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第2课 植物细胞工程,考点一 植物细胞工程的基本技术 【必备知识回顾】 1.细胞工程的概念： (1)原理：_。 (2)操作水平：_水平或_水平。,细胞生物学和分子生物学,细胞,细胞器,(3)目的：按照人的意愿来改变细胞内的_或 获得_。 (4)分类：根据操作对象的不同，分为_ 和_。,遗传物质,细胞产品,植物细胞工程,动物细胞工程,2.细胞的全能性： (1)含义：具有某种生物_的任何一个细 胞，都具有_的潜能。 (2)物质基础：细胞内含有本物种全部的_。,全部遗传信息,发育成完整生物体,遗传信息,(3)植物细胞全能性表达条件：具有完整的细胞结构， 处于_状态，提供一定的_和其他适宜 外界条件。 (4)体内细胞不表达全能性的原因：基因在特定的时间 和空间条件下_，形成不同的组织、器官。,离体,营养、激素,选择性表达,3.植物组织培养技术： (1)原理：植物细胞具有_。 (2)过程：,全能性,脱分化,再分化,(3)培养条件： 无菌：培养基_、培养材料和培养器械_。 固体培养基：大多由无机营养成分、_、 激素、琼脂四部分组成。 光照：_阶段不需要光照。 激素调控：培养基中_和_的比例调 控组织培养进程。,灭菌,消毒,有机营养成分,脱分化,生长素,细胞分裂素,4.植物体细胞杂交技术： (1)概念：将_的植物体细胞，在一定条件下融 合成_，并把杂种细胞培育成_的 技术。,不同种,杂种细胞,新的植物体,(2)过程： 去壁：酶解法，所用酶为_。,纤维素酶和果胶酶,诱导原生质体融合：,细胞膜具有一定的流动性,离心、振动、电激,聚乙二醇(PEG),再生出细胞壁,植物体细胞杂交成功的标志：形成_。 优点：克服不同生物_的障碍。 变异类型：_。,杂种植株,远缘杂交不亲和,染色体变异,【特别提醒】 激素比例与细胞分裂分化的关系 (1)适当提高生长素与细胞分裂素的比例容易生根。 (2)适当提高细胞分裂素与生长素的比例容易生芽。 (3)比例适中诱导产生愈伤组织。如图所示：,【核心素养提升】 【典例示范】 (2018湖北七市联考)育种工作者利用不同的方法进行了如下四组实验。请据图回答问题：,(1)图由番茄韧皮部细胞形成幼苗A的过程需要经过_两个关键步骤，该过程依据的原理是_ _。 (2)植物组织培养除了需要提供一定的营养、_ _、温度和光照外，还必须在_的条件下进行。,(3)已知番茄的红果(Y)对黄果(y)为显性，少室(M)对多室(m)为显性，控制两对相对性状的基因分别位于两对同源染色体上。用红果多室(Yymm)番茄植株的花粉进行图、有关实验，则图中，从花粉形成幼苗B所进行的细胞分裂方式是_。图中植物体C的基因型为_(细胞A为两两融合细胞)。,(4)图、中需要去除细胞壁，获得具有活力的_ _。 (5)在图中，经过鉴别和筛选后，通常植物体D能表现出两个亲本的遗传性状，根本原因是_ _。,【素养解读】本题主要考查的核心素养是科学思维和科学探究，具体表现在三个角度：,【解析】(1)图表示由番茄韧皮部细胞形成幼苗A的过程，需要经过脱分化和再分化两个关键步骤，该过程依据的原理是植物细胞全能性。 (2)植物组织培养除了需要提供一定的营养、植物激素(生长素、细胞分裂素)、温度和光照外，还必须在无菌的条件下培养。,(3)用红果多室(Yymm)番茄植株的花粉进行图、有关实验，图中，从花粉形成幼苗B所进行的细胞分裂方式是有丝分裂，图中花粉为Ym、ym，花粉可以同型融合，也可以异型融合，故细胞A的基因型为YYmm或Yymm或yymm，则植物体C的基因型为YYmm或Yymm或yymm。,(4)图、中需要去除细胞壁，获得具有活力的原生质体。 (5)在图(植物体细胞杂交)中，经过鉴别和筛选后，通常植物体D能表现出两个亲本的遗传性状，根本原因是具有两个亲本的遗传物质。,答案：(1)脱分化和再分化 植物细胞全能性 (2)植物激素 无菌 (3)有丝分裂 YYmm或Yymm或yymm (4)原生质体 (5)具有两个亲本的遗传物质,【母题变式】 变式1 植物组织培养 植物组织培养时，需要将离体的_ _在适宜的条件下培养，通过_诱导产生_ _，再经过_最终形成完整的植株。