2021届高考生物人教通用一轮复习方略课件：选修3-2植物细胞工程 .ppt

,第2课植物细胞工程,内容索引,核心素养测评,考点一植物细胞工程的基本技术【必备知识速填】1.细胞工程的概念:,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_。(3)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。,全部遗传信息,发育成完整生,物体,遗传信息,离体,营养、激素,3.植物组织培养技术:(1)原理:植物细胞具有_。(2)过程:,全能性,(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,再分化阶段需要光照。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。(2)操作流程:,不同种,杂种细胞,新的植物体,去壁:对应图中_过程,即去除_,获得具有活力的原生质体,用到的酶是_。促融:对应于图中_过程,即原生质体的融合。,a,细胞壁,纤维素酶和果胶酶,b,培养:过程d是_,其原理是_。(3)意义:克服_的障碍。,植物组织培养,植物细胞的全能性,远缘杂交不亲和,【秒判正误】1.棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞的全能性。()分析:一个细胞经培养发育为完整的新个体,体现了细胞的全能性。2.植物的每个细胞都能表现出细胞的全能性。()分析:表现细胞全能性的前提是细胞具有完整的结构,植物的筛管细胞没有细胞核,不具有全能性。,3.在愈伤组织形成幼苗的再分化过程中,不会发生细胞的增殖。()分析:增殖是细胞分化的前提,在分化过程中存在细胞的增殖过程。4.愈伤组织的形成需要光照。()分析:愈伤组织的形成不需要光照,再分化过程需要光照。5.植物细胞的原生质体指完整的植物细胞。()分析:植物细胞的原生质体指去掉细胞壁的植物细胞。6.用盐酸水解法可去掉细胞壁,获得原生质体。()分析:盐酸水解细胞壁的同时会破坏膜结构,伤害原生质体。,【重点难点讲透】1.在植物组织培养过程中激素比例与细胞分裂、细胞分化的关系:(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:,2.植物体细胞杂交后的遗传物质分析:(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,其体细胞中染色体数为(2x+2y)条,4个染色体组,基因型为AabbccDd。,【教材命题源】教材原文:选修3_P36:“植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下,将离体的植物器官、组织、细胞,培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其产生愈伤组织、丛芽,最终形成完整的植株。”,命题角度:角度1.为什么在植物组织培养中一般选取形成层部分?提示:形成层细胞容易诱导形成愈伤组织。角度2.选取其他部分如根尖成熟区可以吗?提示:其他部分只要有细胞核都可以。,【典例示范】(2019九江模拟)蓝莓中富含的花青素能有效地改善视力。下面为科学家利用植物组织培养的方法,大量培养蓝莓具体流程的文字图解。请回答下列问题:,(1)用于离体培养的蓝莓组织叫做_,该技术的原理是_。(2)配制MS培养基时,应加入一定量的琼脂、蔗糖、无机盐、维生素、有机物等营养物质,蔗糖除作为碳源外,还具有_的功能。常用的培养基有脱分化培养基、生根培养基和生芽培养基,这三种培养基的主要差异是_。(3)图中蓝莓组织要经过消毒处理后才能进行培养。其中过程中,细胞的分化程度会_(填“升高”“降低”或“不变”)。,(4)愈伤组织经过过程重新分化成根或丛芽的过程叫_。(5)蓝莓花青素在60以下时热稳定性较好,将含花青素的粗品经真空干燥(可使水的沸点降低40)制成成品。采用该方法的主要原因是_。,【解析】(1)植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性,用于离体培养的组织叫作外植体。(2)配制MS培养基时,应加入一定量的琼脂、蔗糖、无机盐、维生素、有机物等营养物质,蔗糖除作为碳源外,还具有提供能量和维持渗透压的功能。