
基礎梳理——系統(tǒng)化知識點一 細胞工程的概念
細胞、組織、器官、個體
知識點二 植物細胞的全能性
細胞內(nèi)含有本物種的全部遺傳信息
3.實例——菊花的組織培養(yǎng)過程
0.5~1 cm
18~22 ℃
知識點四 植物體細胞雜交技術1.理論基礎:植物體細胞融合利用了細胞膜的 ,雜種細胞培育成雜種植株利用了植物細胞的 。
2.基本過程3.意義:打破 ,實現(xiàn) 育種。
特別提醒體內(nèi)細胞未表現(xiàn)全能性的原因是基因的表達具有選擇性。
知識點五 植物細胞工程的應用1.植物繁殖的新途徑(1)快速繁殖:高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖,保持優(yōu)良品種的 。 (2)作物脫毒:利用植物頂端 附近(如莖尖)進行組織培養(yǎng)獲得脫毒苗。
3.細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)(1)方法:植物細胞培養(yǎng)。①概念:在離體條件下對 植物細胞或 進行培養(yǎng)使其增殖的技術。 ②原理:細胞增殖。③優(yōu)點:不占用耕地,幾乎不受季節(jié)、天氣等的限制,對社會、經(jīng)濟、環(huán)境保護具有重要意義。(2)應用舉例:人參皂苷、紫杉醇的工廠化生產(chǎn)。
基能過關——問題化一、判一判(判斷正誤并找到課本原話)(一)植物細胞工程的基本技術1.細胞工程的操作只是建立在細胞水平上。(選擇性必修3 P31正文)( )2.細胞發(fā)揮全能性后得到的只能是個體。(選擇性必修3 P34正文)( ?。?.愈傷組織重新分化成芽、根等器官,此過程稱為脫分化。(選擇性必修3 P35探究·實踐)( ?。?.植物原生質(zhì)體融合的化學法包括聚乙二醇融合法、高Ca2+-高pH融合法等。(選擇性必修3 P37正文)( ?。?.植物體細胞雜交技術在打破生殖隔離,實現(xiàn)遠緣雜交育種,培養(yǎng)植物新品種等方面有獨特優(yōu)勢。(選擇性必修3 P38正文)( )
(二)植物細胞工程的應用1.用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術,也稱作微型繁殖技術。(選擇性必修3 P39正文)( ?。?.快速繁殖不僅可以高效、快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖,還可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性。(選擇性必修3 P39正文)( ?。?.單倍體育種當年就能培育出遺傳性狀相對穩(wěn)定的雜合二倍體植株,極大地縮短了育種的年限。(選擇性必修3 P40正文)( ?。?.在植物的組織培養(yǎng)過程中,由于培養(yǎng)細胞一直處于不斷增殖的狀態(tài),因此它們?nèi)菀资艿脚囵B(yǎng)條件和誘變因素的影響而產(chǎn)生突變。(選擇性必修3 P41正文)( ?。?.植物代謝會產(chǎn)生一些一般認為不是植物基本的生命活動所必需的產(chǎn)物——次生代謝物。(選擇性必修3 P41正文)( ?。?br/>二、議一議 【教材易漏拾遺】1.[選擇性必修3 P35正文發(fā)掘]從繁殖方式上看,植物組織培養(yǎng)屬于哪種繁殖方式?為什么?
提示:無性繁殖。植物組織培養(yǎng)是在細胞有絲分裂和細胞分化的基礎上實現(xiàn)的,此過程并沒有生殖細胞的產(chǎn)生,所以是無性繁殖。
2.[選擇性必修3 P35圖2-1拓展](1)進行圖中操作過程時需要進行一系列的消毒、滅菌,并且要求無菌操作,目的是 。
(2)脫分化后產(chǎn)生的薄壁組織團塊是什么結(jié)構(gòu)?有沒有全能性?
