2024-2025学年高二生物人教版选择性必修3同步练习 第2章 第1节 第2课时 植物细胞工程的应用

第2课时植物细胞工程的应用课标内容(1)举例说明植物细胞工程的应用有效提高了生产效率。(2)列举植物细胞工程在作物新品种培育方面的应用。(3)概述细胞产物的工厂化生产的原理。知识点1植物繁殖的新途径1.快速繁殖2.作物脱毒知识点2作物新品种的培育及细胞产物的工厂化生产1.作物新品种的培育(1)单倍体育种(2)突变体的利用2.细胞产物的工厂化生产(1)葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于微型繁殖。(×)提示：题述繁殖方式属于无性繁殖，不属于微型繁殖。微型繁殖是指用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。(2)脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位。(×)提示：培育脱毒苗时选用的通常是茎尖等分生组织，原因是该组织附近的病毒极少，甚至无病毒。(3)单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。(×)提示：单倍体育种的原理染色体变异和植物细胞的全能性，突变体培育的原理是基因突变和植物细胞的全能性。(4)突变体培育通常对植物的愈伤组织进行诱变处理，而工厂化生产的细胞产物也来自愈伤组织细胞。(√)(5)工厂化生产的细胞次生代谢物，其化学成分都是蛋白质。(×)提示：次生代谢物一般不是植物基本生命活动所必需的产物，次生代谢物是一类小分子有机化合物，如酚类、萜类和含氮化合物等。一、植物繁殖的新途径和作物新品种的培育【情境探疑】1.快速繁殖得到的产物会不会出现性状分离？原因是什么？提示：不会。快速繁殖利用的是植物组织培养技术，属于无性繁殖，可以保持亲本的优良性状。2.经植物组织培养培育出的脱毒苗抗病毒吗？为什么？提示：不抗病毒。“脱毒”与“抗病毒”的含义不同，前者为不含病毒或病毒含量很少，后者为能够抵抗病毒侵染。3.根据玉米单倍体育种流程示意图，回答下列问题：(1)①过程是指花药(花粉)离体培养，②过程要经过脱分化和再分化形成A植株。(2)③过程表示人工诱导染色体加倍。(3)A、B植株分别是单倍体、纯合二倍体。(4)单倍体育种为什么能为体细胞诱变育种和研究遗传突变提供理想材料？提示：因为大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。1.正确理解两种植物繁殖的新途径项目快速繁育作物脱毒概念或原理用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒。取茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒特点①高效、快速实现种苗大量繁殖②保持优良品种的遗传特性获得高产、优质的植株联系都是无性生殖2.植物体细胞杂交、单倍体育种和突变体的利用的比较项目原理过程优点植物体细胞杂交细胞膜的流动性、细胞的全能性原生质体融合、杂种细胞组织培养打破生殖隔离，实现远缘杂交，培育植物新品种单倍体育种染色体变异、细胞的全能性花药离体培养、人工诱导染色体数目加倍所获植株遗传性状相对稳定，明显缩短育种年限突变体的利用基因突变、细胞的全能性对愈伤组织进行诱变处理后再筛选提高突变率，可获得优良性状【典例应用】例1某株名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离。为了防止性状分离并快速繁殖，可以利用该植株的一部分器官或组织进行离体培养，培育出完整的植株。进行离体培养时不应采用该植株的()A.茎尖 B.子房壁C.