【创新方案】-2022届高三生物一轮复习教师用书-选修3-专题2-2.1植物细胞工程

一、细胞工程和细胞的全能性1．细胞工程概念的理解原理和方法细胞生物学和分子生物学操作水平细胞水平或细胞器水平目的依据人的意愿来转变细胞内的遗传物质或获得细胞产品分类植物细胞工程和动物细胞工程2.植物细胞的全能性(1)植物细胞的全能性：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整个体的潜能。(2)在生物体内细胞未表现出全能性的缘由：在特定的时间和空间条件下，基因选择性表达出各种蛋白质，从而构成不同的组织和器官。(3)表达过程①脱分化：让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞，进而形成愈伤组织。②再分化：愈伤组织在肯定的培育条件下，分化出幼根和芽，进而形成完整的小植株。二、植物组织培育技术1．理论基础植物细胞的全能性。2．定义在无菌和人工把握条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培育在人工配制的培育基上，赐予适宜的培育条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。3．过程图4．试验流程制备外植体→接种→脱分化培育→再分化培育→试管苗eq\o(→,\s\up7(移栽),\s\do5())正常植株三、植物体细胞杂交技术1．概念将不同种的植物体细胞，在肯定条件下融合成杂种细胞，并将其培育成新的植物体的技术。2．过程(1)过程①去除细胞壁的方法是：用纤维素酶和果胶酶处理。(2)过程②诱导融合eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(物理法：离心、振动、电激等,化学法：聚乙二醇PEG作诱导剂))(3)过程③表示杂种细胞再生出细胞壁。(4)过程④和⑤分别表示脱分化和再分化。3．意义克服不同生物远缘杂交的障碍。四、植物细胞工程的实际应用1．植物繁殖的新途径(1)微型繁殖①特点：保持优良品种的遗传特性。②意义：高效快速实现种苗的大量繁殖。(2)作物脱毒①选材：无病毒的植物分生区(如茎尖)。②优点：再生植株无病毒，提高产量。(3)人工种子①概念：以植物组织培育得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经人工薄膜包装得到的种子。②特点：后代无性状分别；不受气候、季节和地域限制。2．作物新品种的培育(1)单倍体育种①过程花药eq\o(→,\s\up7(离体培育),\s\do5())单倍体eq\o(→,\s\up7(染色体加倍),\s\do5())纯合子植株②优点：后代是纯合子，能稳定遗传；可以明显缩短育种年限。(2)突变体及利用①产生：在植物的组织培育过程中，由于培育细胞始终处于不断的分生状态而易受培育条件和外界压力(如辐射、化学物质等)的影响而产生突变。②利用：从产生突变的个体中筛选出对人类有用的突变体，进而培育成新品种。3．细胞产品的工厂化生产(1)细胞产品种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。(2)生产技术：植物组织培育。一、植物细胞的全能性及植物组织培育阅读教材P33～35内容，结合试验操作，探讨下列问题：1．试从材料、养分物质和外界条件方面分析实现植物体细胞全能性的条件有哪些。提示：材料离体的细胞、组织或器官培育基种类齐全、比例合适的养分物质及肯定的植物激素外界条件a.无菌操作；b.光照：愈伤组织培育最初避光培育，后期见光培育2.依据试验操作体会，总结植物组织培育过程中应留意哪些问题。提示：灭菌；严格把握光照；植物激素比值的把握。二、植物体细胞杂交技术阅读教材P36～37内容，观看分析图2－5，探讨下列问题：1．试总结细胞融合和植物体细胞杂交技术中的理论基础和完成标志。提示：理论基础完成标志细胞融合细胞膜的流淌性杂种细胞产生新的细胞壁植物体细胞杂交细胞膜的流淌性、细胞的全能性获得杂种植株2.植物体细胞杂交和多倍体育种都能获得染色体加倍的植物，试从培育原理、方法、染色体来源及数目变化角度分析二者有哪些不同。提示：植物体细胞杂交多倍体育种原理细胞的全能性、细胞膜的流淌性染色体数目变异方法通过原生质体融合和植物组织培育得到杂种植株用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，使染色体数目加倍染色体来源和数目变化通过植物体细胞杂交得到的杂种植株，其染色体数不肯定和原来的是倍数关系，由于它的染色体数是两个细胞的染色体数之和，且一般来自两种不同的植物通过染色体加倍得到的多倍体植株，其染色体数和原来的是倍数关系，且来自同一个体，加倍的是同源染色体三、细胞工程的实际应用阅读教材P38～41内容，探讨下列问题：1．