提示: 脫分化形成的不定形的薄壁組織團塊是愈傷組織,具有全能性,其可再分化后繼續(xù)發(fā)育為植物體。
3.[選擇性必修3 P39正文拓展]從所需條件上來看,快速繁殖與傳統(tǒng)育種方法相比的優(yōu)點有哪些?
提示:快速繁殖是在具有一定人工設施的室內(nèi)生產(chǎn),可以不受季節(jié)、氣候等自然條件的限制。
4.[選擇性必修3 P39正文拓展]作物培養(yǎng)過程中為什么要進行作物脫毒?
提示:對于無性繁殖的作物而言,病毒在作物體內(nèi)逐年積累,就會導致作物產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差。
5.[選擇性必修3 P40正文發(fā)掘]作物脫毒時應選取哪些部位的組織進行組織培養(yǎng)?原因是什么?
提示:一般選取根尖或莖尖的分生區(qū);植物分生區(qū)的病毒極少,甚至無病毒,用分生區(qū)細胞進行組織培養(yǎng),能得到大量的脫毒苗。
考點一 植物組織培養(yǎng)技術任務1 脫分化和再分化的比較
任務2 植物組織培養(yǎng)過程中生長素和細胞分裂素的比值和效果?
任務3 植物組織培養(yǎng)與植物細胞培養(yǎng)的比較
植物組織培養(yǎng)的注意事項(1)無菌植物組織培養(yǎng)成功的關鍵是避免微生物的污染,所有實驗用具要嚴格滅菌,接種過程進行嚴格的無菌操作。(2)取材外植體的遺傳特征、取材位置都會影響愈傷組織的再分化能力。(3)培養(yǎng)基中必須含有植物生長發(fā)育所需要的全部營養(yǎng)物質(zhì),其中生長素和細胞分裂素用量的比例對器官的生成起決定作用。(4)培養(yǎng)試管苗的順序,要先進行生芽培養(yǎng),再進行生根培養(yǎng),試管苗培養(yǎng)要在光照條件下進行。
考向一 植物組織培養(yǎng)的原理和過程1.某課外活動小組獲得了一株性狀優(yōu)良的結(jié)球生菜,并利用植物組織培養(yǎng)技術對其進行快速繁殖。下列有關敘述正確的是( )A.使用體積分數(shù)為95%的酒精對外植體進行消毒B.為保持結(jié)球生菜的優(yōu)良遺傳性狀,應選用花粉進行培養(yǎng)C.在誘導生根時,培養(yǎng)基中應提高細胞分裂素的比例和用量D.經(jīng)再分化產(chǎn)生的不定芽可經(jīng)人工薄膜包裝制成人工種子
解析:使用體積分數(shù)為70%的酒精對外植體進行消毒,A錯誤;由于產(chǎn)生花粉過程中發(fā)生了基因分離,故為保持結(jié)球生菜的優(yōu)良遺傳性狀,應選用體細胞進行培養(yǎng),B錯誤;在誘導生根時,培養(yǎng)基中應提高生長素的比例和用量,C錯誤;用人工薄膜將胚狀體、不定芽等分別包裝可制成人工種子,故經(jīng)再分化產(chǎn)生的不定芽可經(jīng)人工薄膜包裝制成人工種子,D正確。
解析:②是愈傷組織,是一團沒有特定結(jié)構(gòu)和功能的薄壁細胞,它的分化程度最低,A錯誤;②愈傷組織→③胚狀體或根芽的再分化過程中,生長素與細胞分裂素比值高時,有利于生根,B正確;該技術(植物組織培養(yǎng))可用于培育出無病毒植株和生產(chǎn)人工種子,C正確;①離體的植物組織、器官和細胞→②愈傷組織即脫分化過程,其實質(zhì)是使①的細胞恢復分裂能力,D正確。
