第49講植物細胞工程高考總復習優(yōu)化設計GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI2025素養(yǎng)目標考點一植物細胞工程的基本技術夯實基礎?精研教材1.細胞工程的概念

細胞器水平、細胞水平或組織水平2.植物細胞工程的理論基礎——細胞的全能性(1)細胞全能性的概念:細胞經(jīng)分裂和分化后,仍然具有產(chǎn)生

或分化成

的潛能,即細胞具有全能性。

(2)在生物體內(nèi)全能性不能表達的原因:在特定的時間和空間條件下,細胞中的基因會有

地表達出各種蛋白質(zhì),從而構(gòu)成生物體的不同組織和器官。

(3)植物細胞具有全能性的原因:一般生物體的每一個細胞都含有

信息,即都有發(fā)育成完整個體所必需的全部遺傳信息。

完整生物體其他各種細胞選擇性該物種所特有的全套遺傳(4)植物細胞全能性表達的條件:適宜的培養(yǎng)條件(5)不同細胞的全能性比較:①體細胞全能性:分化程度低的>分化程度高的;細胞分裂能力強的>細胞分裂能力弱的。②不同細胞的全能性:受精卵>

>體細胞。

③不同生物的細胞全能性:植物細胞>動物細胞。④全能性與細胞分化的關系:一般情況下,隨著細胞分化程度的不斷提高,細胞的全能性

。

生殖細胞逐漸降低3.植物組織培養(yǎng)技術(1)概念理解:(2)原理:植物細胞具有

。

植物器官、組織或細胞形成完整的植株全能性①脫分化:

的細胞,經(jīng)過脫分化,即失去其特有的

而轉(zhuǎn)變成未分化細胞的過程。

②再分化:

重新分化成

等器官。

愈傷組織已經(jīng)分化結(jié)構(gòu)和功能愈傷組織芽、根再分化(4)操作實例——菊花的組織培養(yǎng):次氯酸鈉薄壁組織團塊<>(5)植物激素在植物組織培養(yǎng)中的作用:生長素/細胞分裂素植物組織的發(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愈傷組織的生長簡記為:“高”根,“低”芽,“中”愈傷注:表中比值為同時使用這兩類激素時,兩者用量的比例。

4.植物體細胞雜交技術(1)概念將不同來源的

,在一定條件下融合成

,并把雜種細胞培育成

的技術。

(2)原理體細胞雜交利用了細胞膜的

,雜種細胞培育成雜種植株利用了植物細胞的

。

植物體細胞雜種細胞新植物體流動性全能性(3)過程

(4)意義打破

,實現(xiàn)

,培育植物新品種。

生殖隔離遠緣雜交育種教材深挖1.[選擇性必修3第35頁“探究·實踐”](1)實驗中使用的培養(yǎng)基和所有的器械都要

。接種操作必須在

進行,并且每次使用后的器械都要

。

(2)接種時注意外植體的方向,不要

。

(3)誘導愈傷組織期間一般

光照,在后續(xù)的培養(yǎng)過程中,每日需要給予

。

滅菌酒精燈火焰旁滅菌倒插不需要適當時間和強度的光照2.[選擇性必修3第116頁“附錄1”](1)誘導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0.5

mg/L(BA和NAA的濃度可以根據(jù)菊花的品種進行調(diào)整)。(2)誘導菊花生芽的培養(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0.1

mg/L。透析重難?精準突破1.植物組織培養(yǎng)與植物體細胞雜交的比較

2.植物體細胞雜交和有性雜交的辨析

練思維·考教銜接[根據(jù)2020浙江卷、2019全國Ⅲ卷、2020天津卷情境設計]某植物有A、B兩品種?？蒲腥藛T在設計品種A組織培養(yǎng)實驗時,參照品種B的最佳激素配比(見下表)進行預實驗?；卮鹣铝袉栴}。(1)利用帶側(cè)芽的莖段獲得叢狀苗的過程與利用莖段誘導產(chǎn)生愈傷組織再獲得叢狀苗的過程相比,前者總培養(yǎng)時間

,且不經(jīng)歷

過程,因而其遺傳性狀穩(wěn)定,是大多數(shù)植物快速繁殖的常用方法。用分化的植物細胞可以培養(yǎng)成完整的植株,這是因為植物細胞具有

。

(2)Ⅰ階段時通常選擇莖尖、幼葉等作為外植體,原因是

。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ階段中發(fā)生基因選擇性表達的是

階段。

短脫分化全能性(或形成完整植株所需的全部基因)細胞分化程度低,容易誘導產(chǎn)生愈傷組織Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(3)從Ⅰ階段到Ⅱ、Ⅲ階段需要更換新的培養(yǎng)基,其原因是_______________________________________________________________

