第40講植物細(xì)胞工程（講義）（教師版）

第40講植物細(xì)胞工程1.理解植物細(xì)胞的全能性；2.說出實(shí)現(xiàn)細(xì)胞全能性的條件；3.掌握植物組織培養(yǎng)的概念及原理；4.簡(jiǎn)述植物組織培養(yǎng)流程?？键c(diǎn)要求考題統(tǒng)計(jì)考情分析植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)2023，浙江、江蘇、湖北遼寧、廣東，選擇2022，重慶、遼寧浙江（2道）本專題知識(shí)難度較高、基礎(chǔ)性強(qiáng)?？疾閷W(xué)生對(duì)植物細(xì)胞工程的整體性的認(rèn)識(shí),或結(jié)合一些情景信息或表格信息設(shè)置題目，考查學(xué)生的應(yīng)變能力、獲取信息和綜合分析能力。植物細(xì)胞工程的應(yīng)用2023，山東，選擇2023，遼寧，填空考點(diǎn)一植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)1.植物細(xì)胞工程概念：與基因工程相比，細(xì)胞工程是細(xì)胞或細(xì)胞器水平上的生物技術(shù)，后者是分子水平上的生物技術(shù)2.理論基礎(chǔ)：植物細(xì)胞的全能性物組織培養(yǎng)中培養(yǎng)基中需添加適宜濃度的蔗糖溶液，目的是：①提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。②維持細(xì)胞滲透壓。碳源（蔗糖）、氨基酸、維生素和植物激素（生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素）等（1）植物組織培養(yǎng)技術(shù)①定義和流程消毒與滅菌：外植體一般要進(jìn)行消毒處理，而培養(yǎng)基及其他的操作器具一般要進(jìn)行滅菌處理。無菌操作的目的可能有：防止污染的微生物與培養(yǎng)物競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。微生物生長(zhǎng)過程中會(huì)產(chǎn)生有害的物質(zhì)，導(dǎo)致培養(yǎng)物死亡。②探究實(shí)踐——菊花的組織培養(yǎng)【教材拾遺】教材隱性知識(shí)：源于選擇性必修3P116“附錄1”：(1)誘導(dǎo)菊花愈傷組織的培養(yǎng)基：在MS培養(yǎng)基中加入BA(芐基腺嘌呤)和NAA(萘乙酸)，質(zhì)量濃度均為0.5mg/L。(2)誘導(dǎo)菊花生芽的培養(yǎng)基：在MS培養(yǎng)基中加入BA和NAA，質(zhì)量濃度分別為2～3mg/L和～0.3mg/L。(3)誘導(dǎo)菊花生根的培養(yǎng)基：將上述MS培養(yǎng)基中NH4NO3、KNO3、KH2PO4、MgSO4·7H2O和CaCl2·2H2O的用量減半，并添加NAA或IAA(吲哚乙酸)，質(zhì)量濃度均為0.1mg/L?！究偨Y(jié)歸納】總結(jié)：生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素對(duì)植物組織培養(yǎng)的影響(1)按照不同的順序使用這兩類激素，會(huì)得到不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(2)當(dāng)同時(shí)使用這兩類激素時(shí)，兩者用量的比例影響植物細(xì)胞的發(fā)育方向（3）若外植體是取自植物的幼莖、葉片等含有葉綠體的部位，愈傷組織中沒有（“有”“沒有”）葉綠體，原因是外植體通過脫分化后失去了其特有結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)化為未分化的細(xì)胞。（4）植物組織培養(yǎng)中的培養(yǎng)基是固體培養(yǎng)基（物理狀態(tài)），故培養(yǎng)基中一般加入了凝固劑瓊脂。（5）在脫分化時(shí)否（是/否）需要光照,在再分化時(shí)需要光照的原因是芽發(fā)育成葉，葉肉細(xì)胞中葉綠素的合成需要光照。（6）植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的在培養(yǎng)基中的用量要考慮組織內(nèi)源激素的含量。只有準(zhǔn)確把握內(nèi)源激素和外源激素的協(xié)同作用，才能有效地操作植物組織培養(yǎng)中的”激素杠桿”，用好植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑這根“魔術(shù)棒”1.下圖表示玉米(2n=20)的花藥離體培養(yǎng)及單倍體育種的大致過程。