考向二 植物組織培養(yǎng)技術綜合考查3.[經(jīng)典高考]為了探究6BA和IAA對某菊花品種莖尖外植體再生叢芽的影響,某研究小組在MS培養(yǎng)基中加入6BA和IAA,配制成四種培養(yǎng)基(見下表),滅菌后分別接種數(shù)量相同、生長狀態(tài)一致、消毒后的莖尖外植體,在適宜條件下培養(yǎng)一段時間后,統(tǒng)計再生叢芽外植體的比率(m),以及再生叢芽外植體上的叢芽平均數(shù)(n),結(jié)果如下表:
回答下列問題:(1)按照植物的需求量,培養(yǎng)基中無機鹽的元素可分為__________和________兩類。上述培養(yǎng)基中,6BA屬于__________類生長調(diào)節(jié)劑。(2)在該實驗中,自變量是__________,因變量是_________________________________________________,自變量的取值范圍是__________。(3)從實驗結(jié)果可知,誘導叢芽總數(shù)最少的培養(yǎng)基是___號培養(yǎng)基。(4)為了誘導該菊花試管苗生根,培養(yǎng)基中一般不加入_____(填“6BA”或“IAA”)。
再生叢芽外植體的比率(m)和再生叢芽外植體上的叢芽平均數(shù)(n)
0~0.5 mg·L-1
解析:(1)植物組織培養(yǎng)常用MS培養(yǎng)基,其中,無機鹽的元素可分為大量元素和微量元素兩類。MS培養(yǎng)基中還常需要添加能誘導細胞分裂、脫分化、再分化的生長素和細胞分裂素。(2)該實驗中,各組6-BA的濃度均為0.5 mg/L,IAA的濃度不相同,故自變量為IAA濃度,IAA濃度范圍為0~0.5 mg/L。據(jù)表可知,該實驗的因變量是再生叢芽外植體的比率(m)以及再生叢芽外植體上的叢芽平均數(shù)(n)。(3)由表格中的數(shù)據(jù)可知,1號培養(yǎng)基誘導叢芽總數(shù)最少。(4)生長素常用于誘導細胞分裂和根的分化,6-BA一般用于誘導植物的愈傷組織分化出叢芽,故誘導菊花試管苗生根,培養(yǎng)基中一般不加入6-BA。
考點二 植物體細胞雜交技術及植物細胞工程的應用任務1 比較植物組織培養(yǎng)與植物體細胞雜交的區(qū)別與聯(lián)系?
任務2 比較單倍體育種和突變體的利用的不同點
任務3 歸納概括植物體細胞雜交與植物有性雜交中遺傳物質(zhì)的變化若一植物細胞(甲)含有2x條染色體、2個染色體組,基因型為Aabb;另一植物細胞(乙)含有2y條染色體、2個染色體組,基因型為ccDd。(1)植物體細胞雜交①染色體組數(shù)=兩種植物體細胞內(nèi)染色體組數(shù)________。②植物體細胞雜交形成的雜種植株,有幾個染色體組就稱為___倍體。③甲、乙經(jīng)體細胞雜交形成的新植株為異源四倍體,其體細胞中含有(2x+2y)條染色體、4個染色體組,基因型為____________。由此得出:兩個細胞融合成一個細胞,染色體數(shù)、基因型和染色體組都采用直接相加的方法。(2)植物有性雜交有性雜交的子代細胞中,染色體數(shù)為(x+y)條,基因型為________或________或________或________,即先減半再相加。
