資源簡(jiǎn)介 中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)第35講 植物細(xì)胞工程[課程導(dǎo)學(xué)]內(nèi)容要求 4.1.植物細(xì)胞工程包括組織培養(yǎng)和體細(xì)胞雜交等技術(shù)。與舊教材對(duì)比 增:①玉米單倍體育種流程圖;②外植體;③初、次生代謝概念。刪:①人工種子;②植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在組織培養(yǎng)中的作用。改:①細(xì)胞全能性的概念;②胡蘿卜組織培養(yǎng)改為菊花組織培養(yǎng)。考點(diǎn)一 植物組織培養(yǎng)技術(shù)和植物體細(xì)胞雜交技術(shù)1.細(xì)胞工程的概念2.細(xì)胞的全能性 植物細(xì)胞具有全能性的原因一般生物體的每一個(gè)細(xì)胞都含有該物種所特有的全套遺傳信息,即都有發(fā)育成完整個(gè)體所必需的全部遺傳信息。3.植物組織培養(yǎng)技術(shù)(1)條件和結(jié)果 植物組織培養(yǎng)中所需的碳源一般為蔗糖,少數(shù)為葡萄糖和果糖,原因是蔗糖既可提供充足的碳源,又可維持相對(duì)適中的滲透壓,而葡萄糖和果糖在與蔗糖提供相同數(shù)量碳源的前提下,其造成的滲透壓可能過高。(2)培養(yǎng)過程:接種外植體誘導(dǎo)愈傷組織誘導(dǎo)生芽、生根―→完整植株。①脫分化:已經(jīng)分化的細(xì)胞,經(jīng)過脫分化,即失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過程。②再分化:愈傷組織重新分化成芽、根等器官。 由愈傷組織進(jìn)行細(xì)胞分化時(shí),一般要先誘導(dǎo)其生芽,然后誘導(dǎo)其生根,可通過控制培養(yǎng)基中生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的比例來(lái)實(shí)現(xiàn)。4.植物體細(xì)胞雜交技術(shù)(1)概念:將不同來(lái)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)操作流程 植物體細(xì)胞雜交屬于無(wú)性生殖。(3)意義植物體細(xì)胞雜交技術(shù)在打破生殖隔離,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種,培育植物新品種等方面展示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。(1)植物的每個(gè)細(xì)胞在植物體內(nèi)和體外都能表現(xiàn)出細(xì)胞的全能性。( )(2)在誘導(dǎo)離體菊花莖段形成幼苗的過程中,不會(huì)發(fā)生細(xì)胞的增殖和分化。( )(3)愈傷組織是外植體通過脫分化和再分化后形成的。( )(4)用纖維素酶和果膠酶水解法獲得的植物原生質(zhì)體失去了全能性。( )(5)再生出細(xì)胞壁是原生質(zhì)體融合成功的標(biāo)志。( )(6)植物體細(xì)胞雜交過程要用到植物組織培養(yǎng)。( )(7)植物組織培養(yǎng)中,培養(yǎng)基中添加蔗糖的目的是提供營(yíng)養(yǎng)和調(diào)節(jié)滲透壓。( )答案:(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√ (7)√1.(選擇性必修3 P36注意)(1)實(shí)驗(yàn)中使用的培養(yǎng)基和所有的器械都要________。接種操作必須在酒精燈火焰旁進(jìn)行,并且每次使用后的器械都要________。(2)接種時(shí)注意外植體的方向,不要________。(3)誘導(dǎo)愈傷組織期間一般________光照,在后續(xù)的培養(yǎng)過程中,每日________給予適當(dāng)時(shí)間和強(qiáng)度的光照。提示:(1)滅菌 滅菌 (2)倒插 (3)不需要 需要2.(選擇性必修3 P38拓展應(yīng)用)為什么“番茄—馬鈴薯”雜種植株沒有如科學(xué)家所想象的那樣,地上結(jié)番茄、地下長(zhǎng)馬鈴薯?________________________________________________________________________。提示: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”雜種植株的細(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)3.