下列敘述錯(cuò)誤的是()A.過程①是脫分化,形成的愈傷組織細(xì)胞處于未分化狀態(tài)B.過程②進(jìn)行的是有絲分裂,植株A是從試管苗中篩選出的可育二倍體C.過程①和②均要使用生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素,但兩種激素的比例不同D.可用體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精對(duì)花藥進(jìn)行消毒處理答案:B解析:過程②是愈傷組織進(jìn)行再分化的過程,植株A是由花藥離體培養(yǎng)而得的單倍體,B項(xiàng)錯(cuò)誤。工程技術(shù)手段(2)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)①定義:將不同來源的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新植物體的技術(shù)。②原理:體細(xì)胞雜交利用了細(xì)胞膜的流動(dòng)性，雜種細(xì)胞培育成雜種植株利用了植物細(xì)胞的全能性。③基本過程A.科學(xué)家在制備原生質(zhì)體時(shí)，有時(shí)使用蝸牛消化道提取液來降解植物細(xì)胞的細(xì)胞壁。據(jù)此分析，蝸牛消化道提取液中可能含有什么成分？理由是什么？答案：纖維素酶和果膠酶。因?yàn)橹参锛?xì)胞的細(xì)胞壁主要由纖維素和果膠組成，利用酶的專一性，在降解植物細(xì)胞細(xì)胞壁時(shí)要利用纖維素酶和果膠酶。B.兩兩融合后的細(xì)胞一定是雜種細(xì)胞嗎？誘導(dǎo)融合后的培養(yǎng)瓶中的細(xì)胞有哪幾類？答案不一定，融合的細(xì)胞類型有三種AA、BB和AB，在培養(yǎng)瓶中還有A、B等未融合的細(xì)胞。C.上述細(xì)胞融合過程的完成與什么細(xì)胞器密切相關(guān)？答案線粒體和高爾基體。D.若一植物細(xì)胞A含有2x條染色體，2個(gè)染色體組，基因型為Aabb，另一植物細(xì)胞B含有2y條染色體，2個(gè)染色體組，基因型為ccDd，則：?上述所獲得雜種植株遺傳特性有何特點(diǎn)？答案雜種植株中含有兩種植物的遺傳物質(zhì)，故雜種植株具備兩種植物的遺傳特性。?上述所獲得雜種植株應(yīng)為異源四倍體，其體細(xì)胞中染色體數(shù)為(2x＋2y)條，4個(gè)染色體組，基因型為AabbccDd。?上述所獲得雜種植株的花粉經(jīng)離體培養(yǎng)得到的植株屬于單倍體植株。?上述植物體細(xì)胞雜交的過程中，遺傳物質(zhì)的傳遞遵循孟德爾遺傳定律嗎？答案不遵循。?植物體細(xì)胞融合形成雜種細(xì)胞不是（是/不是）標(biāo)志著植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的完成？雜種植株有兩種生物性狀的原因：含有雙親的遺傳物質(zhì)。④意義:打破生殖隔離、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種，培育植物新品種⑤實(shí)例:白菜—甘藍(lán)、普通小麥—長(zhǎng)穗偃麥草、多種柑橘屬不同種間的雜種植株。目前有許多理論和技術(shù)未解決，還不能讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出雙親的性狀?！窘滩氖斑z】教材隱性知識(shí)：源于選擇性必修3P36“正文”：“番茄—馬鈴薯”超級(jí)雜種植株沒有如科學(xué)家所想象的那樣，地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬鈴薯的主要原因是生物基因的表達(dá)不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，所以番茄—馬鈴薯雜交植株的細(xì)胞中雖然具備兩個(gè)物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)相互干擾，不能像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達(dá)。例2.通過植物體細(xì)胞雜交技術(shù)和誘導(dǎo)多倍體產(chǎn)生，嘗試寫出產(chǎn)生多倍體的思路：A.同源多倍體的產(chǎn)生：（1）直接利用一定濃度的秋水仙素或低溫處理萌發(fā)的種子或幼苗，獲得多倍體（2）植物體細(xì)胞雜交B.異源多倍體的產(chǎn)生（1）若是親緣關(guān)系較近的生物可以雜交，再利用一定濃度的秋水仙素或低溫處理幼苗，獲得多倍體（2）植物體細(xì)胞雜交例3.右圖為植物體細(xì)胞雜交過程示意圖。據(jù)圖回答：

