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人教(2019)生物高考知识点梳理&对点训练
13.1 植物细胞工程
知识点(一)　植物组织培养及其应用
1．细胞工程的概念
原理和方法 细胞生物学、分子生物学和发育生物学
操作水平 细胞水平、细胞器水平或组织水平
目的 获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品
2．植物组织培养技术
(1)理论基础。
植物细胞的全能性 概念 细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能
原理 细胞内含有本物种的全部遗传信息
表达条件 具有完整的细胞结构，处于离体状态，提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件
(2)概念：是指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。
(3)操作流程。
→→→→
(4)操作实例——菊花的组织培养。
3．植物组织培养技术的应用
(1)植物繁殖的新途径。
快速繁殖 ①使用的技术：植物组织培养技术 ②原理：植物细胞的全能性 ③优点：高效、快速地实现种苗的大量繁殖；保持优良品种的遗传特性 ④特点：使用材料少，培养周期短，繁殖率高，适合自动化管理，有利于进行工厂化生产
作物脱毒 ①技术手段：植物组织培养技术 ②材料的选取：植物顶端分生区附近(如茎尖)，此部分病毒极少，甚至无病毒 ③优点：脱毒作物产量高，品质好
(2)作物新品种的培育。
单倍体育种 突变体的利用
原理 染色体变异 基因突变
优点 明显缩短育种年限 产生新基因，大幅度改良某些性状
过程
(3)细胞产物的工厂化生产。
①次生代谢物：是一类小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等)，在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
②细胞产物的工厂化生产：人们利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。
③植物细胞培养：是指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。
【知识点考法训练】
考法(一)　植物组织培养的原理和过程
1．人参是重要的药用植物，常以根入药，由于过度采挖导致人参资源枯竭，人工栽培周期长。研究表明，可采用植物组织培养的方式培养人参不定根，用以满足市场需求。下列说法错误的是(　 )
A．人参不定根培养中有脱分化和再分化过程
B．过程①必须光照培养以增加有机物来源
C．过程②所需要的生长素比例大于细胞分裂素
D．需要检测获得的不定根中有效成分的含量
解析：选B　过程①脱分化要避光处理，B错误。
2．(2022·菏泽二模)培养胡萝卜根组织可获得试管苗，获得试管苗的过程如图所示，下列叙述错误的是(　 )
A．胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗，是因为植物细胞具有全能性
B．步骤③切取的组织块中要带有形成层，原因是形成层容易诱导形成愈伤组织
C．步骤⑤要进行照光培养，其作用是诱导叶绿素的形成
D．步骤⑤和步骤⑥的培养基中所需的生长素和细胞分裂素的比例不同
解析：选C　步骤⑥为再分化过程，要进行照光培养，其作用是诱导根的形成；步骤⑤为脱分化过程，两者在培养过程中需要的生长素和细胞分裂素的比例不同，D正确，C错误。
[归纳拓展]　植物激素在植物组织培养中的作用
生长素/细胞分裂素 植物细胞的发育方向
高 有利于根的分化，抑制芽的形成
低 有利于芽的分化，抑制根的形成
适中 促进愈伤组织的生长
简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤
提醒：①由愈伤组织进行细胞分化时，一般要先诱导其生芽，然后诱导其生根，可通过控制培养基中生长素和细胞分裂素的比例来实现。
②光照：在愈伤组织诱导阶段，对有些植物来说，避光培养有利于细胞脱分化形成愈伤组织。当愈伤组织再分化出芽和叶时，一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成。
考法(二)　考查植物组织培养的应用
3．下列关于植物组织培养应用的说法，错误的是(　 )
A．脱毒苗、人工种子的制备都应用了植物组织培养技术
B．采用植物组织培养技术培养茎尖得到的脱毒作物可提高作物产量和品质
C．应用植物组织培养技术得到人参、紫草等植株，然后从它们的细胞中提取细胞产物，可实现细胞产物的工厂化生产
D．植物的组织培养过程中经化学或物理的诱变处理可得到有用的突变体，如抗盐碱的烟草等
解析：选C　细胞产物(如人参皂苷干粉、紫草素等)的工厂化生产，并未培养出完整的植株，而是将离体细胞、组织或器官培养到愈伤组织阶段，利用细胞的分裂增殖扩增细胞数量，从而获得大量的细胞产物。
