1、高考资源网（） 您身边的高考专家第1课时植物细胞工程的基本技术课堂互动探究案课程标准1.阐明植物组织培养是在一定的条件下，将离体植物器官、组织和细胞在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织，并重新分化，最终形成完整植株的过程。2概述植物体细胞杂交是将不同来源的植物体细胞在一定的条件下融合成杂种细胞，继而培育新植物体的技术。素养达成1.说明植物组织培养和植物体细胞杂交的原理；以流程简图的形式表示植物组织培养技术和植物体细胞杂交的过程。(科学思维)2查阅资料，尝试探究植物生长素和细胞分裂素使用比例对植物组织培养的影响。(科学探究)“春风欲擅秋风巧，催吐幽兰继落梅。”素有“天下第一香”之称的兰花(如图所示
2、)，其优美高雅的叶片和芳香艳丽的花朵，自古以来就是文人墨客吟诗作赋的对象。但是，兰花在自然条件下播种繁殖的难度很大，需要较长时间才能获得少量幼苗。如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖、从而走入寻常百姓家呢？探究点一植物细胞的全能性【师问导学】资料科学家曾经应用植物组织培养技术，将菊花茎段韧皮部的一些细胞进行离体培养，最终发育成完整的新植株(如图)。1这一科学实验证明了植物细胞具有_。 2上述菊花幼嫩的茎段细胞能发育成完整新植株的原因是_。3利用菊花的花药能培养成完整的植株吗？【智涂笔记】特别提醒 (1)细胞表达全能性的标志是发育成完整个体或分化成其他各种细胞。(2)细胞具有全能性是因为细胞中具有
3、发育成完整个体所必需的“全套基因”而不是“全部基因”，配子中有全套基因，因此仍然具有全能性。【师说核心】1细胞的全能性(1)植物细胞具有全能性的原因：一般生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传信息。(2)现实体现：在生物的生长发育过程中，生物体内的细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官，这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞内的基因会选择性地表达。2细胞全能性大小的比较(1)植物细胞动物细胞(动物细胞只有细胞核具有全能性)。(2)受精卵生殖细胞(精子、卵细胞)体细胞。(3)体细胞：分化程度低的分化程度高的，细胞分裂能力强的细胞分裂能力弱的，幼嫩的细胞衰老的细胞。3植物细胞表
4、现全能性的条件(1)离体状态。(2)营养物质：种类齐全、比例合适。(3)植物激素：生长素、细胞分裂素。(4)外界条件：适宜的温度、pH和光照(愈伤组织的形成和生长需要避光培养，分化培养需照光)等。(5)无菌操作。【检测反馈】1下列有关细胞全能性的叙述，不正确的是()A受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高B生物体内的体细胞由于细胞分化，全能性不能表达C卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性最高D植物细胞在一定条件下通过离体培养能表现出全能性2在植物体内，茎的顶端分生组织的细胞具有细胞周期，但不能表现出全能性，这是因为()A细胞核失去了全能性B不同细胞的基因是不同的C细胞中基
5、因的表达有选择性D细胞核中的基因发生了不同的变异3植物细胞表现出全能性的必要条件和增殖方式分别是()A脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件；减数分裂B导入其他植物细胞的基因；有丝分裂C将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内；减数分裂D脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件；有丝分裂探究点二植物组织培养技术【师问导学】下图为植物组织培养的过程，请据图回答问题。1过程为_，对光的要求是_；过程为_，对光的要求是_。 2与的培养基不同，最大差异是_和_的比值不同。 3过程在生殖方式上属于_生殖。 4在植物组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？5在组织培养过程中，诱导愈伤组织
6、的培养基、诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基的成分有什么不同？6诱导愈伤组织期间一般不需要光，后续培养过程中，为什么每日要给予适当时间和强度的光照？7若培养物取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，愈伤组织中是否会含有叶绿体？【智涂笔记】知识拓展(1)由愈伤组织进行细胞分化时，一般要先诱导其生芽，然后诱导其生根，可通过控制培养基中生长素和细胞分裂素的比例来实现。(2)生长素和细胞分裂素用量的比例可影响植物细胞的发育方向。生长素用量/细胞分裂素用量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【师说核心】1植物组织培养的过程(1)外植体：用于植
