2025版高考生物一轮总复习选择性必修3第10单元生物技术与工程第3讲植物细胞工程课件

第3讲植物细胞工程考情研读·备考定位课标要求核心素养1.阐明植物组织培养是在一定条件下，将离体植物器官、组织或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种细胞，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、次生代谢物生产、育种方式有效提高了生产效率。1.从细胞结构与功能观角度理解植物细胞工程的原理。(生命观念)2．构建植物细胞工程操作技术的基本流程模型。(科学思维)3．探究植物细胞工程的应用。(科学探究)考点一植物组织培养技术必备知识·夯实基础知|识|巩|固1．细胞工程的概念(1)原理和方法：应用____________、_____________和___________等多学科的原理和方法。(2)操作水平：_________水平、______水平或______水平。(3)目的：获得特定的____________________________________。细胞生物学分子生物学发育生物学细胞器细胞组织细胞、组织、器官、个体或其产品2．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______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30s，然后立即用无菌水清洗2～3次；再用____________溶液处理30min后，立即用无菌水清洗2～3次；③用解剖刀将外植体切成0.5～1cm长的小段接种将外植体的1/3～1/2插入诱导____________的培养基中，诱导脱分化，长出愈伤组织流水次氯酸钠愈伤组织转接①将生长良好的愈伤组织转接到_______________培养基上；②长出芽后再转接到_______________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诱导生芽的诱导生根的思|维|辨|析易错整合，判断正误。(1)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞全能性。(

)(2)愈伤组织是外植体经脱分化和再分化后形成的。(

)(3)愈伤组织是一团未分化、不定形的薄壁组织团块。(

)(4)培养基添加生长素和细胞分裂素后，愈伤组织一定能发育成完整的植株。(

)(5)外植体用酒精消毒后，需要用清水冲洗后再用次氯酸钠溶液进行消毒处理。(

)√×√××延|伸|探|究1．植物组织培养离体的细胞能表达全能性的原因是____________________________________，若不离体这些细胞在母体上发生______________________。本物种全部的遗传信息离体细胞含有性表达而分化基因选择2．菊花组织培养过程中，诱导外植体脱分化形成愈伤组织的培养基，其成分中是否应含有蔗糖等有机物？为什么？提示：含有；因为此时外植体不能进行光合作用制造有机物，需要依赖于环境中的有机物才能生存。3．菊花组织培养中，前后三次用到的培养基其功能分别是什么？提示：第一次：诱导外植体脱分化形成愈伤组织；第二次：诱导愈伤组织生芽；第三次：诱导愈伤组织生根。剖析难点·考点突破重|难|精|讲1．植物细胞的全能性定义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因生物体的每个细胞中都含有发育成完整个体所需的全套基因大小比较①受精卵＞生殖细胞＞体细胞；②分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞；③植物细胞＞动物细胞体现利用植物的一片花瓣、一粒花粉，甚至一个细胞，都可以繁殖出新的植株未表现及原因在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性

在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达表现条件离体、营养物质、激素、适宜的温度和pH2.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”愈伤考向围绕植物组织培养的过程和条件，考查理解能力如图为烟草植物组织培养过程的流程图。下列有关叙述正确的是(

)A．对过程①获取的根组织块应做较彻底的灭菌处理B．过程②应根据要求使用适宜的培养基，在避光的环境中进行C．过程③发生脱分化，其实质是基因的选择性表达D．用人工种皮包裹X细胞可获得烟草人工种子精|准|命|题例B解析：对过程①获取的根组织块应进行消毒处理，如果采用灭菌技术，会使根组织块失去活力，无法进行组织培养；过程②是脱分化形成愈伤组织的过程，需要在避光的环境中进行；过程③发生再分化，其实质是基因的选择性表达；用人工种皮包裹胚状体可获得烟草人工种子。〔变式训练〕

