高考生物一轮复习讲义-第10单元第3课时植物细胞工程.docx
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1、第3课时 植物细胞工程目标要求植物的组织培养。考点一植物组织培养技术1细胞工程的概念(1)原理和方法:应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法。(2)操作水平:细胞水平或细胞器水平。(3)目的:改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。2植物细胞的全能性3植物组织培养技术(1)定义和流程提醒植物组织的培养对象:离体的植物器官、组织或细胞;培养条件:无菌、人工配制的培养基、相关激素等;培养结果:形成完整的植株;所需培养基为固体培养基,其大多由无机营养成分、有机营养成分、激素、琼脂四部分组成。(2)植物组织培养的具体操作胡萝卜的组织培养操作步骤取材a.胡萝卜洗净、削皮、切段(约10 cm);酒精棉球擦手消
2、毒;b胡萝卜段消毒:用酒精溶液消毒30 s后,立即用无菌水清洗23次,再用次氯酸钠溶液处理30 min后,立即用无菌水清洗23次;c将胡萝卜段切成1 cm厚的横切片,再选取有形成层的部位,切取1 cm3左右的小块接种避光条件下培养,诱导其脱分化,长出愈伤组织转接将生长良好的愈伤组织转接到分化培养基上,诱导其再分化生成试管苗进而发育成完整小植株移栽移栽到大田,培养成正常植株注意事项a选用形成层进行培养的原因是形成层细胞分裂旺盛,全能性较高,易于脱分化。选用其他部位也可以(理论上具有全能性的细胞均可)。b光照的控制:在愈伤组织的诱导阶段往往要避光培养,有利于细胞脱分化产生愈伤组织。当愈伤组织分化出
3、芽和叶时,一定要有光照,以利于叶片内叶绿素的合成。(3)植物激素对植物组织培养的影响按照不同的顺序使用这两类激素,会得到不同的实验结果使用顺序实验结果先使用生长素,后使用细胞分裂素有利于细胞分裂,但细胞不分化先使用细胞分裂素,后使用生长素细胞既分裂也分化同时使用分化频率提高简记:先“生”分裂不分化,后“生”分裂又分化,同“使”分化频率高当同时使用这两类激素时,两者用量的比例影响植物细胞的发育方向生长素/细胞分裂素植物细胞的发育方向比值高有利于根的分化、抑制芽的形成比值低有利于芽的分化、抑制根的形成比值适中促进愈伤组织的形成简记:“高”根,“低”芽,“中”愈伤考向植物组织培养1(2023辽宁丹东
4、第二中学高三检测)以四倍体(基因型为AAaa)植株的花药为外植体经植物组织培养获得植株的过程如图所示。下列相关叙述正确的是()A此过程为单倍体育种,获得的植株都是纯合子B将花药换成植物的茎尖可获得能抗病毒的脱毒苗C可获得3种基因型的植株,且其比例为AAAaaa121D过程培养基中的激素比例以及光照条件均不同答案D解析此过程为花药离体培养的过程,AAaa产生的花粉有3种,即AA、aa和Aa,因此单倍体植株基因型也有3种,其中Aa为杂合子,A错误;茎尖几乎不含病毒,因此利用茎尖组织可得到脱毒苗,但脱毒苗不等同于抗病毒植株,抗病毒植株一般是利用基因工程得到的,B错误;获得的3种基因型的植株,比例为A
5、AAaaa141,C错误;图中过程为脱分化,不需光照,生长素与细胞分裂素比例相等;过程为再分化,需光照条件下培养,诱导生芽时,细胞分裂素多于生长素,生根时,生长素多于细胞分裂素,D正确。2植物组织培养技术可以用来繁殖名品花卉,某同学利用蓝色月季花来进行培育,培育过程如图所示,据此回答下列问题:(1)植物组织培养是在_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,诱导其经过A_形成愈伤组织后再经过B_,最终形成完整的植株。(2)为了防止其品质退化,该同学选用植株_部位进行组织培养,选择该位置的原因是_。(3)在培养过程中,该同学想要了解细胞分裂素与生长素对促进
6、植物生根还是生芽的影响设计了如图乙的实验,由图可知当细胞分裂素浓度大于生长素浓度时,诱导_的生长,当细胞分裂素浓度小于生长素浓度时,诱导_的生长。答案(1)无菌和人工控制脱分化再分化(2)茎尖、芽尖茎尖、芽尖病毒少或基本不带病毒(3)芽根解析(1)植物组织培养的主要原理是植物细胞具有全能性,具体过程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,给予适宜的条件,诱导其组织经过脱分化产生愈伤组织,再经过再分化,最终形成完整的植株。(2)植物组织培养能够用于培育脱毒苗,常选用植株的茎尖、芽尖,因为这些部位病毒少或基本不带病毒,能保证植株的品质。(3)细胞分裂素与生长