。在新的培養(yǎng)基上愈傷組織通過細胞的

過程,最終可形成試管苗。

(4)Ⅱ、Ⅲ階段要進行照光培養(yǎng),其作用是

。經(jīng)組織培養(yǎng)得到的植株,一般可保持原品種的

,這種繁殖方式屬于

繁殖。(5)為確定品種A的Ⅰ階段的最適細胞分裂素濃度,參照品種B的激素配比(m1>2.0),以0.5

μmol/L為梯度,設計5個濃度水平的實驗,細胞分裂素最高濃度應設為

μmol/L。

誘導愈傷組織形成和誘導愈傷組織分化形成試管苗所需的生長素和細胞分裂素的比例不同再分化誘導葉綠素的形成,使試管苗能夠進行光合作用遺傳特性無性m1+1.0考向探究?素養(yǎng)提升考向一

結(jié)合植物組織培養(yǎng)的過程,考查科學探究1.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.胡蘿卜根段進行組織培養(yǎng)可以形成試管苗,是因為植物細胞具有全能性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形成愈傷組織C.步驟⑤要進行照光培養(yǎng),其作用是誘導葉綠素的合成D.步驟⑤和步驟⑥的培養(yǎng)基中所需的生長素和細胞分裂素的比例不同C解析

步驟⑤為脫分化過程,不需要照光,C項錯誤。

2.(2024·山東聯(lián)考模擬)青蒿素是黃花蒿開花后期在葉中形成的一種萜類化合物。青蒿素的合成代謝途徑是植物固醇代謝的分支途徑,與植物固醇具有共同的前體甲羥戊酸。由于細胞生長和青蒿素生物合成的條件不同,可通過生長培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基兩步法生產(chǎn)青蒿素。下列分析正確的是(

)A.生長培養(yǎng)基通過提供促進細胞生長的條件來提高單個細胞的青蒿素產(chǎn)量B.生長培養(yǎng)基中生長素含量明顯高于細胞分裂素有利于脫分化的進行C.在發(fā)酵培養(yǎng)基中加入固醇生物合成抑制劑可增加青蒿素的產(chǎn)量D.青蒿素在葉肉細胞的核糖體上合成后,經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體加工C解析

生長培養(yǎng)基通過增加細胞數(shù)目來提高青蒿素的產(chǎn)量,單個細胞青蒿素的產(chǎn)量不變,A項錯誤;生長培養(yǎng)基中生長素含量應與細胞分裂素含量相同,有利于脫分化的進行,B項錯誤;由題干可知,青蒿素與植物固醇具有共同的前體物質(zhì),因此加入固醇生物合成抑制劑可抑制固醇的合成,增加青蒿素的產(chǎn)量,C項正確;青蒿素是一種萜類化合物,不是蛋白質(zhì),因此不是在核糖體上合成的,D項錯誤?？枷蚨?/p>

圍繞植物體細胞雜交,考查科學探究3.疣粒野生稻(2n=24)對白葉枯病的抗性持久而且穩(wěn)定,是理想的抗病育種材料。為了充分利用疣粒野生稻資源,通過采用疣粒野生稻和栽培稻(2n=24)體細胞雜交的方法獲得后代,從而實現(xiàn)疣粒野生稻遺傳物質(zhì)向栽培稻轉(zhuǎn)移。下列相關敘述錯誤的是(

)A.疣粒野生稻和栽培稻之間存在生殖隔離,自然條件下不能進行基因交流B.兩種水稻細胞經(jīng)酶解去壁、誘導融合后可通過觀察染色體數(shù)目篩選出雜種細胞C.雜種水稻的組織培養(yǎng)過程需要更換培養(yǎng)基,提高生長素的比例有利于根的分化D.經(jīng)組織培養(yǎng)獲得的雜種幼苗,一般需要經(jīng)過由無菌到有菌的煉苗過程才能用于生產(chǎn)實踐B解析

兩種水稻細胞融合后的不同種類細胞中的染色體數(shù)目相同,故不能通過觀察染色體數(shù)目篩選出雜種細胞,需要觀察染色體形態(tài),B項錯誤?？键c二植物細胞工程的應用夯實基礎?精研教材1.植物繁殖的新途徑