7、物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。(2)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，转变成未分化细胞的过程。(3)愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞团。(4)再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出根或芽等器官的过程。2植物组织培养技术的注意事项(1)外植体的选择与制备外植体的选择：外植体脱分化的难易因植物种类、器官来源及生理状况的不同而不同。一般来说，植物的花和幼嫩的组织脱分化相对比较容易，而植物的茎、叶和成熟的组织较难。制备外植体首先要消毒，其次要选取有形成层的部分，因为形成层细胞易脱分化。(2)无菌操作植物组织培养成功
8、的关键是避免微生物的污染，所有实验用具要严格灭菌，接种过程要进行严格的无菌操作。(3)光照的控制对于植物组织培养来说，光照条件非常重要。在愈伤组织的诱导阶段往往要避光培养，有利于细胞脱分化产生愈伤组织(如果是在光照条件下，容易分化产生维管等组织，不利于产生大量的愈伤组织)。当愈伤组织分化出芽和叶时，一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成。(4)植物激素的使用生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素，两类激素的浓度及用量的比例等都会影响实验结果。3菊花组织培养实验的注意事项(1)条件控制：植物组织培养过程中光照条件的控制非常重要，包括光照强度、光照时间和波长等。在形成愈伤组织
9、的脱分化阶段往往需要暗培养，而在再分化的过程中一定要有光照。脱分化阶段的暗培养有利于细胞的脱分化，产生愈伤组织，因为在光照条件下细胞容易分化产生维管组织，不利于产生大量的愈伤组织。再分化阶段要有光照，这样有利于诱导形成叶绿素。 (2)取材：取幼嫩茎段。外植体的遗传特性、取材的位置都会影响愈伤组织的再分化能力。(3)接种：菊花茎段插入培养基时应注意方向，将形态学下端插入培养基，不要倒插。(4)消毒和灭菌：培养基中含有丰富的营养物质，不仅有利于培养物的生长，也有利于各种杂菌的生长。一旦污染，迅速生长的各种杂菌不仅会与培养物争夺营养，而且还会产生大量对培养物有害的物质，导致培养物死亡。【检测反馈】1
10、植物组织培养过程中的脱分化是指()A植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞的过程B未成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程C植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程D取植物的枝芽培育成一株新植物的过程2下面是植物组织培养过程示意图，相关说法正确的是()外植体愈伤组织长出丛芽生根移栽成活A上述植物组织培养的过程依据的生物学原理是植物细胞具有全能性B需要对外植体进行严格的灭菌处理，以防止杂菌污染C外植体若是月季的花药，则图中的过程需要光照D外植体若是菊花的根尖组织，因细胞中没有叶绿体，故培养成的新植株叶片无色3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下图。下列
11、叙述正确的是()A过程获得的原生质体需悬浮在30%蔗糖的溶液中B过程需提高生长素的比例以促进芽的分化C过程需用秋水仙素处理，以诱导细胞壁再生D原生质体虽无细胞壁，但仍保持细胞的全能性探究点三植物体细胞杂交技术【师问导学】1从结果上看杂种植株在遗传上有何特点？从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？2从新品种培育的角度分析，植物体细胞杂交技术最大的优点是什么？3科学家采用体细胞杂交的方法得到了“番茄马铃薯”杂种植物，但这种植物并没有地上结番茄，地下长马铃薯。你如何解释这一现象？4以下为植物体细胞杂交技术的流程图，其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞，二者所含有的染色体组分别是AA和BB。请据图分
12、析并回答问题。(1)过程的目的是_，所用的酶为_。 (2)将若干a和b等量混合后转移到培养基上培养，再经过和，c的细胞类型有_(不考虑三个或三个以上细胞的融合，用染色体组成表示)。 (3)在采用化学法进行过程时，一般是用_作为诱导剂。 (4)植物体细胞杂交与自然状况下的杂交相比，前者的重要意义是_。 【智涂笔记】方法技巧1体细胞杂交后细胞内染色体数目、染色体组数目及基因型的判断体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管染色体、基因型、还是染色体组都是两亲本之和。若一植物细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则新植株应为