,植物器官、组织或细,胞,脱分化,愈伤,组织,再分化,变式2 植物体细胞杂交 植物体细胞杂交时首先要用_去掉细 胞壁，在形成杂交细胞时还要再生细胞壁。细胞壁的 再生依赖于_(细胞结构)的作用。,纤维素酶和果胶酶,高尔基体,【高考角度全练】 角度一 植物组织培养过程 1.传统的人工繁殖兰花的方法是分株繁殖和种子繁殖，随着科学技术的进步，人们开始采用“组织培养繁殖兰花”，如图所示。,(1)图中过程为_，的名称为_，其细胞与叶肉细胞相比，不含有的细胞器是_。 (2)兰花的叶肉细胞之所以能培养为新个体，是因为细胞中含有_，具有发育成完整个体的潜能。,(3)图中过程为_。与过程相比较，培养基中各种激素的种类_(填“相同”或“不同”，下同)，各种激素的含量_。 (4)有人想利用植物体细胞杂交技术解决兰花生根速度慢、幼苗生存能力弱的难题，但操作后得到的“韭菜兰花”并没有预想中的“繁殖容易，香气浓郁”，可能的原因是_。,【解析】(1)离体的组织细胞通过脱分化过程失去其特有的形态、结构，形成愈伤组织。愈伤组织细胞中不含有叶绿体。 (2)细胞具有全能性的原因是细胞中含有本物种生长、发育所需要的全部遗传信息。,(3)愈伤组织经过再分化过程形成胚状体，脱分化过程与再分化过程相关的培养基中均含有生长素和细胞分裂素，但两种激素的含量不同。 (4)两个物种的细胞发生融合后，二者的遗传物质可能相互影响，导致某些基因无法正常表达。,答案：(1)脱分化 愈伤组织 叶绿体 (2)本物种的全部遗传信息 (3)再分化 相同 不同 (4)两个物种之间的基因相互影响，导致某些基因无法正常表达,【加固训练】 (2018广州模拟)如图表示胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作置于入试管后，在一定的条件下，形成试管苗的培育过程。请据图回答下列问题：,(1)要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括_和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和_两类植物激素。,(2)此过程依据的原理是_ _。A和B阶段主要进行的分裂方式是_ _，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞_等。,(3)此过程要进行无菌操作，主要是指对_进行灭菌消毒。B阶段需要光照，原因是_ _。 (4)试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶肉细胞具有叶绿素，这是基因_的结果。,【解题指南】解答本题时需关注以下两点： (1)用于植物组织培养的培养基成分中营养成分和激素的种类。 (2)植物组织培养的过程中需要无菌操作，脱分化过程中不需要光照，但再分化过程中需要光照。,【解析】(1)要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括无机物和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和生长素两类植物激素。 (2)植物组织培养过程依据的原理是植物细胞的全能性。A是脱分化过程，B是再分化过程，两者均进行有丝分裂，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞分化等。,(3)植物组织培养过程需要无菌操作，主要是指对培养基进行灭菌消毒。再分化阶段需要光照，原因是在此过程中芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件。 (4)试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶肉细胞具有叶绿素，这是基因选择性表达的结果。