高三生物一轮复习导学案：植物细胞工程

第二单元细胞工程

第1讲植物细胞工程

【重难点突破】

一、植物组织培养

1、组织培养：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，诱导期产生愈伤组织、丛芽、最终形成完整的植株。

2、原理：植物细胞的全能性。指植物的每个细胞都包含着该物种的全部遗传信息，从而具备发育

成完整植株的遗传能力。在适宜条件下，任何一个细胞都可以发育成一个新个体。

3、过程：

【典题演示1】

(2008江苏)下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是

A．培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压

B．培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化

C．离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织

D．同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同【答案】

【解析】

【变式训练1】

1、(2008江苏)某组织培养实验室的愈伤组织被真菌严重污染，为查找污染原因设计了4个实验，实验条件除图示外其他均相同。下列各图表示实验结果，据图可得出的初步结论是

A．污染主要不是培养基灭菌时间短造成的

B．污染主要来源于组织培养所用的离体组织

C．调节培养基pH不能解决污染问题

D．调节培养温度不能解决污染问题

【答案】

【解析】

【变式训练2】、（2010南通二模）在植物组织培养过程中，愈伤组织的成功诱导是至关重要的步骤。科学家以食用稗的成熟胚作为外植体，在基本培养基上研究植物生长调节剂对食用稗愈伤组织诱导的影响。实验结果如下表。请回答相关问题：

注：愈伤组织诱导率（%）＝产生愈伤组织的外植体数/接种外植体总数×100%

（1）从上表可以知道，在基本培养基中添加较高浓度的有利于食用稗胚形成愈伤组织，而添加则不利于食用稗胚愈伤组织的形成。（3）影响愈伤组织成功诱导的因素除植物生长调节剂外，培养的环境条件也是重要的因素。现给你提供200个已经消毒过的食用稗的成熟胚，在上述研究的基础上，探究光照对愈伤组织形成的影响。

实验步骤：

①将200个已经消毒过的食用稗的成熟胚平均分为甲、乙两组，分别接种到培养基上；

②

；

③

。

预期实验结果和结论：。

【答案】（1）2，4－D 6－BA

②甲组置于光照条件下培养，乙组置于黑暗条件下培养，其它条件（2）①L

3

相同且适宜；③培养一段时间后，分别计数甲、乙两组中形成愈伤组织的个数并计算愈伤组织诱导率。

预期实验结果和结论：①如甲组的愈伤组织诱导率大于乙组的愈伤组织诱导率，则光照有利于愈伤组织的形成；②如甲组的愈伤组织诱导率小于乙组的愈伤组织诱导率，则黑暗有利于愈伤组织的形成；③如甲组的愈伤组织诱导率和乙组的愈伤组织诱导率相当，则光照、黑暗对愈伤组织的形成没有影响

【解析】

二、植物组织培养有哪些应用

1、植物繁殖的新途径

（1）微型繁殖技术（快速繁殖技术）用于快速繁植优良品种的植物组织培养技术。其优点是

①保持优良品种的遗传特性；

②高效快速地实现优良品种的大量繁殖；

③不受自然生长季节的限制（因为在具有一定人工设施的室内生产）。

（2）作物脱毒

①作物脱毒的原因: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，而植物的分生区一般不会感染病毒，用分生区的细胞进行组织培养，就能得到大量的脱毒苗。

②材料:分生区（如茎尖﹑根尖）的细胞。

(3）人工种子

①将植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽，包上人工种皮就形成人工种子。

②针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂中还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。

③人工种子的优点: 人工种子则可以完全保持优良品种的遗传特性，生产上也不受季节的限制。人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地贮藏和运输。

