2020届高考生物一轮复习3.2植物细胞工程课件.ppt

第2课植物细胞工程,考点一植物细胞工程的基本技术【核心知识突破】1.细胞工程：(1)操作水平：_。(2)目的：按照人的意愿来改变细胞内的_或获得_。,细胞水平或细胞器水平,遗传物质,细胞产品,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)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。,离体,营养、激素,3.植物组织培养技术：(1)原理：植物细胞具有_。,全能性,(2)过程：,(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。,灭菌,消毒,有机营养成分,脱分化,激素调控：培养基中_和_的比例调控组织培养进程。,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)操作流程：,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_。,a,细胞壁,纤维素酶和果胶酶,促融：对应于图中_过程，即原生质体的融合。,b,培养：过程d是_，其原理是_。,植物组织培养,植物细胞,的全能性,(3)意义：克服_的障碍。,远缘杂交不亲和,5.【教材易漏知识】选修3P36“小知识”培养基中的营养物质：(1)无机营养物质：水分、无机盐。(2)有机营养物质：小分子糖类、氨基酸、核苷酸。,【微点警示】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：,【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。,【命题案例研析】【典例】(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(子)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_。,【审答技巧】(1)审题技巧：抓住题干关键信息。愈伤组织：是一团未分化的大型薄壁细胞。经减数分裂得到的花粉：染色体数目是体细胞染色体数目的一半。,(2)满分答题：应准确、完整。第(3)小题最后一空，不能答为“分裂”，应用植物组织培养的专有名词作答。第(4)小题最后一空，不能仅考虑花粉染色体数目和体细胞染色体数目的关系，应答出花粉和体细胞经组织培养得到的植株基因型的关系。,【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(子)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(子)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(子)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,【高考长句应答特训】(1)根据你所了解的蔗糖的相关知识，分析蔗糖在植物组织培养中的作用是什么。提示：可以为植物细胞提供能量和有机物；可以被植物细胞缓慢吸收，从而维持培养基一定的渗透压。,(2)出现上题C中培养结果，培养基中两种激素的含量有何关系？提示：当生长素与细胞分裂素的比值高时，有利于根的分化，抑制芽的形成。,【考点题组诊断】角度一植物组织培养技术1.(2019保定模拟)为了获得植物次生代谢产物，先用植物外植体获得愈伤组织，然后在液体培养基中悬浮培养。请回答下列问题：世纪金榜导学号(1)外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为_。,(2)在愈伤组织悬浮培养时，细胞干重、蔗糖浓度和pH的变化如图所示。细胞干重在12d后下降的原因有_；培养液中蔗糖的作用是_、_。,(3)多倍体愈伤组织细胞产生的次生代谢产物量常高于二倍体。二倍体愈伤组织细胞经_处理，会产生染色体加倍的细胞。为检测愈伤组织细胞染色体数目，压片前常用纤维素酶和_酶解离愈伤组织。若愈伤组织细胞(2N)经诱导处理后，观察到染色体数为8N的细胞，合理的解释是_、_。,【解析】(1)外植体经诱导形成愈伤组织的过程称为脱分化。