2021版高考生物一轮复习2植物细胞工程教案新人教版选修3

2021版高考生物一轮复习2植物细胞工程教案新人教版选修3

- 1 - 植物细胞工程 考点一 植物细胞工程的基本技术 1.植物组织培养与植物体细胞杂交比较： 名 称 植物组织培养 植物体细胞杂交 原 理 细胞的全能性 细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能性 过 程 离体的植物器官、 组织或细胞 愈伤组织 根、芽或胚状体 植物体 选 材 根尖、茎尖、形成层部位最容 易诱导脱分化 不同的植物细胞 技术 操作 脱分化、再分化等 除脱分化、再分化外，还要用酶解法去除细胞壁， 用一定的方法诱导细胞融合 关 系 植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂 2.脱分化与再分化的比较： 比较 脱分化 再分化 过程 外植体→愈伤组织 愈伤组织→幼苗 形成体 的特征 排列疏松、高度液泡化的 薄壁细胞 有根、芽 不同 条件 ①生长素与细胞分裂素的 比例适中 ②不需光照 ①生长素与细胞分裂素的比例高、低分别先诱导 生根、生芽 ②需光照 3.杂种植株遗传物质的变化： - 2 - (1)遗传特性：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，因此杂种植株具备双亲的遗传特性。 (2)染色体组数。 ①染色体组数=两种植物体细胞的染色体组数之和。 ②实例：若甲、乙两种植物均为二倍体，则甲、乙体细胞杂交所得杂种植株的体细胞含有 4 个染色体组，该杂种植株应称为四倍体。 【高考警示】 植物组织培养的三个易错点 (1)植物组织培养过程各阶段培养对象对环境条件的需求和发生的主要变化存在着差异，如脱 分化不需要光照，而再分化需要一定的光照。 (2)组织培养的目的不同，培养到的阶段不同。如生产细胞代谢产物，只需培养至愈伤组织阶 段；生产人工种子，则需要培养至胚状体阶段；获得植株就需培养至幼苗阶段。 (3)人工种子是通过无性生殖(植物体细胞的组织培养技术)形成的，只有一个亲本的性状；自 然种子是有性生殖的产物，具有两个亲本的性状。 【典例】(2019·全国卷Ⅲ)培养胡萝卜根组织可获得试管苗，获得试管苗的过程如图所示。 回答下列问题。 (1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植 株，这是因为植物细胞具有______________________。 (2)步骤③切取的组织块中要带有形成层，原因是____________________ ____________________________________________。 (3)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基，其原因是_______________ __________________________________。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的___________过 程，最终可形成试管苗。 (4)步骤⑥要进行照光培养，其作用是________________________。 - 3 - (5)经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的___________，这种繁殖方式属于 ___________繁殖。 【解析】(1)分化的植物细胞含有该生物生长发育所需要的全部遗传物质，具有发育的全能性， 在一定条件下可以培养为完整的植株。 (2)形成层属于分生组织，细胞分裂能力较强，容易脱分化形成愈伤组织。 (3)培养基中的细胞分裂素和生长素可调控细胞的分裂和分化，诱导愈伤组织形成和诱导愈伤 组织分化形成试管苗时，需要的生长素和细胞分裂素的比例不同，所以需要更换培养基。愈 伤组织是一团未分化的细胞，通过再分化形成具有根、芽的试管苗。 (4)再分化过程中需要光照条件，以利于叶绿素的形成，叶绿素形成后，试管苗才能进行光合 作用。 (5)在植物组织培养过程中，只涉及有丝分裂，不涉及有性生殖细胞的生成，该方式可以保证 母细胞和子细胞遗传物质的稳定，保持原品种的遗传特性，所以这种繁殖方式属于无性繁殖。 答案：(1)全能性(或答：形成完整植株所需的全部基因) (2)形成层容易诱导形成愈伤组织 (3)诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗时需要的生长素和细胞分裂素的比例 不同 分化(或答：再分化) (4)诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用 (5)遗传特性 无性 (2017·海南高考)甲、乙两名同学分别以某种植物的绿色叶片和白色花瓣为材料，利用植物 组织培养技术繁殖该植物。