,答案：(1)无机物 生长素 (2)植物细胞的全能性 有丝分裂 分化 (3)培养基 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件 (4)选择性表达,角度二 植物体细胞杂交过程 2.(2018长春模拟)为培育出含-胡萝卜素的“黄金大米”，科研人员提出以下两套培育方案。请分析回答下列问题：,(1)甲方案中，-胡萝卜素基因能在玉米和水稻体内出现相同表达结果的原因是_。 若研究人员已知-胡萝卜素基因序列，可采用_ _方法获得-胡萝卜素基因。过程中可用_ _技术检测水稻体细胞DNA上是否插入了-胡萝卜素基因。,(2)乙方案中，在体细胞杂交前需要用酶除去细胞壁获得原生质体，诱导体细胞融合的化学试剂常用_ _。通过获得“黄金大米”幼苗需要经过_ _两个过程，依据的原理是_。 在培养过程中，除了在培养基中添加营养物质外，还需要添加_。,(3)与传统育种方法相比，甲、乙两套方案共同的优点是_。,【解析】(1)玉米的基因能在水稻体内表达的原因是所 有生物共用一套遗传密码。若已知基因序列，可采用 人工合成的方法获得目的基因。检测目的基因是否插 入水稻体细胞中可用DNA分子杂交技术。(2)在植物体 细胞杂交前需要用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁获得 原生质体，诱导体细胞融合的化学试剂常用聚乙二,醇。乙方案中通过获得“黄金大米”幼苗需要经过脱分化和再分化两个过程，依据的原理是植物细胞的全能性。在培养过程中，除了在培养基中添加营养物质外，还需要添加植物激素。(3)与传统育种方法相比，甲、乙两套方案共同的优点是克服远缘杂交不亲和障碍。,答案：(1)所有生物共用一套遗传密码(密码子) 人工合成 DNA分子杂交 (2)聚乙二醇 脱分化和再分化 (植物)细胞的全能性 (植物)激素(生长素和细胞分裂素) (3)克服远缘杂交不亲和障碍(打破生殖隔离),【加固训练】 1.“白菜甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长期短和耐储藏等优点。下图是“白菜甘蓝”的培育过程示意图，它们的基因型分别为AaBB、ccDd，请回答下列问题：,(1)如果将已去除细胞壁的植物细胞放入等渗溶液中，细胞呈现什么形态？_。 (2)只考虑两两融合，过程获得的融合细胞的基因型可能为_ 。,(3)过程是_过程，此过程中需合成的生物大分子是_。 (4)已知白菜细胞中含有2M条染色体，甘蓝细胞中含有2N条染色体，则杂种植株体细胞染色体数为_ _。若对白菜和甘蓝采用杂交育种方法能成功，得到的后代应含_条染色体。,(5)过程中进行的细胞分裂方式是_，该过程先诱导细胞分裂形成_，再由它分化形成杂种植物幼苗。,【解析】(1)细胞壁具有保护细胞的作用，失去细胞壁的保护，在等渗溶液中由于其细胞表面张力的作用呈圆球形。 (2)只考虑两两融合，该过程可能有三种融合细胞。 (3)过程是细胞壁的再生过程，此过程中需合成的生物大分子是纤维素。,(4)植物体细胞杂交获得的杂种植株为异源四倍体，有性杂交获得的杂种后代为异源二倍体。 (5)植物组织培养过程中外植体通过有丝分裂增加细胞数目。,答案：(1)呈圆球形 (2)AAaaBBBB、AaBBccDd、ccccDDdd (3)细胞壁的再生 纤维素 (4)2M+2N M+N (5)有丝分裂 愈伤组织,2.(2018江西九江七校联考)根据如图所示植物体细胞杂交技术流程图，回答相关问题：,(1)运用传统有性杂交(即用番茄、马铃薯杂交)在自然状态下不能得到杂种植株，原因是_ _。 (2)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，依据的原理是_，其中过程称为_ _。,(3)已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，则“番茄马铃薯”属于_倍体植株。 (4)已知柴油树种子含有的柴油是植物细胞的代谢产物，可用植物组织培养来实现柴油的工业化生产。若利用此技术，将柴油树细胞培养到_(填字母编号)阶段即可。