课程解读

一、学习目标：

  1、概述植物组织培养技术、植物体细胞杂交的操作过程

  2、理解植物细胞的全能性

  3、尝试进行植物组织培养

  4、理解植物体细胞杂交和植物细胞培养的联系

  5、掌握微型繁殖和植物组织培养的联系

  6、掌握作物脱毒、人工种子的制备过程和意义

 

二、重点、难点：

       重点：植物组织培养技术、植物体细胞杂交的操作过程

       难点：植物组织培养技术的条件、全能性的理解、植物体细胞杂交和植物细胞培养的联系

 

三、考点分析：

内容

要求

植物组织培养

Ⅱ

植物体细胞杂交

Ⅱ

       植物组织培养和植物体细胞杂交因其在生产实践中的广泛应用，逐渐成为高考中除基因工程之外的又一个关于现代技术的重要考点。在近几年的考题中，这部分内容的赋分比重较大。考查形式以简答题为主，常综合遗传学知识进行考查。

 

知识梳理

细胞工程：应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。

※理论基础：细胞全能性

全能性表达的难易程度：受精卵＞干细胞＞体细胞；植物细胞＞动物细胞

（生物细胞为什么具有全能性？生物体内细胞的全能性表达了吗？）

一、植物组织培养技术

       （1）过程：

      

       条件：离体培养、营养物质和激素作用

       脱分化：已经分化的植物器官、组织或细胞，当受到创伤或进行离体（也受到了创伤）培养时，已停止分裂的细胞改变原有的分化状态，失去原有结构和功能，成为具有未分化特性的细胞，重新恢复细胞分裂的过程。

       愈伤组织：排列松散而无规则、具有分裂分化能力的薄壁细胞团。

       植物激素的作用：对植物的生长发育有着重要的调节控制作用。

      

       （2）用途：微型繁殖——快速繁殖、保持亲本的优良性状

       作物脱毒——※无病毒的茎尖（为什么选用的茎尖没有病毒？）（下图）

       人工种子——培育得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽，包上人工种皮就可形成人工种子。人工种子与微型繁殖得到的植物幼苗一样能保持亲本的优良性状，另外还可不受气候、季节和地域的限制。

    ※培养到愈伤组织后是否需要再分化？（下图）

       细胞产物的工厂化生产——一般需要培养到哪个过程，才能获得细胞产物？

       还可应用于单倍体育种、培育转基因植物、获得体细胞杂交的杂种植株等过程。

  

二、植物体细胞杂交技术

       （1）过程：

       融合完成的标志：新细胞壁的形成

       过程：原生质体融合+组织培养

       （2）优点：克服了远缘杂交不亲和的障碍。获得种间杂交的杂种植株。

典型例题

知识点一：植物组织培养及其应用

  例1：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，下列哪一项条件是不需要的(    ）

       A. 消毒灭菌                                  B. 适宜的温度   

       C. 充足的光照                               D. 适当的养料和激素

       思路分析：脱分化过程需要经过消毒、适宜的温度，适当的营养供应和激素刺激来保证细胞代谢的正常进行。不需要光照。

答案：C

       解题后的思考：脱分化过程需要避光，以防止光照影响细胞的脱分化。因此，愈伤组织细胞不属于自养型。

 

  例2：下列过程属于组织培养的是（   ）

       A. 将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. 种子萌发成幼苗

       思路分析：花粉粒在离体条件下培养，已经分化成熟的生殖细胞经历脱分化、再分化过程，发育为单倍体植物；芽发育成枝条、根尖分生区发育成成熟区，是植物体内器官和组织的正常发育；种子的萌发也属于植物的胚经历营养生长，成为个体的过程，不需要脱分化。

答案：A

       解题后的思考：此题考查植物组织培养的定义——离体的植物器官、组织或细胞经脱分化后形成愈伤组织，再经过再分化过程形成具有根、芽结构的胚状体，然后由胚状体发育成完整植物体。

 