2、作物新品种的培育

（1）单倍体育种

①方法:花药的离体培养，再秋水仙素加倍。

②优点: ①后代稳定遗传,都是纯合体；②明显缩短育种年限。

所以可通过植物组织培养培育单倍体植株。

（2）突变体的利用

①产生:植物组织培养。培养的细胞一直处于不断的分生状态，容易受到培养条件和外界压力的影响而发生突变。

②利用:筛选对人们有利突变体,进而培育新品种

（3）细胞产物的工厂化生产：利用植物组织培养技术大量生产某些细胞产物。

3、植物体细胞杂交

（1）原理：酶的专一性、细胞膜的流动性、染色体变异和细胞的全能性。

（2）植物体细胞杂交流程

①原生质体的制备：利用果胶酶和纤维素酶除去细胞壁。

②原生质体的融合：利用人工诱导的方法包括物理法、化学法（PEG）诱导原生质体融合。

③杂种细胞形成的标志是新细胞壁形成。

④杂种细胞要经历脱分化和再分化过程。

⑤植物体细胞杂交的终点是杂种植株，其特征是具备两种植物的遗传特征，原因是杂种植株中含有两种植物的遗传物质。

（3）优点：克服了远缘杂交不亲和的障碍。

【典题演示2】

某优良品种水稻的基因型为AaBb，其花药通过组织培养形成了试管苗。下列叙述错误的是

A. 花粉形成试管苗需要经过脱分化和再分化的过程

B. 试管苗有四种基因型，其体细胞含有一个染色体组

C. 通过该过程培养出的试管苗还不能直接用于生产

D. 这些试管苗自交，后代性状不发生分离

【答案】D

【解析】正确掌握植物组织培养技术和培养材料是关键。花药是减数分裂产生的它的基因型有AB、Ab、aB、ab四种，组织培养产生的个体都是单倍体，单倍体高度不育。

【变式训练3】

1、胚状体是在植物组织培养的哪一阶段上获得的（）

A．愈伤组织B．再分化

C．形成完整植株D．取离体组织

【答案】B

【解析】掌握植物组织培养技术的过程是关键。胚状体是经过再分化后产生的，将来能够发育成完整个体的。

【变式训练4】2、（2010南通二模）下列有关植物体细胞杂交技术的描述，不正确的是

A．利用植物体细胞杂交可以获得某种多倍体植株

B．获得原生质体的过程中需要纤维素酶和果胶酶

C．通常用聚乙二醇或灭活病毒诱导原生质体融合

D．可根据细胞中染色体数目和形态的差异来鉴定杂种细胞

【答案】C

【解析】掌握植物体细胞杂交的原理和操作过程是关键。植物细胞由于具有细胞壁阻止了细胞膜的融合，要用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁制备原生质体；用物理法和化学法诱导原生质体融合，不用灭活的病毒诱导融合；由于杂种细胞中含有两个亲本的遗传物质，所以可以形成四倍体，也可以用染色体的形态和数目观察。

3、基因型为AaBb的水稻（含24条染色体）的花药通过无菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗，问：

（1）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基中获得_____________等营养物质。

（2）要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有_____________和________________两类激素。

（3）愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发育成叶和茎。这一过程必须给予光照，其原因是_____________能利用光能制造有机物，供试管苗生长发育。

（4）试管苗的细胞核中含_________条脱氧核糖核苷酸链。

（5）培育成的试管苗可能出现的基因型有_____________。

[答案]（1）水、无机盐、维生素和小分子有机物（2）细胞分裂素植物生长素（3）叶绿体（4）24 （5）AB、aB、Ab、ab

[解析]考查对植物组织培养过程的掌握。要准确解答此题需要从以下几个方面入手：

①愈伤组织的形成过程中，不断地从培养基中吸取营养。供生物细胞生活的营养物质主要有无机物（水、无机盐）、有机物（糖类、脂类、蛋白质、维生素）等物质。

②植物激素的种类很多，要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有细胞分裂素和植物生长素两大类。

③试管苗是花药离体培养后得到的单倍体植株。其有叶绿体，可以进行光合作用。

④单倍体是指体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体，由水稻的基因型为AaBb可知此水稻为二倍体。已知水稻的体细胞中含有24条染色体，则单倍体细胞中含有12条染色体，12个DNA分子。每个DNA分子由两条平行的脱氧核糖核苷酸链盘旋而成，所以试管苗的细胞核中含有24条脱氧核苷酸链。基因型为AaBb 的水稻产生配子时，依据基因的自由组合定律，结果♀、♂配子各有四种，即AB、aB、Ab、ab。

【总结提升】

1、植物组织培养利用细胞的全能性，先脱分化形成愈伤组织，再分化形成胚状体，以后发育成个体。依此增加植物繁殖新途径和作物新品种的培育。

2、植物体细胞杂交，先用果胶酶和纤维素酶除去细胞壁，再诱导融合成杂种细胞，长出新的细胞壁诱导成功；经过脱分化和再分化发育成杂种植株。

【学生思考】