常用的培养基有脱分化培养基、生根培养基和生芽培养基,这三种培养基的主要差异是生长素和细胞分裂素的用量及比例不同。,(3)图中过程是脱分化形成愈伤组织的过程,高度分化的细胞恢复分裂能力,则分化程度降低。(4)图中过程是愈伤组织经过再分化形成丛芽或根的过程。(5)含花青素的粗品经真空干燥(可使水的沸点降低40)制成成品,采用该方法的主要原因是避免(干燥时温度过高导致)花青素分解。答案:(1)外植体植物细胞具有全能性(2)提供能量和维持渗透压生长素和细胞分裂素的用量及比例不同(3)降低(4)再分化(5)避免(干燥时温度过高导致)花青素分解,【素养新命题】(1)以上利用植物组织培养技术快速大量繁殖蓝莓过程中细胞的增殖方式是什么?繁殖方式是什么?(科学思维:归纳与演绎)提示:因为植物组织培养一般选取形成层细胞培养,再经过脱分化和再分化两个阶段,所以细胞的增殖方式是有丝分裂。形成的子代植株都是由体细胞增殖、分化而来,没有经过减数分裂,所以是无性生殖。(2)再分化阶段为什么需要光照?(科学思维:归纳与演绎)提示:再分化阶段芽发育成叶,叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件。,【热考角度通关】角度一植物组织培养技术1.(2017海南高考)甲、乙两名同学分别以某种植物的绿色叶片和白色花瓣为材料,利用植物组织培养技术繁殖该植物。回答下列问题:(1)以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体,在一定条件下进行组织培养,均能获得试管苗,其原理是_。,(2)甲、乙同学在诱导愈伤组织所用的培养基中,均加入一定量的蔗糖,蔗糖水解后可得到_。若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗,该细胞应具备的条件是_(填“具有完整的细胞核”“具有叶绿体”或“已转入抗性基因”)。(3)图中A、B、C所示的是不同的培养结果,该不同结果的出现主要是由培养基中两种激素用量的不同造成的,这两种激素是_。A中的愈伤组织是叶肉细胞经_形成的。,(4)若该种植物是一种杂合体的名贵花卉,要快速获得与原植株基因型和表现型都相同的该种花卉,可用组织培养方法繁殖,在培养时,_(填“能”或“不能”)采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体,原因是_。,【解析】(1)以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体,在一定条件下进行组织培养,均能获得试管苗,其原理是绿色叶片和白色花瓣的细胞具有全能性,在一定条件下能发育成完整的植株。(2)甲、乙同学在诱导愈伤组织所用的培养基中,均加入一定量的蔗糖,蔗糖水解后可得到葡萄糖、果糖,若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗,该细胞应具备的条件是具有完整的细胞核,因为细胞核是遗传信息库,是细胞代谢和遗传的控制中心。,(3)A、B、C所示的是不同的培养结果,该不同结果的出现主要是由培养基中两种激素用量的不同造成的,这两种激素是细胞分裂素和生长素,二者对于根和芽的形成具有重要调节作用,二者的用量比例影响根和芽的发育顺序。A中的愈伤组织是叶肉细胞经脱分化形成的。(4)若该种植物是一种杂合体的名贵花卉,要快速获得与原植株基因型和表现型都相同的该种花卉,可用组织培养方法繁殖,在培养时,由于对杂合体植株来说,其体细胞的基因型相同,而花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同,用花粉粒进行组织培养得到的花卉的基因型不同于原植株,因此不能采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体。,答案:(1)绿色叶片和白色花瓣的细胞具有全能性,在一定条件下能发育成完整的植株(2)葡萄糖、果糖具有完整的细胞核(3)细胞分裂素、生长素脱分化(4)不能对杂合体植株来说,其体细胞的基因型相同,而花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同,用花粉粒进行组织培养得到的花卉的基因型不同于原植株,角度二植物体细胞杂交技术2.