7、素的比例高时,诱导芽的生成;细胞分裂素与生长素的比例大致相等时,愈伤组织继续生长而不分化;细胞分裂素与生长素的比例低时,会趋于生根。考点二植物体细胞杂交技术1概念:将不同种的植物体细胞,在一定条件下融合成杂种细胞,并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。2原理:体细胞杂交利用了细胞膜的流动性,杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。3基本过程(1)科学家在制备原生质体时,有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞的细胞壁。据此分析,蜗牛消化道提取液中可能含有什么成分?理由是什么?提示纤维素酶和果胶酶。因为植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶组成,利用酶的专一性,在降解植物细胞细胞壁时要利用纤维素酶
8、和果胶酶。(2)两两融合后的细胞一定是杂种细胞吗?诱导融合后的培养瓶中的细胞有哪几类?提示不一定,融合的细胞类型有三种AA、BB和AB,在培养瓶中还有A、B等未融合的细胞。(3)上述细胞融合过程的完成与什么细胞器密切相关?提示线粒体和高尔基体。(4)若一植物细胞A含有2x条染色体,2个染色体组,基因型为Aabb,另一植物细胞B含有2y条染色体,2个染色体组,基因型为ccDd,则:上述所获得的杂种植株的遗传特性有何特点?提示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。上述所获得杂种植株应为异源四倍体,其体细胞中染色体数为2x2y条,4个染色体组,基因型为AabbccDd。
9、上述所获得杂种植株的花粉经离体培养得到的植株属于单倍体植株。上述植物体细胞杂交的过程中,遗传物质的传递遵循孟德尔遗传定律吗?提示不遵循。4意义:克服了远缘杂交不亲和的障碍。5实例:白菜甘蓝、烟草海岛烟草、胡萝卜羊角芹等种间或属间杂种植株。6局限性:目前有许多理论和技术未解决,还不能让杂种植物按照人们的需要表现出双亲的性状。源于选修3 P38“思考与探究”:为什么“番茄马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想象的那样,地上长番茄、地下结马铃薯?提示主要原因是生物基因的表达不是孤立的,它们之间是相互调控、相互影响的,所以马铃薯番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质,但这些遗传物质的表达相互干扰
10、,不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达。考向植物体细胞杂交技术3花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病,野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化,并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合,以获得抗黑腐病杂种植株,流程如下图。下列相关叙述错误的是()A通常将植物细胞置于含纤维素酶和果胶酶的30%的蔗糖溶液中B细胞融合成功的标志是再生出细胞壁,此时细胞内高尔基体和线粒体活动明显增强C可通过观察叶绿体的有无来初步筛选杂种细胞D用此方法获得新品种的育种原理是染色体变异答案A解析是利用纤维素酶和果胶酶获取原生质体的过
11、程,该过程需要在等渗溶液中进行,以维持原生质体的形态和功能,A错误;杂种细胞融合成功的标志是再生出细胞壁,该过程中细胞壁的形成与高尔基体有关,线粒体可为生命活动提供能量,B正确。4(2023西宁高二月考)科学家用植物体细胞杂交技术,将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合,成功地培育出了“番茄马铃薯”杂种植株,培育过程如图所示,其中表示过程,af表示细胞、组织或植株。据图回答下列问题:(1)在植物体细胞杂交技术中,过程常用_酶处理植物细胞以除去细胞壁。(2)过程表示_,依据的生物学原理是_。(3)与过程密切相关的具有单层膜结构的细胞器是_。(4)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中,依据的原理是_
12、,其中过程表示_过程,过程涉及的细胞分裂方式为_。(5)若番茄细胞内含m条染色体,马铃薯细胞内含n条染色体,则“番茄马铃薯”杂种植株的体细胞内含_条染色体;若由杂种细胞培育成的“番茄马铃薯”植株为四倍体,则此杂种植株的花粉经离体培养得到的植株为几倍体? _。(6)如果形成c的原生质体a、b来源于同一株番茄,那么更常用且能有效得到番茄植株f的处理方法是_。答案(1)纤维素酶和果胶(2)诱导原生质体融合细胞膜具有一定的流动性(3)高尔基体(4)植物细胞的全能性脱分化有丝分裂(5)mn单倍体(6)用适宜浓度的秋水仙素处理萌发的番茄种子或幼苗解析(5)植物体细胞杂交得到的杂种细胞中染色体数目是番茄细胞
