【创新方案】2022年高考生物一轮复习 第三讲 植物的组织培养技术训练 新人教版选修1

【创新方案】2022年高考生物一轮复习第三讲植物的组织培养技术训练新人教版选修1一、菊花的组织培养1．植物组织培养的基本过程愈伤组织试管苗植物体2．影响植物组织培养的因素[判断正误](1)菊花组织培养，一般选择开花植株的茎上部新萌生的侧枝。(×)(2)植物激素的浓度可影响细胞分化，但使用的先后顺序及比例不影响组织培养的过程。(×)(3)pH、温度和光照等也影响植物组织培养。(√)3．实验操作过程(1)制备MS固体培养基(2)外植体消毒：―→―→―→(3)接种：始终在酒精灯火焰旁进行，对接种工具要用火焰灼烧灭菌。将菊花茎段插入培养基中时注意不要倒插。(4)培养与移栽：在18℃～22℃的无菌箱中培养，得到试管苗后进行移栽。二、月季的花药培养1．被子植物的花粉发育过程⇒四分体时期⇒单核期⇒双核期⇒花粉粒2．产生花粉植株的两条途径3．影响花药培养的因素(1)主要因素：材料的选择和培养基的组成。(2)月季花药培养一般选择单核期，细胞核由中央移向细胞一侧的时期。4．实验操作[判断正误](1)在剥离花药时，不要损伤花药，否则接种后不能脱分化形成愈伤组织。(×)(2)与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成。(√)10\n(3)月季花药培养得到的都是单倍体植株。(×)[知识体系构建]植物组织培养的过程及条件(1)(2022·广东卷T2A)培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是植物组织培养。(√)(2)(2022·上海卷T22A)外植体可以来自植物的任何细胞。(×)(3)(2022·江苏卷T16A)愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞。(×)(4)[2022·山东卷T34(1)改编]由外植体经过脱分化过程形成愈伤组织，由愈伤组织经过再分化过程形成胚状体。(√)(5)[2022·山东卷T34(3)]外植体的消毒所需酒精的体积分数是70%。(√)(6)(2022·山东卷T34(2))培养基中的生长素和细胞分裂素用量的比值高时，有利于芽的分化。(×)1．植物细胞的全能性(1)细胞具有全能性的物质基础：生物体的每一个细胞都含有本物种所特有的全套遗传物质，都有发育成完整个体所必需的全套基因。(2)植物细胞只有脱离了植物体，在一定的外部因素作用下，经过细胞分裂形成愈伤组织，才能表现出全能性。2．植物组织培养的过程中脱分化与再分化的比较10\n过程特点条件脱分化外植体成为愈伤组织排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞团离体、营养物质、植物激素、其他适宜条件再分化由愈伤组织成为幼苗或胚状体结构有根、芽或有生根发芽的能力3．影响植物组织培养的因素(1)培养材料：①不同的植物组织，培养的难易程度差别很大，容易进行无性繁殖的植物也容易进行组织培养。②同一种植物材料，材料的年龄、保存时间的长短对培养也有影响。幼龄、保存时间短的植物材料容易培养成功。(2)无菌条件：培养基上有细菌等微生物存在时，它们比植物细胞生长、繁殖得更快，而且它们会产生毒素，使培养的植物细胞很快中毒死亡，因此在培养过程中要求进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作。(3)植物激素：在配制好的MS培养基中，常常需要添加植物激素。其中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。植物激素的浓度、使用的先后顺序以及用量的比例等，都会影响实验结果。①按照不同的顺序使用这两类激素，会得到不同的实验结果(如下表)：使用顺序实验结果先使用生长素，后使用细胞分裂素有利于细胞分裂，但细胞不分化先使用细胞分裂素，后使用生长素细胞既分裂又分化同时使用分化频率提高②当同时使用这两类激素时，两者用量的比例影响植物细胞的发育方向。的比值[关键一点]　无菌技术是植物组织培养获得成功的关键，无菌技术包括培养基的灭菌、植物材料(外植体)的消毒和接种时的无菌操作。高考地位近几年高考对本考点考查频率逐渐走高，命题形式以非选择题为主，选择题也有所考查(1)10\n命题角度以植物组织培养为材料背景考查了植物组织培养过程中涉及的MS培养基及消毒灭菌的相关的知识，如典例1；(2)将植物组织培养的有关知识与植物激素的应用和植物中有效成分的提取相联系进行综合考查，如典例2。