1、第35课植物细胞工程课程标准要求学业质量水平4.1.1阐明植物组织培养是在一定条件下，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4.1.2概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定条件下融合成杂合细胞，继而培育成新植物体的技术4.1.3举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种等方式有效提高了生产效率1.通过菊花的组织培养实验，理解植物组织培养技术的原理，了解植物激素(生长素和细胞分裂素)的浓度、比例对菊花愈伤组织形成和分化的影响。(生命观念科学探究)2.运用所学生物知识，结合教材图解，理解植物体细胞杂交的原理和技术流程
2、。(生命观念科学思维)3.阅读相关资料，列举植物组织培养、植物体细胞杂交技术在生产实践中的应用，用生命观念解释植物细胞工程给人们带来的影响。(生命观念科学思维社会责任)一、细胞工程1概念原理、方法细胞生物学、分子生物学和发育生物学等操作水平细胞器、细胞或组织水平目的获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品2分类：植物细胞工程和动物细胞工程。3细胞的全能性：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。二、植物细胞工程1植物细胞工程的基本技术(1)植物组织培养技术植物组织培养的流程(2)菊花的组织培养原理：植物细胞的全能性。方法步骤(3)植物体细胞杂交技术概念：将不同来源
3、的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。过程意义：在打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等方面具有独特优势。2植物细胞工程的应用(1)植物繁殖的新途径快速繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。作物脱毒：选取植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒的组织培养，获得脱毒苗的技术。(2)作物新品种的培育，极大地缩短了育种年限，节约了大量的人力和物力。(3)细胞产物的工厂化生产：利用植物细胞培养获得次生代谢物等目标产物。1植物组织培养技术可使高度分化的植物组织的细胞表现出全能性(1)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞的全能性。()(2)
4、植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性。()(3)在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中，不会发生细胞的增殖和分化。()(4)愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的。()2植物体细胞杂交技术可打破生殖隔离、实现远缘杂交育种，能培育植物新品种(1)利用物理法或化学法可以直接将两个植物细胞进行诱导融合。()(2)用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体失去了全能性。()(3)再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志。()(4)培养草莓脱毒苗所采用的主要技术是细胞杂交。()植物组织培养1植物组织培养的关键(1)条件：离体，一定营养物质，激素(生长素、细胞分裂素)等。(2)培养基状态：固体
5、培养基(需再分化生根培养基及生芽培养基)。(3)体内细胞未表现全能性的原因：基因的表达具有选择性。(4)光照的应用：脱分化阶段不需要给予光照；再分化阶段需要给予光照，以利于叶绿素的形成。2植物激素在植物组织培养中的作用(1)按照不同的顺序使用这两类激素，会得到不同的实验结果使用顺序实验结果先使用生长素，后使用细胞分裂素有利于细胞分裂，但细胞不分化先使用细胞分裂素，后使用生长素细胞既分裂也分化同时使用分化频率提高简记为：先“生”分裂不分化，后“生”分裂又分化，同“使”分化频率高(2)当同时使用这两类激素时，二者用量的比例影响植物细胞的发育方向生长素/细胞分裂素的比值作用效果比值高时促进根分化、抑
6、制芽形成比值低时促进芽分化、抑制根形成比值适中促进愈伤组织形成考向1| 细胞的全能性1(多选)胡萝卜根的韧皮部组织细胞放在合适的培养基上培养，最终分化成具有根、茎、叶的完整的植株，说明植物细胞具有全能性。下列有关细胞全能性的叙述正确的是()A植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所含基因发生了改变B紫色糯性玉米种子培育成植株，这反映了植物种子具有全能性C将乳腺细胞核移植到去核卵母细胞中培育而成的克隆羊多莉，证明动物细胞核具有全能性D骨髓中的造血干细胞能分化出各种血细胞，不能证明造血干细胞具有全能性CD解析：植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是基因的选择性表达，而不是所含基因发生了
