第40讲植物细胞工程（讲义）（教师版）

第40讲植物细胞工程1.理解植物细胞的全能性；2.说出实现细胞全能性的条件；3.掌握植物组织培养的概念及原理；4.简述植物组织培养流程。考点要求考题统计考情分析植物细胞工程的基本技术2023，浙江、江苏、湖北辽宁、广东，选择2022，重庆、辽宁浙江（2道）本专题知识难度较高、基础性强。考查学生对植物细胞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。植物细胞工程的应用2023，山东，选择2023，辽宁，填空考点一植物细胞工程的基本技术1.植物细胞工程概念：与基因工程相比，细胞工程是细胞或细胞器水平上的生物技术，后者是分子水平上的生物技术2.理论基础：植物细胞的全能性物组织培养中培养基中需添加适宜浓度的蔗糖溶液，目的是：①提供营养物质。②维持细胞渗透压。碳源（蔗糖）、氨基酸、维生素和植物激素（生长素和细胞分裂素）等（1）植物组织培养技术①定义和流程消毒与灭菌：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。无菌操作的目的可能有：防止污染的微生物与培养物竞争营养物质。微生物生长过程中会产生有害的物质，导致培养物死亡。②探究实践——菊花的组织培养【教材拾遗】教材隐性知识：源于选择性必修3P116“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0.5mg/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2～3mg/L和～0.3mg/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0.1mg/L。【总结归纳】总结：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(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（3）若外植体是取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，愈伤组织中没有（“有”“没有”）叶绿体，原因是外植体通过脱分化后失去了其特有结构和功能而转化为未分化的细胞。（4）植物组织培养中的培养基是固体培养基（物理状态），故培养基中一般加入了凝固剂琼脂。（5）在脱分化时否（是/否）需要光照,在再分化时需要光照的原因是芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照。（6）植物生长调节剂的在培养基中的用量要考虑组织内源激素的含量。只有准确把握内源激素和外源激素的协同作用，才能有效地操作植物组织培养中的”激素杠杆”，用好植物生长调节剂这根“魔术棒”1.下图表示玉米(2n=20)的花药离体培养及单倍体育种的大致过程。下列叙述错误的是()A.过程①是脱分化,形成的愈伤组织细胞处于未分化状态B.过程②进行的是有丝分裂,植株A是从试管苗中筛选出的可育二倍体C.过程①和②均要使用生长素和细胞分裂素,但两种激素的比例不同D.可用体积分数为70%的酒精对花药进行消毒处理答案:B解析:过程②是愈伤组织进行再分化的过程,植株A是由花药离体培养而得的单倍体,B项错误。工程技术手段(2)植物体细胞杂交技术①定义: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A.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？答案：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。B.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？答案不一定，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。C.上述细胞融合过程的完成与什么细胞器密切相关？答案线粒体和高尔基体。D.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：➊上述所获得杂种植株遗传特性有何特点？答案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。➋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。➌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。➍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？答案不遵循。➎植物体细胞融合形成杂种细胞不是（是/不是）标志着植物体细胞杂交技术的完成？杂种植株有两种生物性状的原因：含有双亲的遗传物质。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。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。【教材拾遗】教材隐性知识：源于选择性必修3P36“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。例2.通过植物体细胞杂交技术和诱导多倍体产生，尝试写出产生多倍体的思路：A.同源多倍体的产生：（1）直接利用一定浓度的秋水仙素或低温处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体（2）植物体细胞杂交B.异源多倍体的产生（1）若是亲缘关系较近的生物可以杂交，再利用一定浓度的秋水仙素或低温处理幼苗，获得多倍体（2）植物体细胞杂交例3.右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：

（1）步骤①是，最常用的方法是。

（2）步骤②一般常用的化学试剂是，目的是。（3）在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，此技术运用的原理是，其中步骤④相当于，步骤⑤相当于。（4）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株。使能够在新的植物体上有所表现，其根本原因是。若远缘杂交亲本A的基因型为AaBb，B的基因型为YYEe，则融合后形成的杂种植株基因型是。

（6）从理论上讲，杂种植株的育性。若运用传统有性杂交方法能否实现？；原因是。

因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于。

（7）利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种过程中，遗传物质的传递为何不遵循孟德尔的遗传规律？答案：去除细胞壁，分离原生质体酶解法聚乙二醇（PEG）诱导植物原生质体融合细胞的全能性脱分化再分化远缘杂交亲本的遗传特征杂种植株获得双亲的遗传物质AaBbYYEe可育不能不同种生物之间存在生殖隔离克服了远缘杂交不亲和的障碍因为孟德尔遗传规律发生在有性生殖减数分裂产生配子时，而植物体细胞杂交育种属于无性生殖。考点二植物细胞工程的应用1.植物繁殖的新途径2.作物脱毒【背景】马铃薯和草莓都是无性繁殖的作物，它们感染的病毒很容易传播给后代。病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低，品质变差。①作物脱毒的材料：分生区（如茎尖）的细胞。选择该种细胞更易获得脱毒苗的理由是：a.植物分生区细胞病毒少，甚至没有病毒；b.分生物细胞分化程度低，分裂能力强，全能性更高。②作物脱毒所应用的技术：植物组织培养。③获得无病毒植株与抗病毒植株应用的生物学技术一样？3.作物新品种的培育：单倍体育种、突变体的利用。4.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。【教材拾遗】教材隐性知识：源于选择性必修3P41“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。5.红薯是我国种植面积较大的一类作物,但长期以来的连种,造成了红薯品种退化,产量和品质逐年下降,其主要原因是所用的种薯携带了大量的病毒。研究人员利用现代生物技术,对红薯进行脱毒培养。下列说法错误的是()A.可以选择红薯茎尖或根尖的分生区作为外植体B.若选择的外植体体积过大,可能会导致脱毒率降低C.培育红薯脱毒苗的过程中,需要适时调整激素的比例D.培育红薯脱毒苗过程中,激素使用不当会导致性状分离答案:D解析:培育红薯脱毒苗过程中,细胞分裂的方式为有丝分裂,激素使用不当不会导致性状分离,D项错误。1．（2023·辽宁·统考高考真题）用含有不同植物生长调节剂配比的培养基诱导草莓茎尖形成不定芽，研究结果如下表。下列叙述错误的是（