高效、快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖保持優(yōu)良品種的遺傳特性植物頂端分生區(qū)附近(如莖尖)2.作物新品種的培育

染色體變異單倍體純合子基因突變新品種3.細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)(1)初生代謝與次生代謝:初生代謝是

,因此在整個生命過程中它一直進行著。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)境和時間條件下才進行。

(2)生產(chǎn)的技術手段:

技術,是指在

條件下對單個植物細胞或細胞團進行培養(yǎng)使其

的技術。

生物生長和生存所必需的代謝活動植物細胞培養(yǎng)離體增殖(3)過程:

(4)優(yōu)點:

。

(5)實例:人參、三七、紫草和紅豆杉的細胞產(chǎn)物都已實現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)。(6)注意事項:愈傷組織細胞產(chǎn)物生產(chǎn)速度快教材深挖[選擇性必修3第40頁正文拓展]脫毒苗與抗毒苗有何區(qū)別?作物脫毒時應選取哪里的組織進行組織培養(yǎng)?原因是什么?提示

脫毒苗是選擇植物的分生區(qū)如莖尖(剛形成,不含有病毒)進行組織培養(yǎng)而獲得的,屬于細胞工程的范疇?？苟久缡前涯晨共《净?qū)胧荏w細胞中,并通過一定的方法培養(yǎng)形成的,屬于基因工程的范疇。作物脫毒時一般選取根尖或莖尖的分生區(qū);植物的分生區(qū)病毒極少,甚至無病毒,用分生區(qū)細胞進行組織培養(yǎng),就能得到大量的脫毒苗。鏈高考·前掛后連(1)經(jīng)花粉離體培養(yǎng)獲得的若干再生植株均為二倍體。[2019·北京卷](

)(2)用組織培養(yǎng)繁殖一種名貴花卉,消毒外植體的原則是既殺死材料表面的微生物,又減少消毒劑對細胞的傷害。[2013·重慶卷](

)(3)工業(yè)化大量培養(yǎng)植物試管苗的過程為植物組織培養(yǎng)過程,其操作順序是離體的器官、組織、細胞(外植體)→愈傷組織→長出叢芽→生根→移栽成活。[2013·上海卷](

)×√√透析重難?精準突破單倍體育種、突變體的利用和細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)的比較

項目單倍體育種突變體的利用細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)原理植物細胞的全能性、染色體數(shù)目的變異基因突變和植物細胞的全能性植物細胞的全能性優(yōu)點與雜交育種相比,單倍體育種明顯縮短育種年限,加快育種進程提高愈傷組織的突變率,可以獲得高抗、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆的新品種,加快了育種進程可以大量生產(chǎn)細胞產(chǎn)物,工廠化、規(guī)模化程度高練思維·考教銜接[根據(jù)2019全國Ⅱ卷、2019浙江卷、2018海南卷、2020天津卷情境設計]植物組織培養(yǎng)技術在科學研究和生產(chǎn)實踐中得到了廣泛的應用。回答下列問題。(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,這種微型繁殖技術的特點有

(答出2點即可)。

(2)通過組織培養(yǎng)技術,可把植物組織細胞培養(yǎng)成胚狀體,再通過人工種皮(人工薄膜)包裝得到人工種子,這種人工種子在適宜條件下可萌發(fā)生長。人工種皮具備透氣性的作用是

。人工胚乳能夠為胚狀體生長提供所需的物質(zhì),因此應含有植物激素、

和

等幾類物質(zhì)。

能保持植物原有的遺傳特性,繁殖速度快有利于胚狀體進行細胞呼吸礦質(zhì)元素糖(3)用抗病品種與高產(chǎn)品種進行雜交育種過程中,有時會遇到因胚發(fā)育終止而得不到可育種子的情況。若要使該胚繼續(xù)發(fā)育獲得植株,可采用的方法是

