课后素养落实(七) 通过体细胞杂交可获得新的植物体
(建议用时：25分钟)
题组 通过体细胞杂交可获得新的植物体
1．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隔离的限制，培育远缘杂种植株
D．杂种植株表现出的性状是基因选择性表达的结果
B [植物细胞壁的形成主要与高尔基体有关，同时需要线粒体提供能量。]
2．下列关于原生质体的说法正确的是( )
A．原生质体由细胞膜、液泡膜以及这两层膜之间的细胞质组成
B．用酶解法获得原生质体后，可以用观察细胞的有丝分裂实验对其活力进行检查
C．组成原生质体的主要生命物质是蛋白质和核酸
D．原生质体只能用于植物细胞工程
C [原生质层由细胞膜、液泡膜以及这两层膜之间的细胞质组成，原生质体是植物细胞去除细胞壁后剩余的结构，A错误；观察细胞有丝分裂实验中，经过解离后细胞会死亡，因此不能用该实验检测酶解法获得原生质体的活力，B错误；组成原生质体的主要生命物质是蛋白质和核酸，C正确；原生质体可用于植物体细胞杂交，也可用于基因工程，作为受体细胞，D错误。]
3．“白菜—甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长期短和耐贮藏等优点。如图是“白菜—甘蓝”的培育过程示意图，下列描述错误的是( )
A．培育过程中，实现①②过程常用的物质为纤维素酶和果胶酶
B．过程③的诱导方法有物理法和化学法两种
C．⑤过程中进行的细胞分裂方式是减数分裂，形成的杂种植物幼苗遗传物质发生改变
D．植物体细胞杂交方法的优点是克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍
C [根据植物体细胞杂交技术可以确定①②是利用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁得到原生质体的过程；③是原生质体融合形成融合的原生质体；⑤是杂种细胞通过植物组织培养形成杂种植物，该过程通过有丝分裂增加细胞数目，杂种细胞遗传物质发生了改变，是白菜细胞和甘蓝细胞遗传物质的集合；植物体细胞杂交克服了不同生物远缘杂交不亲和的障碍。]
4．为了培育菊花新品种，科学家利用二倍体野生夏菊和六倍体栽培秋菊进行杂交，培育过程如图所示。下列有关叙述正确的是( )
A．野生夏菊和栽培秋菊自然杂交后是四倍体，属于同一物种
B．①过程常选择酶解法去除细胞壁，一般在低渗溶液中进行
C．与②过程有关的细胞器只有高尔基体比较活跃
D．d植株含有夏菊和秋菊的遗传物质
D [过程①是通过酶解法去除细胞壁获得原生质体a和b，过程②是通过物理或化学方法(如聚乙二醇试剂)诱导原生质体融合形成c，过程③是脱分化形成愈伤组织，过程④是再分化生成完整植株d。野生夏菊和栽培秋菊属于不同物种，存在生殖隔离，A错误；①为去除细胞壁的过程，该过程常选择酶解法(纤维素酶和果胶酶)，此操作一般在等渗溶液中进行，如果在低渗溶液中进行，去掉细胞壁的原生质体会因吸水而膨胀甚至涨破，B错误；②是杂种细胞形成细胞壁的过程，与该过程有关的细胞器有高尔基体、线粒体等，C错误；d植株含有野生夏菊和栽培秋菊的遗传物质，D正确。]
5．如图所示为科学家利用番茄叶细胞和马铃薯叶细胞杂交培育“番茄—马铃薯”植株的过程，回答下列问题：
(1)①②过程使用了______________酶，以使植物原生质体相互分离；此处使用的溶液浓度较大，以保证植物的细胞会发生________，以保持原生质体不被破坏。
(2)过程③在化学药剂________的作用下会发生植物原生质体的融合。
(3)过程________属于脱分化，过程________属于再分化，细胞发生分化的根本原因是__________________________________________________________
_________________________________________________________________。(前两空用图中的数字作答)
(4)过程⑤⑥⑦的细胞工程技术是______________，其培养时选用的材料通常是分生组织，原因是_________________________________________________
____________________________________________________________________。
(5)植物体细胞杂交的研究在________________________________________
方面，取得了巨大突破，其育种的原理是______________________________
