新教材高中生物选择性必修3课件：2 1 1 植物细胞工程的基本技术(人教版)

第1课时

植物细胞工程的基本技术1.概述植物组织培养的原理和过程。2.概述植物体细胞杂交的原理和过程。学习目标一、细胞工程概念及植物组织培养技术二、植物体细胞杂交技术网络构建课时对点练内容索引一、细胞工程概念及植物组织培养技术1.细胞工程(1)概念：应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过

、

或

上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。(2)分类：依据操作对象分

工程和

工程。教材梳理预习新知夯实基础细胞器细胞组织水平植物细胞动物细胞2.细胞的全能性(1)定义：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整

或分化成其他

的潜能。(2)在生长发育过程中，细胞不能表现出全能性的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会

地表达。3.植物组织培养：将

的植物器官、组织或细胞等，培养在________

，给予适宜的培养条件，诱导其形成

的技术。生物体各种细胞选择性离体人工配制的培养基上完整植株(1)植物体的任何细胞都具有全能性，也都能表现出全能性(

)(2)脱分化和再分化是植物组织培养的重要过程(

)(3)在植物组织培养时，对外植体要进行灭菌处理(

)(4)诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基完全一样(

)判断正误×√××探讨点植物组织培养过程1.请结合右图中植物组织的变化写出植物组织培养的基本流程：核心探讨突破重难强化素养2.请完善下列基本概念外植体：用于植物组织培养的

植物器官、组织或细胞。愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、

组织团块。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

细胞的过程。再分化：愈伤组织重新

成根、芽等器官的过程。离体的不定形的薄壁未分化分化3.请完善菊花植物组织培养的实验步骤，并思考以下问题：酒精无菌水次氯酸钠无菌水无菌无菌滤纸愈伤组织生芽生根长壮开花(1)为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？提示避免杂菌与培养物竞争营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。(2)高度分化的细胞是如何启动细胞分裂、脱分化和再分化的？提示需要在一定的激素和营养等条件的诱导下。(3)在植物组织培养的过程中，如何控制光照条件？提示脱分化过程中一般不需要光照，但是再分化过程中需要给予适当时间和强度的光照。1.植物组织培养的理论基础：植物细胞全能性。2.植物组织培养的条件：①离体；②无菌；③培养基；④适宜的培养条件。3.体现细胞全能性的条件核心归纳材料离体的细胞、组织或器官培养基种类齐全、比例合适的营养物质及一定比例的植物激素外界条件①无菌操作；②光照：诱导愈伤组织时一般不需要光照，再分化时需要光照4.生长素和细胞分裂素用量的比例对植物细胞发育方向的影响生长素用量与细胞分裂素用量的比值结果比值高有利于根的分化，抑制芽的形成比值低有利于芽的分化，抑制根的形成比值适中促进愈伤组织的形成愈伤组织的细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的无定形状态的细胞。愈伤组织形成以后，如果在原来的培养基上继续培养，就会由于培养基中养分不足或有毒代谢产物，导致愈伤组织生长停止，甚至老化变黑乃至死亡。如果要愈伤组织继续生长增殖，必须定期地将它们分成小块，接种到新鲜的培养基上，这样愈伤组织就可以长期保持旺盛的生长。愈伤组织的再分化主要有两种方式。一种是不定芽方式，就是在某些条件下，愈伤组织的细胞发生分化，形成不同的器官原基，再逐渐形成芽和根。另一种是胚状体方式，就是由愈伤组织诱导分化出的具有胚芽、胚根、胚轴的类似于胚的结构。能够产生胚状体的愈伤组织常见于胡萝卜、芦笋、玉米和小麦等植物。拓展阅读1.(2021·辽宁高二期中)下列有关菊花组织培养的叙述，错误的是A.对外植体需要消毒处理，对培养基需要高压蒸汽灭菌处理B.产生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.要先诱导生根后再转接到诱导生芽培养基上进一步形成试管苗D.幼苗要先移植到消过毒的蛭石或者珍珠岩等环境下生活一段时间典题应用及时反馈知识落实√解析将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上培养，长出芽后再诱导生根，C错误。2.(2021·合肥检测)植物组织培养依据的原理、培养基本过程的顺序及诱导的植物激素分别包括①植物细胞的全能性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完整植株A.①、②⑦⑥⑧③⑨、④B.①、②⑧⑥⑦③⑨、④C.①、⑥②⑨⑧③⑦、⑤D.①、②⑨⑧⑥⑦③、⑤√二、植物体细胞杂交技术教材梳理预习新知夯实基础1.概念：将