4．下列有关植物细胞工程应用实例的叙述，正确的是(　 )
A．脱毒苗是利用茎尖进行组织培养而获得的抗病毒植株
B．脱分化和再分化都需要光照
C．突变体的利用是对愈伤组织进行定向诱变，进而培育新品种
D．单倍体育种可获得稳定遗传的优良品种，缩短育种年限
解析：选D　植物茎尖没有病毒，脱毒苗是利用茎尖进行组织培养而获得的无病毒植株，而非抗病毒植株，A错误；脱分化形成愈伤组织过程不需要光照，B错误；诱变是不定向的，C错误；单倍体育种最终获得的是纯合子，可获得稳定遗传的优良品种，缩短育种年限，D正确。
[易错点拨]　脱毒苗≠抗毒苗
脱毒苗是选择植物的茎尖(刚形成，不含有病毒)进行组织培养而获得的，属于细胞工程的范畴。抗毒苗是把某抗病基因导入到受体细胞，并通过一定的方法培育形成的或发生基因突变产生了某抗性基因的植物幼苗。　　
知识点(二)　植物体细胞杂交技术
1．概念：将不同来源的植物体细胞，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．操作过程
4．意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。
【连接教材资料】1．(选择性必修3 P38“练习与应用”T1拓展)下图是利用甲、乙两种植物的各自优势，通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。
(1)图中a、b、c、d分别表示什么？
提示：a表示用纤维素酶和果胶酶处理；b表示诱导融合后得到的杂种细胞；c表示培养后得到的具有耐盐性状的幼芽；d表示选择时要将植株种在高盐环境中。
(2)由c形成植株的过程利用了植物组织培养技术，形成愈伤组织需要经过脱分化过程，愈伤组织形成c需要经过再分化过程。
2．(选择性必修3 P38“练习与应用”T2拓展)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，在降解植物细胞的细胞壁时要利用纤维素酶和果胶酶。
【知识点考法训练】
考法(一)　考查植物体细胞杂交的原理和过程
1．(2022·漳州模拟)青枯病是马铃薯的常见病害之一，少数马铃薯野生种对青枯病有抗性，但野生种难以与马铃薯栽培种直接杂交繁育。为获得抗青枯病的马铃薯栽培种，研究人员进行了植物体细胞杂交的实验研究，过程如图所示。下列分析正确的是(　 )
A．常利用纤维素酶和果胶酶在低渗溶液中去除A、B的细胞壁
B．过程①是人工诱导原生质体融合，可采用物理法或化学法
C．细胞C含有A和B的遗传物质，因此培育的杂种植株一定有抗性
D．过程③历经了脱分化和再分化，其本质是基因的选择性表达
解析：选B　植物细胞去除细胞壁之后，如果处在低渗溶液中，会吸水涨破，所以去壁的过程不能放在低渗溶液中进行，A错误；虽然细胞C含有A和B的遗传物质，但是并不会把A、B两种植株的优良性状都表达出来，而是随机表达，C错误；过程③表示从愈伤组织到胚状体，只是经过再分化过程，没有脱分化，D错误。
2．(2020·山东高考)两种远缘植物的细胞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①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞
B．过程②的目的是使中间偃麦草的染色体断裂
C．过程③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
解析：选C　由图可知，①为去除植物细胞的细胞壁，获得原生质体的过程，该过程需用纤维素酶和果胶酶处理细胞，A正确；由题干可知，为了使普通小麦获得中间偃麦草的耐盐性状，需要将中间偃麦草细胞中的染色体断裂，过程②用不同剂量的紫外线照射的目的是断裂中间偃麦草的染色体，B正确；图中过程③为两种原生质体的融合，常用的融合手段为物理法和化学法，灭活的病毒通常用来融合动物细胞，C错误；普通小麦不具有耐盐性状，中间偃麦草耐盐性强，因此筛选出的耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段，D正确。
[易错点拨]　有关植物体细胞杂交的3个易错点
(1)误认为植物体细胞杂交的结果只是形成杂种细胞。植物体细胞杂交的结果最终要经过组织培养形成杂种植株。
(2)误认为植物体细胞杂交属于有性生殖。
植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此不属于有性生殖，应为无性生殖。
(3)误认为杂种植株的变异类型属于基因重组。
杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，属于异源多倍体，所以变异类型为染色体变异。　
考法(二)　植物体细胞杂交与染色体倍性变化分析
3．自然条件下兰花杂交后代不易萌发。科研人员用四倍体品种绿宝石和二倍体品种春剑进行杂交，获得大量优质杂交兰，并对其进行染色体观察与计数，培育过程如图。下列分析不正确的是(　 )
A．调整培养基中植物激素的配比可影响原球茎的分裂与分化
B．春剑和绿宝石两个品种之间不存在生殖隔离
