人教版高中生物选修3[知识点整理及重点题型梳理]植物细胞工程 (植物克隆技术)

人教版高中生物选修三

知识点梳理

重点题型（常考知识点）巩固练习

植物细胞工程（植物克隆技术）

【学习目标】

1、简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术。

2、体验植物组织培养技术。

3、列举植物细胞工程的实际应用。

【要点梳理】

要点一：克隆——无性繁殖系【植物细胞工程（植物克隆技术）369167克隆】

1.分子水平的克隆:

DNA 复制很多碱基序列相同的DNA

2.细胞水平的克隆

细胞细胞分裂很多遗传物质相同的细胞

3.个体水平的克隆

组织、器官细胞分裂遗传背景相同的新个体

要点二：植物细胞工程的基本技术

1.细胞的全能性

（1）遗传基础

生物体细胞一般都是由受精卵经有丝分裂形成的，因而都含有生物体的一整套遗传物质，都具有发育成完整个体的潜能。

（2）不能表现的原因

在生物体上不能表现出其全能性，只能通过细胞分化形成不同的组织、器官，这是因为在特定的环境、激素等的影响下基因选择性表达的结果。

2.植物细胞表现其全能性的条件

（1）脱离母体。

（2）植物组织培养时，培养基中除含有一定的水分、无机盐外，还要添加一定的植物激素（如生长素、细胞分裂素），这有助于愈伤组织分化为不同组织和器官。

（3）在植物组织培养的前期对光照无需求，在后期需要光照条件，这有利于细胞生长、分化。

3．植物组织培养

（1）过程：

在无菌条件下，将植物体的器官或组织片段（如芽、根尖或花药）切下来，放在适当的人工培养基上进行离体培养，这些器官或组织就会进行细胞分裂，形成新的组织。这种组织的细胞排列疏松而无规则，是一团无定形的薄壁细胞——愈伤组织。原来已经分化，并且具有一定功能的体细胞（或性细胞），丧失了原有的结构和功能，又重新恢复了分裂功能，叫做细胞的脱分化。将处于脱分化状态的愈伤组织，移植到合适的培养基上继续培养（在适当的光照、温度等条件下）愈伤组织就会重新进行分化，产生出植物的各种组织和器官（如根、茎、叶等），进而发育成一棵完整的植株，这个过程叫做植物细胞的再分化。

植物组织培养的过程可概括如下：

外植体（离体的植物器官、组织或细胞）????

→脱分化愈伤组织????→再分化根、芽—→植物体。

要点诠释：

①几个概念：

外植体：用于离体培养的植物组织、细胞或器官。

愈伤组织：在组织培养中，当已分化的细胞恢复了细胞分裂能力，而增殖形成的无组织结构、无器官分化的薄壁细胞团。在组织培养中，先由外植体增殖产生，在一定条件下，对它经过一段时间培养，可能从其再分化出具一定结构及功能的器官，如根、茎、胚状体或重新形成完整的植株。

脱分化：高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程。

再分化：愈伤组织继续培养，重新分化成根或芽等器官的过程。

②组织培养成功的关键是避免微生物的污染，确保无菌条件。

③培养基中必须含有植物生长发育所需要的全部营养物质，如矿质元素、糖类、维生素等。

④植物组织培养中激素的作用

a.脱分化过程中，当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈促进愈伤组织的形成。

b.再分化过程中，当细胞分裂素与生长素浓度比较高时，有利于芽的形成；浓度比较低时，有利于根的形成。

⑤影响植物细胞再分化的因素

a.外植体的遗传特征、取材的位置会影响愈伤组织的再分化能力。

b.培养基的成分和物理性质对器官的形成有一定的影响，但起决定的是植物激素，特别是生长素和细胞分裂素的配比。

（2）用途：是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。

要点三：植物体细胞杂交

1.原理：细胞膜的流动性和细胞全能性

2.基础：植物组织培养

3.过程：

要点诠释：

①过程为去除植物细胞的细胞壁，常用方法是酶解法，所用到的酶是纤维素酶和果胶酶。这样可以获得具有活力的原生质体。

②过程是原生质体间的融合。该过程必须要借助一定的技术手段进行人工诱导。人工诱导的方法基本分为两大类——物理法和化学法。物理法包括离心、振动、电激等，化学法一般用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂来诱导细胞融合。