(2)观察图示可知，12d后蔗糖浓度和pH都下降到较低水平，影响能量的供应和酶的活性，导致细胞干重下降。培养液中的蔗糖具有提供能源、调节渗透压的作用。,(3)在细胞分裂过程中，用低温或秋水仙素处理，都可抑制纺锤体的形成，使染色体不能移向细胞两极，从而使细胞中染色体数目加倍。愈伤组织的细胞之间含有纤维素和果胶，欲将其分散成单个细胞，压片前需用纤维素酶和果胶酶处理。愈伤组织细胞经诱导处理后，有的细胞染色体数目加倍(4N)，有的细胞染色体数目未加倍(2N)，也可能有的细胞在连续分裂中每次,都因低温或秋水仙素抑制了纺锤体的形成，导致细胞中染色体数目连续加倍，出现染色体数目为8N的细胞。所以染色体数目加倍到4N的细胞处于有丝分裂后期时染色体数目为8N，染色体数目加倍到8N的细胞处于有丝分裂中期时染色体数目也为8N。,答案：(1)脱分化(2)蔗糖浓度下降，pH降低提供能源调节渗透压(3)秋水仙素(或低温)果胶经加倍到4N的细胞处于有丝分裂后期经加倍到8N的细胞处于有丝分裂中期,角度二植物体细胞杂交技术2.(金榜原创预测)野生的香蕉是二倍体，栽培的香蕉是三倍体，抗病性状主要存在于野生的香蕉中。科学家利用多种现代生物技术培育抗病品种。请回答以下问题：,(1)栽培的香蕉很难产生正常配子的原因是_，所以传统杂交技术难以让栽培的香蕉获得抗病性状，但可通过_、植物体细胞杂交、人工诱变等现代生物技术使其获得抗病性状。,(2)香蕉体细胞组织培养时，由于愈伤组织_，可利用物理或化学因素来处理使其发生基因突变，从而获得抗病性状。,(3)将三倍体和二倍体香蕉的体细胞用_酶处理获得原生质体，在此过程中，除考虑酶的活性外，还需要考虑酶的_和酶的_等影响游离原生质体数量和活力的因素。将获得的原生质体用物理法或化学法诱导融合后，再生出_，经植物组织培养即可获得具有抗病性状的杂种植株。,【解题指南】(1)关键信息：让栽培的香蕉获得抗病性状、现代生物技术。(2)关键知识：纤维素酶和果胶酶的浓度和处理时间对原生质体活力的影响。,【解析】(1)无子香蕉是三倍体，体细胞中含3个染色体组，其减数分裂过程中同源染色体联会紊乱，很难产生正常配子，因此传统杂交技术难以让栽培的香蕉获得抗病性状，但可通过基因工程、植物体细胞杂交、人工诱变等现代生物技术使其获得抗病性状。,(2)植物组织培养过程中，由于愈伤组织处于不断分生状态(分裂能力强)，可以利用物理或化学因素诱导其发生基因突变，从而获得抗病性状。,(3)香蕉体细胞的细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，用纤维素酶和果胶酶处理可以获得有活力的原生质体，该过程中要充分考虑酶的活性、酶的浓度、酶的处理时间等对游离原生质体数量和活力的影响；将获得的原生质体用物理法或化学法诱导融合后，再生出细胞壁，经植物组织培养即可获得具有抗病性状的杂种植株。,答案：(1)(减数分裂过程中同源染色体)联会紊乱基因工程(2)处于不断分生状态(或分裂能力强)(3)纤维素酶和果胶浓度处理时间细胞壁,【加固训练】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,考点二植物细胞工程的应用【核心知识突破】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。(2)作物脱毒：利用_(如茎尖)培养获得_。,遗传特性,分生组织,脱,毒苗,(3)人工种子：_、不定芽、顶芽和腋芽等包上人工种皮制成。,胚状体,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_。,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。,【命题案例研析】【典例】(2019太原模拟)草莓是无性繁殖的作物，长期种植会使病毒积累在体内，使其产量减少，品质下降，利用植物组织培养技术可以培育脱毒草莓苗。请回答下列问题：,(1)植物组织培养过程中，细胞脱分化就是让已经分化的细胞经过诱导后，失去其特有的_而转变成未分化细胞的过程；愈伤组织再分化出幼根和芽的实质是_。,(2)培育草莓脱毒苗时，一般选取_作为外植体，其依据是_。将草莓的外植体接种到培养基上的操作需要在超净工作台上进行，其目的是避免_的污染。