資源簡介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺
人教(2019)生物高考知識點(diǎn)梳理&對點(diǎn)訓(xùn)練
13.1 植物細(xì)胞工程
知識點(diǎn)(一)　植物組織培養(yǎng)及其應(yīng)用
1．細(xì)胞工程的概念
原理和方法 細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)
操作水平 細(xì)胞水平、細(xì)胞器水平或組織水平
目的 獲得特定的細(xì)胞、組織、器官、個體或其產(chǎn)品
2．植物組織培養(yǎng)技術(shù)
(1)理論基礎(chǔ)。
植物細(xì)胞的全能性 概念 細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細(xì)胞的潛能
原理 細(xì)胞內(nèi)含有本物種的全部遺傳信息
表達(dá)條件 具有完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，處于離體狀態(tài)，提供一定的營養(yǎng)、激素和其他適宜外界條件
(2)概念：是指將離體的植物器官、組織或細(xì)胞等，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其形成完整植株的技術(shù)。
(3)操作流程。
→→→→
(4)操作實例——菊花的組織培養(yǎng)。
3．植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用
(1)植物繁殖的新途徑。
快速繁殖 ①使用的技術(shù)：植物組織培養(yǎng)技術(shù) ②原理：植物細(xì)胞的全能性 ③優(yōu)點(diǎn)：高效、快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖；保持優(yōu)良品種的遺傳特性 ④特點(diǎn)：使用材料少，培養(yǎng)周期短，繁殖率高，適合自動化管理，有利于進(jìn)行工廠化生產(chǎn)
作物脫毒 ①技術(shù)手段：植物組織培養(yǎng)技術(shù) ②材料的選取：植物頂端分生區(qū)附近(如莖尖)，此部分病毒極少，甚至無病毒 ③優(yōu)點(diǎn)：脫毒作物產(chǎn)量高，品質(zhì)好
(2)作物新品種的培育。
單倍體育種 突變體的利用
原理 染色體變異 基因突變
優(yōu)點(diǎn) 明顯縮短育種年限 產(chǎn)生新基因，大幅度改良某些性狀
過程
(3)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(如酚類、萜類和含氮化合物等)，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單個植物細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)使其增殖的技術(shù)。
【知識點(diǎn)考法訓(xùn)練】
考法(一)　植物組織培養(yǎng)的原理和過程
1．人參是重要的藥用植物，常以根入藥，由于過度采挖導(dǎo)致人參資源枯竭，人工栽培周期長。研究表明，可采用植物組織培養(yǎng)的方式培養(yǎng)人參不定根，用以滿足市場需求。下列說法錯誤的是(　 )
A．人參不定根培養(yǎng)中有脫分化和再分化過程
B．過程①必須光照培養(yǎng)以增加有機(jī)物來源
C．過程②所需要的生長素比例大于細(xì)胞分裂素
D．需要檢測獲得的不定根中有效成分的含量
解析：選B　過程①脫分化要避光處理，B錯誤。
2．(2022·菏澤二模)培養(yǎng)胡蘿卜根組織可獲得試管苗，獲得試管苗的過程如圖所示，下列敘述錯誤的是(　 )
A．胡蘿卜根段進(jìn)行組織培養(yǎng)可以形成試管苗，是因為植物細(xì)胞具有全能性
B．步驟③切取的組織塊中要帶有形成層，原因是形成層容易誘導(dǎo)形成愈傷組織
C．步驟⑤要進(jìn)行照光培養(yǎng)，其作用是誘導(dǎo)葉綠素的形成