③过程是原生质体融合后再生出细胞壁，这是原生质体融合成功的标志。在此过程中融合成功的原生质体内活跃的细胞器是高尔基体。

4.与传统杂交育种相比，具有的优越性

（1）克服植物有性杂交不亲和性。

（2）打破物种之间的生殖隔离。

（3）扩大遗传重组的范围。

要点诠释：

①体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管染色体、基因组还是染色体组都采用直接相加的方法。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，则新植株应为四倍体，其体细胞中染色体为2X+2Y，基因型为AabbccDd。

②培育新品种的过程中，遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传定律，只有有性生殖进行减数分裂过程中才符合遗传定律，而体细胞杂交未有此过程。

要点四：植物细胞工程的实际应用

1、植物繁殖新途径

（1）微型繁殖技术的优点及范围

①能保持亲本的一切优良性状（高保真），子代个体具有的遗传物质与亲本一样。

②选材少，培养周期短，繁殖率高。

③不受自然生长季节的限制，便于自动化管理，有利于进行工厂化培养。

④作物脱毒，人工种子中的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽的获得采用的技术还是微型繁殖。

（2）人工种子

①组成：人工种子是由胚状体、作为保护性外壳的人工种皮和提供发育所需营养物质的人工胚乳三部分组成。如下图：

②优点

a ．解决了有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。

b ．种子可以工厂化生产，提高农业的自动化程度。

c ．人工胚乳中除含有胚状体发育所需的营养物质外，还可以添加各种附加成分，如固氮细菌、防病虫农药、除草剂和植物激素类似物等，有利于幼苗茁壮成长，提高作物产量。

d ．用人工种子播种可以节约粮食。例如，一个12 L 的发酵罐经过20天生产的胡萝卜胚状体，可以制成1000万粒人工种子，满足几千公顷农田的种植需要，与天然种子相比，大大节约了粮食。

③胚状体的获取途径

a ．由已脱分化的外植体直接产生。

b ．由愈伤组织产生。

c ．由悬浮细胞培养产生。

④对胚状体的基本要求

a ．播种后能快速出苗。

b ．根和芽几乎同时生长，不产生愈伤组织。

c ．同步化程度高。

d ．活力强。

e ．形成的幼苗的形态与生长要正常。

⑤对人工种皮的要求

“外面包被着特定的物质”是指人工种皮，制作人工种皮的材料有海藻酸钠、明胶、树脂、琼脂糖、淀粉等。对人工种皮的要求是：能保持胚状体的活力，有利于贮藏、运输和萌发，选取的材料要有韧性，耐压，对胚状体无毒害，含有胚状体发芽所需要的营养成分或植物激素，还应含有杀菌剂，以防播种后微生物的侵害。

2、作物新品种的培育

（1）单倍体育种

①过程：花药????

→离体培养单倍体植株????→人工诱导

纯合子植株。 ②特点：明显缩短育种年限，只需两年就能培育成符合要求的新品种。

（2）突变体的筛选利用

植物组织培养过程： ↓↑?????→培养条件

人工诱导突变体???→筛选培育新品种 3、细胞产物的工厂化生产

（1）产物：植物细胞可以生成有用的化合物，主要包括药物、橡胶、香精油和色素等。

（2）细胞提取缺陷：如果从植物中直接提取这些化合物不但来源有限，而且生产效率很低。

（3）工厂化生产：利用植物细胞培养技术则可以快速、高效地得到大量的细胞或细胞产物，例如用细胞培养技术生产人参皂甙干粉的效率大约是栽培人参的100倍以上，其药用成分和药理活性与栽培人参相似甚至更加优良。

（4）举例：利用组织培养方法，培养植物的某些器官或愈伤组织，筛选出高产、高合成能力和生长较快的细胞株系，继而进行大规模工厂化生产，是一条行之有效的途径。现在人参、三七、紫草和银杏的细胞产物都已经成功实现了工厂化生产。

【典型例题】

类型一：植物组织培养技术

例1、植物细胞表现出全能性的必要条件是（）

A．给以适宜的营养和外界条件

B．导入其他植物细胞的基因

C．脱离母体后，给以适宜的营养和外界条件

D．将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内

【答案】C

【解析】科学实验证明，高度分化的植物细胞仍然具有发育成为一个完整植物体的能力，这就是植物细胞的全能性。但是细胞在体内并没有表现出全能性，当植物细胞脱离了原来的植物体而处于离体状态时，在一定的营养物质、激素和适宜的外界条件下，就可表现出全能性，发育成为完整的植株。