13、异源四倍体，其体细胞中染色体为(2x2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。2植物体细胞杂交过程中的注意事项(1)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植物细胞质浓度，不仅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。(2)体细胞两两融合细胞类型有3种(AA、BB、AB)，而真正符合要求的是AB，因此要对融合细胞进行筛选。(3)体细胞杂交过程中涉及的遗传知识从生殖类型上看，植物体细胞杂交技术没有生殖细胞的形成和结合，属于无性生殖，变异类型是染色体数目的变异，形成的是异源多倍体，由于含有两个亲本的遗传物质，因此理论上应具有两个亲本的遗传性状。体细胞
14、杂交培育新品种的过程中，遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传定律，只有在有性生殖进行减数分裂的过程中才符合遗传定律，而体细胞杂交没有此过程。【师说核心】1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流动性，杂种细胞发育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。2植物组织培养和植物体细胞杂交的比较名称植物组织培养植物体细胞杂交原理植物细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性和植物细胞的全能性过程选材选取根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化不同植物细胞融合后形成的杂种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
15、体细胞杂交所用的技术更复杂3.植物体细胞杂交过程中杂种细胞的类型及检测方法(1)诱导产物(假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B)未融合的细胞：A和B。两两融合的细胞：AA、BB和AB。多细胞融合体。(2)检测方法：对诱导产物中的细胞进行植物组织培养，然后根据得到的植物性状进行判断。植物性状结论若只表现出一种植物的性状未融合细胞若得到的是具有两种亲本性状的植物杂种植株若得到的是两种亲本性状的植物，且一种植物的性状得到加强多细胞融合体若得到的是一种植物的性状，但是效果得到加强同种细胞融合【检测反馈】1下面为“番茄马铃薯”的培育过程示意图，相关叙述中，正确的是()A获得a、b细胞需要胰蛋白酶和果胶
16、酶B诱导a、b细胞融合的化学试剂一般用秋水仙素Ca、b细胞融合为c细胞的原理是细胞膜具有流动性Dd、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2下图是植物体细胞杂交过程的示意图，如果A、B植物均为二倍体，据图分析回答：(1)图中所示过程的原理有_。(2)图中的过程是_。(3)植物体细胞融合成功的标志是_，其产生与细胞内_(细胞器)有关。(4)和分别是_和_过程，则该杂种植株有_个染色体组。(5)该技术独特的优势是_。【网络建构】【主干落实】1细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。2植物组织培养的原理是植物细胞的全能性，主要过程包括脱分化和再分化
17、。3生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。4植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染，所有实验用具要严格灭菌，接种过程进行严格的无菌操作。5植物细胞融合依据的生物学原理是细胞膜的流动性，融合成功的标志是杂种细胞再生出细胞壁。1.细胞的全能性是指()A细胞具有各项生理功能B已分化的细胞能恢复到分化前的状态C已分化的细胞全部能再进一步分化D细胞仍具有发育成完整个体的潜能2在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的()A消毒灭菌B适宜的温度C充足的光照 D适宜的养料和激素3.下面是“白菜甘蓝”杂种植株培育过程示意图。下列叙述中正确的是()A