的植物体细胞，在一定条件下融合成

，并把杂种细胞培育成新

的技术。不同来源杂种细胞植物体2.过程细胞壁细胞壁杂种细胞(1)去壁：用

去除植物细胞壁，获得原生质体。(2)人工诱导原生质体融合的方法①物理法：

等。②化学法：

融合法、

融合法等。3.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

性，杂种细胞发育成杂种植株利用了植物细胞的

。4.意义：打破

、实现远缘杂交育种，培育植物新品种。纤维素酶和果胶酶电融合法、离心法聚乙二醇(PEG)高Ca2＋—高pH流动全能性生殖隔离(1)植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种细胞(

)(2)植物体细胞杂交利用了植物组织培养技术(

)(3)植物原生质体融合的原理是植物细胞的全能性(

)判断正误×√×探讨点植物体细胞杂交技术1.A种原生质体与B种原生质体融合后，有哪几种类型(只考虑两两融合)？而我们需要的是哪种类型？所以原生质体融合后，我们要进行怎样的处理？核心探讨突破重难强化素养提示有3种类型：AA、BB、AB；我们需要的是AB；因此要对融合后的原生质体进行筛选。2.若A细胞具有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。B细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则通过植物体细胞杂交技术获得的新植株的染色体条数：

；染色体组数：

；基因型：

；属于可遗传变异类型中的

。2x＋2y4个AabbccDd染色体数目变异1.植物体细胞杂交过程核心归纳步骤图解技术原生质体的获取

酶解法：纤维素酶和果胶酶去除细胞壁原生质体的融合原理：细胞膜的流动性

杂种植株的形成植物组织培养2.植物体细胞杂交与植物组织培养的比较(1)原理①植物体细胞杂交的原理：a.细胞膜的流动性；b.植物细胞的全能性。②植物组织培养的原理：植物细胞的全能性。(2)过程植物体细胞杂交包括原生质体融合和植物组织培养等过程。(3)繁殖方式植物组织培养和植物体细胞杂交都属于无性繁殖；并且后者还能打破生殖隔离，实现远缘杂交。3.杂种植株遗传物质的变化(1)细胞融合属于染色体变异，杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和。(2)染色体组数通常也是两亲本细胞染色体组数之和，形成异源多倍体。4.特别提醒(1)原生质体融合成功的标志是再生出细胞壁。(2)植物体细胞杂交的结果是获得杂种植株。(3)植物体细胞杂交的培养基中要添加蔗糖溶液且浓度略大于原生质体内的浓度，不仅能为原生质体提供营养，而且还能维持一定的渗透压，使原生质体保持正常的形态。3.下图为“番茄—马铃薯”的培育过程示意图，下列有关叙述正确的是典题应用及时反馈知识落实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为秋水仙素C.a、b细胞融合为c细胞的原理是细胞膜具有流动性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，获得原生质体；诱导a、b细胞融合的化学试剂一般为聚乙二醇；d、e分别为脱分化和再分化过程。4.(2021·葫芦岛市第八高级中学高二期中)实验人员制备了矮牵牛(2n＝14)红色花瓣(液泡呈红色)与枸杞(4n＝48)叶肉细胞的原生质体，并诱导其融合，经筛选、培养获得杂种植株。下列说法错误的是A.生成杂种细胞标志着植物体细胞杂交成功B.可以突破自然生殖隔离的限制而得到种间杂种植株C.若原生质体均为两两融合，则融合后的细胞中染色体数目可能为62条