C．所得杂交兰植株的体细胞染色体数目为60条
D．通过植物组织培养技术从杂种胚繁殖得到的大量杂交兰性状可能不一致
解析：选B　春剑为二倍体生物，绿宝石为四倍体生物，形成的杂交兰为三倍体，不可育，说明春剑和绿宝石两个品种之间存在生殖隔离，B错误；春剑为二倍体生物，绿宝石为四倍体生物，杂交生成的杂种胚应该有20条染色体来自春剑，40条染色体来自绿宝石，故其体细胞一共有60条染色体，C正确；不同胚中含有不同的遗传物质，子代会发生基因重组，故不一定大量性状都相同，D错误。
　　
[课时验收评价]
1．下列实例中能体现细胞全能性的是(　 )
①用培养基培养的胡萝卜单个细胞发育成了可育的植株　②植物用种子进行繁殖　③烟草花药离体培养得到了单倍体植株
A．①②　　　　　　　 B．①③
C．②③ D．①②③
解析：选B　用培养基培养的胡萝卜单个细胞发育成了可育的植株及烟草花药离体培养得到了单倍体植株，都采用了植物组织培养技术，都体现了植物细胞的全能性。而种子是绿色开花植物的一种器官，是通过有性生殖形成的，因此，植物用种子进行繁殖没有体现植物细胞的全能性。
2．下列关于植物组织培养的叙述，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经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组成相同
解析：选D　绿色开花植物的细胞有两种，即体细胞和配子细胞，这两种细胞所含的核型(基因)是不同的，因此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组成可能不相同。
3．(2022·抚顺模拟)下列关于植物组织培养和植物体细胞杂交的叙述，正确的是(　 )
A．用于组织培养的外植体可以是植物体的任何活细胞
B．单倍体育种是通过花药离体培养获得单倍体植株的过程
C．植物体细胞杂交的最终目的是获得杂种细胞
D．植物体细胞杂交技术离不开植物组织培养技术
解析：选D　高等植物成熟的筛管细胞没有细胞核，不能用作组织培养的外植体，A错误；单倍体育种先要经过花药离体培养获得单倍体幼苗，再用适宜浓度的秋水仙素处理单倍体幼苗，使其染色体数目加倍，B错误；植物体细胞杂交需要先获得杂种细胞，然后将杂种细胞培育成杂种植株，C错误。
4．以二倍体兰花花药为外植体，经植物组织培养过程获得兰花植株，下列相关叙述错误的是(　 )
A．为防止杂菌污染，①②③过程要进行严格的无菌操作
B．②过程需在培养基中添加多种植物激素以利于再分化
C．该育种过程体现了细胞的全能性
D．经④过程形成的植株中可筛选获得纯合的二倍体
解析：选B　植物组织培养的过程要求无菌无毒的环境，其中外植体要进行消毒处理，而培养基需灭菌处理，即①②③过程要进行严格的无菌操作，A正确；②过程需在培养基中添加多种植物激素以利于脱分化，B错误；高度分化的细胞首先经过脱分化形成愈伤组织，然后再分化形成植株，整个育种过程体现了植物细胞的全能性，C正确。
5．研究人员用一定量的紫外线辐射消除某烟草细胞的细胞核，获得保留细胞质且具有链霉素抗性的烟草细胞甲，去除烟草细胞甲和烟草细胞乙(无链霉素抗性)的细胞壁，将二者进行融合，获得杂种细胞丙。下列叙述错误的是(　 )
A．去除细胞壁前需要对烟草细胞甲和乙进行灭菌处理以防杂菌感染
B．经纤维素酶处理得到的原生质体需置于等渗溶液中以维持其活性
C．在添加链霉素的选择培养基上能进行增殖的细胞只有杂种细胞丙
D．杂种细胞丙需要经过脱分化、再分化等过程才能够获得杂种植株
解析：选A　去除甲乙细胞壁时，需要对其进行消毒处理(灭菌会导致细胞死亡)，否则导致杂菌侵染，培养失败，A错误；去除细胞壁的原生质体需要在等渗溶液中培养，如果渗透压过大会使细胞失水死亡，如果渗透压过小，会使细胞吸水涨破，B正确；在添加链霉素的选择培养基上可以生长增殖的细胞只有杂种丙细胞，细胞甲虽然有抗性但是不可以增殖，C正确；杂种细胞丙想要获得杂种植株，需要先进行脱分化再进行再分化，D正确。
6．(2022·安丘市模拟)紫花苜蓿产量高，营养丰富，但耐酸性差，作为饲料易造成家畜臌胀病；百脉根耐酸性强，叶片因富含缩合单宁可防止反刍动物臌胀病的发生。研究人员通过植物体细胞杂交最终获得抗臌胀病的新型苜蓿。下列叙述正确的是(　 )
A．新型苜蓿培育过程中需要使用生长素、细胞分裂素、纤维素酶、胰蛋白酶等物质
B．诱导紫花苜蓿、百脉根原生质体融合的方法有离心、电融合和生物诱导等
C．抗臌胀病型苜蓿新品种与紫花苜蓿、百脉根仍存在着生殖隔离
D．新型苜蓿培育、人鼠细胞融合过程均体现了细胞膜的流动性和细胞的全能性
解析：选C　新型苜蓿培育过程中需要使用生长素、细胞分裂素、纤维素酶、果胶酶等物质，胰蛋白酶用于动物细胞培养过程，A错误。诱导紫花苜蓿、百脉根原生质体融合的方法有离心、电融合等，生物诱导用于动物细胞融合，B错误。新型苜蓿培育过程体现了细胞膜的流动性和细胞的全能性；人鼠细胞融合过程体现了细胞膜的流动性，但其没有发育成动物个体，不能体现细胞的全能性，D错误。

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