1、选修三 专题 2 2.1 植物细胞工程 一、 学习目标 1. 简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术。 2. 列举植物细胞工程的实际应用。 3. 尝试进行植物组织培养。 二、教学建议 1.课时数：本节教学建议用 2 课时。 2.课时侧重点： （1） 植物组织培养的原理和过程。 （2） 植物体细胞杂交的原理。 （3） 植物细胞工程应用的实例。 3.教学策略 本节教材内容对学生来说，虽说在必修模块中学了一些细胞的知识，但仍然是一个新 的领域，学习起来有一定的困难。教师可采用讲授为主结合讨论的方法进行教学。具体建 议如下。 在细胞的全能性及细胞分化的实质、植物组织培养技术这部分内容的教学中，首先可 用
2、教材上的菊花图引入本节的标题，同时提出一个问题为什么植物的一个花瓣就可以 培育出完整的植株呢？以引入本节课的第一个问题细胞的全能性及分化。关于细胞的 全能性和细胞分化这部分内容，因为学生在必修模块中学过，所以可以提问的方式让学生 回顾，教师再根据学生的回答情况按教材上的内容进行讲解。然后再通过“怎样把植物的 一个花瓣培育成完整的植株”这个问题引入本节课的重点及难点问题植物组织培养技 术。教材这部分的内容是通过实验“胡萝卜的组织培养”来进行讨论和总结的，应当尽量 创造条件完成这个实验。在不具备完成该实验条件的学校，可以带领学生参观组培实验室， 或让学生观看植物组织培养技术的录像片。同时结合教材的
3、讨论题进行教学，还可再补充 两个问题： （1）离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理，能否培养成完整植物体？ （2）决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？ 在植物体细胞杂交技术及植物繁殖的新途径的教学中，首先可通过教材上的番茄马 铃薯实例引入，让学生思考 20 世纪 60 年代，一些科学家提出这样一个设想：让番茄与马 铃薯杂交，培育出地上结番茄果实，地下结马铃薯块茎的植物。如果要实现这一设想，你 认为可以采用哪些方法？这样一来一下子就把学生吸引到本节课要解决的问题植物体 细胞杂交技术上。随后让学生分析植物体细胞杂交技术的概念，再根据此概念，结合学生 原有的植物细胞结构特点、酶的特性及
4、新学习的植物组织培养技术的知识来回答下述问题： （1）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？ （2）有没有一种温和的去细胞壁的方法？ （3）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步该对此细胞做 何种处理？ （4）如何将杂种细胞培育成杂种植株？与学生一起讨论后，再按教材上的植物体细 胞杂交技术流程图进行总结，重点讲解以下内容。 流程图中为了简化，仅画了一个马铃薯的原生质体与一个番茄的原生质体之间的 融合，可真正在实际操作过程中，是把许多马铃薯的原生质体和许多番茄的原生质体放在 一起，让它们自由融合，再从中筛选出所需的杂种细胞。 由于不同种的细胞其细胞膜
5、的特点不一样，如不作任何处理，把它们放在一起， 让它们自然融合是不可能的，所以原生质体间的融合必须要人工诱导。最后要特别强调植 物体细胞杂交技术的意义，以及植物体细胞杂交已取得的进展和尚未解决的问题，使学生 认同科学是一个不断发展的过程，激发学生探索生命科学奥秘的兴趣及勇于质疑的科学精 神。 在植物繁殖新途径的教学中，首先可由植物组织培养技术引入，让学生回忆植物组织 培养技术的基本原理和过程，思考利用这项技术能做哪些工作？再逐一讲解微型繁殖技术、 作物脱毒及人工种子。 微型繁殖技术的特点教师需从教材中提炼出来： 繁殖速度快；“高保真”（因 为是无性繁殖）； 不受自然生长季节的限制（因为在具有一
6、定人工设施的室内生产）。 关于植物组织培养的其他应用，应当参照教材的思路，先介绍生产实践中遇到的问题， 说明社会生产的实际需要，再介绍科技人员是如何应用植物组织培养技术解决这些问题的。 例如，关于在作物脱毒中的应用，应当先介绍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。这样进行教学，一是能够让学生更好地理解先进技术 的应用价值，二是能够调动学生的学习兴趣，三是有利于培养学生分析问题、解决问题的 能力。 在细胞产物的工厂化生产的教学中，尽管此内容是植物组织培养技术在另一方面的重 要应用，但