D．步驟⑤和步驟⑥的培養(yǎng)基中所需的生長素和細(xì)胞分裂素的比例不同
解析：選C　步驟⑥為再分化過程，要進(jìn)行照光培養(yǎng)，其作用是誘導(dǎo)根的形成；步驟⑤為脫分化過程，兩者在培養(yǎng)過程中需要的生長素和細(xì)胞分裂素的比例不同，D正確，C錯誤。
[歸納拓展]　植物激素在植物組織培養(yǎng)中的作用
生長素/細(xì)胞分裂素 植物細(xì)胞的發(fā)育方向
高 有利于根的分化，抑制芽的形成
低 有利于芽的分化，抑制根的形成
適中 促進(jìn)愈傷組織的生長
簡記為：“高”根，“低”芽，“中”愈傷
提醒：①由愈傷組織進(jìn)行細(xì)胞分化時，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)基中生長素和細(xì)胞分裂素的比例來實現(xiàn)。
②光照：在愈傷組織誘導(dǎo)階段，對有些植物來說，避光培養(yǎng)有利于細(xì)胞脫分化形成愈傷組織。當(dāng)愈傷組織再分化出芽和葉時，一定要有光照，有利于葉片內(nèi)葉綠素的合成。
考法(二)　考查植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用
3．下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)應(yīng)用的說法，錯誤的是(　 )
A．脫毒苗、人工種子的制備都應(yīng)用了植物組織培養(yǎng)技術(shù)
B．采用植物組織培養(yǎng)技術(shù)培養(yǎng)莖尖得到的脫毒作物可提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)
C．應(yīng)用植物組織培養(yǎng)技術(shù)得到人參、紫草等植株，然后從它們的細(xì)胞中提取細(xì)胞產(chǎn)物，可實現(xiàn)細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)
D．植物的組織培養(yǎng)過程中經(jīng)化學(xué)或物理的誘變處理可得到有用的突變體，如抗鹽堿的煙草等
解析：選C　細(xì)胞產(chǎn)物(如人參皂苷干粉、紫草素等)的工廠化生產(chǎn)，并未培養(yǎng)出完整的植株，而是將離體細(xì)胞、組織或器官培養(yǎng)到愈傷組織階段，利用細(xì)胞的分裂增殖擴(kuò)增細(xì)胞數(shù)量，從而獲得大量的細(xì)胞產(chǎn)物。
4．下列有關(guān)植物細(xì)胞工程應(yīng)用實例的敘述，正確的是(　 )
A．脫毒苗是利用莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)而獲得的抗病毒植株
B．脫分化和再分化都需要光照
C．突變體的利用是對愈傷組織進(jìn)行定向誘變，進(jìn)而培育新品種
D．單倍體育種可獲得穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良品種，縮短育種年限
解析：選D　植物莖尖沒有病毒，脫毒苗是利用莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)而獲得的無病毒植株，而非抗病毒植株，A錯誤；脫分化形成愈傷組織過程不需要光照，B錯誤；誘變是不定向的，C錯誤；單倍體育種最終獲得的是純合子，可獲得穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良品種，縮短育種年限，D正確。
[易錯點(diǎn)撥]　脫毒苗≠抗毒苗
脫毒苗是選擇植物的莖尖(剛形成，不含有病毒)進(jìn)行組織培養(yǎng)而獲得的，屬于細(xì)胞工程的范疇。抗毒苗是把某抗病基因?qū)氲绞荏w細(xì)胞，并通過一定的方法培育形成的或發(fā)生基因突變產(chǎn)生了某抗性基因的植物幼苗。　　
知識點(diǎn)(二)　植物體細(xì)胞雜交技術(shù)
1．概念：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．操作過程