微型繁殖属于无性生殖还是有性生殖？提示：无性生殖。2．选用植物分生组织细胞经组织培育可获得脱毒植物，试分析其缘由。提示：在植物分生区四周，细胞分裂格外快速，还没有形成输导组织，病毒来不及侵入，因此就成为植物体相对无病毒的特殊区域。3．分析人工种子制备与单倍体育种有哪些区分。人工种子单倍体育种 原理生殖类型过程外植体eq\o(→,\s\up7(脱分化),\s\do5())愈伤组织eq\o(→,\s\up7(再分化),\s\do5())________eq\o(→,\s\up7(包上种皮))人工种子花药eq\o(→,\s\up7(离体培育))____eq\o(→,\s\up7(秋水仙素诱导),\s\do5())纯合子性状保持亲本优良性状性状稳定遗传提示：植物细胞全能性染色体数目变异无性生殖有性生殖胚状体单倍体(重庆高考)某爱好小组拟用组织培育繁殖一种贵重花卉，其技术路线为“取材→消毒→愈伤组织培育→出芽→生根→移栽”。下列有关叙述，错误的是()A．消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又削减消毒剂对细胞的损害B．在愈伤组织培育中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞C．出芽是细胞再分化的结果，受基因选择性表达的调控D．生根时，培育基通常应含α－萘乙酸等生长素类调整剂[解析]植物组织培育中消毒的原则是既杀死材料表面的微生物，又削减消毒剂对培育材料的损害，A项正确；植物体细胞的杂交需先除去细胞壁得到原生质体，再在细胞融合诱导剂作用下获得染色体加倍的细胞，B项错误；细胞分化的实质是基因的选择性表达，C项正确；植物组织培育过程中，生根阶段的培育基中通常应含有生长素类调整剂，D项正确。[答案]B(新课标全国卷Ⅱ)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。某争辩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育形成________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，造成这种差异的缘由是________________________________________________________________________。(3)这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖，经植物组织培育得到的________________________等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。[研析]本题考查植物组织培育技术和植物体细胞杂交技术的相关学问。具体解题过程如下：[审]——提取信息信息a：由设问(1)对叶片去壁处理可知获得结构为原生质体。信息b：由设问(1)融合细胞发育为杂种植株可知先经过脱分化形成愈伤组织，然后经过再分化形成完整植株。信息c：由设问(1)“这种培育技术”中的“这种”知其包括植物组织培育和细胞融合技术等。信息d：由题干信息“甲与乙均为二倍体药用植物”可推得设问(2)甲与乙有性杂交的后代之所以不育，是由于二者有性杂交的后代无同源染色体。[析]——解读信息解读信息a、b：对甲、乙两种叶片的叶肉细胞进行去壁处理并用化学方法诱导两细胞的融合是为了获得杂种细胞，而杂合细胞的培育需脱分化和再分化等。解读信息d：甲与乙有性杂交的后代不育可理解为杂交产生的后代不能产生可育的配子，可推得甲、乙有性杂交的受精卵无同源染色体，后代进行减数分裂联会紊乱。而杂种植株则含同源染色体，联会正常即配子可育。[联]——联系基础设问(1)可联系：植物体细胞杂交的基本过程即去壁处理→细胞融合→再生新细胞壁→脱分化→愈伤组织→再分化→完整的植株。设问(2)可联系：二倍体、多倍体的概念及减数分裂过程中同源染色体的行为特征如联会正常或特别等。设问(3)可联系：人工种子的主要成分即胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等。[答]——解题规范设问(1)：第6个空，只答“组织培育技术”不得分，由于“这种培育技术”中的“这”包含上述整个过程。设问(2)：多倍体的概念包含几个关键词“体细胞”、“三个或三个以上”、“个体”，只答“细胞”不答“体细胞”、只答“三个以上”不答“个体”而答“细胞”等均不得分。