(2020·天津卷)某植物有A、B两品种。科研人员在设计品种A组织培养实验时，参照品种B的最佳激素配比(见下表)进行预实验。品种B组织培养阶段细胞分裂素浓(μmol/L)生长素浓度(μmol/L)Ⅰ诱导形成愈伤组织m1n1Ⅱ诱导形成幼芽m2n2Ⅲ诱导生根m3n3据表回答：(1)Ⅰ阶段时通常选择茎尖、幼叶等作为外植体，原因是__________________________________________。(2)在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段中发生基因选择性表达的是__________阶段。(3)为确定品种A的Ⅰ阶段的最适细胞分裂素浓度，参照品种B的激素配比(m1>2.0)，以0.5μmol/L为梯度，设计5个浓度水平的实验，细胞分裂素最高浓度应设为_____________μmol/L。程度低，容易诱导产生愈伤组织细胞分化Ⅰ、Ⅱ、Ⅲm1＋1.0(4)Ⅲ阶段时，科研人员分别选用浓度低于或高于n3μmol/L的生长素处理品种A幼芽都能达到最佳生根效果，原因是处理幼芽时，选用低浓度生长素时的处理方法为_______________________，选用高浓度生长素时的处理方法为______________________。(5)在___阶段用秋水仙素对材料进行处理，最易获得由单个细胞形成的多倍体。浸泡法(长时间处理)沾蘸法(短时间处理)Ⅰ解析：(1)在诱导愈伤组织形成时，通常采用茎尖、幼叶做外植体，因为这些部位的细胞分裂能力强、分化程度低，全能性容易表达，容易诱导产生愈伤组织。(2)Ⅰ过程愈伤组织形成是离体的植物细胞脱分化的结果，脱分化过程中细胞的结构和功能发生了明显改变，成为未分化状态；Ⅱ、Ⅲ过程形成幼芽、根的过程存在细胞的分化，分化和脱分化都存在基因的选择性表达，故Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段都存在基因的选择性表达。(3)根据题意，表中数据为品种B的最佳激素配比，若要确定品种A的Ⅰ阶段最适细胞分裂素浓度，以0.5μmol/L为梯度，可参考m1为中间值，故实验中细胞分裂素最高浓度可设为m1＋1.0μmol/L。(4)实验中用生长素处理插条的方法可选用浸泡法或沾蘸法，浸泡法时间长、所需浓度低，而沾蘸法处理时间短、所需浓度高，因此Ⅲ过程中分别选用浓度低于或高于n3μmol/L的生长素处理品种A的幼芽，都能达到最佳生根效果。(5)秋水仙素可抑制纺锤体形成，导致染色体加倍形成多倍体，愈伤组织分裂旺盛，故在Ⅰ阶段用秋水仙素处理，最易获得由单个细胞形成的多倍体。考点二植物体细胞杂交技术及植物细胞工程的应用必备知识·夯实基础知|识|巩|固1．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____________，并把杂种细胞培育成____________的技术。(2)原理：体细胞杂交利用了细胞膜的_________，杂种细胞培育成杂种植株利用了________________________。杂种细胞新植物体流动性植物细胞的全能性(3)基本过程(4)意义：_______________________________________________。(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。打破生殖隔离、实现远缘杂交育种，培育植物新品种2．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、_________的利用。突变体(3)细胞产物的工厂化生产①次生代谢物：是一类_________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__________________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______条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其______的技术。小分子植物细胞培养离体增殖思|维|辨|析易错整合，判断正误。(1)再生出细胞壁是植物体细胞原生质体融合成功的标志。(

)(2)“番茄—马铃薯”杂种植株已经实现地上结番茄，地下长马铃薯。(

)(3)初生代谢和次生代谢在整个的生命过程中始终进行。(

)√××延|伸|探|究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。剖析难点·考点突破重|难|精|讲植物体细胞杂交与植物有性杂交的比较项目不同物种体细胞杂交不同物种有性杂交同一物种杂交过程子代染色体数目2x＋2yx＋y2x(白菜)或2y(甘蓝)子代染色体组数422子代是几倍体异源四倍体异源二倍体同源二倍体子代是否可育可育不可育可育繁殖方式无性繁殖有性繁殖有性繁殖变异类型染色体变异染色体变异—设白菜细胞含2x条染色体，2个染色体组；甘蓝细胞含2y条染色体，2个染色体组。有关植物体细胞杂交的三个易错点(1)两个不同品种的植物体细胞A、B进行杂交，错认为融合的原生质体只有AB类型，其实还可能有AA和BB融合的原生质体。(2)错认为植物体细胞杂交属于有性生殖。植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此不属于有性生殖，应为无性生殖。(3)错认为杂种植株的变异类型属于基因重组。杂种植株的变异类型属于染色体变异，其染色体数通常是两亲本体细胞染色体数目之和，杂种植株属于异源多倍体。考向一围绕植物体细胞杂交技术，考查科学思维

