分裂方式是__________，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞________等。
（3）此过程要无菌操作，主要是指对________进行灭菌处理。
B阶段需要光照，原因是____________________________________________________________________。
（4）试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因________________的结果。
答案
（1）无机物 生长素
（2）植物细胞的全能性 有丝分裂 分化 （3）培养基 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件 （4）选择性表达
解析 植物组织培养是用离体的植物组织、器官或细胞接种到经消毒灭菌的培养基中，培养基含有供组织细胞生长发育所需要的无机物和小分子有机物，还有调节细胞脱分化和再分化的细胞分裂素和生长素。
由外植体发育成试管苗，脱分化阶段细胞进行有丝分裂，再分化阶段愈伤组织细胞经有丝分裂和细胞分化形成试管苗，此阶段需要光照，原因是叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件。
14．（2017·
河南周口中英文学校高二下期中）如图为A、B不同物种间体细胞杂交示意图，请回答下列问题：
（1）去除细胞壁而不损伤细胞可用________和________处理。
在用促融剂处理时，使用的促融剂主要是____________。
（2）融合细胞中可能包括________种类型（仅考虑细胞两两融合）的情况，其中杂种细胞的遗传物质组成是______________________________。
（3）由杂种细胞经人工诱导
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