________________________________________________________________。
[解析] (1)植物细胞壁的主要成分为纤维素和果胶，所以①②过程使用纤维素酶和果胶酶，以使植物原生质体相互分离；此处使用的溶液浓度较大，使细胞失水，保证植物细胞会发生质壁分离，以保护原生质体不被破坏。(2)促使细胞融合的化学药剂是聚乙二醇(或PEG)。(3)过程⑤属于脱分化形成愈伤组织，过程⑥属于再分化形成胚状体；细胞分化的根本原因是基因的选择性表达。(4)据分析，过程⑤⑥⑦是应用了植物组织培养；分生组织全能性高，易培养形成愈伤组织，所以常作为原材料。(5)植物体细胞杂交克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围；植物体细胞杂交融合了两种细胞的染色体，变异类型属于染色体变异。
[答案] (1)纤维素酶和果胶 质壁分离 (2)聚乙二醇 (3)⑤ ⑥ 基因的选择性表达 (4)植物组织培养 全能性高，易培养形成愈伤组织 (5)克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍 染色体变异
6．(2021·山西师大附中期末)下图表示利用植物体细胞杂交技术获得杂种植物白菜—甘蓝的过程，以下说法错误的是( )
A．①过程表示利用酶解法去除细胞壁获得原生质体的过程
B．②过程常用聚乙二醇诱导原生质体融合
C．③过程中高尔基体活动旺盛
D．最终获得的杂种植物体细胞内含19条染色体
D [①表示利用酶解法(纤维素酶和果胶酶)去除细胞壁获得原生质体的过程，A正确；②表示诱导原生质体融合的过程，常用聚乙二醇进行诱导，B正确；③表示再生出新的细胞壁的过程，而植物细胞中的高尔基体与细胞壁的形成相关，所以该过程中高尔基体活动旺盛，C正确；最终获得的杂种植物体细胞内含有白菜和甘蓝的全部遗传物质，即含有38条染色体，D错误。]
7．(2020·河南实验中学高二期中)通过细胞工程技术，可利用甲、乙两种二倍体植物的各自优势，培育高产耐盐的杂种植株，实验流程如图所示。有关说法错误的是( )
A．①是纤维素酶和果胶酶，②是融合的原生质体
B．②到③过程中高尔基体活动明显增强
C．将愈伤组织包埋在人工种皮中，就形成了人工种子
D．④长成的植株需要选择的原因是有耐盐高产和耐盐不高产两种
C [植物细胞最外层是细胞壁，细胞壁的存在会影响细胞膜的融合过程，故细胞融合前需要去除细胞壁，植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，可用酶解法去除细胞壁，故①可表示纤维素酶和果胶酶，形成的原生质体经过一定的诱导手段诱导融合，可形成②融合的原生质体，A正确；高尔基体参与植物细胞壁的形成，故②到③过程中高尔基体活动明显增强，B正确；人工种子的形成需要将愈伤组织培养到胚状体阶段再包上人工种皮，C错误；由于融合的细胞可能存在两种相同细胞的融合体，故④长成的植株存在耐盐高产和耐盐不高产两种个体，故需要经过在高盐环境下的筛选过程，D正确。]
5/5第二节 通过体细胞杂交可获得新的植物体
课标内容要求 核心素养对接
概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定的条件下融合成杂种细胞，继而培育新植物体的技术。 1.科学思维——基于菊花的组织培养和植物体细胞杂交实例，采用模型与建模、归纳与概括的方法掌握植物组织培养和植物体细胞杂交的流程。2.科学探究——能依据实验步骤，制订实验方案，合作交流，共同完成植物体细胞杂交技术，并如实记录实验数据，得出实验结论。
一、成功培养原生质体是植物体细胞杂交技术的基础
1．植物体细胞杂交：将两个来自不同种植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并将杂种细胞培育成新的植物体的技术。
2．获得原生质体的具体方法是：在0.5～0.6 mol/L的甘露醇(或一定浓度的蔗糖)溶液环境(较高渗透压)下，用纤维素酶和果胶酶混合液处理根尖、叶片、愈伤组织或悬浮培养细胞，消化除去细胞壁，获得球形的原生质体。
3．在用酶解法降解细胞壁之前，先用较高渗透压溶液处理细胞的目的：使细胞处于微弱的质壁分离状态，这样有利于完整的原生质体的释放，防止原生质体被破坏。
二、由杂种细胞培育出的新植物体可能会具有新的特性
1．植物体细胞杂交过程
(1)获得原生质体的方法：酶解法。
(2)诱导原生质体融合的技术手段：电刺激、离心、振荡、聚乙二醇等。
(3)形成杂种细胞：去除水解酶、培养融合的原生质体、再生出新的细胞壁。
(4)获得完整植株：杂种细胞经过培养进一步分裂、分化，进而发育成完整植株。
2．获得真正杂种的必要过程
(1)杂种细胞的鉴定和筛选
原因：一个融合体系中的细胞并非均为杂种细胞。
(2)杂种植株的鉴定和选育
原因：①同一体系中再生的植株并非均为体细胞杂种植株。
②即使得到了杂种细胞，培养过程中也可能出现染色体的丢失、结构异常等情况。
3．意义：克服了远缘杂交的不亲和性，获得新品种。
4．应用：该技术已经广泛应用于多种植物的育种研究。
5．成果：获得了许多具有优良性状的新的植物种质资源。
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．利用物理法或化学法，可以直接将两个植物细胞进行诱导融合。 (×)
提示：必须用酶解法去掉细胞壁后才能进行诱导融合。