4．意義：打破生殖隔離，實現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種，培育植物新品種。
【連接教材資料】1．(選擇性必修3 P38“練習(xí)與應(yīng)用”T1拓展)下圖是利用甲、乙兩種植物的各自優(yōu)勢，通過植物細(xì)胞工程技術(shù)培育高產(chǎn)、耐鹽的雜種植株的實驗流程圖。
(1)圖中a、b、c、d分別表示什么？
提示：a表示用纖維素酶和果膠酶處理；b表示誘導(dǎo)融合后得到的雜種細(xì)胞；c表示培養(yǎng)后得到的具有耐鹽性狀的幼芽；d表示選擇時要將植株種在高鹽環(huán)境中。
(2)由c形成植株的過程利用了植物組織培養(yǎng)技術(shù)，形成愈傷組織需要經(jīng)過脫分化過程，愈傷組織形成c需要經(jīng)過再分化過程。
2．(選擇性必修3 P38“練習(xí)與應(yīng)用”T2拓展)科學(xué)家在制備原生質(zhì)體時，有時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？
提示：纖維素酶和果膠酶。因為植物細(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)胞的細(xì)胞壁時要利用纖維素酶和果膠酶。
【知識點(diǎn)考法訓(xùn)練】
考法(一)　考查植物體細(xì)胞雜交的原理和過程
1．(2022·漳州模擬)青枯病是馬鈴薯的常見病害之一，少數(shù)馬鈴薯野生種對青枯病有抗性，但野生種難以與馬鈴薯栽培種直接雜交繁育。為獲得抗青枯病的馬鈴薯栽培種，研究人員進(jìn)行了植物體細(xì)胞雜交的實驗研究，過程如圖所示。下列分析正確的是(　 )
A．常利用纖維素酶和果膠酶在低滲溶液中去除A、B的細(xì)胞壁
B．過程①是人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合，可采用物理法或化學(xué)法
C．細(xì)胞C含有A和B的遺傳物質(zhì)，因此培育的雜種植株一定有抗性
D．過程③歷經(jīng)了脫分化和再分化，其本質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)
解析：選B　植物細(xì)胞去除細(xì)胞壁之后，如果處在低滲溶液中，會吸水漲破，所以去壁的過程不能放在低滲溶液中進(jìn)行，A錯誤；雖然細(xì)胞C含有A和B的遺傳物質(zhì)，但是并不會把A、B兩種植株的優(yōu)良性狀都表達(dá)出來，而是隨機(jī)表達(dá)，C錯誤；過程③表示從愈傷組織到胚狀體，只是經(jīng)過再分化過程，沒有脫分化，D錯誤。
2．(2020·山東高考)兩種遠(yuǎn)緣植物的細(xì)胞融合后會導(dǎo)致一方的染色體被排出。若其中一個細(xì)胞的染色體在融合前由于某種原因斷裂，形成的染色體片段在細(xì)胞融合后可能不會被全部排出，未排出的染色體片段可以整合到另一個細(xì)胞的染色體上而留存在雜種細(xì)胞中。依據(jù)該原理，將普通小麥與耐鹽性強(qiáng)的中間偃麥草進(jìn)行體細(xì)胞雜交獲得了耐鹽小麥新品種，過程如下圖所示。下列說法錯誤的是(　 )
A．過程①需使用纖維素酶和果膠酶處理細(xì)胞
B．過程②的目的是使中間偃麥草的染色體斷裂
C．過程③中常用滅活的病毒誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合
D．耐鹽小麥的染色體上整合了中間偃麥草的染色體片段
解析：選C　由圖可知，①為去除植物細(xì)胞的細(xì)胞壁，獲得原生質(zhì)體的過程，該過程需用纖維素酶和果膠酶處理細(xì)胞，A正確；由題干可知，為了使普通小麥獲得中間偃麥草的耐鹽性狀，需要將中間偃麥草細(xì)胞中的染色體斷裂，過程②用不同劑量的紫外線照射的目的是斷裂中間偃麥草的染色體，B正確；圖中過程③為兩種原生質(zhì)體的融合，常用的融合手段為物理法和化學(xué)法，滅活的病毒通常用來融合動物細(xì)胞，C錯誤；普通小麥不具有耐鹽性狀，中間偃麥草耐鹽性強(qiáng)，因此篩選出的耐鹽小麥的染色體上整合了中間偃麥草的染色體片段，D正確。