传统的人工繁殖兰花的方法是分株繁殖和用种子播种,随着科学技术的进步,人们开始采用“组织培养繁殖兰花”。(1)植物组织培养是在_和人工控制条件下,将_的植物器官、组织、细胞,培养在人工配制的_上,诱导其产生_、丛芽,最终形成完整植株的过程。,(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,这种潜能叫_。(3)有人想到利用植物体细胞杂交技术解决兰花生根速度慢、幼苗生存能力弱的好办法,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_;培育该杂种植物的过程中,遗传物质的传递_(填“遵循”或“不遵循”)孟德尔遗传规律。,【解析】(1)植物组织培养就是在无菌和人工控制的条件下,将离体的植物器官、组织、细胞,培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其产生愈伤组织、丛芽,最终形成完整的植株。(2)兰花的叶肉细胞能够培养为新个体,是因为兰花的叶肉细胞中含有本物种的全部遗传信息,具有发育成完整个体的潜能,即具有细胞全能性。,(3)根据题意分析,利用植物体细胞杂交技术获得的“韭菜-兰花”并没有预想中的“繁殖容易,香气浓郁”,可能是因为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;在植物体细胞杂交技术过程中没有发生减数分裂,而孟德尔遗传规律发生在减数分裂过程中。答案:(1)无菌离体培养基愈伤组织(2)本物种的全部遗传信息细胞的全能性(3)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不遵循,科学思维归纳与演绎杂交育种和植物体细胞杂交技术的区别(1)杂交育种:选用的植物必须是同种植物,只是两者基因型不同,通过杂交,将两者的基因组合到同一个体中。属于有性繁殖。其育种原理是基因重组。(2)植物体细胞杂交技术:是将两种不同种类的植物细胞融合在一起(细胞核也融合成一个),变成一个杂交细胞。这个细胞具有两种植物的染色体,经过植物组织培养成的植株有两种植物的特征,属于无性繁殖。其育种原理是植物细胞的全能性。与杂交育种相比,植物体细胞杂交克服了远缘杂交不亲和的障碍,子代一般不可育。,考点二植物细胞工程的实际应用【必备知识速填】1.植物繁殖的新途径:(1)微型繁殖:保持优良品种的遗传特性,高效快速地实现大量繁殖。(2)作物脱毒:利用_培养获得脱毒苗。(3)人工种子:胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等包上_制成。,分生组织(如茎尖),人工种皮,2.作物新品种的培育:(1)单倍体育种:原理:染色体变异。,优点:明显_。(2)突变体的利用:产生原因:在植物的组织培养过程中,由于培养细胞一直处于不断的分生状态,因此易受到培养条件和外界压力(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。利用:筛选对人们有用的突变体,进而培育新品种。实例:抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草、抗除草剂的白三叶草。,缩短育种年限,3.细胞产物的工厂化生产:(1)细胞产物:_、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。(2)培养阶段:_阶段。(3)技术基础:_。,蛋白质,愈伤组织,植物组织培养技术,【秒判正误】1.培养脱毒苗可通过转基因技术。()分析:通过转基因技术可培育抗毒苗,不能培育脱毒苗。2.微型繁殖过程中涉及减数分裂。()分析:微型繁殖过程只涉及有丝分裂。3.离体的植物细胞经脱分化形成的愈伤组织包上人工种皮可得到人工种子。()分析:愈伤组织经再分化形成的胚状体包上人工种皮可得到人工种子。,4.愈伤组织容易发生基因突变是由于细胞分裂旺盛,DNA复制容易出现差错。()分析:细胞分裂间期需要进行DNA复制,DNA复制时解螺旋,容易发生差错。5.秋水仙素处理单倍体的种子可得到纯合子。()分析:单倍体高度不育,难以结种,秋水仙素应处理单倍体幼苗。