7、由于学生对此内容易于理解，所以教师可先让学生阅读教材，再结合资料分析， 师生共同讨论资料分析中的讨论题。 三、达标检测 2.1.1 植物细胞工程的基本技术 1有关细胞全能性的叙述，不正确的是 ( ) A受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高 B生物体内细胞由于分化，全能性不能表达 C卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高 D植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性 2生物体内细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，这是因为 ( ) A细胞丧失了全能性 B基因的选择性表达 C不同的细胞内基因不完全相同 D在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化 3在生物体
8、中的下列细胞中，全能性最高的是 ( ) A卵细胞 B植物花粉 C形成层细胞 D受精卵 4要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，下列哪项是不需要的 ( ) A具有完整细胞核的细胞 B离体状态 C导入外源基因 D一定的营养物质和激素 5胡萝卜的组织培养过程中进行无菌操作的步骤是 ( ) 超净工作台用酒精溶液消毒 自来水冲洗 酒精棉球擦手 次氯酸钠溶液处理后 用无菌水冲洗 无菌滤纸处理 A B C D 6下列有关植物组织培养过程中细胞脱分化的叙述，不正确的是 ( ) A已经分化的细胞失去特有的结构和功能而转变成未分化的细胞的过程 B已经分化的细胞转变成为具有分生能力的薄壁细胞，进而形成植物的愈伤组织的
9、过 程 C离体的植物组织在一定的培养条件下分化出根和芽的过程 D离体的植物组织在脱分化形成愈伤组织的过程中必须经过有关激素的诱导 7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 8植物体细胞融合完成的标志是 ( ) A产生细胞壁 B细胞质发生融合 C细胞核发生融合 D细胞膜发生融合 9下列有关植物体细胞杂交的叙述，不正确的是 ( ) A用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原
10、生质体 B诱导两种植物细胞的原生质体融合，进而形成杂种细胞 C植物体细胞杂交的最终目的是获得细胞代谢产物 D植物体细胞杂交技术可以克服不同种间远缘杂交不亲和的障碍 10下面关于植物细胞工程的叙述，正确的是 ( ) 不同种植物叶肉细胞融合时，应先去掉细胞膜 叶肉细胞脱分化后，可形成无定形状 态的薄壁细胞 叶肉细胞经过再分化过程，可形成愈伤组织 叶肉细胞离体培养时， 可以表现出细胞的全能性 A B C D 11下列关于植物体细胞杂交的叙述，错误的是 ( ) A不同种植物细胞原生质体融合的过程属于植物体细胞杂交过程 B参与杂种细胞细胞壁形成的细胞器主要是线粒体和核糖体 C植物体细胞杂交技术可克服生殖
11、隔离的限制，培育远缘杂交植株 D杂种植株表现出的性状是基因选择性表达的结果 12用植物细胞工程技术将天竺葵与香茅草进行杂交可产生驱蚊香草，使有驱蚊作用的香茅醛 随着天竺葵的蒸腾作用散发到空气中，达到驱蚊的效果。下面有关培养过程的叙述，不正 确的是 ( ) A原生质体的融合常用 PEG 作为诱导剂 B形成的愈伤组织其代谢类型是自养需氧型 C由杂种细胞杂种植株，要通过有丝分裂和细胞的分化 D该项生物工程技术可克服远缘杂交不亲和的障碍 13科学家用植物体细胞杂交的方法，将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合，成功地培 育出了“番茄马铃薯”杂种植株(如图)，其中表示过程，英文字母表示细胞、组 织或植株