18、如将纯种的白菜和甘蓝的卵细胞分别制成原生质体，按相同的方法操作也可得到与图示基因型相同的杂种植株B可以通过在0.3 g/mL蔗糖溶液中是否发生质壁分离来判断白菜原生质体的死活C该培养过程中可能发生细胞分化、染色体变异或基因突变，一般不会发生基因重组D植物组织培养时利用的培养基和无土栽培时利用的营养液成分完全相同4(多选)下列有关植物体细胞杂交的叙述，正确的是()A有可能把两个植物体的优良性状集中在杂种植株上B需要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁C利用聚乙二醇可以促进原生质体融合D植物体细胞杂交就是将不同的植物体细胞融合成杂种细胞5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
19、：(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)步骤切取的组织块中要带有形成层，原因是_。(3)从步骤到步骤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)步骤要进行照光培养，其作用是_。(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。第1小节(一)从社会中来提示：利用植物组织培养技术快速繁殖兰花。具体操作为取兰花幼嫩部位消毒后置于诱导形成愈伤组织的培养基中培养，经脱分化形成愈伤组织，转接到诱导生根培养基上，再分化形成胚状体或丛芽，移栽获得兰花植株。(
20、二)探究实践1提示：用于植物组织培养的培养基同样适合某些微生物的生长，如一些细菌、真菌等的生长。培养物一旦受到微生物的污染，就会导致实验前功尽弃，因此要进行严格的无菌操作。导致外植体被污染的原因可能有：培养基、接种工具灭菌不彻底；外植体消毒不彻底；操作过程不符合无菌操作要求等。2提示：观察实验结果，看看是否培养出了愈伤组织，记录多长时间长出了愈伤组织。从刚接种的外植体到长出愈伤组织一般需要2周左右的时间。统计更换培养基后愈伤组织进一步分化成芽和根的比例和时间。3提示：做好统计和对照，填好结果记录表，培养严谨的科学态度。从实验的第一步开始就要做好实验记录，可以分组配制不同的培养基，如诱导愈伤组织
21、的培养基、诱导生芽的培养基等，还可以进行不同配方的比较。4提示：生根苗移栽技术的关键是既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。一般使用无土栽培的办法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷洒质量分数为5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12 h。掀开塑料薄膜后24 h才能移栽。新移栽的组培苗要在温室过渡几天，待其长壮后再移植到大田或盆中。可以在课后统计移栽的成活率，看看移栽是否合格。(三)练习与应用概念检测1A2纤维素酶和果胶酶。拓展应用提示：杂种细胞中具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达可能会相互干扰，不能按人类意愿表达。第1课时植物细胞工程的基本技术互动探究智涂探究点一【师问导学】
22、1全能性2细胞中具有本物种全套的遗传信息3提示：能【检测反馈】1解析：受精卵是个体发育的起点，在自然条件下，通过细胞的分裂、分化形成完整的个体，所以受精卵的全能性最高；生物体内的体细胞由于细胞分化，细胞中的基因选择性地表达，因此全能性不能表达；卵细胞属于已分化的细胞，与受精卵相比，全能性较低；分化的植物细胞尽管具有全能性，但如果要表现出全能性，植物细胞必须在一定条件下进行离体培养。答案：C2解析：茎顶端分生组织的细胞，其细胞核没有失去全能性，A错误；同一个体的所有体细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂形成的，都具有相同的遗传物质，B、D错误；由于细胞中基因的选择性表达，使得茎顶端分生组织的细胞具有
23、细胞周期，但不能表现出全能性，C正确。答案：C3解析：植物细胞表现全能性的条件：器官、组织或细胞离体和适宜的外界条件；一定的营养(无机、有机成分)和植物激素。植物细胞组织培养形成植物体的两个重要的过程包括脱分化和再分化，在这两个过程中细胞都是通过有丝分裂方式进行增殖的。答案：D探究点二【师问导学】1脱分化避光再分化需光2生长素细胞分裂素3无性4提示：避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。5提示：三种培养基成分的不同是生长素和细胞分裂素的比例不同。6提示：后续培养过程中，给予适当时间和适宜强度的光照的目的是诱导叶绿素的形成，进一步形成叶绿体以进行光合作用。7提示：培养物经
24、过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞，愈伤组织中不含有叶绿体。【检测反馈】1解析：植物组织培养中的脱分化是指离体的植物器官、组织、细胞培养产生愈伤组织的过程。答案：C2解析：植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性，A正确；外植体一般只消毒，不进行灭菌处理，以保持外植体的活性，B错误；过程是脱分化过程，月季花药的脱分化过程不需要光照，幼小植株形成后才需要光照，C错误；菊花根尖组织中含有控制叶绿体形成的基因，在培养过程中，基因的选择性表达会使培养成的新植株叶片呈绿色，D错误。答案：A3解析：过程获得的原生质体不能悬浮在30%的蔗糖溶液中，30%的蔗糖溶液可导致原生质体失水皱缩甚至死亡