,(3)研究表明，多倍体草莓产量高于二倍体，利用组织培养技术获得多倍体草莓的方法有两种：一是_(填药剂名称)处理草莓的愈伤组织，再经培养获得多倍体植株；二是先用_酶处理得到草莓的原生质体，再用_(填药剂名称)诱导草莓的原生质体融合，经组织培养获得多倍体植株。,【审答技巧】(1)审题技巧：根据细胞分化的特点反向分析脱分化的特点。明确再分化即是分化过程，进而分析其实质。,(2)满分答题：解答第(2)小题最后一空时，应明确导致污染的微生物不仅有病菌，还可能有病毒。解答第(3)小题时，根据空线后的限定词确定应填的答案。,【解析】(1)已分化的细胞经过诱导后失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程叫脱分化；细胞再分化过程实际上是基因选择性表达的人工调控过程，其实质是基因的选择性表达。,(2)培育草莓脱毒苗时，一般选取茎尖(或芽尖或根尖)作为外植体，因为这些部位含有的病毒极少，甚至没有病毒。为了避免微生物的污染，一般将草莓的外植体接种到培养基上的操作过程需要在超净工作台上进行。,(3)利用组织培养技术获得多倍体草莓的方法有多倍体育种和植物体细胞杂交两种方法，前者是用秋水仙素处理草莓的愈伤组织，再经培养获得多倍体植株；后者是用纤维素酶和果胶酶处理草莓获得原生质体，再用PEG诱导原生质体融合获得杂种细胞，最终经过组织培养获得多倍体植株。,答案：(1)结构与功能基因的选择性表达(2)茎尖(或芽尖或根尖)该部位病毒极少，甚至无病毒微生物(3)秋水仙素纤维素酶和果胶聚乙二醇(PEG),【高考长句应答特训】(1)用秋水仙素处理草莓的愈伤组织容易获得多倍体植株，原因是什么？提示：愈伤组织细胞分裂旺盛，容易受到秋水仙素的影响，导致染色体数目加倍。,(2)多倍体草莓产量高于二倍体，试解释可能的原因。提示：多倍体中染色体组成倍增加，基因数量增加，基因产物数量也增加。,【考点题组诊断】(教材素材新命题选修3P41【资料分析】)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：世纪金榜导学号,(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,【加固训练】1.(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),2.(金榜原创预测)甲和乙是两种二倍体药用植物，甲细胞中有m条染色体，乙细胞中有n条染色体。甲含有有效成分A，乙含有有效成分B。某研究性学习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)培育该新型药用植物所用的技术是植物体细胞杂交技术，该技术完成的标志是_。(2)为了培养该新型药用植物，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_，然后诱导其融合形成杂种细胞。,(3)由杂种细胞得到杂种植株需要利用植物组织培养技术，其中需要避光培养的步骤是_。(4)融合形成的杂种细胞在有丝分裂后期含_条染色体。杂种细胞培育成的同时含有A和B的新型药用植物为_倍体。,(5)正常情况下，植物甲和植物乙有性杂交是不能成功的，原因是_。,【解析】(1)植物体细胞杂交技术完成的标志是形成杂种植株。,(2)该新型药用植物是通过植物体细胞杂交技术获得的，要获得有活力的原生质体才能进行体细胞杂交。细胞壁的成分为纤维素和果胶，因此首先用纤维素酶和果胶酶去掉植物的细胞壁，获得原生质体，然后用化学或物理方法诱导二者的原生质体融合，最后采用植物组织培养技术获得杂种植株。,(3)植物组织培养过程包括脱分化和再分化，前者需要避光，而后者需要光照。(4)已知甲细胞含有m条染色体，乙细胞含有n条染色体，则融合形成的杂种细胞含有m+n条染色体，其有丝分裂后期染色体加倍为2(m+n)条；已知甲、乙都是二倍体，则两者体细胞融合形成的杂种细胞发育而成的新型药用植物为四倍体。,(5)甲和乙是两种二倍体药用植物，两者之间存在生殖隔离，因此正常情况下，植物甲和植物乙有性杂交是不能成功的。,答案：(1)形成杂种植株(形成同时含有A和B的新型药用植物)(2)纤维素果胶原生质体(3)脱分化(4)2(m+n)四(5)存在生殖隔离,答案速填：1植物细胞的全能性2再分化3酶解法(纤维素酶、果胶酶处理)4茎尖或芽尖5胚状体6染色体变异,