12、。据图回答下列问题。 (1)实现过程的技术是_，在此之前使用_酶处理细胞以除去 细胞壁。如果将已除去细胞壁的植物细胞放入等渗溶液中，细胞是何形状？ _。过程如放在神舟七号飞船上更易进行，这是因为 _。 与过程密切相关的具有单层膜结构的细胞器是_。 (2)在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，依据的原理是_，其中过程 相当于_过程，涉及的分裂方式为_。若利用此技术生产治疗癌症的 抗癌药物紫杉醇，培养将进行到_(填字母编号)。 (3)若番茄细胞内有 m 条染色体，马铃薯细胞内含 n 条染色体，则“番茄马铃薯”细胞 内含_条染色体；若杂种细胞培育成的“番茄马铃薯”植株为四倍体，则此杂种 植株的花粉
13、经离体培养得到的植株属于几倍体植株？_。 (4)如果形成 c 细胞的 a、b 细胞都是番茄细胞，那么更简单的得到番茄植株 f 的处理方法 是_ _ _。 14我国植物学家将名贵兰花的茎尖细胞放入适宜的培养基中进行培养，最终发育成完整的新 植株。请根据培养示意图回答： (1)过程和要经过_和_。 (2)在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外，还需要在培养 基中加入_。同时，在培养过程中，除必要的温度、光照和氧气等外界 条件外，成功的另一个关键是操作过程必须保证_。 (3)从育种的角度来看，植物组织培养与有性繁殖相比，优势主要有哪些？(列举两条)： _ _。 答案 1C 2B
14、 3D 4C 5B 6C 7D 8A 9C 10B 11B 12B 13(1)诱导原生质体融合 纤维素酶、果胶 球状 失去重力作用的影响 高尔基体 (2)植 物细胞的全能性 脱分化 有丝分裂 e (3) m n 单倍体 (4)用适宜浓度的秋水仙素处理萌发的番茄种子或幼苗 14(1)细胞分裂 细胞(组织)分化、组织器官的形成(逐渐发育成为新的植物体) (2)植物激 素(植物激素类似物) 无菌 (3)能保持母本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能培 养无病毒植物 2.1.2 植物细胞工程的实际应用 1下列属于微型繁殖的是 ( ) A马铃薯的块茎繁殖 B小麦的种子繁殖 C一片花瓣的繁殖 D柳树的扦
15、插繁殖 2通过植物组织培养技术繁育农作物，其优点不包括 ( ) A加快繁育速度 B保持亲本优良性状 C培育出无病毒植株 D改变植物的基因型 3人工种子比天然种子有许多优越性，下列对其优越性的叙述，不正确的是 ( ) A可使自然状态下不结子的植物得以繁殖 B方便贮藏和运输 C可以随意改变植物的遗传性状 D可快速、大量繁殖 4下列关于植物组织培养的表述，错误的是 ( ) A外植体可以来自于植物的任何细胞 B培养应在无菌条件下进行 C以花粉作为外植体可得到单倍体植株 D不同阶段的培养基中细胞分裂素和生长素的比例不同 5下列哪种生物不能通过突变体的利用而获得 ( ) A抗除草剂的白三叶草 B生产胰岛素
16、的大肠杆菌 C高产的水稻 D蛋白质含量高的小麦 6下列应用不涉及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人工种子培育 D“番茄马铃薯”杂种植株培育 7马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农民 希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳方法是 ( ) A选择优良品种进行杂交 B进行远缘植物体细胞杂交 C利用芽尖进行组织培养 D人工诱导基因突变 8植物组织培养的过程可以归纳为： 。对此叙述有错误的是( ) 脱 分 化 再 分 化 A 的再分化过程中，当细胞分裂素与生长素的浓度比低时，有利于根的生
17、长 B植物组织培养所依据的原理是细胞的全能性 C 过程指植物的营养生长和生殖生长阶段 D包裹上人造种皮可获得人工种子 9对人参皂甙干粉工厂化生产，下列何种技术是必需的 ( ) A杂交育种 B植物组织培养 C多倍体育种 D单倍体育种 10右图是人工种子的结构简图，对其叙述不正确的是( ) A人工种子的胚乳中含有胚状体发育所需的营养物质， 还可以添加农药和植物激素 B人工种子可以工业化生产，播种人工种子可节省大量的粮食 C人工种子克服了有些作物品种繁殖能力差或发芽率低等问题 D人工种子的胚状体还未分化出胚芽、胚轴和胚根等结构 11用单倍体育种方法可以明显缩短育种年限，下列有关其原因的说法正确的是