回答下列问题： (1)以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体，在一定 条件下进行组织培养，均能获得试管苗，其原理是________________。 (2)甲、乙同学在诱导愈伤组织所用的培养基中，均加入一定量的蔗糖，蔗糖水解后可得到 _________。若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗，该细胞应具备的条件是___________(填 “具有完整的细胞核”“具有叶绿体”或“已转入抗性基因”)。 (3)图中 A、B、C 所示的是不同的培养结果，该不同结果的出现主要是由培养基中两种激素用 量的不同造成的，这两种激素是_______。A 中的愈伤组织是叶肉细胞经________形成的。 - 4 - (4)若该种植物是一种杂合体的名贵花卉，要快速获得与原植株基因型和表现型都相同的该种 花卉，可用组织培养方法繁殖，在培养时，_________(填“能”或“不能”)采用经减数分裂 得到的花粉粒作为外植体，原因是_______________。 【解析】(1)以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体，在一定条件下进行组织培养，均能 获得试管苗，其原理是绿色叶片和白色花瓣的细胞具有全能性，在一定条件下能发育成完整 的植株。 (2)甲、乙同学在诱导愈伤组织所用的培养基中，均加入一定量的蔗糖，蔗糖水解后可得到葡 萄糖、果糖，若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗，该细胞应具备的条件是具有完整的细 胞核，因为细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。 (3)A、B、C 所示的是不同的培养结果，该不同结果的出现主要是由培养基中两种激素用量的 不同造成的，这两种激素是细胞分裂素和生长素，二者对于根和芽的形成具有重要调节作用， 二者的用量比例影响根和芽的发育顺序。A 中的愈伤组织是叶肉细胞经脱分化形成的。 (4)若该种植物是一种杂合体的名贵花卉，要快速获得与原植株基因型和表现型都相同的该种 花卉，可用组织培养方法繁殖，在培养时，由于对杂合体植株来说，其体细胞的基因型相同， 而花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同，用花粉粒进行组织培养得到的花卉的基因型不同 于原植株，因此不能采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体。 答案：(1)绿色叶片和白色花瓣的细胞具有全能性，在一定条件下能发育成完整的植株 (2)葡萄糖、果糖 具有完整的细胞核 (3)细胞分裂素、生长素 脱分化 (4)不能 对杂合体植株来说，其体细胞的基因型相同，而花粉粒的基因型与体细胞的基因型 不同，用花粉粒进行组织培养得到的花卉的基因型不同于原植株 【加固训练】 如图是“白菜—甘蓝”(均为二倍体)杂种植株培育过程。请据图回答下列有关问题： - 5 - (1)①过程常用_________、_________去除细胞壁，获得原生质体。 (2)③过程成功得到杂种细胞的标志是___________；④过程是_________。 (3)同白菜和甘蓝的有性杂交后代相比，上述方法得到的新植株理论上_________(填“可育” 或“不可育”)，原因是______________________。 【解析】(1)步骤①作用是去除细胞壁制备原生质体，最常用的方法是酶解法，即用纤维素酶 和果胶酶处理。 (2)③过程成功得到杂种细胞的标志是杂种细胞再生出细胞壁；④过程是杂种植物细胞脱分化 形成愈伤组织。 (3)植物体细胞杂交得到的杂种细胞中有同源染色体，能产生正常的配子，属于可育植株。 答案：(1)纤维素酶 果胶酶 (2)杂种细胞再生出细胞壁 脱分化 (3)可育 杂种细胞中有同源染色体，能产生正常的配子 考点二 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概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。 ②微型繁殖有两个优点。 a.保持优良品种的遗传特性。 b.高效快速地实现种苗的大量繁殖。 (2)作物脱毒。 ①解决的问题：无性繁殖的作物，感染的病毒在体内逐年积累，产量降低，品质变差。 ②解决方法：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理论基础：植物分生区附近病毒极少，甚至无病毒。 ④成果：采用茎尖组织培养技术，已获得脱毒的马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝和香蕉等。 (3)人工种子。 ①获取方法：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，用人工薄膜包 装。 - 6 - ②解决的问题。 a.一些植物繁殖周期长，数年后才能结出种子； b.有些作物优良杂种的后代因发生性状分离而丧失其优良特性； c.常规种子的生产受季节、气候和地域的限制，并且占用大量的土地。 2.细胞产物的工厂化生产： (1)细胞产物的种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。 (2)成功的实例：人参、三七、紫草和银杏的细胞产物都已实现了工厂化生产。 【高考警示】 植物细胞工程应用的三个关键 (1)制备人工种子：人工种子必须有人工胚乳，以提供种子萌发所需的所有营养物质。 (2)单倍体育种：用秋水仙素处理的必须是幼苗而不是种子，因为单倍体是由配子直接发育而 来的个体，一般是高度不育的，所以不能处理种子，只能处理幼苗。 (3)细胞产物生产：工厂化生产不一定要培养出植物体，有时在愈伤组织时就可提取细胞产物。 【典例】(2019·全国卷Ⅱ)植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。 回答下列问题。 (1)植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比，这种微型繁殖技术的 特点有______________________(答出 2 点即可)。 (2)通过组织培养技术，可把植物组织细胞培养成胚状体，再通过人工种皮(人工薄膜)包装得 到人工种子(如图所示)，这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。人工种皮具备透气性的作 用是_______________________________。人工胚乳能够为胚状体生长提供所需的物质，因此 应含有植物激素、___________和___________等几类物质。 - 7 - (3)用脱毒苗进行繁殖，可以减少作物感染病毒。为了获得脱毒苗，可以选取植物的________ 进行组织培养。 (4)植物组织培养技术可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目的基因的细胞培养 成一个完整植株的基本程序是____________________________________(用流程图表示)。 【解析】本题考查植物组织培养技术的流程、植物微型繁殖技术的特点、人工种子的培育、 脱毒苗的培育。 (1)植物微型繁殖属于无性繁殖技术，能够保持植物原有的遗传特性，同时该技术还可以高效 快速地实现种苗的大量繁殖，因此也叫快速繁殖技术。 (2)人工种皮具备透气性，有利于胚状体进行呼吸作用。人工胚乳能够为胚状体生长提供营养 物质，应含有植物激素、矿质元素和糖等物质。 (3)植物分生区附近(如茎尖)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，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。 (4)将含目的基因的细胞培养成一个完整植株，需要将细胞培养到愈伤组织，然后再经诱导分 化使其生长成为完整的小植株。 答案：(1)能保持植物原有的遗传特性，繁殖速度快 (2)有利于胚状体进行呼吸作用 矿质元素 糖 (3)茎尖 (4)含目的基因的细胞 愈伤组织 小植株 (2019·西安模拟)如图是植物体细胞杂交过程示意图，请据图回答： (1)植物体细胞杂交的第①步是去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体。目前此步骤最常用的 方法是酶解法，也就是在温和的条件下用________________等分解植物的细胞壁。 (2)②过程的发生，必须进行人工诱导。人工诱导原生质体融合常用的化学方法是用_________ 试剂作为诱导剂诱导融合。动物细胞融合还常用到_________ ______作为诱导剂。 (3)与过程③密切相关的具有单层膜结构的细胞器为_____________。 - 8 - (4)④过程称为_______，⑤过程称为_______。若利用此技术生产治疗癌症的药物——紫杉醇， 培养将进行到_______(填字母)即可。 (5)植物体细胞杂交在育种工作中具有广泛的应用价值，其突出的优点是可以 _________________________________________。 【解析】(1)植物体细胞杂交的第①步是用纤维素酶和果胶酶去掉细胞壁，分离出有活力的原 生质体。(2)人工诱导原生质体融合常用的化学方法是用聚乙二醇试剂作为诱导剂诱导融合。 动物细胞融合还常用到灭活的病毒作为诱导剂。 (3)过程③是杂种细胞生出细胞壁，高尔基体与植物细胞壁的形成有关。