1.有關植物體細胞雜交的三個易誤點(1)誤認為:植物體細胞雜交的結(jié)果只是形成雜種細胞。指正:植物體細胞雜交的結(jié)果最終要經(jīng)過組織培養(yǎng)形成雜種植株。(2)誤認為:植物體細胞雜交屬于有性生殖。指正:植物體細胞雜交過程中沒有有性生殖細胞的結(jié)合,因此不屬于有性生殖,應為無性生殖。(3)誤認為:雜種植株的變異類型屬于基因重組。指正:雜種植株的變異類型屬于染色體變異,雜種植株的染色體數(shù)通常是兩親本細胞染色體數(shù)目之和,雜種植株屬于異源多倍體。2.微型繁殖微型繁殖實際上是一種無性繁殖,繁殖過程中的分裂方式是有絲分裂,親、子代細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)相同,所以能夠保證親、子代性狀相同。
考向一植物體細胞雜交技術1.[2023·天津模擬]如圖為植物體細胞雜交技術流程圖,其中甲和乙分別表示兩種二倍體植物細胞,所含有的染色體組分別是AA和BB。據(jù)圖分析正確的是( )A.圖中①過程通常用胰蛋白酶作用,目的是獲得原生質(zhì)體B.經(jīng)過②和③的過程形成的c細胞的染色體組一定為AABBC.④⑤需要根據(jù)生長發(fā)育進程更換不同的固體培養(yǎng)基D.該技術流程的目的是獲得雜種細胞,優(yōu)點是克服遠緣雜交不親和障礙
解析:①過程是去除植物細胞壁獲得原生質(zhì)體的過程,用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁,A錯誤;經(jīng)過②和③過程形成的c細胞的染色體組有三種(只考慮兩兩融合):AAAA、BBBB、AABB,B錯誤;④⑤需要根據(jù)生長發(fā)育進程更換不同的固體培養(yǎng)基,C正確;植物體細胞雜交技術的目的是獲得雜種植物,D錯誤。
2.[2023·天津模擬]通過細胞工程技術,利用二倍體甲、乙兩種植物的各自優(yōu)勢,培育高產(chǎn)、耐鹽的雜種植株。下列敘述錯誤的是( )A.圖中A過程可用纖維素酶和果膠酶處理,圖中B是融合的原生質(zhì)體B.愈傷組織經(jīng)再分化形成的幼苗C具有高產(chǎn)、耐鹽的優(yōu)良性狀C.選擇得到的目的植株,改變了雜種植物群體的基因頻率,該植株與甲、乙植物存在生殖隔離D.若目的植株丟失1條染色體,不能產(chǎn)生正常配子而高度不育,則可用秋水仙素處理幼芽,以獲得可育的植株
解析:圖中A過程是獲取原生質(zhì)體,需要去除細胞壁,所以可用纖維素酶和果膠酶處理,圖中B是誘導融合的原生質(zhì)體,A正確;愈傷組織經(jīng)再分化形成的幼苗C具有耐鹽的優(yōu)良性狀,但不一定具有高產(chǎn)的優(yōu)良性狀,還需要進行篩選,B錯誤;選擇得到的目的植株是異源四倍體,篩選改變了雜種植物群體的基因頻率,該植株(四倍體)與甲、乙植物(二倍體)屬于不同種植物,存在生殖隔離,C正確;若目的植株丟失1條染色體,用秋水仙素處理幼芽,可以使植株的染色體數(shù)目加倍,從而獲得可育的植株,D正確。
考向二 植物細胞工程的應用3.[2023·天津模擬]科研人員研究了馬鈴薯莖尖外植體大小對幼苗的成苗率和脫毒率的影響,結(jié)果如圖。相關敘述錯誤的是 ( )A.培育脫毒苗所依據(jù)的原理有基因突變和細胞全能性B.培育脫毒苗的過程中涉及脫分化和再分化兩個階段C.實驗結(jié)果表明莖尖越小脫毒率越高,成苗率越低D.根據(jù)本實驗,培養(yǎng)脫毒苗時莖尖的適宜大小為0.27 mm
解析:馬鈴薯莖尖病毒極少甚至無病毒,因此可利用馬鈴薯莖尖進行組織培養(yǎng)形成脫毒苗,所依據(jù)的原理是細胞全能性,A錯誤;培育脫毒苗的過程中涉及脫分化和再分化兩個階段,B正確;由圖可知,莖尖越小,脫毒率越高,成苗率越低,C正確;在莖尖外植體大小為0.27 mm時,脫毒率和成苗率均較高,因此馬鈴薯脫毒培養(yǎng)中莖尖外植體的適宜大小為0.27 mm,D正確。