叶片 D.花粉粒答案D解析花粉粒是经减数分裂形成的，在此过程中发生了基因重组，因而不一定能保持亲本的优良性状，D符合题意。例2(2023·天津静海区高二检测)科研人员研究了马铃薯茎尖外植体大小对幼苗的成苗率和脱毒率的影响。结果见下图，下列相关叙述错误的是()A.培育脱毒苗所依据的原理有基因突变和细胞全能性B.培育脱毒苗的过程中涉及脱分化和再分化两个阶段C.实验结果表明，茎尖越小，脱毒率越高，成苗率越低D.根据本实验，培养脱毒苗时茎尖的适宜大小为0.27mm答案A解析马铃薯茎尖病毒极少甚至无病毒，因此可利用马铃薯茎尖进行组织培养形成脱毒苗，所依据的原理是细胞全能性，A错误；培育脱毒苗的过程中利用了植物组织培养技术，涉及脱分化和再分化两个阶段，B正确；题图所示的实验结果表明，茎尖越小，脱毒率越高，成苗率越低，C正确；由实验结果可知，茎尖外植体大小为0.27mm时，脱毒率和成苗率均较高，因此马铃薯脱毒苗培养中茎尖外植体的适宜大小为0.27mm，D正确。例3(2023·山东日照高三一模)离子束诱变育种是利用离子束处理植物的种子、细胞或其他器官等，诱发其产生遗传性改变，从而获得各种各样的变异类型，经人工选择培育新品种的方法。离子束处理具有生理损伤轻、突变频率高、突变范围广等优点。下列叙述正确的是()A.离子束诱发基因突变只能发生在细胞分裂前的间期B.没有外界因素的诱发，细胞内的基因不发生突变C.离子束能诱导基因发生定向突变，获得较多的优良变异类型D.离子束诱变育种可以改变原有基因的结构而导致新品种出现答案D解析基因突变主要发生在细胞分裂前的间期，但也可以发生在其他时期，A错误；基因可以自发突变，外界因素可以提高基因突变的频率，B错误；基因突变是不定向的，C错误；离子束诱变育种可以使植物发生基因突变，改变原有基因结构，产生新的基因，导致新品种的出现，D正确。为什么用物理或化学因素处理愈伤组织更容易诱发突变？产生的变异一定符合需要吗？提示：因为愈伤组织细胞处在不断分裂过程中，细胞要进行DNA分子复制，因此更易受到诱变因素的影响而发生突变。由于突变是不定向的，所以产生的变异不一定符合需要。二、细胞产物的工厂化生产【情境探疑】紫杉醇是目前已发现的最优秀的天然抗癌药物，在临床上已经广泛应用于乳腺癌、卵巢癌和部分头颈癌和肺癌的治疗，如图是通过植物细胞工程技术工厂化生产紫杉醇的途径。(1)图中①过程为脱分化，该过程需控制好培养基中植物激素(或生长素和细胞分裂素)的比例。(2)②过程为将愈伤组织分散成单个细胞，同时需要筛选出高产紫杉醇的细胞。(3)③过程为植物细胞培养，其所依据的原理是细胞增殖。(4)生产紫杉醇的过程能否体现植物细胞的全能性？说出你的理由。提示：不能。获得紫杉醇的过程中离体的外植体并未发育成完整个体或分化成其他各种细胞，故并未体现细胞的全能性。1.植物组织培养与植物细胞培养的比较项目植物组织培养植物细胞培养原理细胞的全能性细胞增殖取材植物体细胞、组织或器官单个植物细胞或细胞团目的获得完整植物体获得植物细胞或细胞代谢产物培养基固体培养基液体培养基过程外植体eq\o(→,\s\up7(脱分化))愈伤组织eq\o(→,\s\up7(再分化))芽、根→幼苗外植体eq\o(→,\s\up7(脱分化))愈伤组织eq\o(→,\s\up7(细胞培养))细胞悬液→细胞群→细胞产物实例脱毒苗、快速繁殖作物人参皂苷的生产2.初生代谢与次生代谢的区别【典例应用】例4(多选)紫草宁具有抗菌、消炎等效果。在工厂化生产中，取紫草植株部分组织诱导形成紫草愈伤组织，再转入紫草宁形成培养基，然后再将细胞破碎后提取出紫草宁。下列相关叙述中，正确的是()A.在紫草宁的工厂化生产过程中，使用的是液体培养基B.愈伤组织无法进行光合作用，需从培养基中吸收有机物C.紫草植株组织诱导形成愈伤组织过程中遗传物质发生改变D.