25、，A错误；过程为再分化过程，需提高细胞分裂素的比例以促进芽的分化，B错误；过程不需用秋水仙素处理，愈伤组织细胞已经有了细胞壁，C错误；原生质体虽无细胞壁，但含有细胞核等结构，即含有全部的遗传信息，原生质体仍保持细胞的全能性，D正确。答案：D探究点三【师问导学】1提示：遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传性状。染色体数目增加属于染色体数目变异。2提示：克服了不同种植物远缘杂交不亲合的障碍，使不同种植物杂交成为可能。3提示：基因之间、基因与基因产物之间、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，两种生物的基因结合到一个细胞中之后，不能按照原来的顺序表达了。4(1)去除细胞壁纤维素酶和果胶酶(2)AA、B
26、B、AAAA、BBBB、AABB(3)聚乙二醇(PEG)(4)克服了远缘杂交不亲和的障碍【检测反馈】1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，获得具有活力的原生质体；a、b细胞融合为c细胞的原理是细胞膜具有一定的流动性；诱导a、b细胞融合的化学试剂一般是聚乙二醇；d、e分别为脱分化和再分化。答案：C2解析：(1)植物体细胞杂交过程中有原生质体A和原生质体B的融合过程，其原理是细胞膜具有流动性；将杂种细胞培育成新的个体，其原理是植物细胞具有全能性。(2)图中的过程是去除植物细胞壁，制备原生质体。(3)植物体细胞融合成功的标志是形成新的细胞壁，植物细胞壁的形成与高尔基体有
27、关。(4)杂种细胞通过脱分化形成愈伤组织，再经再分化形成杂种植株。图中杂种植株是由两个二倍体细胞融合成的杂种细胞培育成的新个体，含有四个染色体组。(5)植物体细胞杂交可以克服远缘杂交不亲和的障碍。答案：(1)细胞膜具有流动性、植物细胞具有全能性(2)(去壁)制备原生质体(3)形成新的细胞壁高尔基体(4)脱分化再分化四(5)克服远缘杂交不亲和的障碍随堂巩固达标1解析：由于细胞分化，每种细胞具有特定的形态、结构和生理功能，A错误；已经分化的细胞一般一直保持分化后的状态，直到死亡，细胞分化具有持久性，B错误；高度分化的细胞不能进一步分化，C错误；细胞的全能性是指已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体的
28、潜能，D正确。答案：D2解析：形成愈伤组织，需要在消毒灭菌条件下进行。因为只有在消毒灭菌条件下，才能保证培养出的组织、细胞避免感染，否则培养基内将长出许多微生物，与离体细胞争夺营养与生存空间，使其不能形成愈伤组织。由于此阶段形成的是愈伤组织，并没有形成具有根、茎、叶的植物体，因此不需要光照。答案：C3解析：卵细胞是经减数分裂形成的，遗传物质减半，用卵细胞杂交得到的植株的细胞的遗传物质是体细胞杂交的一半，A错误；原生质体没有细胞壁，不会发生质壁分离，B错误；植物组织培养过程中细胞进行有丝分裂，只能发生细胞分化、染色体变异或基因突变，不会发生基因重组，C正确；植物组织培养时细胞要离体，最初一段时间
29、不能进行光合作用，因此植物组织培养利用的培养基中需要添加有机物，还需要添加琼脂作为凝固剂，D错误。答案：C4解析：植物体细胞杂交之前，需要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体；进行原生质体间的融合，必须要进行人工诱导，如可用聚乙二醇促进原生质体融合；植物体细胞杂交就是将不同的植物体细胞融合成杂种细胞，并将该杂种细胞培育成新的植物体的技术。答案：ABC5解析：(1)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全能性。(2)在本实验中，切取胡萝卜块时要切取含有形成层的部分，原因是形成层容易诱导形成愈伤组织。(3)决定植物细胞脱分化和再分化的关键因素是植物激素的种类和比例
30、，步骤(诱导愈伤组织形成)和步骤(诱导愈伤组织分化形成试管苗)所需的生长素和细胞分裂素的比例不同，故从步骤到步骤需更换培养基。愈伤组织通过细胞的再分化过程形成试管苗。(4)步骤需要照光培养，其作用是诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用。(5)组织培养没有经过两性生殖细胞的结合，因此属于无性繁殖，组织培养得到的植株保持了原品种的遗传特性。答案：(1)全能性(或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所需的生长素和细胞分裂素的比例不同再分化(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- 21 - 版权所有高考资源网