  例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，则：

       （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_____________。

       思路分析：（1）愈伤组织在形成过程中，自身不能制造有机物，因此需不断地从培养基中吸取无机物（水、无机盐）、有机物（糖类、维生素）等营养物质。

    （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）试管苗属于单倍体植株，属于自养型生物，需要通过光照进行光合作用。

       （4）水稻的基因型为AaBb（二倍体），其体细胞中含有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条脱氧核糖核苷酸链。

       （5）基因型为AaBb的水稻产生配子时，依据基因自由组合定律可知，配子的基因型为AB、aB、Ab、ab。

       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

       解题后的思考：本题考查对植物组织培养过程的掌握情况。离体植物的器官、组织或细胞在脱分化和再分化过程中需要不同的培养基配比和光照条件。同时，整个过程属于细胞的有丝分裂和分化过程。因此，用于培养的外植体细胞的遗传物质种类与含量与发育后的植株完全一致。

       小结：植物组织培养的主要考点是——培养条件：脱分化需要无机物、有机物、黑暗条件；再分化需要无机物、光照条件。细胞增殖方式：细胞进行有丝分裂和分化时，其所具有的遗传物质不变。培养定义：离体、需要营养、激素刺激。

 

知识点二：植物体细胞杂交及其应用

  例1：在细胞工程——原生质体融合育种技术中，其中重要的一环是将营养细胞的细胞壁除去，通常是采用纤维素酶和果胶酶的酶解破壁法处理。如将去掉了细胞壁的成熟植物细胞置于清水中，细胞将（    ）

       A. 皱缩                B. 胀破                C. 呈球形             D. 保持原状

       思路分析：将成熟植物的细胞去壁后，置于清水中，由于无细胞壁阻碍，细胞会大量吸水，直至破裂。

       答案：B

       解题后的思考：本题以植物细胞结构为载体，考查渗透作用的发生。需要熟练掌握知识之间的迁移。

 

  例2：科学家把天竺葵的原生质体和香茅草的原生质体进行诱导融合，培育出的驱蚊草含有香茅醛，能散发出一种特殊的气味，达到驱蚊且对人体无害的效果。下列关于驱蚊草培育的叙述中，错误的是（    ）

       A. 驱蚊草的培育属于细胞工程育种，其优点是能克服远源杂交不亲和的障碍

       B. 驱蚊草培育过程用到纤维素酶、果胶酶、PEG等试剂或离心、振动、电刺激等方法

       C. 驱蚊草培育过程是植物体细胞杂交，不同于植物组织培养，无愈伤组织和试管苗形成

       D. 驱蚊草不能通过天竺葵和香茅草杂交而获得是因为不同物种间存在生殖隔离

       思路分析：植物体细胞杂交包括细胞去壁，原生质体融合，杂种细胞筛选和组织培养至得到杂种植株的过程。

答案：C

       解题后的思考：植物体细胞杂交获得的杂种细胞，要发育为植株，也需要经历脱分化和再分化过程。植物体细胞杂交技术打破生殖隔离，使获得种间杂交植物成为可能。

 

  例3：A种植物细胞和B种植物细胞的结构如下图所示（仅显示细胞核），将A、B两种植物细胞去掉细胞壁后，诱导二者的原生质体融合，形成单核的杂种细胞，若经过组织培养后得到了杂种植株，则该杂种植株是（   ） 

     A. 二倍体；基因型是DdYyRr        

B. 三倍体；基因型是DdYyRr

       C. 四倍体；基因型是DdYyRr 

       D. 四倍体；基因型是DDddYYyyRRrr

       思路分析：植物体细胞杂交是不同来源的体细胞的融合，因此染色体组的确定是二者的基因型相加。从图中很明显看到A、B均为二倍体生物，因此，融合后成为异源四倍体，基因组成为DdYyRr

答案：C

       解题后的思考：杂种植物染色体组数的确定，是这部分内容的常见考题。各自携带不同染色体组的体细胞融合后，其基因组成为各自染色体组基因型直接相加即可。

       小结：植物体细胞杂交技术同样可应用到植物组织培养技术中。同时杂种植株的遗传物质是杂交细胞的各自染色体组的简单加和。若原细胞内含有偶数个染色体组，那么，杂种植株往往可育。（联会不发生紊乱）