答不育的缘由的关键点在“杂交的后代不育”，因此答缘由时应从减数分裂的角度作答，答“存在生殖隔离”不得分。设问(3)：把人工种子的成分答成“愈伤组织”不得分。[答案](1)纤维素果胶原生质体愈伤再分化(或分化)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，前者染色体联会特别，而后者染色体联会正常(3)胚状体、不定芽、顶芽、腋芽———————————————[课堂归纳]——————————————————[网络构建]填充：①脱分化②再分化③细胞的全能性④接种⑤细胞的全能性和细胞膜的流淌性⑥聚乙二醇⑦胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等⑧愈伤组织[关键语句]1．细胞全能性的大小依次是：受精卵>生殖细胞>体细胞。2．植物组织培育的理论基础是细胞的全能性。3．植物体细胞杂交的理论基础是细胞膜的流淌性和细胞的全能性。4．人工诱导原生质体融合的方法有物理法(离心、振动、电激)和化学法(聚乙二醇处理)。5．植物组织培育技术不仅可以保持优良品种的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。6．人工种子就是以植物组织培育得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。7．在植物的组织培育过程中，由于培育细胞始终处于不断的分生状态，因此简洁受到培育条件和外界压力的影响而发生突变。8．利用植物组织培育技术可获得的细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等，产物来自愈伤组织。1．下列属于植物组织培育的是()A．花粉培育成单倍体植株B．芽发育成枝条C．根尖分生区发育成成熟区D．受精卵发育成植株解析：选A花粉经离体培育成单倍体植株利用的是植物组织培育技术。芽发育成枝条、根尖分生区发育成成熟区都是植物的正常生长发育过程，是细胞分裂和分化的结果；植物传粉受精后形成受精卵，受精卵最终发育成植物体，属于有性生殖。2．下列实例中能体现细胞全能性的是()①用培育基培育的胡萝卜单个细胞发育成了可育的植株②植物用种子进行繁殖③烟草花药离体培育得到了单倍体植株A．①②B．①③C．②③D．①②③解析：选B用培育基培育的胡萝卜单个细胞发育成了可育的植株及烟草花药离体培育得到了单倍体植株都接受的是植物组织培育技术，体现了植物细胞的全能性。而种子是绿色开花植物的一种器官，是通过有性生殖形成的，因此，植物用种子进行繁殖没有体现植物细胞的全能性。3．下列哪种生物不能通过突变体的利用而获得()A．抗除草剂的白三叶草B．生产胰岛素的大肠杆菌C．高产的水稻D．蛋白质含量高的小麦解析：选B突变体育种可通过基因突变或染色体变异而获得高产、高抗、有机物含量丰富的品种。生产胰岛素的大肠杆菌不行能通过突变获得，一般可通过基因工程(转基因技术)获得。4．如图表示植物组织培育的大体过程，请回答问题：(1)外植体是指________________________________。由外植体通过植物组织培育技术培育出完整植株，这项技术利用了________________原理。通过组织培育技术进行植物繁育，可以很好地保持亲本的优良性状，缘由是________________________________________________________________________。(2)阶段A、B分别代表__________________________。过程①、②分别表示__________________。(3)将B结构用适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等(即人工种皮)加以包裹，可制成人工种子。为促进人工种子生长发育，人工种皮里还应当含有的物质是______________________。(4)选择人参根作为外植体进行培育，在______阶段通过发酵可大量生产人参皂甙。解析：由离体的器官、组织或细胞(外植体)通过肯定的方法培育出新的植株，操作水平为细胞水平，属于细胞工程。由于有完整个体形成，体现了植物细胞的全能性。植物组织培育经脱分化形成的愈伤组织，不仅可再分化发育成完整植株，还可通过发酵技术生产大量的细胞代谢产物。答案：(1)用于离体培育的植物器官、组织或细胞植物细胞的全能性子代遗传物质与亲代相同，不会像有性生殖一样消灭性状分别(2)愈伤组织、胚状体脱分化、再分化(3)生长调整剂(4)A(或愈伤组织)5．