4.為給工廠化繁殖脫毒甘薯苗提供技術支持,科研人員利用植物組織培養(yǎng)技術研究甘薯莖尖(外植體)大小對誘導分化苗和脫毒苗的影響,結(jié)果如表所示,下列相關敘述錯誤的是( )A.為防止細菌污染,應使用體積分數(shù)為95%的酒精對外植體消毒B.不同培養(yǎng)階段培養(yǎng)基中激素種類和比例應適時調(diào)整C.可利用病毒cDNA制作探針對甘薯苗進行病毒檢測D.0.3 ~0.5 mm大小的莖尖有利于脫毒甘薯苗的培養(yǎng)
解析:外植體消毒所用的酒精的體積分數(shù)為70%,A錯誤;不同培養(yǎng)階段對細胞分裂素和生長素的需求不同,故不同培養(yǎng)階段培養(yǎng)基中激素種類和比例應適時調(diào)整,B正確;根據(jù)DNA分子雜交原理,可利用病毒的cDNA制作探針對甘薯苗進行病毒檢測,C正確;根據(jù)表格中數(shù)據(jù)可知,利用0.3~0.5 mm大小的莖尖培養(yǎng)獲得的脫毒苗數(shù)最多,因此有利于培養(yǎng)脫毒甘薯苗,D正確。
[長句應答必備]1.植物組織培養(yǎng)的過程主要包括脫分化和再分化兩個階段,脫分化的結(jié)果是形成愈傷組織,再分化的結(jié)果是形成根和芽。2.植物體細胞雜交需要用酶解法制備原生質(zhì)體,所用的酶包括纖維素酶和果膠酶。3.植物體細胞雜交需要多種方法誘導處理。4.植物組織培養(yǎng)需要各種營養(yǎng)成分和植物激素。5.植物體細胞雜交可用于作物育種。
[等級選考研考向]1.[2022·浙江1月]農(nóng)作物秸稈的回收利用方式很多,其中之一是將秸稈碎化后作為食用菌的栽培基質(zhì)。碎化秸稈中纖維所起的作用,相當于植物組織培養(yǎng)中固體培養(yǎng)基的( )A.瓊脂+蔗糖 B.蔗糖+激素C.激素+無機鹽 D.無機鹽+瓊脂
解析:碎化秸稈中的纖維不僅可以為食用菌提供碳源,還可以作為食用菌附著的介質(zhì),A符合題意。
2.[2022·浙江6月]下列關于菊花組織培養(yǎng)的敘述,正確的是( )A.用自然生長的莖進行組培須用適宜濃度的乙醇和次氯酸鈉的混合液消毒B.培養(yǎng)瓶用專用封口膜封口可防止外界雜菌侵入并阻止瓶內(nèi)外的氣體交換C.組培苗鍛煉時采用蛭石作為栽培基質(zhì)的原因是蛭石帶菌量低且營養(yǎng)豐富D.不帶葉片的菊花幼莖切段可以通過器官發(fā)生的途徑形成完整的菊花植株
解析:用自然生長的莖段進行組織培養(yǎng),可取一莖段在70%乙醇中浸泡10 min,再放入5%次氯酸鈉溶液中浸泡5 min,然后用另一5%次氯酸鈉溶液浸泡5 min,最后在超凈臺中用無菌水清洗,A錯誤;培養(yǎng)瓶用專用封口膜封口可防止外界雜菌侵入但不能阻止瓶內(nèi)外的氣體交換,B錯誤;蛭石不能為組培苗提供營養(yǎng)物質(zhì),C錯誤;不帶葉片的菊花幼莖切段可以脫分化后再分化出根、葉等器官,最終形成完整的菊花植株,為器官發(fā)生途徑,D正確。
3.[2022·遼寧卷]藍莓細胞富含花青素等多酚類化合物。在藍莓組織培養(yǎng)過程中,外植體切口處細胞被破壞,多酚類化合物被氧化成褐色醌類化合物,這一過程稱為褐變。褐變會引起細胞生長停滯甚至死亡,導致藍莓組織培養(yǎng)失敗。下列敘述錯誤的是( )A.花青素通常存在于藍莓細胞的液泡中B.適當增加培養(yǎng)物轉(zhuǎn)移至新鮮培養(yǎng)基的頻率以減少褐變C.在培養(yǎng)基中添加合適的抗氧化劑以減少褐變D.宜選用藍莓成熟葉片為材料制備外植體