,(5)若培育抗虫棉，将抗虫基因通过适当的途径导入棉花受精卵，然后进行组织培养，该过程相当于_ _(填数字编号)。 (6)人工种子是由发育到_(填字母编号)过程的结构包裹上人工种皮制备的。,【解析】(1)番茄和马铃薯属于两个物种，存在生殖隔 离，不能通过有性杂交产生后代。(2)在利用杂种细胞 培育杂种植株的过程中，依据的原理是细胞的全能 性，其中过程称为原生质体融合。(3)由于番茄、马 铃薯分别为四倍体、二倍体，因此“番茄马铃薯” 属于异源六倍体。(4)柴油是植物细胞的代谢产物，将,柴油树细胞培养到愈伤组织阶段即可提取，愈伤组织 阶段为图中的e阶段。(5)若培育抗虫棉，将抗虫基因 通过适当的途径导入棉花受精卵，然后进行组织培 养，包括脱分化和再分化两个阶段，即图中的。 (6)人工种子是以植物组织培养得到的胚状体、不定 芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的 种子。,答案：(1)不同物种之间存在生殖隔离 (2)细胞的全能性 原生质体融合 (3)六 (4)e (5) (6)f,【易错提醒】植物有性生殖与体细胞杂交中遗传物质 不同 (1)植物体细胞杂交：若两个不同品种的植物细胞A、B 进行融合，A含有2X条染色体，2个染色体组，其基因 型为Aabb，B含有2Y条染色体，2个染色体组，其基因 型为ccDd，则新植株应为四倍体，其体细胞中染色体,数为2X+2Y，基因型为AabbccDd，因此体细胞杂交即两 个细胞融合成一个细胞，不管是染色体数、基因型还 是染色体组，都采用直接相加的方法。,(2)植物有性生殖：有性生殖的子代细胞中染色体数为X+Y、基因型为AbcD或abcD或Abcd或abcd，即先减半再相加。,考点二 植物细胞工程的实际应用 【必备知识回顾】 1.植物繁殖的新途径： (1)微型繁殖：保持优良品种的_，高效快速 地实现大量繁殖。,遗传特性,(2)作物脱毒：利用_(如茎尖)培养获得_ _。 (3)人工种子：_、不定芽、顶芽和腋芽等包上 人工种皮制成。,分生组织,脱毒,苗,胚状体,2.作物新品种的培育：,单倍体,大大缩短育种年限,基因突变,愈伤组织,突变率,3.细胞产物的工厂化生产： (1)细胞产物种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香 料、生物碱等。 (2)技术基础：_技术。 (3)培养阶段：_阶段。,植物组织培养,愈伤组织,【核心素养提升】 【典例示范】 (2013全国卷)甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。回答下列问题：,(1)为了培育该新型药用植物，可取甲和乙的叶片，先用_酶和_酶去除细胞壁，获得具有活力的_，再用化学诱导剂诱导二者融合。形成的融合细胞进一步培养形成_组织，然后经过_形成完整的杂种植株。这种培育技术称为_。,(2)上述杂种植株属于多倍体，多倍体是指_ _。假设甲与乙有性杂交的后代是不育的，而上述杂种植株是可育的，造成这种差异的原因是_ _。,(3)这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖。经植物组织培养得到的_等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。,【素养解读】本题主要考查的核心素养是科学思维，具体表现在两个角度：,【解析】本题主要考查植物体细胞杂交过程。 (1)纤维素和果胶是植物细胞壁的主要成分，去除细胞壁常用的方法是用纤维素酶和果胶酶处理。去除细胞壁后，得到原生质体。诱导融合后，原生质体需要经过脱分化过程形成愈伤组织，然后经过再分化形成完整的杂种植株。,(2)多倍体是指体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体，多倍体后代不育一般是由于减数分裂过程中同源染色体联会紊乱，无法形成正常配子导致不育。 (3)经植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽，包裹上人工种皮即可形成人工种子。