2．将基因型为Aa植株的花粉和基因型为Bb植株的花粉，除去细胞壁后，进行原生质体融合(仅考虑两两融合)，可以得到6种基因型不同的融合细胞。 (×)
提示：基因型为Aa和Bb的植株减数分裂各产生两种配子，经诱导融合后可以得到10种基因型不同的融合细胞。
3．与传统育种相比，植物体细胞杂交在培育作物新品种方面的重大突破表现在证明杂种细胞具有全能性。 (×)
提示：传统杂交育种只限于进行有性生殖的同种生物之间，而植物体细胞杂交克服了远缘杂交的障碍，培育出作物新品种。
4．在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体数目加倍的细胞。 (×)
提示：愈伤组织细胞中含有细胞壁，要使其在诱导剂的作用下融合，需先去除细胞壁。
5．可以用盐酸处理植物细胞获得植物原生质体。 (×)
提示：用酶解法(纤维素酶和果胶酶)处理植物细胞获得植物原生质体。
6．再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志。 (√)
通过体细胞杂交可获得新的植物体
1．原理
(1)细胞膜的流动性：原生质体融合的过程。
(2)植物细胞的全能性：杂种细胞发育成杂种植株。
2．操作过程
步骤 图解 技术或原因
原生质体的获取 在0.5～0.6 mol/L的甘露醇溶液环境下，纤维素酶和果胶酶去掉细胞壁获得球形的原生质体
原生质体的融合 物理法：电刺激、离心、振荡等化学法：聚乙二醇(PEG)融合法
杂种细胞的鉴定和筛选 一个融合体系中的细胞并非均为杂种细胞
杂种植株的形成 植物组织培养
杂种植株的鉴定和选育 同一体系中再生的植株并非均为体细胞杂种植株
3.杂种植株遗传物质的变化
(1)细胞融合属于染色体畸变，杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和。
(2)染色体组数通常也是两亲本细胞染色体组数之和，形成异源多倍体。
1．从结果上看杂种植株在遗传上有何特点？从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？
提示：遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传性状。染色体数目增加，属于染色体数目变异。
2．从新品种培育的角度分析，植物体细胞杂交技术最大的优点是什么？
提示：克服了不同种植物远缘杂交的障碍，使不同种植物杂交成为可能。
(2021·重庆市适应性测试改编)某研究人员设计了下列技术路线，以期获得甘蓝和萝卜体细胞杂交植株。
请回答下列问题。
(1)制备原生质体时，常用两种酶处理，分别是________________。诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是________。原生质体融合成功的标志是________________________。图中X是________。
(2)为诱导融合体产生不定芽，通常应在培养基中加入两类植物激素，其中起主要作用的是____________________________________________________。
(3)若想获得抗盐植株，可选用融合原生质体作为人工诱变的材料，原因是
_________________________________________________________________
________________________________________________________________，
且需在含较高浓度的NaCl培养基中筛选。
[解析] (1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，所以制备原生质体，需要用纤维素酶和果胶酶将细胞壁分解，诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是PEG(聚乙二醇)。原生质体融合成功的标志是杂种细胞再生出细胞壁；图中X经过离体培养，可以形成试管苗，所以X是愈伤组织。
(2)植物组织培养中常加入细胞分裂素和生长素，当生长素与细胞分裂素的比值低时，有利于芽的形成，所以起主要作用的是细胞分裂素。
(3)由于融合原生质体包含了两个物种的全部遗传信息，且具有全能性，所以可选用融合原生质体作为人工诱变的材料。
[答案] (1)纤维素酶和果胶酶 PEG(聚乙二醇) 杂种细胞再生出细胞壁 愈伤组织 (2)细胞分裂素 (3)具有分裂分化能力，突变频率高，融合原生质体包含了两个物种的全部遗传信息，且具有全能性
(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)体细胞融合后培养基中共有5种细胞类型(A、B、AA、BB、AB)，其中融合细胞类型有3种(AA、BB、AB)，而真正符合要求的是AB，因此要对融合细胞进行筛选(注明：不考虑三个或三个以上细胞的融合)。
如图为“番茄—马铃薯”的培育过程示意图。
通过对染色体组及基因型的分析，培养学生图表获取信息及逻辑分析能力；通过对理由的阐述，提升语言表达能力。