(2024·江苏盐城调研)马铃薯四倍体栽培种没有青枯病的抗性基因，少数马铃薯野生种存在青枯病的抗性基因。由于核型等差异，野生种难以与四倍体马铃薯栽培种直接杂交繁育，为获得具有抗青枯病的马铃薯栽培种，研究人员进行了植物体细胞杂交的实验研究，过程如下图所示。下列有关叙述正确的是(

)精|准|命|题例1BA．在低渗溶液中，用纤维素酶和果胶酶处理A和B以获得两种原生质体B．培育成的马铃薯新品种与野生型或四倍体栽培种之间存在核型差异C．过程②的培养基中需添加等量的生长素类和赤霉素类植物生长调节剂D．③为再分化过程，可用DNA分子杂交技术鉴定植株的抗病性状解析：酶解法可用于去除细胞壁获得原生质体，但不能在低渗溶液中进行，否则原生质体会吸水涨破，A错误；培育成的马铃薯新品种是细胞融合的结果，其为六倍体，与野生型(二倍体)或四倍体栽培种之间存在核型差异，B正确；过程②是植物组织培养的脱分化过程，其培养基中需添加等量的生长素类和细胞分裂素类植物生长调节剂，C错误；③为再分化过程，可用DNA分子杂交技术鉴定植株的抗病基因，D错误。〔变式训练1〕

(2024·湖北黄冈调研)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错误；植物体细胞融合完成的标志是再生出新的细胞壁，B错误；“番茄—马铃薯”属于异源六倍体，C错误。考向二植物细胞工程的应用

辣椒素广泛用于食品保健、医药工业等领域，获得途径如图。下列叙述错误的是(

)A．植物组织培养的培养基中不需要加入有机营养物质B．①过程培养基中生长素含量与细胞分裂素的比例适中C．②过程需在光下进行D．果皮细胞的基因型与外植体基因型相同例2A解析：在具有叶片之前植物细胞不能进行光合作用，所以植物组织培养的培养基中需要加入有机营养物质，A错误；①过程是脱分化过程，培养基中生长素含量与细胞分裂素的比例适中，B正确；②过程是再分化过程，会产生叶，需在光下进行，C正确；由于植物组织培养属于无性生殖过程，所以果皮细胞的基因型与外植体基因型相同，D正确。〔变式训练2〕下列有关植物细胞工程的应用的叙述，正确的是(

)A．作物脱毒选取植物的分生区是因为其具有抗病毒特性B．利用植物细胞培养获得的目标产物都是次生代谢物C．突变体的利用一般选取植物组织培养的愈伤组织，其处于不断增殖状态容易受诱变因素的影响产生突变D．植物微型繁殖技术的主要优势是能保持优良品种的遗传特性C解析：

利用植物茎尖、根尖等分生组织进行培养可以使新长成的植株脱去病毒，是因为这些部位的病毒极少甚至没有病毒，A错误；愈伤组织具有旺盛的分裂能力和代谢能力，因此欲获得大量的细胞产物，可大规模培养愈伤组织细胞，获得的目标产物不都是次生代谢物，B错误；组织培养过程中经人工诱变或培养条件诱导可得到有用突变体，愈伤组织细胞分裂旺盛，容易诱导，C正确；通过微型繁殖技术可高效、快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传性状，D错误。素养提升·强化思维构|建|网|络真|题|再|现1．(2023·山东卷)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A解析：有些产物不能或难以通过化学合成途径得到，故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；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；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；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。2．(2023·广东卷)人参皂苷是人参的主要活性成分。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合，以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是(