【点评】本题考查植物细胞表现出全能性的条件。

【举一反三】：

【变式一】

下列对植物组织培养过程中的脱分化叙述正确的是（）

A．植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞的过程

B．体内分化的细胞形态、结构和功能发生改变的过程

C．高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程

D．愈伤组织分裂产生大量相同细胞的过程

【答案】C

【解析】本题明确植物组织培养过程中脱分化及再分化的实质，区分是细胞分裂与组织分化。

【变式二】

在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪项条件是不需要的（）A．消毒灭菌

B．适宜的温度

C．充足的光照

D．适宜的养料和激素

【答案】C

【解析】动植物组织（或细胞）培养都要无菌操作，足够的营养，适宜的温度条件，当然植物组织培养还需要生长素和细胞分裂素等植物激素。

【变式三】

下列属于组织培养的是（）

A．花粉培养成单倍体植株

B．芽发育成枝条

C．根尖分生区发育成成熟区

D．未受精的卵发育成植株

【答案】A

【解析】解答此题需从以下几方面入手分析：首先，组织培养是指离体的植物器官、组织或细胞经脱分化、再分化形成完整植物的过程。花粉能培养成单倍体植株，是在一定条件下离体培养形成的。第二，芽发育成枝条，根尖分生区发育成成熟区，是体内分化的器官和组织形成了机体的一部分，未受精的卵发育成植株，不在离体的情况下进行，而受母体的调控完成。

类型二：植物体细胞杂交技术

例2（2015 北京东城模拟）下列有关现代生物技术的叙述中，错误的是

A．植物细胞去除细胞壁获得的原生质体仍然具有全能性

B．动物细胞培养时，向培养液中加适量抗生素可防杂菌污染

C．筛选产生抗体的杂交瘤细胞需使用特定的选择培养基

D．DNA连接酶将DNA分子碱基对之间的氢键连接起来

【答案】D

【解析】植物细胞用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁获得的原生质体具有本物种全套遗传物质，仍然具有发育的全能性，A正确；抗生素可以杀灭细菌，防杂菌污染，B正确；筛选产生抗体的杂交瘤细胞需使用特定的选择培养基，C正确；DNA连接酶将DNA分子一条链上的脱氧核糖与磷酸之间的磷酸二酯键连接起来，D错误。

【举一反三】：

【变式】植物体细胞融合完成的标志是

A．产生新的细胞壁B．细胞膜发生融合

C．细胞质发生融合D．细胞核发生融合

【答案】A

【解析】植物体细胞杂交的完成是首先把来自两个植物体的细胞融合成一个杂种细胞，然后把这个杂种细胞再培养成植物体。题目所指显然不是植物体细胞杂交的完成，而仅仅指植物体细胞融合的完成。植物体细胞的融合开始于将植物细胞脱去细胞壁，结束于杂种细胞的形成。而杂种细胞的形成是在细胞壁形成之后，在这之前都是细胞发生融合的过程。

例3.（2015 四川高考）（将苏云金杆菌Bt蛋白的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：农杆菌中Ti质拉上只有T－DNA片段能转移到植物细胞中）。

（1）过程①需用同种＿＿＿＿酶对含Bt基因的DNA和Ti质粒进行酶切。为将过程②获得的含重组质粒的农杆菌筛选出来，应使用＿＿＿＿培养基。

（2）过程③中将棉花细胞与农杆菌混合后共同培养，旨在让＿＿进入棉花细胞；除尽农杆菌后，还须转接到含卡那霉素的培养基上继续培养，目的是＿＿＿＿＿＿＿＿。

（3）若过程④仅获得大量的根，则应在培养基中增加＿＿＿＿以获得芽；部分接种在无激素培养基上的芽也能长根，原因是＿＿＿＿＿＿＿＿。

（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。

【答案】（1）限制选择

（2）T－DNA筛选获得T－DNA片段的植物细胞

（3）细胞分裂素浓度顶芽端合成的生长素向基部运输，促进根的分化

（4）投放棉铃虫农药

【解析】

（1）过程①需要用同种限制性核酸内切酶（限制酶）对目的基因和质粒进行酶切。可以使用选择培养基，将过程②中获得的含重组质粒的农杆菌筛选出来。

（2）过程③中将棉花细胞与农杆菌混合后共同培养，目的是为了让重组质粒中的T－DNA片段进入棉花细胞；除尽农杆菌后，转接到含卡那霉素的培养基上继续培养，目的是为筛选出含目的基因的受体细胞。

（3）细胞分裂素能够促进生根发芽；部分细胞也能产生生长素，所以接种在无激素培养基上的芽也能长根。（4）想要检验转基因棉的抗虫性状，常用方法是直接接种害虫，观察其生存情况。种植转基因抗虫棉能减少农药的使用，以减轻环境污染。