[典例1]　如下图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管后，在一定的条件下，形成试管苗的培育过程，请据图回答下列问题：(1)要促进细胞分裂生长，培养基中应含有营养物质和激素，营养物质包括________和小分子有机物；激素包括细胞分裂素和________两类植物激素。(2)此过程依据的原理是________。A和B阶段主要进行的分裂方式是________，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞________等。(3)此过程要无菌操作，主要是指对________进行灭菌消毒。B阶段需要光照，原因是____________________。(4)试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因________的结果。(5)将胡萝卜组织块接种到培养基上时，为防止细胞污染应如何操作？________________________________________________________________________。[解析]　该题综合考查植物组织培养过程、所需条件等方面的知识。解答本题应着重从植物组织培养的原理、过程、影响因素及相关的无菌操作技术等方面入手。(1)植物组织培养使用的培养基应含有供组织细胞生长发育所需要的无机盐和小分子有机物，还需供调节细胞发育方向的细胞分裂素和生长素等激素。(2)植物细胞的全能性是植物组织培养的理论基础，脱分化和再分化阶段中细胞的增殖方式均为有丝分裂，再分化阶段愈伤组织经细胞有丝分裂和分化形成试管苗。(3)植物组织培养过程一定要做到无菌操作，包括外植体、培养基、容器、工具等均应消毒灭菌，其中培养基的灭菌最为重要；再分化阶段需要光照，因为叶中叶绿素的合成需要光照条件。(4)同一植株的所有细胞所含有的遗传信息相同，但形态功能存在差异这是基因选择性表达的结果。(5)酒精灯火焰旁温度较高，可有效杀死空气中的细菌。[答案]　(1)无机盐　生长素　(2)植物细胞的全能性　有丝分裂　分化　(3)培养基　芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件　(4)选择性表达　(5)接种要在酒精灯火焰旁进行[典例2]　下表是植物组织培养时，相关激素的使用情况及实验结果。下列叙述错误的是(　　)10\n激素使用情况实验结果先使用生长素，后使用细胞分裂素有利于细胞分裂，但细胞不分化先使用细胞分裂素，后使用生长素细胞既分裂也分化同时使用，且比例适中促进愈伤组织的形成同时使用，且生长素用量较高有利于根的分化、抑制芽的形成同时使用，且细胞分裂素用量较高有利于芽的分化、抑制根的形成A．从表中信息可知，不同激素的使用顺序影响植物细胞的发育方向B．从表中信息可知，不同激素用量比例影响植物细胞的发育方向C．在植物组织培养中，生长素的主要作用是促进细胞的生长、分裂和分化D．在生长素存在的情况下，细胞分裂素的作用呈现减弱趋势[解析]　选D　由表可知，如先使用生长素，后使用细胞分裂素，则有利于细胞的分裂，但细胞不分化，表明在生长素存在的情况下，细胞分裂素的作用呈现加强趋势，D错误。月季的花药培养(1)(2022·上海卷·T22BC)在无菌条件下以花粉作为外植体可得到单倍体植株。(√)(2)(2022·江苏卷·T16B)二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株。(×)(3)(2022·湖南32校联考)确定花粉发育时期最常用的方法有醋酸洋红法，某些植物的花粉不易着色，需采用焙花青一铬矾法。(√)(4)(2022·临沂一模)若用花药进行离体培养则应选择花粉发育至单核期的花药培养成功率最高。(√)1．植物组织培养技术和花药离体培养技术的异同植物组织培养技术花药离体培养技术相同点理论依据植物细胞的全能性基本过程外植体愈伤组织丛芽生根移栽，培养过程均需无菌操作影响因素选材、营养、激素、pH、温度、光照等不同点选材体细胞生殖细胞(花粉)生殖方式无性生殖有性生殖2．注意事项10\n①材料的选取：菊花的组织培养实验中，应选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝，该部分不仅分生能力强，而且无病毒侵染。月季花药的培养实验中，应选择花粉发育过程中的单核靠边期的花药进行培养，且在花蕾期，因为此时质地幼嫩，花瓣未开，微生物不易侵入，容易消毒。②剥离花药时，尽量不要损伤花药，同时还要彻底去除花丝，防止对实验产生干扰。③外植体消毒：所用消毒剂为体积分数为70%的酒精和质量分数为0.1%的氯化汞溶液，所使用的清洗液是无菌水。④培养过程：在初期，菊花的组织培养需光照，月季的花药培养不需光照，而在后期两者均需光照。