(選擇性必修3 P116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________(芐基腺嘌呤)和________(萘乙酸),質(zhì)量濃度均為0.5 mg/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2~3 mg/L和0.02~0.3 mg/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________或________(吲哚乙酸),質(zhì)量濃度均為0.1 mg/L。提示:(1)BA NAA (3)NAA IAA1.不同細(xì)胞的全能性比較(1)體細(xì)胞全能性:分化程度低的>分化程度高的;細(xì)胞分裂能力強(qiáng)的>細(xì)胞分裂能力弱的。(2)不同細(xì)胞的全能性:受精卵>生殖細(xì)胞>體細(xì)胞。(3)不同生物的細(xì)胞全能性:植物細(xì)胞>動(dòng)物細(xì)胞。(4)全能性與細(xì)胞分化的關(guān)系:一般情況下,隨著細(xì)胞分化程度的不斷提高,細(xì)胞的全能性逐漸降低。2.植物激素對(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)果使用順序 實(shí)驗(yàn)結(jié)果先使用生長(zhǎng)素,后使用細(xì)胞分裂素 有利于細(xì)胞分裂,但細(xì)胞不分化先使用細(xì)胞分裂素,后使用生長(zhǎng)素 細(xì)胞既分裂也分化同時(shí)使用 分化頻率提高簡(jiǎn)記:先“生”分裂不分化,后“生”分裂又分化,同“使”分化頻率高(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)育方向生長(zhǎng)素/細(xì)胞分裂素 植物細(xì)胞的發(fā)育方向比值高 有利于根的分化、抑制芽的形成比值低 有利于芽的分化、抑制根的形成比值適中 促進(jìn)愈傷組織的形成簡(jiǎn)記:“高”根,“低”芽,“中”愈傷3.植物體細(xì)胞雜交與植物有性雜交中遺傳物質(zhì)的變化設(shè)白菜細(xì)胞含2x條染色體,2個(gè)染色體組;甘藍(lán)細(xì)胞含2y條染色體,2個(gè)染色體組。項(xiàng)目 不同物種體細(xì)胞雜交 不同物種有性雜交 同一物種雜交過程子代染色體數(shù)目 2x+2y x+y 2x(白菜)或2y(甘藍(lán))子代染色體組數(shù) 4 2 2子代是幾倍體 異源四倍體 異源二倍體 同源二倍體子代是否可育 可育 不可育 可育繁殖方式 無(wú)性繁殖 有性繁殖 有性繁殖變異類型 染色體變異 染色體變異 —突破1 植物組織培養(yǎng)核心素養(yǎng) 生命觀念1.(2019·高考江蘇卷)為探究矮牽牛原生質(zhì)體的培養(yǎng)條件和植株再生能力,某研究小組的實(shí)驗(yàn)過程如下圖。下列敘述正確的是( )A.過程①獲得的原生質(zhì)體需懸浮在30%蔗糖溶液中B.過程②需提高生長(zhǎng)素的比例以促進(jìn)芽的分化C.過程③需用秋水仙素處理誘導(dǎo)細(xì)胞壁再生D.原生質(zhì)體雖無(wú)細(xì)胞壁但仍保持細(xì)胞的全能性答案:D2.(不定項(xiàng))水竹是單子葉禾本科植物,易管理和培植,干凈而雅致。下圖為通過植物組織培養(yǎng)大量獲得水竹幼苗的過程。下列敘述正確的是( )―→A.選擇水竹的葉和根尖分生區(qū)作為外植體誘導(dǎo)形成愈傷組織的難度相同B.愈傷組織是一團(tuán)排列疏松而無(wú)規(guī)則、高度液泡化、有一定形態(tài)和功能的薄壁細(xì)胞C.①過程為脫分化,②過程為再分化,②過程的實(shí)質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)D.在水竹植物組織培養(yǎng)過程中,經(jīng)過篩選可能獲得有用的突變體解析:選CD。植物組織培養(yǎng)技術(shù)的原理是植物細(xì)胞的全能性,在外植體的選擇上,一般選擇分裂旺盛、帶有分生區(qū)的部位,這樣的外植體分化程度較低,容易誘導(dǎo)形成愈傷組織,A錯(cuò)誤;愈傷組織是高度液泡化,無(wú)定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞組成的排列疏松、無(wú)規(guī)則的組織,B錯(cuò)誤;脫分化是指已經(jīng)分化的細(xì)胞經(jīng)過誘導(dǎo)后,失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過程,②過程為再分化,其實(shí)質(zhì)是基因的選擇性表達(dá),C正確;植物組織培養(yǎng)過程中,可能獲得突變體,經(jīng)過篩選可能獲得有用的突變體,突變體產(chǎn)生的原因是在培養(yǎng)過程中,細(xì)胞一直處于分裂狀態(tài),因此容易受到培養(yǎng)條件和外界壓力的影響而產(chǎn)生突變,D正確。