或28条或96条D.参与杂种细胞的细胞壁形成的细胞器主要是线粒体和高尔基体√解析生成杂种细胞还不能标志植物体细胞杂交成功，培育成杂种植株才标志着植物体细胞杂交成功，A错误；植物体细胞杂交打破了生殖隔离，克服了远缘杂交不亲和的障碍，B正确；若原生质体均为两两融合，则融合后的细胞中染色体数目可能为62条(14＋48)或28条(14＋14)或96条(48＋48)，C正确；植物细胞细胞壁的形成主要与高尔基体有关，同时需要线粒体提供能量，D正确。网络构建课时对点练题组一细胞的全能性1.下列有关植物细胞全能性的说法，错误的是A.体细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因B.高度分化的细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性C.植物细胞的全能性是植物组织培养的理论基础之一D.从一粒玉米种子长成一棵植株体现了细胞具有全能性对点训练1234567891011121314151617√18解析植物的体细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因，即植物细胞的全能性，也是植物组织培养的理论基础之一，A、C正确；高度分化的细胞只有处于离体状态且有适宜的生长条件时才有可能表现出全能性，B正确；从一粒玉米种子长成一棵植株是自然生长过程，不能体现植物细胞的全能性，D错误。1234567891011121314151617182.利用植物的花瓣就能培育出完整的植株，下列相关叙述不正确的是A.组成花瓣的细胞具有全能性B.花瓣细胞中有个体发育所需的全套遗传物质C.利用花瓣培育出完整的植株涉及细胞分裂和细胞分化D.在生物的生长发育过程中，细胞都能表现出全能性12345678910111213151617√1418解析花瓣细胞属于植物的体细胞，因其细胞中具有个体发育所需的全套遗传物质，所以，花瓣细胞具有全能性，A、B正确；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，而是分化为各种组织和器官，由花瓣培育出完整植株，其前提是花瓣必须离体培养，且处于适宜的培养条件，在培养过程中涉及细胞分裂和细胞分化，C正确，D错误。123456789101112131516171418题组二植物组织培养3.(2021·浙江湖州中学高二月考)下列关于影响植物组织培养的因素的叙述，错误的是A.幼嫩组织较成熟组织易培养成功B.给离体幼茎消毒需要用到次氯酸钠溶液C.植物组织培养需要适宜的温度环境D.生长素与细胞分裂素的含量比值较高时，有利于芽的形成1234567891011121315161714√18解析幼嫩组织细胞的分化程度较成熟组织细胞的低，因此幼嫩组织较成熟组织易培养成功，A正确；植物组织培养时需要用体积分数为70%的酒精和质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液对离体幼茎进行消毒，B正确；生长素与细胞分裂素的含量比值较高时，有利于根的形成，D错误。1234567891011121315161714184.下列有关植物组织培养过程中形成的愈伤组织的说法，错误的是A.愈伤组织是离体植物细胞经过脱分化和再分化形成的B.培养基中生长素和细胞分裂素的比值不同，愈伤组织分化的结果不同C.愈伤组织为一团不定形的薄壁细胞D.愈伤组织在一定条件下培养可以形成完整的植株1234567891011121315161714解析愈伤组织是离体植物细胞经过脱分化形成的，A错误。√185.如图为植物组织培养过程，下列有关说法正确的是1234567891011121315161714A.实验中②试管中细胞全能性最高B.④试管中培育出的个体都是纯合子C.①→②过程需要光照D.①→④过程培养基保持不变√18解析④试管中培育出的个体不一定是纯合子，如果外植体取自纯合子，培育出的个体一定是纯合子，如果外植体取自杂合子，培育出的个体一定是杂合子，B错误；①→②过程为脱分化的过程，一般不需要光照，C错误；①→②过程为脱分化的过程，②→③过程为再分化过程，脱分化和再分化过程中所用的培养基成分不同，D错误。1234567891011121315161714186.菊花的组织培养过程中体现无菌操作的有①用体积分数为70%的酒精擦拭超净工作台台面②自来水冲洗菊花茎段③无菌水清洗外植体④将外植体在次氯酸钠溶液中处理30min