解析:液泡中含有糖類、無機鹽、色素和蛋白質(zhì)等,其中的色素是指水溶性色素,如花青素,A正確;適當增加培養(yǎng)物轉(zhuǎn)移至新鮮培養(yǎng)基的頻率可減少氧化劑的濃度,從而減少褐變,B正確;根據(jù)題干信息:在藍莓組織培養(yǎng)過程中,外植體切口處細胞被破壞,多酚類化合物被氧化成褐色醌類化合物,這一過程稱為褐變,可知在培養(yǎng)基中添加合適的抗氧化劑以減少褐變,C正確;一般選用代謝旺盛、再生能力強的器官或組織為材料制備外植體,D錯誤。
4.[2022·浙江6月選考,節(jié)選](二)回答與植物轉(zhuǎn)基因和植物克隆有關的問題:(4)在用農(nóng)桿菌侵染的方法進行植物轉(zhuǎn)基因過程中,通常要使用抗生素,其目的一是抑制_______生長,二是篩選轉(zhuǎn)化細胞。當選擇培養(yǎng)基中抗生素濃度____時,通常會出現(xiàn)較多假陽性植株,因此在轉(zhuǎn)基因前需要對受體進行抗生素的______檢測。(5)為提高培育轉(zhuǎn)基因植株的成功率,植物轉(zhuǎn)基因受體需具有較強的________能力和遺傳穩(wěn)定性。對培養(yǎng)的受體細胞遺傳穩(wěn)定性的早期檢測,可通過觀察細胞內(nèi)________形態(tài)是否改變進行判斷,也可通過觀察分裂期染色體的____________,分析染色體組型是否改變進行判斷。(6)植物轉(zhuǎn)基因受體全能性表達程度的高低主要與受體的基因型、培養(yǎng)環(huán)境、繼代次數(shù)和________長短等有關。同時也與受體的取材有關,其中受體為________時全能性表達能力最高。
[國考真題研規(guī)律]5.[全國卷Ⅱ]植物組織培養(yǎng)技術在科學研究和生產(chǎn)實踐中得到了廣泛的應用。回答下列問題。(1)植物微型繁殖是植物繁殖的一種途徑。與常規(guī)的種子繁殖方法相比,這種微型繁殖技術的特點有___________________________(答出2點即可)。
(2)通過組織培養(yǎng)技術,可把植物組織細胞培養(yǎng)成胚狀體,再通過人工種皮(人工薄膜)包裝得到人工種子(如圖所示),這種人工種子在適宜條件下可萌發(fā)生長。人工種皮具備透氣性的作用是_____________________。人工胚乳能夠為胚狀體生長提供所需的物質(zhì),因此應含有植物激素、________和________等幾類物質(zhì)。
能保持植物原有的遺傳特性,繁殖速度快
有利于胚狀體進行呼吸作用
這是一份2024版新教材高考生物全程一輪總復習第十二單元生物技術與工程課堂互動探究案6基因工程及生物技術的安全性與倫理問題課件,共60頁。PPT課件主要包含了課前自主預習案,素能目標★考向?qū)Ш?,生物類型,DNA連接酶,知識點五蛋白質(zhì)工程,課堂互動探究案,農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,花粉管通道法,顯微注射,DNA分子雜交等內(nèi)容,歡迎下載使用。
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