 

提分技巧

  1、植物组织培养所需物质

成分

主要内容

作用

水

水（H2O）

为细胞代谢提供条件，参与细胞代谢

无机盐

大量元素：N、P、S、K、Ca、Mg

微量元素：Fe、Mn、Mo、B、Cu、Zn

参与各种物质合成、代谢调节，植物生长必需的物质

有机物

蔗糖、维生素

为愈伤组织提供能量和营养

无机物

 

大气中的CO2

为再分化后的植株进行光合作用提供原料

NH4+、NO3—

合成核酸、蛋白质、辅酶、核苷酸等

调节

细胞分裂素、植物生长素

必不可少的调节物质：诱导脱分化形成愈伤组织，诱导愈伤组织再分化成植株

条件

无菌操作条件

常温培养

光照条件

更换培养基

防止细菌繁殖速度快，产生污染

使植物细胞在常温下生长正常

满足愈伤组织，及植株的光照需求

防止代谢废物积累，满足植物生长的营养需求

  2、外植体的脱分化的难易程度因植物种类、器官来源及生理状况的不同而有差异。一般选用花和幼嫩的组织进行脱分化较为容易，而用植物的茎、叶和成熟的老组织则较难。

  3、植物组织培养要防止细菌等的污染。细菌等微生物高速繁殖会消耗营养，同时会产生毒素，使培养的植物细胞很快中毒死亡。因此在培养过程中要施行一系列的消毒、灭菌措施，并且要求严格的无菌操作。

  4、离体的植物细胞、组织和器官脱分化形成愈伤组织时，需进行避光处理。愈伤组织再分化形成植物幼苗时，需进行光照处理。

 

预习导学

一、预习新知

       动物细胞工程

 

二、预习点拨

       探究任务一：动物细胞培养与植物组织培养有怎样的异同点？

探究任务二：获得大量抗体的时候，为什么不能直接培养已免疫的B淋巴细胞？

探究任务三：核移植过程属于哪种生殖方式？

 

同步练习（答题时间：45分钟）

一、选择题

  1. 植物组织培养是指                                  （ 　）

       A. 离体的植物器官或细胞培育成愈伤组织

       B. 愈伤组织培育成植株

       C. 离体的植物器官、组织或细胞培养成完整植物体

       D. 愈伤组织形成高度液泡化组织

  2. 植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是                           （　 ）

       A. 植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁

       B. 细胞壁使原生质体失去活力

       C. 细胞壁阻碍了原生质体的融合

       D. 细胞壁不是原生质体的组成部分

  3. 植物体细胞杂交的结果是                                             （　 ）

       A. 产生杂种植株　                           B. 产生杂种细胞

       C. 原生质体融合                                    D. 形成愈伤组织

  ※4.将胡萝卜韧皮部的细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是      （    ）

       A. 具有完整细胞核的细胞             B. 一定的营养物质和植物激素

       C. 离体状态                        D. 导入指定基因

  ※5. 下列有关植物组织培养的用途，说法不正确的是   （    ）                     

       A. 快速繁殖 　　       B. 生产新品种     C. 生产生物碱     D. 生产白细胞介素－2

  6. 细胞具有全能性的原因是                                                                               （ 　）

       A. 生物体细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能

       B. 生物体的每一个细胞都具有全能性

       C. 生物体的每一个细胞都含有个体发育的全部基因

       D. 生物体的每一个细胞都是由受精卵发育而来

  7. 植物组织培养过程中的脱分化是指                                                             （　 ）　    

 

A. 植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞的过程　

       B. 未成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程

　　C. 植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程

　　D. 取植物的枝芽培育成一株新植物的过程

  8. 下列植物细胞的全能性最高的是                                               （　 ）

       A. 形成层细胞　  B. 韧皮部细胞      C. 木质部细胞　  D. 叶肉细胞

  9. 植物组织培养过程的顺序是                                                                            （　 ）