,【重点难点讲透】1.无病毒植株:长期进行无性繁殖的作物,易积累感染的病毒,导致产量降低,品质变差。选取植物的分生区(如茎尖)进行组织培养即可获得无病毒植株。2.人工种子及其核心部位:利用植物组织培养技术培养得到的胚状体、不定芽和腋芽等为材料,经过人工薄膜包装得到的种子,在适宜条件下能萌发长成幼苗。核心部位:胚状体等。,【教材命题源】教材原文:选修3_P40小知识:化学诱变一般是利用一些化学诱变剂进行处理,常见的有甲基磺酸乙酯和叠氮化钠等。物理诱变一般采用电离辐射处理。,命题角度:植物组织培养技术中,可通过哪些诱变方法获得产量较高的突变体?提示:可通过化学诱变剂,也可用物理诱变。,【典例示范】紫杉醇是一种生物碱类化合物,是目前已发现的最优秀的天然抗癌药物。如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径,据图回答下列问题:,(1)该途径_(填“体现”或“不体现”)植物细胞的全能性,原因是_。过程中生长素与细胞分裂素的用量比值应_(填“高”“低”或“适中”)。(2)过程需使用液体培养基,其优点在于_。(3)根据紫杉醇的化学本质,可以判断有关基因控制紫杉醇合成的方式是_。,(4)若通过诱变育种技术选育紫杉醇含量高的细胞,可对图中的_进行诱变处理,然后进行筛选。常用的化学诱变剂是_等。,【解析】(1)细胞全能性以细胞发育成个体为标志,而图中并没有形成完整植物体,因此不能体现细胞的全能性。当生长素与细胞分裂素的用量比值适中时,有利于愈伤组织的形成。(2)液体培养基可以使培养细胞与培养液充分接触,有利于营养物质的充分利用,有利于培养细胞的增殖。(3)紫杉醇的化学本质不是蛋白质,因此可以判断有关基因通过控制酶的合成控制代谢,进而控制紫杉醇的合成。(4)愈伤组织细胞分裂旺盛,对诱变剂较为敏感,对愈伤组织进行处理,可得到较多的突变细胞。甲基磺酸乙酯、叠氮化钠是常用的化学诱变剂。,答案:(1)不体现没有形成完整植物体适中(2)使培养细胞与培养液充分接触,有利于营养物质的充分利用(3)有关基因通过控制酶的合成控制代谢,进而控制紫杉醇的合成(4)愈伤组织甲基磺酸乙酯、叠氮化钠,【素养新命题】(1)如何判断植物细胞具有全能性?(科学思维:归纳与演绎)提示:只要细胞保持完整性,以及细胞核中含有发育成完整个体的全套遗传信息就具有全能性。不需要考虑细胞的种类及分化程度。,(2)固体培养基和液体培养基在植物细胞工程中分别有什么作用?(科学思维:分析与综合)提示:植物组织培养获得植株时用固体培养基,固体培养基能起支撑外植体,固定植物学形态的作用。利用愈伤组织生产药物用液体培养基,液体培养基中细胞与培养液充分接触,细胞增殖快。,【热考角度通关】角度一微型繁殖1.(2020拉萨模拟)应用植物组织培养技术,不仅可实现种苗的快速繁殖、培育无病毒植株,也可加快作物及苗木育种。下面是培育柑橘耐盐植株的实验流程:,回答下列问题:(1)愈伤组织是由离体的茎段经_过程形成的,此时愈伤组织细胞_(填“具有”或“不具有”)细胞的全能性,愈伤组织经过_过程形成耐盐植株。在植物组织培养的培养基中除无机营养成分、有机营养成分、琼脂外,还需要添加_。(2)对愈伤组织进行了两次处理,处理1中射线照射的目的是_,用射线不直接处理茎段而是处理愈伤组织,原因是_;处理2中添加的物质X为_。,(3)植物组织培养技术也被广泛应用于其他作物的育种中。在培育白菜甘蓝、三倍体无子西瓜、农杆菌转化法获得抗虫棉中,必须用到植物组织培养技术的是_。,【解析】(1)愈伤组织是离体的茎段脱分化形成的,每个细胞都脱离了原来的分化状态,都具有全能性,愈伤组织经过再分化过程才能形成植株。在植物组织培养过程中,除了加入营养物质之外,还要加入植物激素,因为植物激素在脱分化和再分化过程中起重要作用。(2)对愈伤组织进行了两次处理,处理1中用射线照射的目的是使愈伤组织发生突变,射线不直接处理茎段而是处理愈伤组织的原因是愈伤组织细胞处于不断分裂状态,易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变。,(3)白菜甘蓝形成的过程中,先形成杂种细胞,再由杂种细胞形成杂种植株,所以会用到植物组织培养技术;农杆菌转化法获得抗虫棉的过程中,将目的基因导入植物细胞,再通过植物组织培养技术形成植株。