（1）步驟①是，最常用的方法是。

（2）步驟②一般常用的化學(xué)試劑是，目的是。（3）在利用雜種細(xì)胞培育成為雜種植株的過程中，此技術(shù)運(yùn)用的原理是，其中步驟④相當(dāng)于，步驟⑤相當(dāng)于。（4）植物體細(xì)胞雜交的目的是獲得新的雜種植株。使能夠在新的植物體上有所表現(xiàn)，其根本原因是。若遠(yuǎn)緣雜交親本A的基因型為AaBb，B的基因型為YYEe，則融合后形成的雜種植株基因型是。

（6）從理論上講，雜種植株的育性。若運(yùn)用傳統(tǒng)有性雜交方法能否實(shí)現(xiàn)？；原因是。

因此，這項(xiàng)研究對(duì)于培養(yǎng)作物新品種方面的重大意義在于。

（7）利用植物體細(xì)胞雜交的方法培育作物新品種過程中，遺傳物質(zhì)的傳遞為何不遵循孟德爾的遺傳規(guī)律？答案：去除細(xì)胞壁，分離原生質(zhì)體酶解法聚乙二醇（PEG）誘導(dǎo)植物原生質(zhì)體融合細(xì)胞的全能性脫分化再分化遠(yuǎn)緣雜交親本的遺傳特征雜種植株獲得雙親的遺傳物質(zhì)AaBbYYEe可育不能不同種生物之間存在生殖隔離克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙因?yàn)槊系聽栠z傳規(guī)律發(fā)生在有性生殖減數(shù)分裂產(chǎn)生配子時(shí)，而植物體細(xì)胞雜交育種屬于無性生殖?？键c(diǎn)二植物細(xì)胞工程的應(yīng)用1.植物繁殖的新途徑2.作物脫毒【背景】馬鈴薯和草莓都是無性繁殖的作物，它們感染的病毒很容易傳播給后代。病毒在作物體內(nèi)逐年積累，就會(huì)導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差。①作物脫毒的材料：分生區(qū)（如莖尖）的細(xì)胞。選擇該種細(xì)胞更易獲得脫毒苗的理由是：a.植物分生區(qū)細(xì)胞病毒少，甚至沒有病毒；b.分生物細(xì)胞分化程度低，分裂能力強(qiáng)，全能性更高。②作物脫毒所應(yīng)用的技術(shù)：植物組織培養(yǎng)。③獲得無病毒植株與抗病毒植株應(yīng)用的生物學(xué)技術(shù)一樣？3.作物新品種的培育：?jiǎn)伪扼w育種、突變體的利用。4.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)①次生代謝物：是一類小分子有機(jī)化合物，在植物抗病、抗蟲等方面發(fā)揮作用，也是很多藥物、香料和色素等的重要來源。②細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)：人們利用植物細(xì)胞培養(yǎng)來獲得目標(biāo)產(chǎn)物，這個(gè)過程就是細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。③植物細(xì)胞培養(yǎng)：是指在離體條件下對(duì)單個(gè)植物細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)使其增殖的技術(shù)?！窘滩氖斑z】教材隱性知識(shí)：源于選擇性必修3P41“相關(guān)信息”：初生代謝是生物生長(zhǎng)和生存所必需的代謝活動(dòng)，因此，在整個(gè)生命過程中一直進(jìn)行著；次生代謝不是生物生長(zhǎng)所必需的，一般在特定的組織和器官中，并在一定的環(huán)境和時(shí)間條件下才進(jìn)行。5.紅薯是我國(guó)種植面積較大的一類作物,但長(zhǎng)期以來的連種,造成了紅薯品種退化,產(chǎn)量和品質(zhì)逐年下降,其主要原因是所用的種薯攜帶了大量的病毒。研究人員利用現(xiàn)代生物技術(shù),對(duì)紅薯進(jìn)行脫毒培養(yǎng)。下列說法錯(cuò)誤的是()A.可以選擇紅薯莖尖或根尖的分生區(qū)作為外植體B.若選擇的外植體體積過大,可能會(huì)導(dǎo)致脫毒率降低C.培育紅薯脫毒苗的過程中,需要適時(shí)調(diào)整激素的比例D.培育紅薯脫毒苗過程中,激素使用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致性狀分離答案:D解析:培育紅薯脫毒苗過程中,細(xì)胞分裂的方式為有絲分裂,激素使用不當(dāng)不會(huì)導(dǎo)致性狀分離,D項(xiàng)錯(cuò)誤。1．（2023·遼寧·統(tǒng)考高考真題）用含有不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑配比的培養(yǎng)基誘導(dǎo)草莓莖尖形成不定芽，研究結(jié)果如下表。下列敘述錯(cuò)誤的是（