。

(4)假設某種轉(zhuǎn)基因作物因為受到病毒感染而減產(chǎn),若要以該轉(zhuǎn)基因作物為材料獲得脫毒苗,應選用

作為外植體進行組織培養(yǎng)。植物細胞在培養(yǎng)過程中往往會發(fā)生

,可利用這一特性篩選抗致病病毒能力強的細胞。篩選時在培養(yǎng)基中加入

,并將存活的細胞進一步培養(yǎng)至再生植株。若利用

培養(yǎng)建立的細胞系用于篩選,則可快速獲得穩(wěn)定遺傳的抗病植株。若在誘導形成愈傷組織時用

對材料進行處理,最易獲得由單個細胞形成的多倍體。

胚的離體培養(yǎng)莖尖或芽尖變異高濃度致病病毒花藥離體花藥離體(5)植物組織培養(yǎng)技術可與基因工程技術相結(jié)合獲得轉(zhuǎn)基因植株。將含有目的基因的細胞培養(yǎng)成一個完整植株的基本程序是

(用流程圖表示)。

考向探究?素養(yǎng)提升考向

圍繞植物細胞工程的應用,考查社會責任1.紅薯是我國種植面積較大的一類作物,但長期以來的連種,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,對紅薯進行脫毒培養(yǎng)。下列說法錯誤的是(

)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,可能會導致脫毒率降低C.培育紅薯脫毒苗的過程中,需要適時調(diào)整激素的比例D.培育紅薯脫毒苗過程中,激素使用不當會導致性狀分離D解析

培育紅薯脫毒苗過程中,細胞分裂的方式為有絲分裂,激素使用不當不會導致性狀分離,D項錯誤。2.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。下列敘述錯誤的是(

)A.過程①是脫分化,形成的愈傷組織細胞處于未分化狀態(tài)B.過程②進行的是有絲分裂,植株A是從試管苗中篩選出的可育二倍體C.過程①和②均要使用生長素和細胞分裂素,但兩種激素的比例不同D.可用體積分數(shù)為70%的酒精對花藥進行消毒處理B解析

過程②是愈傷組織進行再分化的過程,植株A是由花藥離體培養(yǎng)而得的單倍體,B項錯誤。3.紫杉醇是一種抗癌藥物,主要從紅豆杉樹皮中分離提取。目前采用物理或化學方法將紅豆杉愈傷組織固定在一定空間內(nèi),實現(xiàn)紫杉醇的規(guī)模化生產(chǎn)是提高紫杉醇產(chǎn)率、保護稀缺資源紅豆杉、解決紫杉醇藥源緊缺的一種有效方法。下列相關敘述正確的是(

)A.通過植物組織培養(yǎng)誘導紅豆杉再分化形成愈傷組織時,需生長素和細胞分裂素配合使用B.采用植物細胞工程技術大規(guī)模生產(chǎn)紫杉醇時,應選用以糖類作碳源的液體培養(yǎng)基C.大規(guī)模培養(yǎng)紅豆杉愈傷組織時需要以牛肉膏、蛋白胨等含氮有機物充當?shù)碊.用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)固定在一定空間內(nèi)的愈傷組織生產(chǎn)紫杉醇時,不需要通入無菌空氣B解析

通過植物組織培養(yǎng)誘導紅豆杉脫分化形成愈傷組織,A項錯誤;采用植物細胞工程技術大規(guī)模生產(chǎn)紫杉醇時,應選用以糖類作碳源的液體培養(yǎng)基,便于收集表達產(chǎn)物,B項正確;大規(guī)模培養(yǎng)紅豆杉愈傷組織時需要以含氮無機鹽充當?shù)?C項錯誤;用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)固定在一定空間內(nèi)的愈傷組織生產(chǎn)紫杉醇時,需要通入無菌空氣,利于細胞進行有氧呼吸,D項錯誤。真題演練?領悟考情角度1植物組織培養(yǎng)1.(2022·浙江卷)下列關于菊花組織培養(yǎng)的敘述,正確的是(

)A.用自然生長的莖段進行組織培養(yǎng)須用適宜濃度的酒精和次氯酸鈉的混合液消毒B.培養(yǎng)瓶用專用封口膜封口可防止外界雜菌侵入并阻止瓶內(nèi)外的氣體交換C.組培苗鍛煉時采用蛭石作為栽培基質(zhì)的原因是蛭石帶菌量低且營養(yǎng)豐富D.再生植株需去除根部殘留的培養(yǎng)基進行鍛煉后才能移種大田D解析