如图为植物体细胞杂交过程，据图回答：(1)①过程是__________________，目前最常用的方法是________________，需要的酶有________和________等。(2)②过程的发生需要进行________，通常利用离心、振动、电激等________法，而化学法常用________作诱导剂。(3)原生质体融合的关键是________的融合，其结构基础是____________________________。(4)融合后的原生质体会生出细胞壁，新细胞壁的产生与细胞内的________(细胞器)有关。解析：植物体细胞融合前需要首先利用纤维素酶、果胶酶去掉细胞壁，形成原生质体，即过程①。过程②为原生质体融合，需要进行人工诱导，人工诱导有两种方法——物理法和化学法，在化学法中常用PEG作为诱导剂。细胞原生质体融合的关键是细胞膜的融合，利用的是细胞膜的流淌性。植物细胞壁的形成与高尔基体有关。答案：(1)细胞壁的去除酶解法纤维素酶果胶酶(2)人工诱导物理PEG(3)细胞膜细胞膜具有肯定的流淌性(4)高尔基体(时间：25分钟；满分：50分)一、选择题(每小题2分，共20分)1．如图所示为植物体细胞杂交技术的过程，错误的是()A．A细胞和B细胞诱导融合前要先去除细胞壁，可用纤维素酶和果胶酶处理B．从A细胞和B细胞到C细胞的过程中，常用离心、振动、电激或聚乙二醇(PEG)诱导融合C．A细胞和B细胞融合完成的标志是再生出新的细胞壁D．植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种细胞解析：选D植物体细胞杂交技术的目的是为了获得新的植物体。2．(广东高考)培育草莓脱毒苗所接受的主要技术是()A．组织培育B．细胞杂交C．显微注射D．核移植解析：选A由于植物分生组织中病毒很少或没有病毒，常用茎尖通过组织培育技术培育脱毒苗。3．以下关于细胞全能性的描述，错误的是()A．利用海岛烟草韧皮部细胞培育出植株体现了细胞的全能性B．受精卵的全能性最高C．水稻种子培育出植株表现了细胞的全能性D．只有在离体的条件下细胞的全能性才能得以体现解析：选C细胞的全能性是指高度分化的体细胞仍旧具有发育成完整个体的潜能。4．下列哪些属于单倍体育种的优点()①缩短育种年限②得到稳定遗传的优良品种③节省人力、物力④突变率高A．①②③B．②③④C．①③④D．②④解析：选A单倍体育种是取花药进行离体培育并用秋水仙素处理后得到纯合个体的过程，从而缩短了育种年限，节省了时间和人力、物力，其原理为染色体数目变异，而不是基因突变。5．人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化生产，这是利用了该项技术的哪些特点()A．操作简洁B．使优良性状组合在一起C．培育新的性状D．高效性和保持种苗的优良遗传特性解析：选D利用植物的微型繁殖技术繁殖植物的优点是：繁殖高效快速；能保持优良品种的遗传特性。植物微型繁殖技术的方法是植物的组织培育技术，是一种无性繁殖方式，后代与亲代性状相同，操作过程并不简洁。6．人工种子的核心部分胚状体可以由悬浮培育的芽尖细胞得到，也可以通过试管培育的花粉或胚囊获得，由此人们把胚状体分为“体细胞胚”和“花粉胚”。请据此推断下列说法错误的是()A．人工种子的胚状体已经分化出胚芽、胚轴和胚根B．培育胚状体利用了植物组织培育技术C．同一种植物“体细胞胚”和“花粉胚”的染色体组的数目比为1∶1D．该项技术的成功应用体现了细胞的全能性解析：选C人工种子的培育利用了植物的组织培育技术，获得具有胚芽、胚根、胚轴等结构的胚状体，在胚状体、不定芽等外部包上人工种皮得到人工种子，其原理是细胞的全能性。C项“体细胞胚”是由植物的体细胞经过脱分化和再分化形成的，“花粉胚”是由花粉经过脱分化和再分化形成的，因此同一种植物“体细胞胚”和“花粉胚”的染色体组的数目比为2∶1。7．如图是将四倍体兰花的叶片通过植物组织培育形成植株的示意图，相关叙述中正确的是()A．②阶段会发生减数分裂过程B．①阶段需要生长素而③阶段需要细胞分裂素C．此过程体现了植物细胞具有全能性D．此兰花的花药离体培育所得到的植株为二倍体解析：选C②阶段形成胚状体是细胞分裂和细胞分化的结果，不会发生减数分裂过程；①③阶段都需要生长素和细胞分裂素的参与，但不同阶段需要的比例不同；花药离体培育得到的植株为单倍体；此过程是由离体的结构发育成完整的植株，因此体现了植物细胞的全能性。8．下列有关植物体细胞杂交的叙述，不正确的是()A．用酶解法去掉细胞壁，分别出有活力的原生质体B．诱导两种植物的原生质体融合，进而形成杂种细胞C．植物体细胞杂交技术的最终目的是获得杂种细胞D．植物体细胞杂交技术可以克服不同种间远缘杂交不亲和的障碍解析：选C植物体细胞杂交技术包含植物细胞融合与植物组织培育两个过程，其目的是获得杂种植株。