18、( ) A通过染色体加倍的可育植株，等位基因纯合，这样的植株自交后代不发生性状分离 B单倍体植株只有一套染色体，不会出现等位基因，也就不会有杂合子，后代不会发生 性状分离 C两个单倍体交配后，后代都是纯合子，纯合子自交后代不会发生性状分离 D以上三种说法均正确 12人工种子是人们模仿天然种子结构制造出来的生命有机体，它能像天然种子一样萌发生长。 人工种子的核心部分胚状体可以由悬浮培养的芽尖细胞得到，也可以通过试管培养的花粉 或胚囊获得，由此人们把胚状体分为“体细胞胚”和“花粉胚”。请据此判断下列说法中 不正确的是 ( ) A人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难、发芽率低等问题 B培
19、育胚状体利用了植物组织培养技术 C同一种植物“体细胞胚”和“花粉胚”的染色体的数目比为 11 D该项技术的成功应用反映了细胞的全能性 13通过植物组织培养技术可以快速繁殖、生产药物及培育无病毒的植物等。据图甲、表乙回 答问题： 图甲 植物组织培养过程 表乙：植物的花芽分别在含有不同比例的吲哚乙酸和细胞分裂素的培养基中的生长状况 A 组 B 组 C 组 D 组 E 组 吲哚乙酸 0 3 ppm 3 ppm 0.03 ppm 0 细胞分裂素 0 0.2 ppm 0.002 ppm 1.0 ppm 0.2 ppm 花芽生长状况 仍是组 织切块 形成愈 伤组织 愈伤组织 分化出根 愈伤组织分化 出嫩芽
20、 稍生长 (1)离体的植物器官、组织或细胞能够被培养成新的植物体的原因是_。 (2)用植物组织培养方法诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状体结构，若包 裹上人造种皮，制成人工种子，可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低 等问题。胚状体来源于离体的植物体细胞，其形成过程中要经过的生理变化大体上是图甲 中 _和 _过程，在此过程中被培养的细胞始终受_的调 节( 填序号)。 (3)应用植物组织培养技术培养茎尖或根尖组织可获得无病毒植株，其原因是 _ _。 (4)从表乙的实验结果可以看出：吲哚乙酸和细胞分裂素是实验中的两种重要物质。其中， 新芽形成必需的条件是_；而在培养形成完整新
21、个体过程中，对它 们的调控关键是_。 14请回答下列问题： (1)植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴。该技术可以保持品种的_，繁殖 种苗的速度_。离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养，最终能够形成完整的植株，说 明该叶肉细胞具有该植物的全部_。 (2)把试管苗转接到新的培养基上时，需要在超净工作台上进行，其原因是避免 _的污染。 (3)微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗_，而与 _配比适宜时可促进芽的增殖。若要抑制试管苗的生长，促使愈伤组织产生和 生长，需要使用的生长调节剂是_(脱落酸、2,4D)。 (4)将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养基上一段 时间后，单株鲜重光合
22、作用强度的变化如图。据图分析， 随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作用强度的变化趋势 是_，单株鲜重的变化趋势是_。 据图判断，培养基中不含蔗糖时，试管苗光合作用产生的 有机物的量_(能、不能)满足自身最佳生长的需要。 (5)据图推测，若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用能力，应_(降低， 增加)培养基中蔗糖浓度，以便提高试管苗的自养能力。 答案 1C 2D 3C 4A 5B 6B 7C 8D 9B 10D 11A 12C 13(1)植物细胞的全能性 (2) 脱分化 再分化 植物激素 (3)植物的茎尖或根尖很少被病毒感染，甚至无病毒 (4)细胞分裂素的浓度大于吲哚乙酸的浓度 调控好不同培养期的培养基中细胞分裂素与 吲哚乙酸的浓度及其比例 14(1)遗传特性 快 遗传信息 (2)微生物 (3)生根 细胞分裂素 2,4D (4)逐渐减小 先增加后下降 不能 (5)降低