突破2 植物體細(xì)胞雜交核心素養(yǎng) 生命觀念3.(2022·大連高三模擬)下圖為植物體細(xì)胞雜交過程,下列敘述錯(cuò)誤的是( )A.上述技術(shù)應(yīng)用的生物學(xué)原理包括細(xì)胞膜的流動(dòng)性、植物細(xì)胞的全能性B.若細(xì)胞膜表面只有紅色熒光,則融合的原生質(zhì)體至少由兩個(gè)番茄細(xì)胞形成C.③過程為脫分化,過程中雜種細(xì)胞失去了其特有的結(jié)構(gòu)和功能D.當(dāng)細(xì)胞分裂素的效應(yīng)高于生長(zhǎng)素時(shí),主要誘導(dǎo)根原基的形成解析:選D。當(dāng)細(xì)胞分裂素的效應(yīng)高于生長(zhǎng)素時(shí),主要誘導(dǎo)芽原基的形成,D錯(cuò)誤。考點(diǎn)二 植物細(xì)胞工程的應(yīng)用1.植物繁殖的新途徑2.作物新品種的培育(1)單倍體育種優(yōu)點(diǎn):①明顯縮短育種年限;②可獲得純合子,后代不發(fā)生性狀分離,能穩(wěn)定遺傳。(2)突變體的利用3.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)(1)初生代謝與次生代謝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)生命過程中它一直進(jìn)行著。初生代謝物有糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸等。次生代謝不是生物生長(zhǎng)所必需的,一般在特定的組織或器官中,并在一定的環(huán)境和時(shí)間條件下才進(jìn)行。(2)過程外植體愈傷組織細(xì)胞懸液細(xì)胞產(chǎn)物 工廠化生產(chǎn)不一定要培養(yǎng)出植物體,一般培養(yǎng)到愈傷組織階段,從培養(yǎng)愈傷組織細(xì)胞的培養(yǎng)液中就可提取細(xì)胞產(chǎn)物。(1)葡萄的扦插、桃樹的嫁接、石榴的壓條繁殖方式都屬于快速繁殖。( )(2)脫毒苗培育所選的組織培養(yǎng)材料可以來(lái)自植株的任何部位。( )(3)單倍體育種和突變體培育的遺傳學(xué)原理是一致的。( )(4)突變體培育通常是對(duì)植物的愈傷組織進(jìn)行誘變處理,而工廠化生產(chǎn)的細(xì)胞產(chǎn)物也來(lái)自愈傷組織細(xì)胞。( )答案:(1)× (2)× (3)× (4)√1.(2022·北京高三月考)為培育具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的無(wú)籽柑橘,研究者設(shè)計(jì)如下流程。相關(guān)敘述不正確的是( )A.過程①需使用胰蛋白酶處理B.實(shí)現(xiàn)過程②依賴膜的流動(dòng)性C.過程③需應(yīng)用植物組織培養(yǎng)技術(shù)D.三倍體植株可產(chǎn)生無(wú)籽柑橘解析:選A。過程①為利用酶解法去除植物細(xì)胞壁獲得原生質(zhì)體,植物細(xì)胞壁的主要成分為纖維素和果膠,故該過程所用酶為纖維素酶和果膠酶,A錯(cuò)誤。2.紫杉醇是一種生物堿類化合物,是目前已發(fā)現(xiàn)的最優(yōu)秀的天然抗癌藥物。下圖是通過植物細(xì)胞工程技術(shù)獲得紫杉醇的途徑,據(jù)圖回答下列問題:(1)該途徑________(填“體現(xiàn)”或“不體現(xiàn)”)植物細(xì)胞的全能性,原因是_____________________________________________________________________________。過程①中生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的用量比值應(yīng)________(填“高”“低”或“適中”)。(2)過程③需使用液體培養(yǎng)基,其優(yōu)點(diǎn)在于____________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)根據(jù)紫杉醇的化學(xué)本質(zhì),可以判斷有關(guān)基因控制紫杉醇合成的方式是_____________________________________________________________________________________________。(4)若通過誘變育種技術(shù)選育紫杉醇含量高的細(xì)胞,可對(duì)圖中的________________進(jìn)行誘變處理,然后進(jìn)行篩選。