13、和马铃薯细胞中染色体数目之和;若培育成的杂种植株是四倍体,则该杂种植株的花粉经离体培养得到的植株是单倍体,因为其是由配子(如花粉)发育而来的。(6)利用同一株植物的体细胞融合得到的植株是同源多倍体,获得同源多倍体更常用且有效的方法是利用适宜浓度的秋水仙素处理萌发的植物种子或幼苗。考点三植物细胞工程的应用1植物繁殖的新途径(1)微型繁殖:用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。特点(2)作物脱毒:选取作物无毒组织(如茎尖)进行组织培养,获得脱毒苗的技术。(3)人工种子: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。2作物新品种的培育:单倍体育种、突变体的利用
14、。3细胞产物的工厂化生产利用植物组织培养技术生产蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料和生物碱等。源于选修3 P40“小知识”及“讨论”:(1)胚状体是由愈伤组织再分化而来,是已分化的结构,相当于正常受精卵发育形成的胚,与其有类似的结构和发育过程。(2)针对植物种类和土壤条件,在人工种子的包裹剂中可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。为了促进胚状体的生长发育,还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。考向植物细胞工程的应用5红薯是我国种植面积较大的一类作物,但长期以来的连种,造成了红薯品种退化,产量和品质逐年下降,其主要原因是所用的种薯携带了大量的病毒。研究人员利用现代生物技
15、术,对红薯进行脱毒培养。下列说法错误的是()A可以选择红薯茎尖或根尖的分生区作为外植体B若选择的外植体体积过大,可能会导致脱毒率降低C培育红薯脱毒苗的过程中,需要适时调整激素的比例D培育红薯脱毒苗的过程中,激素使用不当会导致性状分离答案D解析由于茎尖或根尖等部位所携带病毒很少,或者几乎不携带病毒,故可以选择红薯茎尖或根尖的分生区作为外植体,A正确;一般而言,茎尖越小,脱毒率越高,但成苗率越低,故若选择的外植体体积过大,可能会导致脱毒率降低,B正确;培育红薯脱毒苗的过程中,需要适时调整激素的比例,如细胞分裂素和生长素比例高时可以促进芽的分化,C正确;培育红薯脱毒苗的过程中,细胞分裂的方式为有丝分
16、裂,激素使用不当不会导致性状分离,D错误。6植物体细胞杂交育种的一个重要应用是将栽培品种与相关的野生资源作为亲本,经过原生质体融合、选择与再生,使栽培品种获得野生型的抗性特征。下列说法错误的是()A若杂种植株可育并能稳定地遗传,就有可能形成农业上有用的新物种B体细胞杂交可转移核染色体、细胞质DNA,在一定程度上克服远缘杂交的不亲和性C可用电激、聚乙二醇或灭活的病毒来诱导原生质体的融合D由二倍体亲本体细胞杂交可获得异源四倍体,与二倍体亲本回交,产生不育的三倍体答案C解析可用电激、聚乙二醇等来诱导原生质体的融合,但灭活的病毒只能诱导动物细胞融合,C项错误。1(2020山东,13)两种远缘植物的细胞
17、融合后会导致一方的染色体被排出。若其中一个细胞的染色体在融合前由于某种原因断裂,形成的染色体片段在细胞融合后可能不会被全部排出,未排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体上而留存在杂种细胞中。依据该原理,将普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种,过程如下图所示。下列说法错误的是()A过程需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞B过程的目的是使中间偃麦草的染色体断裂C过程中常用灭活的病毒诱导原生质体融合D耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段答案C解析植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,过程需用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁获得原生质体,A项正确;紫外线属于诱发变异的物理
18、因素,紫外线照射的目的是使中间偃麦草的染色体断裂,B项正确;过程为诱导植物原生质体融合,常用离心、振动、电激或聚乙二醇诱导等方式处理,不用灭活的病毒诱导,C项错误;普通小麦没有耐盐基因,耐盐小麦的形成是将来自中间偃麦草的含有耐盐基因的染色体片段整合到普通小麦染色体上的结果,D项正确。2(2019北京,4)甲、乙是严重危害某二倍体观赏植物的病害。研究者先分别获得抗甲、乙的转基因植株,再将二者杂交后得到F1,结合单倍体育种技术,培育出同时抗甲、乙的植物新品种。以下对相关操作及结果的叙述,错误的是()A将含有目的基因和标记基因的载体导入受体细胞B通过接种病原体对转基因的植株进行抗病性鉴定C调整培养基
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