紫草的愈伤组织细胞在低渗溶液中不会涨破答案ABD解析细胞产物的工厂化生产需要从培养物中提取特定的成分，一般使用液体培养基，A正确；愈伤组织细胞不含叶绿体，无法进行光合作用，因此需要从培养基中吸收有机物，B正确；紫草植株组织脱分化形成愈伤组织过程中遗传物质不会发生改变，C错误；紫草的愈伤组织细胞具有细胞壁，因此其在低渗溶液中通常不会涨破，D正确。例5紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种次生代谢物，具有良好的抗肿瘤作用。科研人员采用植物细胞培养技术从红豆杉愈伤组织中提取到大量的紫杉醇。下列操作或叙述错误的是()A.通常选取红豆杉植株的茎尖或根尖组织作为外植体B.外植体脱分化成愈伤组织需要在适宜激素等条件下进行C.紫杉醇的生产需要经过再分化产生特定的组织细胞后才能产生特定的细胞产物D.高度液泡化、无定形状态的愈伤组织细胞经培养能合成紫杉醇答案C解析根据题干信息，紫杉醇的工厂化生产只需要通过脱分化得到愈伤组织，然后利用液体培养基大量培养愈伤组织细胞，从中提取目标产物。思维导图晨读必背1.微型繁殖实际是一种无性繁殖，可以保持优良品种的遗传特性。2.植物顶端分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。因此切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。3.单倍体育种极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。4.由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变。5.次生代谢物是植物代谢产生的一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物。随堂检测1.通过植物组织培养技术繁育农作物，优点不包括()A.加快繁育速度 B.保持亲本优良性状C.培育出无病毒植株 D.改变植物的基因型答案D解析植物组织培养技术不仅可以保持亲本优良的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖，A、B正确；利用该技术还可以培育脱毒苗，因为选材部位是植物顶端分生区附近的新生组织，没有或极少感染病毒，所以由此培育的脱毒苗长成的植株是无病毒植株，C正确；经该技术培育的植株跟亲本基因型相同，D错误。2.马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是()A.选择优良品种进行杂交 B.进行远缘植物体细胞杂交C.利用芽尖进行组织培养 D.人工诱导基因突变答案C解析芽尖分生能力旺盛，往往不易感染病毒，几乎不含病毒，可以利用芽尖进行组织培养获得脱毒苗。3.植物细胞工程的应用取得了显著的社会效益和经济效益，以下技术和相应优点的对应关系中，正确的是()A.微型繁殖技术——打破生殖隔离B.单倍体育种技术——利于获得突变体C.植物体细胞杂交技术——精准控制成体性状D.植物组织培养技术——不占用耕地，几乎不受季节限制答案D解析植物微型繁殖技术具有的优点是：能保持植物原有的优良的遗传特性，繁殖速度快，不受季节、气候和地域的限制等，但不能打破生殖隔离，A错误；单倍体育种可以快速获得具有优良性状的纯合子，缩短育种年限，而非有利于获得突变体，B错误；植物体细胞杂交技术的优点是克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍(或克服生殖隔离)，该技术培育的成体可能不会按照人们的意愿表达出双亲的优良性状，其原因可能是不同物种的基因在表达时相互干扰，从而不能有序表达，C错误；植物组织培养技术是在无菌和人工控制的条件下，让离体的组织和细胞在特定培养基上先脱分化得到愈伤组织，经再分化得到胚状体、丛芽等，进而得到新植株，该技术可实现作物的工厂化生产，且不占用耕地，几乎不受季节限制，D正确。