)A．细胞融合前应去除细胞壁B．高Ca2＋—高pH溶液可促进细胞融合C．融合的细胞即为杂交细胞D．杂交细胞可能具有生长快速的优势C解析：

在细胞融合前，必须先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，再诱导原生质体融合，A正确；人工诱导原生质体融合有物理法和化学法，用高Ca2＋—高pH溶液可促进细胞融合，B正确；融合的细胞中有人参根—人参根细胞、人参根—胡萝卜根细胞、胡萝卜根—胡萝卜根细胞，只有人参根—胡萝卜根细胞才是杂交细胞，C错误；杂交细胞含两种细胞的遗传物质，可能具有生长快速的优势，D正确。故选C。3．(2023·湖北卷)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A解析：生物多样性的直接价值体现在食用、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，该成果体现了生物多样性的直接价值，A错误；植物体细胞杂交使远缘杂交不亲和的植物有可能实现遗传物质重组，创造和培养植物新品种乃至新物种，尤其在多基因控制农艺性状的改良上具有较大优势。因此可以利用该方法培育品系丙，B正确；该育种技术把栽培稻和野生稻杂交，为全球农业发展提供了新思路，C正确；品系丙的成功培育需要依靠野生稻的参与，提示我们要注重野生种质资源的保护，D正确。故选A。4．(2022·辽宁卷)蓝莓细胞富含花青素等多酚类化合物。在蓝莓组织培养过程中，外植体切口处细胞被破坏，多酚类化合物被氧化成褐色醌类化合物，这一过程称为褐变。褐变会引起细胞生长停滞甚至死亡，导致蓝莓组织培养失败。下列叙述错误的是(

)A．花青素通常存在于蓝莓细胞的液泡中B．适当增加培养物转移至新鲜培养基的频率以减少褐变C．在培养基中添加合适的抗氧化剂以减少褐变D．宜选用蓝莓成熟叶片为材料制备外植体D解析：液泡中含有糖类、无机盐、色素和蛋白质等，其中的色素是指水溶性色素，如花青素，A正确；适当增加培养物转移至新鲜培养基的频率可减少氧化剂的浓度，从而减少褐变，B正确；根据题干信息：在蓝莓组织培养过程中，外植体切口处细胞被破坏，多酚类化合物被氧化成褐色醌类化合物，这一过程称为褐变，可知在培养基中添加合适的抗氧化剂以减少褐变，C正确；一般选用代谢旺盛、再生能力强的器官或组织为材料制备外植体，D错误。5．(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D解析：愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞脱分化形成的，A错误；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出双亲的优良性状，B错误；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，C错误；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，D正确。6．(2020·北京卷)为培育具有市场竞争力的无子柑橘，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需应用植物组织培养技术D．三倍体植株可产生无子柑橘A解析：制备原生质体时，需使用纤维素酶和果胶酶去掉细胞壁，A错误；原生质体的融合依赖细胞膜的流动性，B正确；过程③将细胞培养成植株，利用的是植物组织培养技术，C正确；三倍体植株在减数分裂过程中易联会紊乱，不能形成正常的配子，因此不能形成种子，可产生无子柑橘，D正确。7．(2023·海南卷)基因递送是植物遗传改良的重要技术之一，我国多个实验室合作开发了一种新型基因递送系统(切—浸—生芽Cut－Dip－Budding，简称CDB法)。图1与图2分别是利用常规转化法和CDB法在某植物中递送基因的示意图。回答下列问题。(1)图1中，从外植体转变成愈伤组织的过程属于_________；从愈伤组织到幼苗的培养过程需要的激素有生长素和_______________，该过程还需要光照，其作用是___________________________________________________________。(2)图1中的愈伤组织，若不经过共培养环节，直接诱导培养得到的植株可以保持植株A的____________。图1中，含有外源基因的转化植株A若用于生产种子，其包装需标注_______________。脱分化细胞分裂素诱导叶绿素的形成；满足叶绿体利用光能制造有机物的需要遗传特性转基因种子(3)图1与图2中，农杆菌侵染植物细胞时，可将外源基因递送到植物细胞中的原因是_____________________________________________________________________________________。

Ti质粒中的T－DNA能将外源基因递送到植物细胞中，并与植物细胞的染色体DNA整合到一起(4)已知某酶(PDS)缺失会导致植株白化。某团队构建了用于敲除PDS基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体(含有绿色荧光蛋白标记基因)，利用图2中的CDB法将该重组载体导入植株B，长出毛状根，成功获得转化植株B。据此分析，从毛状根中获得阳性毛状根段的方