    ①离体的植物器官、组织或细胞      ②根、芽      ③愈伤组织       ④脱分化

⑤再分化      ⑥植物体

       A. ①④③⑤②⑥                   B. ①④③②⑤⑥

       C. ①⑤④③②⑥                   D. ⑥①④③⑤②

  ※10. 下列有关细胞工程的叙述不正确的是                                                         （　 ）

       A. 在细胞整体水平上定向改变遗传物质　　

       B. 在细胞器水平上定向改变遗传物质

C. 在细胞器水平上定向改变细胞核的遗传物质　

D. 在细胞整体水平上获得细胞产品

  11. 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

  ※12. 下图为植物组织培养过程示意图，则下列叙述不正确的是

             

       A. 植物组织培养依据的生物学原理是细胞的全能性

       B. 过程是指植物的营养生长和生殖生长阶段

       C. 将①经脱分化培养成②时，再植上人造种皮即可获得人工种子

       D. 的再分化过程中，诱导②生根的激素为细胞分裂素和植物生长素

  ※13. 甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的              （    ）

       A. 有丝分裂              B. 脱分化             C. 减数分裂         D. 全能性

  14. 用植物组织培养技术，可以培养或生产出                  （　 ）

　　A. 食品添加剂     B. 无病毒植物     C. 人工种子               D. 前三项都是

  15. 科学工作者把胡萝卜的韧皮部细胞分离出来，将单个细胞放入培养基中培养，获得了许多完整的植株，这些植株的特点是       （   ）

       A. 彼此性状相似                             B. 变异频率较高

       C. 均为单倍体                                     D. 都是纯合子

  16. 水稻（基因型为AaBb）花药通过无菌操作，接入试管，经过如下过程培育成试管苗。以下选项中正确的是（    ）

       A. a用花药离体培养法获得单倍体植株；b通过有丝分裂产生愈伤组织；c培养基中至少应有乙烯和脱落酸；d试管苗的生长发育不需要光照                                                               B. a用花药离体培养法获得二倍体植株；b通过减数分裂产生愈伤组织；c培养基中至少应有植物生长素和细胞分裂素；d试管苗的生长发育不需要光照

       C. a用花药离体培养法获得单倍体植株；b通过有丝分裂产生愈伤组织；c培养基中至少应有植物生长素和细胞分裂素；d试管苗的生长发育需要光照

       D. a用花药离体培养法获得二倍体植株；b通过有丝分裂产生愈伤组织；c培养基中至少应有乙烯和脱落酸；d试管苗的生长发育需要光照

  17. 植物的微型繁殖技术是指                                                                              （    ）

       A. 植物体细胞杂交技术                B. 嫁接

       C. 营养繁殖                                 D. 植物组织培养

  18. 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. 获取离体组织

  ※19. 下列四个选项中没有采取植物组织培养技术的是                                       （    ）

       A. 花药离体培养得到单倍体植株    B. 秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株

       C. 人工种子的培育                 D. “番茄—马铃薯”杂种植株的培育过程

  20. 下图为植物组织培养的基本过程，则制作人工种子，及生产治疗烫伤、割伤的药物——紫草素，应分别选用的编号是                                                      （    ）

       A. ④②                   B. ③②            C. ③④              D. ④③

  21. 用纯种的高秆（D）抗锈（T）小麦与矮秆（d）易染锈病（t）小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下：

       高秆抗锈病×矮秆易染锈病  Fl  雄配子  幼苗  选出符合要求的植株品种

       下列有关此种育种方法的叙述中，正确的是                                （    ）

A. 这种育种方法叫杂交育种             

B. 过程④必须使用植物生长素处理

C. 这种方法的最大优点是缩短育种年限  

D. ③过程必须经过受精作用

  22. 在植物细胞工程中，当原生质体融合成一个细胞后，需要诱导产生出细胞壁，参与这一过程的细胞器是（   ）

       A. 叶绿体、高尔基体                       B. 线粒体、高尔基体

       C. 叶绿体、线粒体                           D. 线粒体、内质网

  23. 如图是“白菜—甘蓝”杂种植株的培育过程。下列说法正确的是（    ）

       A. 图示“白菜—甘蓝”植株不能结籽  

       B. 愈伤组织的代谢方式是自养需氧型

  C. 上述过程中包含着有丝分裂，细胞分化和减数分裂等过程

       D. “白菜—甘蓝”杂种植株具有的性状是基因选择性表达的结果

  24. 在进行组织培养时，由根尖细胞形成愈伤组织的过程中，可能会发生哪些情况（ 　）

       ①细胞分化        ②细胞脱分化      ③染色体变异     ④基因重组

　    A. ①②　　　      B. ①③　　　      C. ②③　　　      D. ③④

 