4.(多选)某植株的基因型AaBb，其中A和b基因控制的性状对提高产量是有利的。利用其花粉进行单倍体育种，过程如下图所示。下列相关分析正确的是()花粉eq\o(→,\s\up7(①))植株Aeq\o(→,\s\up7(②))植株BA.该育种方法的育种原理是染色体结构变异B.过程②可用适当的低温处理，低温作用时期为有丝分裂前的间期C.若未对植株A进行筛选，则植株B中符合要求的类型约占1/4D.该育种方法的优点是缩短育种年限答案CD解析通过过程①得到的单倍体植株A，其基因型有AB、Ab、aB、ab四种，过程②是染色体加倍，原理是染色体数目变异，A错误；过程②可用适当的低温处理，作用时期为有丝分裂前期，作用机理是低温抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，B错误；通过过程①得到的单倍体植株A，其基因型有AB、Ab、aB、ab四种，比例约为1∶1∶1∶1，经过过程②处理使染色体数目加倍，获得的植株B基因型有AABB、AAbb、aaBB、aabb四种，比例约为1∶1∶1∶1，若未对植株A进行筛选，则植株B中符合要求的类型约占1/4，C正确；该育种方法能明显缩短育种年限，育种原理是染色体变异，D正确。eq\a\vs4\al(课时精练)(时间：30分钟)【基础对点】知识点1植物繁殖的新途径1.下列属于植物的快速繁殖技术的是()A.兰花的茎尖组织培育成兰花幼苗B.水稻种子萌发并长成新个体C.扦插的葡萄枝长成新个体D.柳树芽发育成枝条答案A解析水稻种子萌发并长成新个体、柳树芽发育成枝条均属于个体发育部分；扦插的葡萄枝长成新个体属于无性繁殖中的营养繁殖。2.研究发现，甘蔗茎尖经适当温度处理后组织培养获得的幼苗脱毒效果更好。下列相关叙述错误的是()A.甘蔗茎尖与其他成熟组织相比病毒含量更低B.推测过程②的温度导致部分病毒失去活性C.过程③④均属于再分化，培养基A和B的激素比例不同D.获得的脱毒苗与原甘蔗苗相比，细胞核遗传物质发生了改变答案D解析茎尖细胞含有的病毒极少甚至没有病毒，A正确；经过热水处理脱毒效果更好，其作用可能是使组织中的病毒在图中处理温度下部分或全部失活，B正确；过程③④是诱导生芽、生根，所用的培养基中生长素和细胞分裂素的含量和比例不同，C正确；图中获得脱毒苗采用的是植物组织培养技术，该技术不改变生物的细胞核遗传物质，D错误。3.下列关于植物细胞工程应用的说法，错误的是()A.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特性B.采用植物组织培养技术培养茎尖等得到的脱毒作物可提高作物产量和品质C.应用植物组织培养技术得到人参植株，然后从其细胞中提取细胞产物，可实现细胞产物的工厂化生产D.在植物的组织培养过程中，经化学或物理诱变处理可得到有用的突变体，如抗花叶病毒的甘蔗等答案C解析细胞产物的工厂化生产，一般不需要培养出完整的植株，只需要将离体细胞、组织或器官培养到愈伤组织阶段，利用细胞的分裂增殖扩增细胞数量，即可获得大量的细胞产物，C错误。知识点2作物新品种的培育4.在植物组织培养过程中，容易获得突变体的主要原因是()A.培养的细胞一直处于不断增殖的状态B.培养基营养丰富，易于植物生长C.纺锤丝的形成容易受到抑制D.DNA的复制容易受到抑制答案A解析在植物组织培养过程中，培养的细胞一直处于不断增殖的状态，容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变。5.下列关于育种的叙述，正确的是()A.