7、改变，A项错误。紫色糯性玉米种子培育成植株，这属于自然生长过程，不能反映全能性，B项错误。将乳腺细胞的细胞核移植到去核卵母细胞中培育而成的克隆羊多莉，证明动物细胞的细胞核具有全能性，C项正确。细胞全能性指细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或其他各种细胞的潜能。骨髓中的造血干细胞能分化出各种血细胞，不能证明造血干细胞具有全能性，D项正确。考向2| 植物组织培养技术2(2019江苏卷)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。下列叙述正确的是()A过程获得的原生质体需悬浮在30%蔗糖溶液中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诱导细胞壁
8、再生D原生质体虽无细胞壁但仍保持细胞的全能性D解析：原生质体在30%的蔗糖溶液中会失水皱缩，A错误；过程诱导芽分化时，需要提高细胞分裂素的比例，B错误；过程可以表示诱导根的分化形成幼苗，此时细胞壁已经形成，C错误；原生质体无细胞壁，但含有一整套的遗传物质，故具有全能性，D正确。植物体细胞杂交技术及其应用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原生质体膜上的蛋白质，其培育过程如图所示：(1)如何根据细胞膜表面荧光判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的？答案：融合的细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光。
9、(2)图中都需要光照吗？答案：脱分化阶段不需要给予光照；再分化阶段需要给予光照，以利于叶绿素的形成。(3)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有多少条染色体？答案：2(mn)条。(4)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几倍体植株？答案：单倍体植株。1植物组织培养与植物体细胞杂交的区别与联系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、组织或细胞脱分化愈伤组织再分化根、芽或胚状体 发育植物体选材选取根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化
10、不同种的植物体细胞融合后形成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，用一定的方法诱导原生质体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.杂种植株遗传物质变化的判断(1)遗传特性：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，故杂种植株具备两种植物的遗传特性。(2)染色体组数染色体组数两种植物体细胞内染色体组数之和。植物体细胞杂交形成的杂种植株，有几个染色体组就称为几倍体。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，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体为(
11、2x2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。3单倍体育种和突变体利用的不同点项目原理优点成果单倍体育种染色体变异明显缩短育种年限单育1号烟草品种，中花8号、11号水稻和京花1号小麦品种等突变体的利用基因突变产生新基因，大幅度改良某些性状抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草等考向1| 植物体细胞杂交技术1(多选)下图是通过植物体细胞杂交技术获得“番茄马铃薯”植株的技术流程图，下列说法正确的是()A图中过程表示再分化的过程B植物体细胞融合完成的标志是原生质体融合C已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，则“番茄马铃薯”属于异源六倍体D该过程体现了植物细胞的全能性CD解析：分析题图可知，表示人