⑤无菌吸水纸处理

⑥培养基灭菌⑦不经灭菌的培养基A.①②③④⑤⑥ B.①③④⑤⑥C.①②④⑤⑥ D.①②④⑤⑦1234567891011121315161714√1812345678910111213151617解析用体积分数为70%的酒精擦拭超净工作台台面，避免接种过程中感染杂菌；自来水冲洗是为了冲掉菊花茎段上的灰尘、泥土等，而自来水中含有杂菌；无菌水清洗是为了洗去外植体上的酒精等，不用自来水是为了防止自来水中的杂菌污染外植体；在次氯酸钠溶液中处理30min是为了给外植体消毒；使用无菌吸水纸的目的是在吸干外植体表面水分的同时防止杂菌污染；培养基灭菌是为了防止培养基上长出杂菌。1418题组三植物体细胞杂交技术7.(2021·山东济宁质检)植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是A.细胞壁阻碍了原生质体的融合B.细胞壁使原生质体失去活力C.植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁D.细胞壁不是原生质体的组成部分1234567891011121315161714√18解析植物细胞膜外有细胞壁，具有支持和保护的作用，细胞壁阻碍了原生质体的融合，因此在进行植物体细胞杂交之前，需去除细胞壁，A正确；细胞壁对原生质体有保护作用，不影响原生质体的活力，B错误；植物体细胞具有细胞壁这个结构，C错误；细胞壁不是原生质体的组成部分，但不是植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因，D错误。1234567891011121315161714188.如图是甲、乙两种植物体细胞杂交的过程，下列有关分析不正确的是1234567891011121315161714A.过程①表示用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁B.过程②的原理为细胞膜的选择透过性C.过程③是杂种细胞再生出细胞壁的过程D.过程④和⑤分别表示脱分化、再分化过程√18解析过程①为酶解法去除细胞壁，利用了纤维素酶和果胶酶，A正确；过程②为原生质体融合的过程，其原理是细胞膜的流动性，B错误。1234567891011121315161714189.设计植物体细胞杂交实验是为获得性状优良的新品种作物，通常不需要考虑的是A.选择具有优良性状的亲本B.选择去除细胞壁的酶C.亲本间存在的生殖隔离D.培养基中生长素和细胞分裂素的浓度及比例1234567891011121315161714√解析植物体细胞杂交可打破生殖隔离，实现不同生物间远缘杂交育种，故通常不需要考虑亲本间存在的生殖隔离，C符合题意。1810.如图表示利用植物体细胞杂交技术获得杂种植物白菜—甘蓝的过程，以下说法错误的是1234567891011121315161714A.①过程表示利用酶解法去除细胞壁获得原生质体的过程B.②过程可用聚乙二醇诱导原生质体融合C.③过程中高尔基体活动旺盛D.最终获得的杂种植株体细胞内含19条染色体√18解析最终获得的杂种植株体细胞内含有两个亲本的全部遗传物质，即含有20＋18＝38(条)染色体，故D项错误。12345678910111213151617141811.在菊花的组织培养操作完成了3～4d后，观察同一温室中的外植体，发现有的外植体正常生长，有的外植体死亡，你认为外植体死亡的原因不可能是A.外植体来自衰老的植物组织，其中细胞活性低或结构不完整B.接种时培养基灭菌不彻底，接种工具灼烧后未待冷却就接种外植体C.培养过程中保持温度、pH的适宜，但没有及时调整各种营养物质、