9．如图为植物组织培育的基本过程。制作人工种子及生产治疗烫伤、割伤的药物——紫草素，应分别选用()A．④②B．③②C．③④D．④③解析：选B制作人工种子选用愈伤组织分化后的胚状体；生产紫草素是利用大量紫草细胞的代谢产物。10．下列有关植物细胞工程应用的叙述，不正确的是()A．以根尖、茎尖为材料利用组织培育技术可获得具有抗病毒的新品种B．利用组织培育技术获得人工种子，能保持亲本的性状C．利用组织培育技术获得紫草素，实现了细胞产物的工厂化生产D．利用植物体细胞杂交技术获得“萝卜—甘蓝”，克服了生物远缘杂交不亲和的障碍解析：选A紫草素可以通过组织培育产生紫草素的细胞来实现；植物体细胞杂交的优势是克服远缘杂交不亲和的障碍；根尖和茎尖病毒极少，甚至无病毒，可获得脱毒植株，但并非抗病毒的新品种。二、非选择题(共30分)11．(8分)如图所示胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管后，在肯定的条件下，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，培育基中应有养分物质和激素。养分物质包括________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________进行灭菌消毒。B阶段需要光照，缘由是________________________________________________________________________。(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。解析：植物组织培育是用离体的植物组织、器官或细胞接种到经消毒灭菌的培育基中，培育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，还有供调整细胞脱分化和再分化的细胞分裂素和生长素。由外植体发育到试管苗，脱分化阶段细胞进行有丝分裂，再分化阶段愈伤组织经细胞有丝分裂和分化形成试管苗，这阶段需要光照，缘由是叶中叶绿素的合成需要光照条件。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)培育基芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件(4)选择性表达12．(10分)科学家用植物体细胞杂交方法，将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合，成功地培育出了“番茄—马铃薯”杂种植株(如图)，其中①～⑤表示过程，英文字母表示细胞、组织或植株。据图回答下列问题：(1)实现过程②的技术是__________________。假如将已除去壁的植物细胞放入等渗溶液中，细胞是何外形？________________。过程②假如放在“神舟六号”飞船上则更易进行，这是由于________________________________________________________________________。(2)在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，依据的原理是____________，其中过程④相当于__________过程，⑤涉及的分裂方式为______________。(3)若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞含n条染色体，则“番茄—马铃薯”细胞内含________条染色体；若杂种细胞培育成为“番茄—马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培育得到的植株属于______倍体植株。(4)假如形成c细胞的a、b细胞都是番茄细胞，那么更简洁的得到番茄植株f的处理方法是__________________________________。解析：(1)植物体细胞杂交工程首先应当用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，然后是两种原生质体融合，原生质体放在等渗溶液中，细胞呈圆球形。(2)杂种细胞培育成为杂种植株依据的原理是植物细胞的全能性，杂种细胞的组织培育过程要经过脱分化和再分化过程，在植物组织培育过程中不涉及减数分裂，只有有丝分裂。(3)若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞含n条染色