答案:(1)不體現(xiàn) 沒有形成完整植物體或分化成其他各種細(xì)胞 適中(2)使培養(yǎng)細(xì)胞與培養(yǎng)液充分接觸,有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的充分利用(3)有關(guān)基因通過控制酶的合成控制代謝,進(jìn)而控制紫杉醇的合成(4)愈傷組織[原因分析類]1.在進(jìn)行植物組織培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)時(shí),要嚴(yán)格控制雜菌污染的原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案:雜菌在培養(yǎng)基上生長(zhǎng)爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng),雜菌產(chǎn)生的物質(zhì)影響植物組織的生長(zhǎng)2.若想利用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)培育出馬鈴薯—草莓雜種植株以提高土地的利用率,________(填“能”或“不能”)把兩物種細(xì)胞直接融合,理由是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案:不能 植物細(xì)胞外面有一層細(xì)胞壁,阻礙了細(xì)胞間的雜交(融合)3.光照在培養(yǎng)過程中不作為愈傷組織的能量來(lái)源,原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案:在脫分化形成愈傷組織及愈傷組織的增殖階段,細(xì)胞中均不含葉綠體,無(wú)法利用光照進(jìn)行光合作用[事實(shí)概述類]4.[2019·全國(guó)Ⅱ,T38(4)]植物組織培養(yǎng)技術(shù)可與基因工程技術(shù)相結(jié)合獲得轉(zhuǎn)基因植株。將含有目的基因的細(xì)胞培養(yǎng)成一個(gè)完整植株的基本程序是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________(用流程圖表示)。答案:含目的基因的細(xì)胞愈傷組織小植株5.[2019·全國(guó)Ⅱ,T38(1)]植物微型繁殖是植物繁殖的一種途徑。與常規(guī)的種子繁殖方法相比,這種微型繁殖技術(shù)的特點(diǎn)有___________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出2點(diǎn)即可)。答案:能保持植物原有的遺傳特性;繁殖速度快6.紅豆杉因其次生代謝產(chǎn)物紫杉醇的顯著治癌效果而備受關(guān)注。不同有機(jī)溶劑及其組合作為浸提溶劑對(duì)紫杉醇得率的影響如下圖所示。有機(jī)溶劑名稱注:1——甲醇;2——乙醇;3——丙酮;4——二氯甲烷;5——乙酸乙酯;6——甲醇 乙醇;7——甲醇 丙酮;8——甲醇 二氯甲烷;9——甲醇 乙酸乙酯;10——乙醇 丙酮;11——乙醇 二氯甲烷;12——乙醇 乙酸乙酯;13——丙酮 二氯甲烷;14——丙酮 乙酸乙酯;15——二氯甲烷 乙酸乙酯。從溶劑單獨(dú)和混合提取效果的角度分析,可得出的結(jié)論有:______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案:①單一溶劑作為提取紫杉醇的浸提溶劑時(shí),甲醇的提取效果最佳;②溶劑混合浸提時(shí),乙醇—二氯甲烷作為浸提溶劑提取紫杉醇的效果最好[體驗(yàn)等級(jí)考]1.(2021·高考福建卷)科研人員利用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)培育矮牽牛新品種,技術(shù)流程示意圖如下。下列敘述正確的是( )A.愈傷組織是幼嫩葉片通過細(xì)胞分化形成的B.獲得的雜種植株都能表現(xiàn)雙親的優(yōu)良性狀C.可用聚乙二醇誘導(dǎo)原生質(zhì)體甲和乙的融合和細(xì)胞壁再生D.用纖維素酶和果膠酶處理愈傷組織以獲得原生質(zhì)體解析:選D。愈傷組織是幼嫩葉片通過細(xì)胞脫分化形成的,A錯(cuò)誤;由于基因的選擇性表達(dá)和基因間的互作效應(yīng),獲得的雜種植株不一定能夠表現(xiàn)親本的優(yōu)良性狀,B錯(cuò)誤;可用聚乙二醇誘導(dǎo)原生質(zhì)體甲和乙的融合,但不能誘導(dǎo)細(xì)胞壁的再生,C錯(cuò)誤;由于植物細(xì)胞細(xì)胞壁的成分主要是纖維素和果膠,故可以用纖維素酶和果膠酶處理愈傷組織以獲得原生質(zhì)體,D正確。