激素的比例D.愈伤组织形成初期没有给予充足的光照综合强化1234567891011121315161714√18解析愈伤组织形成过程中，细胞还没有开始再分化，也不可能进行光合作用，所以愈伤组织形成初期不需要充足的光照。12345678910111213151617141812.(2019·江苏，20)为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力，某研究小组的实验过程如图。下列叙述正确的是A.过程①获得的原生质体需悬浮在30%蔗糖溶液中B.过程②需提高生长素的比例以促进芽的分化C.过程③需用秋水仙素处理诱导细胞壁再生D.原生质体虽无细胞壁但仍保持细胞的全能性1234567891011121315161714√18解析过程①是制备原生质体，获得的原生质体若悬浮在30%的蔗糖溶液中会导致原生质体失水皱缩甚至死亡，A项错误；过程②为再分化过程，需提高细胞分裂素的比例以促进芽的分化，B项错误；过程③不需要用秋水仙素处理，愈伤组织细胞已经具备细胞壁，C项错误；原生质体虽无细胞壁，但含有细胞核等结构，即含有个体发育所需的全套遗传信息，故原生质体仍保持细胞的全能性，D项正确。12345678910111213151617141813.如图是“白菜—甘蓝”杂种植株的培育过程。下列说法正确的是1234567891011121315161714A.植物体细胞杂交技术体现了植物细胞膜的功能特性B.愈伤组织的代谢类型是自养需氧型C.上述培育过程中包含有丝分裂、细胞分化和减数分裂等过程D.“白菜—甘蓝”杂种植株产生的变异属于染色体变异√181234567891011121315161714解析植物体细胞杂交技术体现了植物细胞膜的结构特点，即细胞膜具有流动性，A错误；愈伤组织不含叶绿体，不能进行光合作用制造有机物，因此其代谢类型是异养需氧型，B错误；题述过程中包含有丝分裂、细胞分化，没有减数分裂，C错误。1814.(2021·辽宁鞍山市高二月考)将菊花外植体接种到MS培养基中，可以培育出菊花试管苗。下列叙述不正确的是A.配制MS培养基母液时，微量元素一般浓缩100倍B.培养基中添加蔗糖的目的是提供营养，同时调节渗透压C.该培养基的pH偏碱性D.长出丛芽和生根的过程中基因选择性表达1234567891011121315161714√1812345678910111213151617解析配制MS培养基母液时，无机物中大量元素浓缩10倍，微量元素一般浓缩100倍，A正确；MS培养基的pH直接影响到对离子的吸收，过酸或过碱都对植物材料生长影响很大，所以pH应严格控制在5.8左右，C错误。141815.(2021·山东高二模拟)植物利用硝酸盐需要硝酸还原酶，现有两种烟草硝酸还原酶缺失突变体，为探究两种突变体的突变是否在同一基因位点上，研究人员将两种突变体进行植物体细胞杂交。下列分析正确的是A.两种突变体均不能在以硝酸盐作为唯一氮源的培养基上生长B.诱导两种突变体进行植物体细胞杂交时应先用胶原蛋白酶酶解得到原

生质体C.可用高Ca2＋—高pH诱导原生质体融合，细胞膜融合是细胞融合完成

的标志D.若杂种细胞能在硝酸盐培养基上正常生长，说明两种突变体的突变

位点相同1234567891011121315161714√18解析据题可知，植物利用硝酸盐需要硝酸还原酶，两种突变体烟草硝酸还原酶都缺失，因此均不能在以硝酸盐作为唯一氮源的培养基上生长，A正确；植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因此先用纤维素酶和果胶酶酶解得到原生质体，B错误；植物细胞融合完成的标志是再生形成新的细胞壁，C错误；若杂种细胞能在硝酸盐培养基上正常生长，说明两种突变体的植物体细胞杂交后代能够合成硝酸还原酶，即两种突变体的突变基因位点不同，D错误。12345678910111213151617141816.如图为A、B植物体细胞融合后再生出新植株的部分过程示意图，据图分析，以下相关叙述不正确的是1234567891011121315161714A.①过程的关键环节是使用纤维素酶和果胶

酶去除细胞壁B.②过程可用聚乙二醇等诱导剂进行诱导C.原生质体融合成为一个新的杂种细胞的标

志是出现新的细胞核D.亲本植物A的细胞与亲本植物B的细胞诱导

融合后，形成的杂种细胞中两两融合的细

胞类型有3种√18解析原生质体融合成为一个新的杂种细胞的标志是杂种细胞再生出新的细胞壁，C错误。12345678910111213151617141817.下图表示菊花茎段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：1234567891011121315161714(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。无机物生长素18(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。1234567891011121315161714植物细胞的全能性有丝分裂分化18(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_______________________________________________。1234567891011121315161714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18(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