,答案：(1)纤维素 果胶 原生质体 愈伤 再分化(或分化) 植物体细胞杂交技术 (2)体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体(其他合理答案也可) 在减数分裂过程中，前者染色体联会异常，而后者染色体联会正常(其他合理答案也可) (3)胚状体、不定芽、顶芽、腋芽(答对其中一个即可),【高考角度全练】 (2018保定模拟)植物叶肉细胞原生质体的分离和培养的主要过程可用下面所示图解简单表示：,(1)培育胚状体利用了_这一项生物技术，胚状体再继续培养，则可培育出完整的植株，这体现了_。培养基中含有的能源物质是_ _，接种前需要对培养基进行严格的_ _。,(2)若为了获得三七的细胞产物，则只需要将三七叶肉细胞培养到_；若为了获得三七的人工种子，则需要培养到_。若通过基因工程要获取抗虫棉，目的基因导入棉花愈伤组织细胞常用的方法是_法。,(3)从叶片的叶肉细胞到获得胚状体的过程中，必须要经过_。 无丝分裂 有丝分裂 减数分裂 原代培养 传代培养 植物体细胞杂交 细胞融合 脱分化 再分化,【解析】(1)离体植物细胞通过脱分化形成愈伤组织， 通过再分化形成胚状体，再通过细胞分裂、分化发育 成一个完整的植株。该技术称为植物组织培养，其原 理为植物细胞的全能性。培养基中含有的能源物质是 蔗糖；培养基要求进行严格的灭菌。(2)三七的细胞产 物为细胞的代谢产物，将三七叶肉细胞培养到愈伤组,织即可；获得人工种子需培养至胚状体；棉花为双子 叶植物，导入抗虫基因常用农杆菌转化法。(3)离体叶 肉细胞培养到胚状体的过程中必须经过脱分化形成愈 伤组织，经再分化形成具有根和芽的胚状体，该过程 中的细胞分裂方式主要是有丝分裂。,答案：(1)植物组织培养 植物细胞的全能性 蔗糖 灭菌 (2)愈伤组织 胚状体 农杆菌转化 (3),【加固训练】 DHA对脑神经发育至关重要。以A、B两种单细胞真核藻为亲本，利用细胞融合技术选育高产DHA融合藻。两种藻特性如下表。,据表回答： (1)选育的融合藻应具有A藻_ _与B藻_的优点。 (2)诱导融合前需用纤维素酶处理两种藻，其目的是获得_。,(3)通过以下三步筛选融合藻，步骤_可淘汰B藻，步骤_可淘汰生长速率较慢的藻落，再通过步骤_获取生产所需的融合藻。 步骤a：观察藻落的大小 步骤b：用不含有机碳源(碳源生物生长的碳素来源)的培养基进行光照培养 步骤c：测定DHA含量,(4)以获得的融合藻为材料进行甲、乙、丙三组实验，结果如下图。,甲组条件下，融合藻产生H的细胞器是_ _；丙组条件下产生ATP的细胞器是_ _。 与甲、丙两组相比，乙组融合藻生长速率较快，原因是在该培养条件下_。 甲、乙两组DHA产量均较高，但实际生产中往往采用甲组的培养条件，其原因是_。,【解题指南】(1)关键知识：酶的专一性、光合作用、细胞呼吸等。 (2)图表信息：表格内含A藻、B藻各自的优点，坐标图内含融合藻在不同培养条件下的生长速率和DHA含量。,【解析】(1)A藻的优点是产生DHA和自养特性(不需要 添加有机物可降低成本)，B藻的优点是快速生长。(2) 纤维素酶可破坏细胞壁获得原生质体。(3)B藻是异养 生物，使用不含有机碳源的培养基进行光照既可将其 淘汰；观察菌落大小，可淘汰A藻；再通过测定DHA含 量可获取生产所需的融合藻。(4)甲组条件下，融合,藻既可进行光合作用，又可进行细胞呼吸，故产生H的细胞器是叶绿体和线粒体；丙组条件下融合藻仅进行细胞呼吸，故产生ATP的细胞器是线粒体。乙组培养基上有葡萄糖，可异养，又有光照，可自养，故比甲、丙组生长速率快；甲组是光能自养，不需要添加葡萄糖，能降低成本，也可防止其他杂菌生长，所以常用于实际生产中。,答案：(1)产生DHA、自养特性 快速生长 (2)原生质体 (3)b a c (4)线粒体、叶绿体 线粒体 融合藻既能光能自养又能异养 融合藻利用光能和简单的无机物即能生长，不需要添加葡萄糖，可降低成本，也可防止杂菌生长,
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