[易錯點(diǎn)撥]　有關(guān)植物體細(xì)胞雜交的3個易錯點(diǎn)
(1)誤認(rèn)為植物體細(xì)胞雜交的結(jié)果只是形成雜種細(xì)胞。植物體細(xì)胞雜交的結(jié)果最終要經(jīng)過組織培養(yǎng)形成雜種植株。
(2)誤認(rèn)為植物體細(xì)胞雜交屬于有性生殖。
植物體細(xì)胞雜交過程中沒有有性生殖細(xì)胞的結(jié)合，因此不屬于有性生殖，應(yīng)為無性生殖。
(3)誤認(rèn)為雜種植株的變異類型屬于基因重組。
雜種植株的染色體數(shù)通常是兩親本細(xì)胞染色體數(shù)目之和，屬于異源多倍體，所以變異類型為染色體變異。　
考法(二)　植物體細(xì)胞雜交與染色體倍性變化分析
3．自然條件下蘭花雜交后代不易萌發(fā)。科研人員用四倍體品種綠寶石和二倍體品種春劍進(jìn)行雜交，獲得大量優(yōu)質(zhì)雜交蘭，并對其進(jìn)行染色體觀察與計數(shù)，培育過程如圖。下列分析不正確的是(　 )
A．調(diào)整培養(yǎng)基中植物激素的配比可影響原球莖的分裂與分化
B．春劍和綠寶石兩個品種之間不存在生殖隔離
C．所得雜交蘭植株的體細(xì)胞染色體數(shù)目為60條
D．通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)從雜種胚繁殖得到的大量雜交蘭性狀可能不一致
解析：選B　春劍為二倍體生物，綠寶石為四倍體生物，形成的雜交蘭為三倍體，不可育，說明春劍和綠寶石兩個品種之間存在生殖隔離，B錯誤；春劍為二倍體生物，綠寶石為四倍體生物，雜交生成的雜種胚應(yīng)該有20條染色體來自春劍，40條染色體來自綠寶石，故其體細(xì)胞一共有60條染色體，C正確；不同胚中含有不同的遺傳物質(zhì)，子代會發(fā)生基因重組，故不一定大量性狀都相同，D錯誤。
　　
[課時驗收評價]
1．下列實例中能體現(xiàn)細(xì)胞全能性的是(　 )
①用培養(yǎng)基培養(yǎng)的胡蘿卜單個細(xì)胞發(fā)育成了可育的植株　②植物用種子進(jìn)行繁殖　③煙草花藥離體培養(yǎng)得到了單倍體植株
A．①②　　　　　　　 B．①③
C．②③ D．①②③
解析：選B　用培養(yǎng)基培養(yǎng)的胡蘿卜單個細(xì)胞發(fā)育成了可育的植株及煙草花藥離體培養(yǎng)得到了單倍體植株，都采用了植物組織培養(yǎng)技術(shù)，都體現(xiàn)了植物細(xì)胞的全能性。而種子是綠色開花植物的一種器官，是通過有性生殖形成的，因此，植物用種子進(jìn)行繁殖沒有體現(xiàn)植物細(xì)胞的全能性。
2．下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)的敘述，錯誤的是(　 )
A．培養(yǎng)基中添加蔗糖的目的是提供營養(yǎng)和調(diào)節(jié)滲透壓
B．培養(yǎng)基中的生長素和細(xì)胞分裂素影響愈傷組織的生長和分化
C．離體器官或組織的細(xì)胞都必須經(jīng)過脫分化才能形成愈傷組織
D．同一株綠色開花植物不同部位的細(xì)胞經(jīng)培養(yǎng)獲得的愈傷組織基因組成相同
解析：選D　綠色開花植物的細(xì)胞有兩種，即體細(xì)胞和配子細(xì)胞，這兩種細(xì)胞所含的核型(基因)是不同的，因此同一株綠色開花植物不同部位的細(xì)胞經(jīng)培養(yǎng)獲得的愈傷組織基因組成可能不相同。
3．(2022·撫順模擬)下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交的敘述，正確的是(　 )
A．用于組織培養(yǎng)的外植體可以是植物體的任何活細(xì)胞
B．單倍體育種是通過花藥離體培養(yǎng)獲得單倍體植株的過程
C．植物體細(xì)胞雜交的最終目的是獲得雜種細(xì)胞
D．植物體細(xì)胞雜交技術(shù)離不開植物組織培養(yǎng)技術(shù)