单倍体育种可以缩短育种时间B.诱变育种和杂交育种均可形成新的基因C.三倍体植物不能由受精卵发育而来D.诱变获得的突变体一定表现出优良性状答案A解析单倍体育种的优点是明显缩短育种年限，原因是纯合子自交后代不发生性状分离，A正确；诱变育种可形成新的基因，杂交育种不能形成新的基因，可形成新的基因型，B错误；四倍体和二倍体杂交产生的后代是三倍体，因此三倍体植物可由受精卵发育而来，C错误；由于基因突变具有多害少利性，因此诱变获得的突变体多数表现出不利性状，不一定表现出优良性状，D错误。6.下图表示优质玉米的培育过程，据图判断下列说法中，错误的是()A.B→E过程中细胞全能性的高低发生了改变B.C试管中形成的是高度液泡化的薄壁细胞团块C.植株F一般不能直接用于扩大种植D.植株A和F体细胞中的染色体组数相同答案D解析B→C为脱分化过程，该过程中细胞的全能性增大，C→E为再分化过程，该过程中细胞的全能性降低，A正确；C试管中形成的是愈伤组织，愈伤组织由高度液泡化的薄壁细胞组成，B正确；植株F为单倍体植株，高度不育，因此一般不能直接用于扩大种植，C正确；植株A是正常的二倍体植株，而植株F是经花药离体培养获得的单倍体植株，两者体细胞中的染色体组数不同，D错误。知识点3细胞产物的工厂化生产7.(2023·山东滕州高二检测)下列有关植物细胞工程应用的分析，错误的是()A.愈伤组织细胞分裂旺盛，经诱变处理，易获得突变个体B.利用茎尖进行组织培养，可以获得脱毒苗C.利用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基因型完全相同D.利用植物细胞培养技术工厂化生产人参皂苷，提高产量答案C解析愈伤组织细胞分裂旺盛，经诱变处理，容易发生基因突变，有利于获得突变个体，A正确；茎尖几乎不含病毒，因此利用茎尖进行组织培养，可以获得脱毒苗，B正确；同一植株不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因型不一定相同，如花粉细胞培养形成的愈伤组织细胞的染色体只有体细胞的一半，基因型不同，C错误；在发酵罐中培养人参的愈伤组织细胞，可大量生产人参皂苷，提高产量，D正确。8.(2023·山东枣庄高二期中)下图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，下列叙述错误的是()A.该途径得到高产细胞群后转移到液体培养基中扩大培养B.需在无菌和人工控制的条件下进行C.经过程①细胞的形态和结构发生了变化D.过程①一般需要给予适当时间和强度的光照答案D解析过程③表示细胞大量增殖，需使用液体培养基，有利于细胞增殖，A正确；为防止杂菌污染，需在无菌和人工控制的条件下进行，B正确；题图中过程①是脱分化，经该过程细胞的形态和结构发生了变化，成为高度液泡化的薄壁细胞，C正确；过程①是脱分化过程，一般需要进行避光处理，D错误。9.辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域，其获得途径如下图所示。下列叙述错误的是()A.图中愈伤组织、脱毒苗和高产细胞系的获得都体现了植物细胞的全能性B.图中①和②分别表示辣椒组织培养中细胞的脱分化和再分化过程C.②过程中需要用适宜配比的生长素和细胞分裂素溶液处理D.用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时，常用的酶是纤维素酶和果胶酶答案A解析图中愈伤组织和辣椒素高产细胞系的获得，并没有培养成完整植株或分化成其他各种细胞，没有体现植物细胞的全能性，A错误；图中①和②分别表示辣椒组织培养中细胞的脱分化和再分化过程，B正确；②过程是再分化，该过程中需用适宜配比的生长素和细胞分裂素溶液处理，C正确；将愈伤组织用酶解法分离成单细胞时，需要分解植物细胞之间的成分，常用的酶是果胶酶和纤维素酶，D正确。