）123456789106BA（mg·L1）1NAA（mg：L1）0．050．10．20．30．52，4D（mg：L）0．050．10．20．30．5不定芽诱导率（%）68757769598192837061注：诱导率=出不定芽的外植体数/接种的外植体数×100%A．培养基中NAA/6BA比例过高，不利于不定芽的诱导B．推断6BA应为细胞分裂素类植物生长调节剂C．该研究的结果可指导草莓脱毒苗的生产D．相同条件下，NAA诱导草莓茎尖形成不定芽的效果优于2，4D【答案】D【分析】分析题表：自变量为植物生长调节剂种类和配比，因变量为不定芽诱导率；培养基中NAA/6BA比例逐渐增大时，不定芽诱导率先上升后降低，培养基中2，4D/6BA比例逐渐增大时，不定芽诱导率先上升后降低，相同的NAA/6BA和2，4D/6BA的配比下，培养基中使用2，4D/6BA更有利于诱导形成不定芽。【详解】A、由题表可知，培养基中NAA/6BA比例逐渐增大时，不定芽诱导率先上升后降低，且当NAA/6BA比例为时，不定芽诱导率最低；故培养基中NAA/6BA比例过高，不利于不定芽的诱导，A正确；B、不定芽的形成需要细胞分裂素和生长素，题表中NAA和2，4D属于生长素类植物生长调节剂，故推断6BA应为细胞分裂素类植物生长调节剂，B正确；C、草莓脱毒苗的生产过程中需要诱导形成不定芽，故该研究的结果可指导草莓脱毒苗的生产，C正确；D、由题表相关数据可知：相同条件下，2，4D诱导草莓茎尖形成不定芽的效果优于NAA，D错误。故选D。2．（2023·山东·高考真题）利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖，可获得植物细胞的某些次生代谢物。下列说法正确的是（

）A．利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物B．植物细胞体积小，故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产C．次生代谢物是植物所必需的，但含量少，应选择产量高的细胞进行培养D．该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量【答案】A【分析】由于植物细胞的次生代谢物含量很低，从植物组织提取会大量破坏植物资源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到，因此人们期望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。【详解】A、有些产物不能或难以通过化学合成途径得到，故可利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物，A正确；B、利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖，可获得植物细胞的某些次生代谢物，故可通过该技术进行植物细胞产物的工厂化生产，B错误；C、次生代谢物不是植物生长所必需的，其含量少，可以通过增加细胞的数量来增加次生代谢产物的产量，C错误；D、细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞分裂的培养条件，提高了多个细胞中次生代谢物的含量，不能提高单个细胞中次生代谢物的含量，D错误。故选A。3．（2023·江苏·统考高考真题）研究者通过体细胞杂交技术，探索利用条斑紫菜和拟线紫菜培育杂种紫菜。下列相关叙述正确的是（）A．从食用紫菜的动物消化道内提取蛋白酶，用于去除细胞壁B．原生质体需在低渗溶液中长期保存，以防止过度失水而死亡C．检测原生质体活力时可用苯酚品红或甲紫溶液处理，活的原生质体被染色D．聚乙二醇促进原生质体融合后，以叶绿体颜色等差异为标志可识别杂种细胞【答案】D【分析】植物体细胞杂交是指将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种新培育成新植物体的技术。【详解】A、从食用紫菜的动物消化道内提取蛋白酶，不能用于去除细胞壁，因为紫菜细胞的细胞壁成分中没有蛋白质，A错误；B、获得的原生质体若处在低渗溶液中，会吸水涨破，B错误；C、检测原生质体活力时可用台盼蓝染色，活的原生质体不能被染色，C错误；D、聚乙二醇作为诱导剂可促进原生质体融合，对于杂种细胞可以叶绿体颜色等差异为标志来进行识别，D正确。故选D。4．（2023·湖北·统考高考真题）栽培稻甲产量高、品质好，但每年只能收获一次。野生稻乙种植一次可连续收获多年，但产量低。中国科学家利用栽培稻甲和野生稻乙杂交，培育出兼具两者优点的品系丙，为全球作物育种提供了中国智慧。下列叙述错误的是（）A．该成果体现了生物多样性的间接价值B．利用体细胞杂交技术也可培育出品系丙C．该育种技术为全球农业发展提供了新思路D．品系丙的成功培育提示我们要注重野生种质资源的保护【答案】A【分析】生物多样性的直接价值提现在食用、药用、文学艺术创作等，间接价值体现在调节生态系统的功能上，培育新品系不属于间接价值，潜在价值指的是尚未发现的。植物体细胞杂交是以原生质体培养为基础，人工诱导使不同亲本原生质体融合，并通过对异核体的培养产生体细胞杂种的技术。体细胞杂交在转移抗逆性状，进行作物改良，实现远缘重组，创造新型物种，以及定向转移胞质基因控制的性状和利用配子一体细胞杂交产生三倍体植物上显示出重要的应用前景，并对丰富种质、保持和促进生物多样性具有重大的意义。【详解】A、生物多样性的直接价值提现在食用、药用、文学艺术创作等，间接价值体现在调节生态系统的功能上，培育新品系不属于间接价值，A错误；B、植物体细胞杂交是以原生质体培养为