2.(2021·高考湖北卷)月季在我國(guó)享有“花中皇后”的美譽(yù)。為了立月季某新品種的快速繁殖體系,以芽體為外植體,在MS培養(yǎng)基中添加不同濃度的6 BA和IBA進(jìn)行芽體增殖實(shí)驗(yàn),芽分化率(%)結(jié)果如表。6 BA/(mg·L-1) IBA/(mg·L-1)0.1 0.2 0.3 0.4 0.51.0 31 63 58 49 412.0 40 95 76 69 503.0 37 75 64 54 414.0 25 35 31 30 255.0 8 21 12 8 4關(guān)于上述實(shí)驗(yàn),下列敘述錯(cuò)誤的是( )A.6 BA濃度大于4.0 mg·L-1時(shí),芽分化率明顯降低B.6 BA與IBA的比例為10∶1時(shí)芽分化率均高于其他比例C.在培養(yǎng)基中同時(shí)添加適量的6 BA和IBA,可促進(jìn)芽分化D.2.0 mg·L-1 6 BA和0.2 mg·L-1 IBA是實(shí)驗(yàn)處理中芽分化的最佳組合解析:選B。據(jù)題表可知,6 BA濃度為從4.0 mg·L-1到5. 0 mg·L-1時(shí),芽分化率降低非常明顯,故6 BA 濃度大于4.0 mg·L-1時(shí),芽分化率明顯降低,A正確;據(jù)表可知,當(dāng)6 BA與IBA的比例為10∶1時(shí),芽分化率為31%、95%、64%、30%、4%,因此6 BA與IBA的比例為10∶1時(shí),芽分化率不一定都高于其他比例,B錯(cuò)誤;據(jù)表可知,6 BA與IBA的比例會(huì)影響芽的分化率,因此在培養(yǎng)基中同時(shí)添加適量的6 BA和IBA,可促進(jìn)芽分化,C正確;據(jù)表可知,芽分化率為95%是最高的,此時(shí)6 BA和IBA的濃度分別為2.0 mg·L-1、0.2 mg·L-1,是實(shí)驗(yàn)處理中芽分化的最佳組合,D正確。3.(不定項(xiàng))(2021·江蘇適應(yīng)性考試模考)栽培蘋果品種以二倍體為主,通過離體培養(yǎng)蘋果成熟胚(2n),可誘導(dǎo)再生獲得品質(zhì)改良的四倍體蘋果。下列敘述正確的是( )A.可通過低溫或秋水仙素誘導(dǎo)處理獲得四倍體B.經(jīng)誘導(dǎo)獲得的再生苗都為純合體C.誘導(dǎo)獲得的植株需經(jīng)染色體倍性鑒定D.通過二倍體的體細(xì)胞雜交方法也可獲得四倍體植株解析:選ACD。可通過低溫或秋水仙素處理從而抑制紡錘體的形成使染色體數(shù)目加倍,進(jìn)而獲得四倍體,A正確;若原二倍體植株為雜合子,則經(jīng)誘導(dǎo)獲得的再生苗也是雜合子,B錯(cuò)誤;誘導(dǎo)獲得的植株不一定都能成為四倍體,所以需經(jīng)染色體倍性鑒定,C正確;通過二倍體的體細(xì)胞雜交方法也可獲得四倍體植株,D正確。4.(2021·重慶選擇考模考)某研究人員設(shè)計(jì)了下列技術(shù)路線,以期獲得甘藍(lán)和蘿卜體細(xì)胞雜交植株。請(qǐng)回答下列問題:(1)制備原生質(zhì)體時(shí),常用兩種酶處理,分別是____________________。誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合常用的化學(xué)誘導(dǎo)劑是____________________。原生質(zhì)體融合成功的標(biāo)志是____________________。圖中X是____________________。(2)為誘導(dǎo)融合體產(chǎn)生不定芽,通常應(yīng)在培養(yǎng)基中加入兩類植物激素,其中起主要作用的是____________________。(3)若想獲得抗鹽植株,可選用融合原生質(zhì)體作為人工誘變的材料,原因是________________________________,且需在含較高濃度的NaCl培養(yǎng)基中篩選。答案:(1)纖維素酶和果膠酶 PEG(聚乙二醇) 雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁 愈傷組織 (2)細(xì)胞分裂素(3)融合原生質(zhì)體包含了兩個(gè)物種的全部遺傳信息,且具有全能性21世紀(jì)教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁(yè) (共 2 頁(yè))HYPERLINK "http://www.21cnjy.com/" 21世紀(jì)教育網(wǎng)(www.21cnjy.com) 展開更多...... 收起↑ 資源預(yù)覽 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