【综合提升】10.(2023·湖北武汉高二期中)近年来，花卉市场上出现了一种名为“手指植物”或“试管植物”的新型工艺品，它们经植物组织培养技术获得，并终生生长在密闭的、无菌玻璃瓶内的培养基上，代谢缓慢，极具观赏价值。下列关于“手指植物”的说法，错误的是()A.购买者不需要向“手指植物”额外补充水分或营养物质B.“手指植物”的成功培育并未体现细胞全能性C.“手指植物”在培育过程中要经历脱分化和再分化D.“手指植物”的培育方式属于无性繁殖答案B解析“手指植物”是人们通过植物组织培养技术培养获得的，故培养基能够满足它生长发育的需求，不需要再额外补充，A正确；“手指植物”为个体水平，其培育过程体现了植物细胞全能性，B错误；植物组织培养过程中，需要经历脱分化形成愈伤组织，再分化形成完整植株，C正确；植物组织培养过程中，没有经过两性生殖细胞的结合，属于无性生殖，故“手指植物”的培育方式属于无性繁殖，D正确。11.(多选)下图是某二倍体植物通过花药进行单倍体育种的过程示意图，下列叙述正确的是()A.图中过程②涉及细胞的分裂和分化，细胞进行有丝分裂B.秋水仙素能促进着丝粒分裂，导致细胞染色体数目加倍C.图中过程③为了促进生芽，可增加培养基中细胞分裂素的比例D.过程④应将炼苗后的植株移栽到普通土壤中答案CD解析题图中过程②是脱分化，细胞通过有丝分裂过程实现细胞增殖，实质是细胞恢复分裂能力，无分化过程，A错误；秋水仙素能抑制纺锤体的形成，在着丝粒分裂后，子染色体不能移向细胞的两极，导致细胞中染色体数目加倍，B错误；植物组织培养过程中需要利用生长素和细胞分裂素，其中生长素比例大时能够促进根的分化，而细胞分裂素比例大时能够促进芽的分化，C正确；过程④炼苗时已经将植物在消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中培养，然后移栽到普通土壤即可，D正确。12.(多选)下图所示为利用二倍体西瓜的品种甲和品种乙培育其他新品种的流程图。下列相关叙述错误的是()A.品种丁高度不育，品种丙和品种甲属于不同物种B.品种丁不能结出有子果实的原因是品种丁不能进行减数分裂C.图中①④⑤过程所用到的试剂都是秋水仙素D.由品种甲和品种乙培育出品种戊的原理只有染色体数目变异答案BCD解析品种丁是三倍体西瓜，高度不育，所以其亲本品种丙和品种甲存在生殖隔离，属于不同物种，A正确；品种丁不能结出有子果实的原因是品种丁在进行减数分裂过程中，同源染色体联会紊乱，不能产生正常配子，B错误；图中①和④过程所用试剂为适宜浓度的秋水仙素，⑤过程所用试剂是适宜浓度的生长素或生长素类植物生长调节剂，C错误；由品种甲和品种乙培育出品种戊的原理有基因重组、植物细胞的全能性和染色体数目变异，D错误。13.(多选)(2023·辽宁省本溪高二检测)下列有关植物组织培养的叙述，错误的是()A.对外植体和培养基需要高压蒸汽灭菌处理B.在愈伤组织培养基中加入促进细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞C.愈伤组织是细胞脱分化的结果，受基因选择性表达的调控D.用茎尖等分生组织培养能得到脱毒植株答案AB解析为了防止杂菌污染，对外植体需要进行消毒处理，对培养基需要进行高压蒸汽灭菌处理，A错误；植物细胞的最外层是细胞壁，需要去除细胞壁后才能实现诱导原生质体融合，B错误；愈伤组织是细胞脱分化的结果，受基因选择性表达的调控，C正确；茎尖含有的病毒较少，甚至没有病毒，所以用茎尖等分生组织培养能得到脱毒植株，D正确。14.(2023·辽宁大连高二检测)青蒿素被誉为“世界上唯一有效的疟疾治疗药物”，几乎不溶于水，且对热不稳定，所以提取工艺一直难以突破。中国科学家