二、非选择题

  25. 植物组织培养的培养基中加有激素。下表是培养基中两种植物激素在不同比例时的实验结果。

 

1

2

3

4

激素种类及

浓度关系

6—BA

6—BA＞IBA

6—BA=IBA

6—BA＜IBA

结果

组织块产生愈

伤组织

愈伤组织分化

出芽

愈伤组织不断

生长

愈伤组织有长根趋势

       （1）6—BA属于_____________类激素，它的作用是________________。

       （2）IBA属于_____________类激素，它在本实验中的作用是__________________。

       （3）在植物组织培养中，脱分化可用的激素组合是实验________________和实验________________中的激素浓度关系，再分化时可用的激素组合是实验_______________和实验_____________中的激素浓度关系。

       （4）植物组织培养的培养基中，除激素外，还必须含有_______________________，它的成分至少应该含有_______________________、_______________________等。

       （5）判断愈伤组织是否产生，依据是看是否产生了____________的细胞。

  26. 美国科学家将分离得到的成熟胡萝卜根的韧皮部细胞进行培养，由单个细胞发育成完整的新植株（如下图）。请据图回答：

       （1）这种生殖方式属于___________________。

       （2）图中③过程叫________________，④过程叫_____________，此处的“细胞团”在生物学上叫做_______________________。

       （3）本实验说明植物细胞具有___________________。

       （4）在培养试管植物时，试管内应加入植物生长所必需的矿质元素。其中应大量供给的元素是___________________。

  27. 下图是植物组织培养的简略表示。据此回答：

       （1）①表示____________，它能被培养成为④的根本原因是__________________。

（2）②表示_________，它与①相比分化程度_________，全能性______________。

（3）若想制作人工种子，应该选用（填编号）_________。

（4）若①是花药，则④是_________，继续对其使用_________处理可获得_________的正常植株，该过程称为_________。

（5）若①是胡萝卜根尖细胞，则培养成的④的叶片颜色是_________，这说明根尖细胞__________________。

（6）若利用此项技术制造治疗烫伤、割伤的药物——紫草素，培养将进行到（填编号）　

　　　　　　。 　

 

 

试题答案

  1—5 CCAD（解析：组织培养过程属于细胞工程，为无性繁殖，因此没有基因的变异）D（解析：白细胞介素属于细胞工程产物，由改造后的工程菌产生人体内的物质）

  6—10 CCAAC（解析：在细胞器水平上无法改变细胞核的遗传物质） 

  11—15 AC（解析：人工种子需要先培养为胚状体、腋芽、顶芽、不定芽，包上人工种皮即可得到）C（解析：植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性。这一过程为无性繁殖，细胞数目增多的方式是有丝分裂，并且涉及细胞的分化。）DA

  16—20 CDBB（解析：用秋水仙素处理幼苗后，其可直接成长为多倍体，不经历离体培养及脱分化等过程）B

  21—24 CBDC

  25. （1）细胞分裂素  促进细胞分裂   （2）植物生长素  促进植物生根   （3）1  3  2  4    （4）营养物质  有机物  矿质元素 （5）排列松散、无定形、高度液泡化

  26. （1）无性生殖    （2）脱分化  再分化  愈伤组织  （3）全能性   （4）N、P、S、K、Ca、Mg

  27. （1）离体的植物器官、组织或细胞  植物细胞具有全能性

       （2）愈伤组织；低；高

（3）③

（4）单倍体植株；秋水仙素；纯合；单倍体育种

（5）绿色；含有能表达的与形成叶绿体相关的基因

（6）②