）123456789106BA（mg·L1）1NAA（mg：L1）0．050．10．20．30．52，4D（mg：L）0．050．10．20．30．5不定芽誘導(dǎo)率（%）68757769598192837061注：誘導(dǎo)率=出不定芽的外植體數(shù)/接種的外植體數(shù)×100%A．培養(yǎng)基中NAA/6BA比例過高，不利于不定芽的誘導(dǎo)B．推斷6BA應(yīng)為細(xì)胞分裂素類植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑C．該研究的結(jié)果可指導(dǎo)草莓脫毒苗的生產(chǎn)D．相同條件下，NAA誘導(dǎo)草莓莖尖形成不定芽的效果優(yōu)于2，4D【答案】D【分析】分析題表：自變量為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑種類和配比，因變量為不定芽誘導(dǎo)率；培養(yǎng)基中NAA/6BA比例逐漸增大時(shí)，不定芽誘導(dǎo)率先上升后降低，培養(yǎng)基中2，4D/6BA比例逐漸增大時(shí)，不定芽誘導(dǎo)率先上升后降低，相同的NAA/6BA和2，4D/6BA的配比下，培養(yǎng)基中使用2，4D/6BA更有利于誘導(dǎo)形成不定芽?！驹斀狻緼、由題表可知，培養(yǎng)基中NAA/6BA比例逐漸增大時(shí)，不定芽誘導(dǎo)率先上升后降低，且當(dāng)NAA/6BA比例為時(shí)，不定芽誘導(dǎo)率最低；故培養(yǎng)基中NAA/6BA比例過高，不利于不定芽的誘導(dǎo)，A正確；B、不定芽的形成需要細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素，題表中NAA和2，4D屬于生長(zhǎng)素類植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，故推斷6BA應(yīng)為細(xì)胞分裂素類植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，B正確；C、草莓脫毒苗的生產(chǎn)過程中需要誘導(dǎo)形成不定芽，故該研究的結(jié)果可指導(dǎo)草莓脫毒苗的生產(chǎn)，C正確；D、由題表相關(guān)數(shù)據(jù)可知：相同條件下，2，4D誘導(dǎo)草莓莖尖形成不定芽的效果優(yōu)于NAA，D錯(cuò)誤。故選D。2．（2023·山東·高考真題）利用植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)在離體條件下對(duì)單個(gè)細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)使其增殖，可獲得植物細(xì)胞的某些次生代謝物。下列說法正確的是（

）A．利用該技術(shù)可獲得某些無法通過化學(xué)合成途徑得到的產(chǎn)物B．植物細(xì)胞體積小，故不能通過該技術(shù)進(jìn)行其產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)C．次生代謝物是植物所必需的，但含量少，應(yīng)選擇產(chǎn)量高的細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)D．該技術(shù)主要利用促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)的培養(yǎng)條件提高單個(gè)細(xì)胞中次生代謝物的含量【答案】A【分析】由于植物細(xì)胞的次生代謝物含量很低，從植物組織提取會(huì)大量破壞植物資源，有些產(chǎn)物又不能或難以通過化學(xué)合成途徑得到，因此人們期望利用植物細(xì)胞培養(yǎng)來獲得目標(biāo)產(chǎn)物，這個(gè)過程就是細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)?！