自然生長莖段的消毒屬于外植體消毒,先將流水充分沖洗后的外植體用體積分數(shù)為70%的酒精消毒,用無菌水清洗,再用次氯酸鈉溶液處理,最后再用無菌水清洗,A項錯誤;培養(yǎng)瓶用專用封口膜封口的目的是防止雜菌污染,并不影響氣體交換,B項錯誤;組培苗鍛煉時采用蛭石作為栽培基質(zhì)的原因是蛭石比較松軟,持水性也較好,有利于幼苗的生根和葉片的生長,C項錯誤。2.(2021·湖北卷)月季在我國享有“花中皇后”的美譽。為了建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進行芽體增殖實驗,芽分化率(%)結(jié)果如表。IBA/(mg·L-1)0.10.20.30.40.51.031635849412.040957669503.037756454414.025353130255.08211284關于上述實驗,下列敘述錯誤的是(

)A.6-BA濃度大于4.0mg/L時,芽分化率明顯降低B.6-BA與IBA的比例為10∶1時,芽分化率均高于其他比例C.在培養(yǎng)基中同時添加適量的6-BA和IBA,可促進芽分化D.2.0mg/L6-BA和0.2mg/LIBA是實驗處理中芽分化的最佳組合B解析

根據(jù)題表可知,6-BA濃度為從4.0

mg/L到5.0

mg/L時,芽分化率降低非常明顯,故6-BA

濃度大于4.0

mg/L時,芽分化率明顯降低,A項正確;據(jù)表可知,當6-BA與IBA的比例為10∶1時,芽分化率為31%、95%、64%、30%、4%,因此6-BA與IBA的比例為10∶1時,芽分化率不一定都高于其他比例,B項錯誤;據(jù)表可知,6-BA與IBA的比例會影響芽的分化率,因此在培養(yǎng)基中同時添加適量的6-BA和IBA,可促進芽分化,C項正確;據(jù)表可知,芽分化率為95%是最高的,此時6-BA和IBA的濃度分別為2.0

mg/L、0.2

mg/L,是實驗處理中芽分化的最佳組合,D項正確。角度2植物體細胞雜交3.(2023·湖北卷)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。中國科學家利用栽培稻甲和野生稻乙雜交,培育出兼具兩者優(yōu)點的品系丙,為全球作物育種提供了中國智慧。下列敘述錯誤的是(

)A.該成果體現(xiàn)了生物多樣性的間接價值B.利用體細胞雜交技術也可培育出品系丙C.該育種技術為全球農(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A解析

通過利用栽培稻甲和野生稻乙的雜交,培育出兼具兩者優(yōu)點的品系丙,這體現(xiàn)了生物多樣性的直接價值,A項錯誤。體細胞雜交技術是一種育種方法,可以通過將兩個不同種的細胞融合在一起來創(chuàng)建新的品種或基因組合,這種技術在植物育種中被廣泛使用,包括培育出具有兩種不同親本優(yōu)點的新品系,因此,可以利用體細胞雜交技術培育出兼具栽培稻甲和野生稻乙優(yōu)點的品系丙,B項正確。栽培稻甲和野生稻乙的雜交育種技術為全球農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了一種新的思路,通過成功培育出兼具兩者優(yōu)點的品系丙,可以看到野生種質(zhì)資源在作物育種中的重要性,這提醒我們要注重保護和保存野生種質(zhì)資源,以便利用其潛在的遺傳優(yōu)勢進行育種工作,提高作物的適應性和品質(zhì),C、D兩項正確。4.(2021·福建卷)科研人員利用植物體細胞雜交技術培育矮牽牛新品種,技術流程示意圖如下。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.可用聚乙二醇誘導原生質(zhì)體甲和乙的融合和細胞壁再生D.用纖維素酶和果膠酶處理愈傷組織以獲得原生質(zhì)體D解析

愈傷組織是幼嫩葉片通過細胞脫分化形成的,A項錯誤;由于基因的選擇性表達和基因間的互作效應,獲得的雜種植株不一定能夠表現(xiàn)親本的優(yōu)良性狀,B項錯誤;可用聚乙二醇誘導原生質(zhì)體甲和乙的融合,但不能誘導細胞壁的再生,C項錯誤;由于植物細胞細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項正確。角度3植物細胞工程的應用5.(2023·山東卷)利用植物細胞培養(yǎng)技術在離體條件下對單個細胞或細胞團進行培養(yǎng)使其增殖,可獲得植物細胞的某些次生代謝物。下列說法正確的是(

)A.利用該技術可獲得某些無法通過化學合成途徑得到的產(chǎn)物B.植物細胞體積小,故不能通過該技術進行其產(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,應選擇產(chǎn)量高的細胞