(4)④⑤过程分别为 脱分化和再分化，治疗癌症的药物——紫杉醇是从紫杉细胞中提取的，只需将植物组织培养 进行到愈伤组织阶段即可。(5)植物体细胞杂交在育种工作中具有广泛的应用价值，其突出的 优点是可以克服远缘杂交不亲和障碍，大大扩展可用于杂交的亲本组合范围。 答案：(1)纤维素酶、果胶酶 (2)聚乙二醇 灭活的病毒 (3)高尔基体 (4)脱分化 再分 化 e (5)克服远缘杂交不亲和的障碍 【加固训练】 1.科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得了番茄—马铃薯杂种植株，为了便于杂种细胞的 筛选和鉴定，科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的细胞膜上的蛋白质， 其培育过程如图所示。 (1)植物体细胞杂交依据的生物学原理有________。 (2)在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察，根据细胞膜表面的荧光的不同可观察到 ____ ____种不同的原生质体，当观察到 _____________时可判断该原生质体是由番茄和马铃薯融 合而成的。 (3)过程④的实质是 _____，过程④中的培养基常添加的植物激素是 ___________。 (4)若番茄细胞内有 m 条染色体，马铃薯细胞内有 n 条染色体，则“番茄—马铃薯”细胞在有 丝分裂后期含 _____条染色体。若杂种细胞培育成的“番茄—马铃薯”植株为四倍体，则此 杂种植株的花粉经离体培养得到的植株属于_____植株。 - 9 - 【解析】(1)植物体细胞杂交就是将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，再 利用植物组织培养技术把杂种细胞培育成新的植物体的技术。所以植物体细胞杂交依据的生 物学原理有细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。 (2)科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的原生质体膜上的蛋白质，所以融 合后根据细胞膜表面的荧光的不同可观察到有 3 种不同类型的原生质体：红色荧光标记的番 茄原生质体及其融合后的原生质体、绿色荧光标记的马铃薯原生质体及其融合后的原生质体、 红色荧光和绿色荧光共同存在的番茄与马铃薯的原生质体融合后所形成的原生质体。当观察 到融合的细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光时，可判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合 而成的。 (3)过程④表示将愈伤组织培养成植物体，该过程属于再分化，其实质是基因的选择性表达， 培养基常添加的植物激素是生长素和细胞分裂素。 (4)杂种细胞的染色体数为融合前两种细胞染色体数之和，即 m+n。“番茄—马铃薯”细胞 在有丝分裂后期，着丝点分裂、姐妹染色单体分开，使得杂种细胞中的染色体数目加倍为 2(m+n)。杂种植株的花粉经离体培养形成的植株属于单倍体。 答案：(1)细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 (2)3 融合的细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光 (3)基因的选择性表达 生长素和细胞分裂素 (4)2(m+n) 单倍体 2.植物组织培养技术被广泛应用于作物脱毒、单倍体育种及细胞工厂化生产等方面。如图为 番茄植株的培育过程。回答相关问题： - 10 - (1)经过①过程获得植物细胞原生质体，若使用的外界溶液浓度较低，会导致细胞原生质体 _______。 (2)图中属于再分化的过程是_______(填序号)。 (3)植物组织培养技术不仅可以保持优良品种的遗传特性，还可以___________。 (4)“人工种子”的人工种皮中应富含有机营养，原因是胚状体在萌发初期不能进行_______， 此外为了满足胚状体的代谢需求，“人造种皮”必须具有良好的透水、___________的性能。 【解析】(1)植物细胞去除细胞壁后剩下的为原生质体，使用的外界溶液浓度过小会导致原生 质体发生渗透吸水破裂。 (2)由脱分化形成的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化成根或芽等器官，这个过程叫做 再分化，因此再分化过程为⑨⑩。 (3)植物组织培养可以保持优良品种的遗传特性以及快速繁殖。 (4)胚状体在萌发初期无叶绿体，因此不能进行光合作用； “人造种皮”除了具有良好的透 水性外，还应该具有良好的透气性。 答案：(1)吸水破裂 (2)⑨⑩ (3)高效快速地实现种苗的大量繁殖 (4)光合作用 透气