高考地位近几年高考对花药培养的单独考查较少，但结合生物育种内容对本考点的考查都很频繁命题角度花药离体培养技术的操作及与植物组织培养的区别将是命题主要的方向，如典例3。[典例3]　某二倍体植物是杂合体，下图为其花药中未成熟花粉在适宜的培养基上培养产生完整植株的过程。请据图回答：(1)图中①表示的是该花粉培养过程中的________过程，②表示的是________过程，X代表的是________，③表示的是________过程，④表示的是诱导________过程。(2)图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条，具体通过哪一条途径主要取决于培养基成分中________的种类及其浓度配比，最后获得的来源于未成熟花粉的完整植株都称为________植株(甲)。未成熟花粉经培养能形成完整植株，说明未成熟花粉具有____________。(3)对植株甲进行____________，才能使其结实产生后代(乙)，否则植株甲只有通过________的方式才能产生后代(丙)。乙、丙两种植株中，能产生可育花粉的是________植株，该植株群体中每一植株产生可育花粉的基因组成种类数为________种，该群体植株产生可育花粉的基因组成种类数为________种。花药培养在育种上的特殊意义是__________________，从而开辟育种新途径。10\n[解析]　由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程为植物细胞的脱分化，愈伤组织继续培养，重新分化成根或芽等器官的过程为再分化。而植物激素是植物细胞脱分化、再分化不可缺少的调节物质，且不同激素的浓度比影响再分化过程。乙植株为纯合的二倍体，所以每一株乙植株产生可育花粉的基因组成种类为1种。该群体植株有多种基因型的纯合体，所以，该群体植物产生的可育花粉的基因组成种类为多种，单倍体育种的最大特点是明显缩短育种周期。[答案](1)脱分化　再分化　胚状体　分化(或发育)　生根(2)激素　单倍体　细胞的全能性(3)染色体加倍　无性繁殖　乙(或经过染色体加倍)　一　多　缩短育种周期[高考随堂体验]1．(2022·安徽高考)草莓生产上传统的繁殖方式易将所感染的病毒传播给后代。导致产量降低、品质变差。运用微型繁殖技术可以培育出无病毒幼苗。草莓微型繁殖的基本过程如下：外植体愈伤组织芽、根―→植株请回答：(1)微型繁殖培育无病毒草莓苗时，一般选取________作为外植体，其依据是________________________________________________________________________。(2)在过程①中，常用的MS培养基主要成分包括大量元素、微量元素和________，在配制好的培养基中，常常需要添加________，有利于外植体启动细胞分裂形成愈伤组织。接种后2～5d，若发现外植体边缘局部污染，原因可能是____________________。(3)在过程②中，愈伤组织在诱导生根的培养基中未形成根，但分化出了芽，其原因可能是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)微型繁殖技术一般选取植物的茎尖或根尖，因为此处的分生组织刚刚形成，被病毒感染的机会很少或无病毒。(2)MS培养基的主要成分除了大量元素、微量元素还应含有有机养分，如蔗糖；培养基中添加植物激素能促进细胞的分裂或分化，培养过程应对外植体彻底消毒，否则会引起杂菌污染。(3)由愈伤组织诱导生根的培养基中，生长素类物质的量应比细胞分裂素类物质的量高；反之诱导芽的生长则低。答案：(1)茎尖(或根尖)　茎尖(或根尖)病毒极少，甚至无病毒(2)有机物　植物激素　外植体消毒不彻底(3)培养基中生长素类物质用量与细胞分裂素类物质用量的比值偏低10\n2．(2022·新课标全国卷)为了探究6－BA和IAA对某菊花品种茎尖外植体再生丛芽的影响，某研究小组在MS培养基中加入6－BA和IAA，配制成四种培养基(见下表)，灭菌后分别接种数量相同、生长状态一致、消毒后的茎尖外植体，在适宜条件下培养一段时间后，统计再生丛芽外植体的比率(m)，以及再生丛芽外植体上的丛芽平均数(n)，结果如下表。培养基编号浓度(mg·L－1)6－BAIAAm(%)n(个)10.5076.73.120.177.46.130.266.75.340.560.05.0回答下列问题：(1)按照植物的需求量，培养基中无机盐的元素可分为____________和________两类。上述培养基中，6－BA属于________类生长调节剂。