答案:(1)脱分化具有再分化植物激素(2)诱导基因突变愈伤组织细胞处于不断分裂状态,易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变氯化钠(3)培育白菜-甘蓝、农杆菌转化法获得抗虫棉,角度二植物细胞工程与基因工程的结合运用2.Bt基因即是苏云金芽孢杆菌基因,因其表达产物Bt毒蛋白杀虫效果好、安全、高效等优点而成为应用最为广泛的杀虫基因。将Bt基因导入棉花细胞中,可获得抗棉铃虫的转基因棉,其过程如下图所示:,注:质粒中“Bt”代表“Bt基因”,“KmR”代表“卡那霉素抗性基因”,(1)过程需用到的工具酶有_。为将过程获得的含重组质粒的农杆菌筛选出来,应使用_的选择培养基。(2)将目的基因导入棉花细胞常采用的方法是_,其过程是先要将目的基因插入农杆菌Ti质粒的_中,然后用该农杆菌感染植物细胞,通过DNA重组将目的基因插入植物细胞的_上。,(3)过程分别是_,将棉花细胞培养成试管苗的过程体现了_。(4)检验转基因棉的抗虫性状,常用方法是_。种植转基因抗虫棉能减少_的使用,以减轻环境污染,从而保护生物多样性。,【解析】(1)过程是目的基因导入Ti质粒的T-DNA中,需用限制性核酸内切酶和DNA连接酶,将Bt基因剪切下来和质粒连接。重组Ti质粒上含卡那霉素抗性基因,该基因使受体细胞具有抵抗卡那霉素的特性,因此可以用含有卡那霉素的培养基来培养棉花细胞,能在该培养基上生长的细胞含有重组质粒,故将过程获得的含重组质粒的农杆菌筛选出来,应使用含卡那霉素的选择培养基。,(2)分析题图,将目的基因导入棉花细胞的方法是农杆菌转化法,农杆菌中Ti质粒上只有T-DNA片段能转移到植物细胞的染色体中,故要将目的基因插入农杆菌Ti质粒的T-DNA中;过程将棉花细胞与农杆菌混合后共同培养,目的是让携带有Bt基因的T-DNA片段转移到植物细胞,通过DNA重组将目的基因插入植物细胞的染色体DNA上。(3)据题图可知,过程、依次是脱分化形成愈伤组织、再分化形成幼苗,将棉花细胞培养成试管苗,是一个细胞培养成一个完整的植株,体现了植物细胞的全能性。,(4)转基因棉含有Bt基因,能合成Bt蛋白杀死棉铃虫,要检测其抗虫性,常用方法是在棉地里投放棉铃虫,观察棉铃虫吃了叶片后是否死亡。种植转基因抗虫棉,依靠棉花植株自身产生毒蛋白,杀死棉铃虫,减少了农药的使用,以免农药杀死其他生物,以减轻环境污染,从而保护生物多样性。答案:(1)限制性核酸内切(限制)酶和DNA连接酶含卡那霉素(2)农杆菌转化法T-DNA染色体DNA(3)脱分化、再分化植物细胞具有全能性(4)投放棉铃虫农药,【加固训练】为探究某种植物愈伤组织的培养条件,某研究小组配制了含有两种浓度2,4-D的培养基,然后接种初始质量相同的幼苗子叶切块并分别培养在光照及黑暗条件下,一段时间后,测量愈伤组织的生长量,结果如图。,回答下列问题:(1)在该实验中,自变量是_。进行植物组织培养的实验,要严格控制杂菌污染的原因是_。(2)由图中实验数据分析,在培养基中添加2,4-D的作用是_。(3)幼苗子叶切块转变成愈伤组织的过程称为_。为大量获得该植物的愈伤组织适宜采取_(填“黑暗”或“光照”)培养。(4)光照在培养过程中不作为愈伤组织的能量来源,原因是_。,【解析】(1)某研究小组配制了含有两种浓度2,4-D的培养基,并且对幼苗子叶切块进行光照及黑暗条件下的培养,由此可知该实验中的自变量是光照的有无、2,4-D的浓度。杂菌可以在培养基上争夺营养,杂菌产生的物质影响植物组织的生长,因此进行植物组织培养的实验,要严格控制杂菌污染。(2)在黑暗和光照条件下,在培养基中添加不同浓度的2,4-D后,愈伤组织生长量均增加,说明2,4-D可促进愈伤组织的生长。,(3)幼苗子叶切块转变成愈伤组织的过程称为脱分化。在有光时,往往不易形成愈伤组织,并且图中黑暗条件下愈伤组织的生长量明显多于光照条件下。(4)在脱分化形成愈伤组织及愈伤组织的增殖阶段,细胞中均不含叶绿体,无法利用光能进行光合作用,光照在培养过程中不作为愈伤组织的能量来源。,答案:(1)光照的有无、2,4-D的浓度(“培养的时间”不作要求)杂菌可以在培养基上生长争夺营养,杂菌产生的物质影响植物组织的生长(2)促进愈伤组织的生长(3)脱分化黑暗(4)在脱分化形成愈伤组织及愈伤组织的增殖阶段,细胞中均不含叶绿体,无法利用光能进行光合作用,