解析：選D　高等植物成熟的篩管細(xì)胞沒有細(xì)胞核，不能用作組織培養(yǎng)的外植體，A錯誤；單倍體育種先要經(jīng)過花藥離體培養(yǎng)獲得單倍體幼苗，再用適宜濃度的秋水仙素處理單倍體幼苗，使其染色體數(shù)目加倍，B錯誤；植物體細(xì)胞雜交需要先獲得雜種細(xì)胞，然后將雜種細(xì)胞培育成雜種植株，C錯誤。
4．以二倍體蘭花花藥為外植體，經(jīng)植物組織培養(yǎng)過程獲得蘭花植株，下列相關(guān)敘述錯誤的是(　 )
A．為防止雜菌污染，①②③過程要進(jìn)行嚴(yán)格的無菌操作
B．②過程需在培養(yǎng)基中添加多種植物激素以利于再分化
C．該育種過程體現(xiàn)了細(xì)胞的全能性
D．經(jīng)④過程形成的植株中可篩選獲得純合的二倍體
解析：選B　植物組織培養(yǎng)的過程要求無菌無毒的環(huán)境，其中外植體要進(jìn)行消毒處理，而培養(yǎng)基需滅菌處理，即①②③過程要進(jìn)行嚴(yán)格的無菌操作，A正確；②過程需在培養(yǎng)基中添加多種植物激素以利于脫分化，B錯誤；高度分化的細(xì)胞首先經(jīng)過脫分化形成愈傷組織，然后再分化形成植株，整個育種過程體現(xiàn)了植物細(xì)胞的全能性，C正確。
5．研究人員用一定量的紫外線輻射消除某煙草細(xì)胞的細(xì)胞核，獲得保留細(xì)胞質(zhì)且具有鏈霉素抗性的煙草細(xì)胞甲，去除煙草細(xì)胞甲和煙草細(xì)胞乙(無鏈霉素抗性)的細(xì)胞壁，將二者進(jìn)行融合，獲得雜種細(xì)胞丙。下列敘述錯誤的是(　 )
A．去除細(xì)胞壁前需要對煙草細(xì)胞甲和乙進(jìn)行滅菌處理以防雜菌感染
B．經(jīng)纖維素酶處理得到的原生質(zhì)體需置于等滲溶液中以維持其活性
C．在添加鏈霉素的選擇培養(yǎng)基上能進(jìn)行增殖的細(xì)胞只有雜種細(xì)胞丙
D．雜種細(xì)胞丙需要經(jīng)過脫分化、再分化等過程才能夠獲得雜種植株
解析：選A　去除甲乙細(xì)胞壁時，需要對其進(jìn)行消毒處理(滅菌會導(dǎo)致細(xì)胞死亡)，否則導(dǎo)致雜菌侵染，培養(yǎng)失敗，A錯誤；去除細(xì)胞壁的原生質(zhì)體需要在等滲溶液中培養(yǎng)，如果滲透壓過大會使細(xì)胞失水死亡，如果滲透壓過小，會使細(xì)胞吸水漲破，B正確；在添加鏈霉素的選擇培養(yǎng)基上可以生長增殖的細(xì)胞只有雜種丙細(xì)胞，細(xì)胞甲雖然有抗性但是不可以增殖，C正確；雜種細(xì)胞丙想要獲得雜種植株，需要先進(jìn)行脫分化再進(jìn)行再分化，D正確。
6．(2022·安丘市模擬)紫花苜蓿產(chǎn)量高，營養(yǎng)豐富，但耐酸性差，作為飼料易造成家畜臌脹病；百脈根耐酸性強(qiáng)，葉片因富含縮合單寧可防止反芻動物臌脹病的發(fā)生。研究人員通過植物體細(xì)胞雜交最終獲得抗臌脹病的新型苜蓿。下列敘述正確的是(　 )
A．新型苜蓿培育過程中需要使用生長素、細(xì)胞分裂素、纖維素酶、胰蛋白酶等物質(zhì)
B．誘導(dǎo)紫花苜蓿、百脈根原生質(zhì)體融合的方法有離心、電融合和生物誘導(dǎo)等
C．抗臌脹病型苜蓿新品種與紫花苜蓿、百脈根仍存在著生殖隔離
D．新型苜蓿培育、人鼠細(xì)胞融合過程均體現(xiàn)了細(xì)胞膜的流動性和細(xì)胞的全能性
解析：選C　新型苜蓿培育過程中需要使用生長素、細(xì)胞分裂素、纖維素酶、果膠酶等物質(zhì)，胰蛋白酶用于動物細(xì)胞培養(yǎng)過程，A錯誤。誘導(dǎo)紫花苜蓿、百脈根原生質(zhì)體融合的方法有離心、電融合等，生物誘導(dǎo)用于動物細(xì)胞融合，B錯誤。新型苜蓿培育過程體現(xiàn)了細(xì)胞膜的流動性和細(xì)胞的全能性；人鼠細(xì)胞融合過程體現(xiàn)了細(xì)胞膜的流動性，但其沒有發(fā)育成動物個體，不能體現(xiàn)細(xì)胞的全能性，D錯誤。

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