(2)在该实验中，自变量是________，因变量是________________________________________，自变量的取值范围是________。(3)从实验结果可知，诱导丛芽总数最少的培养基是________号培养基。(4)为了诱导该菊花试管苗生根，培养基中一般不加入________(填“6－BA”或“IAA”)。解析：植物组织培养所用的培养基的主要成分有无机盐(大量元素和微量元素)、有机物，常常还需要添加植物激素。根据实验结果可知，本实验所用培养基中加入的6－BA属于细胞分裂素类生长调节剂。根据表中所列数据及实验结果可知，本实验自变量是IAA浓度，其取值范围是0～0.5mg·L－1，因变量是再生丛芽外植体的比率(m)和再生丛芽外植体上的丛芽平均数(n)。当生长素用量与细胞分裂素用量比值高时，有利于根的分化，所以为了诱导菊花试管苗生根，培养基中一般不加入6－BA。答案：(1)大量元素　微量元素　细胞分裂素　(2)IAA浓度　再生丛芽外植体的比率(m)和再生丛芽外植体上的丛芽平均数(n)　0～0.5mg·L－1　(3)1　(4)6－BA3．(2022·山东高考)人参是一种名贵中药材，其有效成分主要是人参皂苷。利用细胞培养技术生产人参皂苷的大致流程如下：请回答：(1)配制诱导愈伤组织的固体培养基，分装后要进行________。接种前，要对人参根进行________。10\n(2)用于离体培养的根切块，叫做________。培养几天后发现少数培养基被污染，若是有颜色的绒毛状菌落，属于________污染；若是有光泽的黏液状菌落，属于________污染。(3)用少量________酶处理愈伤组织，获取单细胞或小细胞团，在液体培养基中进行悬浮培养，可有效提高人参皂苷合成量。(4)人参皂苷易溶于水溶性(亲水性)有机溶剂，从培养物干粉中提取人参皂苷宜选用________方法，操作时应采用________加热。解析：灭菌是对物体或生物表面及内部的微生物进行彻底消除，而消毒只是消灭表面的微生物；霉菌与细菌的菌落特点不同，要对此进行区分；果胶是植物细胞壁以及胞间层的主要组成成分之一，所以应用果胶酶可以专一性地分解果胶，达到分离植物组织的目的；水浴加热可以适当增加人参皂苷的溶解度。答案：(1)灭菌　消毒(2)外植体　真菌(霉菌)　细菌(3)果胶(4)萃取(浸取)　水浴4．(2022·上海高考)回答下列有关植物组织培养的问题。(1)用于植物组织培养的植物材料称为________。(2)组织培养中的细胞，从分化状态转变为未分化状态的过程称为________。(3)在再分化阶段所用培养基中，含有植物激素X和植物激素Y，逐渐改变培养基中这两种植物激素的浓度比，未分化细胞群的变化情况如下图所示。据图指出两种激素的不同浓度比与形成芽、根、愈伤组织的关系。①当植物激素X与植物激素Y的浓度比等于1时，______________________________________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________；③________________________________________________________________________。(4)若植物激素Y是生长素，在植物组织培养中其主要作用是________________；则植物激素X的名称是________。(5)生产上用试管苗保留植物的优良性状，其原因是____________________________________________________________________________________________________。10\n解析：(1)用于植物组织培养的离体植物器官、组织或细胞称为外植体。(2)脱分化是让已经分化的细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能转变成未分化细胞的过程。(3)分析图得出：植物激素X与植物激素Y浓度比等于1时，未分化的细胞群形成愈伤组织；大于1则形成芽，小于1时形成根。(4)植物组织培养中常用生长素和细胞分裂素，生长素的作用是促进细胞生长(纵向伸长)、分裂和分化。细胞分裂素的作用是促进细胞分裂。(5)植物组织培养形成试管苗属于无性生殖范畴，后代的遗传物质全部来自母体，不发生性状分离，便于保存优良性状。答案：(1)外植体(2)去分化(脱分化)(3)①未分化细胞群经分裂形成愈伤组织②当植物激素X与植物激素Y的浓度比大于1时，未分化细胞群分化形成芽③当植物激素X与植物激素Y的浓度比小于1时，未分化细胞群分化形成根(4)促进细胞的生长(伸长)、分裂和分化细胞分裂素(5)组织培养形成试管苗的过程属于无性生殖，后代不发生性状分离10