驹斀狻緼、有些產(chǎn)物不能或難以通過化學(xué)合成途徑得到，故可利用該技術(shù)可獲得某些無法通過化學(xué)合成途徑得到的產(chǎn)物，A正確；B、利用植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)在離體條件下對(duì)單個(gè)細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)使其增殖，可獲得植物細(xì)胞的某些次生代謝物，故可通過該技術(shù)進(jìn)行植物細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)，B錯(cuò)誤；C、次生代謝物不是植物生長(zhǎng)所必需的，其含量少，可以通過增加細(xì)胞的數(shù)量來增加次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量，C錯(cuò)誤；D、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)主要是利用促進(jìn)細(xì)胞分裂的培養(yǎng)條件，提高了多個(gè)細(xì)胞中次生代謝物的含量，不能提高單個(gè)細(xì)胞中次生代謝物的含量，D錯(cuò)誤。故選A。3．（2023·江蘇·統(tǒng)考高考真題）研究者通過體細(xì)胞雜交技術(shù)，探索利用條斑紫菜和擬線紫菜培育雜種紫菜。下列相關(guān)敘述正確的是（）A．從食用紫菜的動(dòng)物消化道內(nèi)提取蛋白酶，用于去除細(xì)胞壁B．原生質(zhì)體需在低滲溶液中長(zhǎng)期保存，以防止過度失水而死亡C．檢測(cè)原生質(zhì)體活力時(shí)可用苯酚品紅或甲紫溶液處理，活的原生質(zhì)體被染色D．聚乙二醇促進(jìn)原生質(zhì)體融合后，以葉綠體顏色等差異為標(biāo)志可識(shí)別雜種細(xì)胞【答案】D【分析】植物體細(xì)胞雜交是指將不同來源的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種新培育成新植物體的技術(shù)?！驹斀狻緼、從食用紫菜的動(dòng)物消化道內(nèi)提取蛋白酶，不能用于去除細(xì)胞壁，因?yàn)樽喜思?xì)胞的細(xì)胞壁成分中沒有蛋白質(zhì)，A錯(cuò)誤；B、獲得的原生質(zhì)體若處在低滲溶液中，會(huì)吸水漲破，B錯(cuò)誤；C、檢測(cè)原生質(zhì)體活力時(shí)可用臺(tái)盼藍(lán)染色，活的原生質(zhì)體不能被染色，C錯(cuò)誤；D、聚乙二醇作為誘導(dǎo)劑可促進(jìn)原生質(zhì)體融合，對(duì)于雜種細(xì)胞可以葉綠體顏色等差異為標(biāo)志來進(jìn)行識(shí)別，D正確。故選D。4．（2023·湖北·統(tǒng)考高考真題）栽培稻甲產(chǎn)量高、品質(zhì)好，但每年只能收獲一次。野生稻乙種植一次可連續(xù)收獲多年，但產(chǎn)量低。中國(guó)科學(xué)家利用栽培稻甲和野生稻乙雜交，培育出兼具兩者優(yōu)點(diǎn)的品系丙，為全球作物育種提供了中國(guó)智慧。下列敘述錯(cuò)誤的是（）A．該成果體現(xiàn)了生物多樣性的間接價(jià)值B．利用體細(xì)胞雜交技術(shù)也可培育出品系丙C．該育種技術(shù)為全球農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了新思路D．品系丙的成功培育提示我們要注重野生種質(zhì)資源的保護(hù)【答案】A【分析】生物多樣性的直接價(jià)值提現(xiàn)在食用、藥用、文學(xué)藝術(shù)創(chuàng)作等，間接價(jià)值體現(xiàn)在調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的功能上，培育新品系不屬于間接價(jià)值，潛在價(jià)值指的是尚未發(fā)現(xiàn)的。植物體細(xì)胞雜交是以原生質(zhì)體培養(yǎng)為基礎(chǔ)，人工誘導(dǎo)使不同親本原生質(zhì)體融合，并通過對(duì)異核體的培養(yǎng)產(chǎn)生體細(xì)胞雜種的技術(shù)。體細(xì)胞雜交在轉(zhuǎn)移抗逆性狀，進(jìn)行作物改良，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣重組，創(chuàng)造新型物種，以及定向轉(zhuǎn)移胞質(zhì)基因控制的性狀和利用配子一體細(xì)胞雜交產(chǎn)生三倍體植物上顯示出重要的應(yīng)用前景，并對(duì)豐富種質(zhì)、保持和促進(jìn)生物多樣性具有重大的意義?！驹斀狻緼、生物多樣性的直接價(jià)值提現(xiàn)在食用、藥用、文學(xué)藝術(shù)創(chuàng)作等，間接價(jià)值體現(xiàn)在調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的功能上，培育新品系不屬于間接價(jià)值，A錯(cuò)誤；B、植物體細(xì)胞雜交是以原生質(zhì)體培養(yǎng)為