12、工诱导原生质体融合的过程，A错误；植物体细胞融合完成的标志是再生出新的细胞壁，B错误；由于番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，因此植物体细胞杂交得到的“番茄马铃薯”属于异源六倍体，C正确；题图过程体现了植物细胞的全能性，D正确。考向2| 植物细胞工程的应用2植物细胞工程在苗木生产、作物育种等方面得到普遍应用。请回答下列问题：(1)为了获得脱毒植株，外植体往往取自植物的花芽、叶芽等处的分生组织，其原因是_。(2)在“番茄马铃薯”杂种植株的培育过程中，运用的工程技术有_；为获取杂种细胞，先除去细胞壁以获得_，再用PEG诱导其融合；融合成功的标志是杂种细胞出现_。这项研究最大的突破是_。(3)科学家以
13、成熟的水稻胚作为外植体，在基础培养基上研究人工合成的生长调节剂对诱导愈伤组织的影响，结果如表所示。培养基代号2，4D/(mgL1)6BA/(mgL1)愈伤组织诱导率/%A1.0065.41B2.0068.76C3.0091.01D3.00.254.48E3.00.557.35F3.01.051.71注：愈伤组织诱导率(%)(产生愈伤组织的数目/接种外植体数目)100%。从表中可以看出，在基础培养基中添加_不利于愈伤组织的形成。解析：(1)因为花芽、叶芽等处的分生组织中病毒很少或几乎没有病毒，所以可利用其进行植物组织培养获得脱毒植株。(2)在“番茄马铃薯”杂种植株的培育过程中，运用的工程技术有植
14、物体细胞杂交技术、植物组织培养技术；为获取杂种细胞，先除去细胞壁以获得原生质体，再用PEG诱导其融合；融合成功的标志是杂种细胞出现(新的)细胞壁。这项研究最大的突破是打破生殖隔离，实现远缘杂交育种。(3)2，4D浓度为1.03.0 mgL1时，随着2，4D浓度的上升，愈伤组织诱导率逐渐增大，但是添加6BA后愈伤组织诱导率明显下降，可见6BA不利于愈伤组织的形成，2，4D有利于愈伤组织的形成。答案：(1)这些部位病毒极少(或不含病毒)(2)植物体细胞杂交技术、植物组织培养技术原生质体新的细胞壁打破生殖隔离，实现远缘杂交育种(3)6BA生活实践情境紫花苜蓿是全世界栽培历史最悠久、利用最广泛的豆科牧
15、草，但易造成家畜鼓胀病。百脉根富含单宁，单宁可与植物蛋白质结合，不引起家畜采食后鼓胀。为培育抗鼓胀病的苜蓿新品种，科研人员利用野生型清水紫花苜蓿和里奥百脉根为材料进行了实验研究。研究主要流程如下图：(注：IOA可抑制植物细胞呼吸第一阶段，R6G可阻止线粒体的呼吸作用，二者有效抑制不同植物细胞正常代谢的临界浓度不同)命题生长点1 植物组织培养(1)图中过程属于植物组织培养。图中过程愈伤组织经过再分化形成再生植株，这一过程利用的原理是植物细胞具有全能性。(2)下列关于影响植物组织培养的因素，说法正确的是(D)A不同植物组织培养的难易程度不同，同一种植物组织培养的难易程度相同B在菊花的组织培养中，培
16、养基中必须添加植物激素C植物激素中生长素和细胞分裂素的作用是互相独立的D在植物组织培养的不同时期对光照的需要不同解析：不同植物组织和同一种植物不同组织培养的难易程度不同，A错误；在植物组织培养中，培养基中常常要添加植物激素，但不是都必须添加植物激素，如菊花茎段组织培养不需要添加植物激素，B错误；在植物的生长发育和适应环境变化的过程中，各种植物激素并不是孤立地起作用，而是多种激素相互作用，共同调节，C错误；诱导愈伤组织期间一般不需要光照，在后续的培养过程中，每日需要给予适当时间和强度的光照，D正确。命题生长点2 植物体细胞杂交(1)本研究主要利用了哪种现代生物技术？请谈谈利用此项技术进行育种的优
17、点。答案：本研究主要利用了植物体细胞杂交技术和植物组织培养技术。植物体细胞杂交技术的优点是打破生殖隔离，实现远缘杂交育种。(2)图中过程常使用的诱导剂是什么？在融合后只有异源融合产物能够存活的原因是什么？答案：图中表示人工诱导原生质体融合的过程，可使用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂。在融合后可能是异源融合产物因代谢互补可恢复生长并获得再生能力，故只有异源融合产物能够存活。(3)在实验前需通过预实验来研究R6G或IOA使原生质体失去再生愈伤组织能力的临界浓度，试阐述实验的设计思路。答案：将获取的原生质体分别放置在一系列不同浓度的R6G或IOA溶液中，培养一段时间后，观察原生质体再生情况，可获得R6G或IOA使原生质体失去再生愈伤组织能力的临界浓度。具有全能性体现(实现)全能性(1)具有全能性：理论上，具有细胞核的活细胞都具有全能性。(2)体现(实现)全能性：只有发育成完整生物体或能分化成其他各种细胞，才能说明体现(实现)细胞的全能性。有关植物体细胞杂交的3个易错点(1)植物体细胞杂交的结果不只是形成杂种细胞，最终要经过组织培养形成杂种植株。(2)植物体细胞杂交属于无性生殖，是因为体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合。(3)杂种植株的变异类型属于染色体变异，是因为杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，属于异源多倍体。