1．若图中a细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，b细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，产生的杂种植株的体细胞中含有几条染色体和几个染色体组？其基因型是什么？(科学思维)
提示：杂种植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体为(2x＋2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。
2．若某种植物耐盐碱，另一种植物高产，能否用图中的方法进行新品种的培育？说出你的理由。(科学探究)
提示：可以。植物体细胞杂交可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，杂种植株含有两个物种的遗传物质，所以后代会出现双亲的优良性状。
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建 核 心 语 句 背 诵
1.植物体细胞杂交是将两个来自不同种植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并将杂种细胞培育成新的植物体的技术。2.在0.5～0.6 mol/L的甘露醇溶液环境下，用纤维素酶和果胶酶混合液处理根尖、叶片、愈伤组织或悬浮培养细胞，消化除去细胞壁，获得球形的原生质体。3.杂种细胞的鉴定和筛选，杂种植株的鉴定和选育，是获得真正杂种的必要过程。
1．(2020·天津高二教研)甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。下列说法正确的是 ( )
A．该技术中可使用酶解法或研磨法去除细胞壁，获得原生质体
B．培养原生质体的培养液需保持一定的渗透压，其作用是保持原生质体的完整性
C．细胞融合完成后，融合体系中只有未融合的细胞和杂种细胞
D．该杂种植株和有性杂交的后代一样都属于二倍体，是可育的
B [植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，根据酶的专一性原理，利用纤维素酶和果胶酶可以除去细胞壁，获得具有活力的原生质体，一般不用研磨法，A错误；植物细胞去除细胞壁后称为原生质体，原生质体在低渗溶液中会涨破，在高渗溶液中会皱缩，培养原生质体的培养液需要保持一定的渗透压，其作用是保持原生质体完整性，B正确；融合体系中除有未融合的细胞和杂种细胞外，可能还有其他细胞，如甲细胞和甲细胞的融合细胞、乙细胞和乙细胞的融合细胞，C错误；甲、乙是两个物种，彼此间存在生殖隔离，有性杂交的后代是二倍体，不可育，而体细胞杂交是四倍体，可育，D错误。]
2．通过植物体细胞杂交获得一个杂种植株需要的步骤是( )
A．分离原生质体→诱导原生质体融合→杂种细胞的鉴定和筛选→组织培养→ 杂种植株的鉴定和选育
B．分离原生质体→原生质体直接融合→组织培养→得到杂种植株
C．获取细胞→原生质体融合→组织培养→得到杂种植株
D．获取细胞→细胞融合→组织培养→得到杂种植株
A [植物体细胞杂交的具体过程为：分离获得原生质体→诱导原生质体融合→杂种细胞的鉴定和筛选→组织培养→杂种植株的鉴定和选育。]
3．下图是植物体细胞杂交过程示意图，如果A、B植物均为二倍体，据图分析回答。
(1)图中所示过程的原理有_________________________________________。
(2)图中的①过程是_______________________________________________
_______________________________________________________________。
(3)植物体细胞融合成功的标志是____________________________________
______________________________________，其产生与细胞内________(细胞器)有关。
(4)③和④过程分别是________和________过程。则该杂种植株有________个染色体组。
(5)该技术最显著的优势是__________________________________________
________________________________________________________________。
[解析] (1)植物体细胞杂交过程中有原生质体A和原生质体B的融合过程，其原理是细胞膜具有流动性；将杂种细胞培育成新的个体，其原理是植物细胞具有全能性。
(2)图中的①过程是去除植物细胞壁，制备原生质体。
(3)植物体细胞融合成功的标志是形成新的细胞壁，植物细胞壁的形成与高尔基体有关。
(4)杂种细胞通过脱分化形成愈伤组织，再经再分化形成杂种植株。图中杂种植株是由两个二倍体细胞融合成的杂种细胞培育成的新个体，含有四个染色体组。
(5)植物体细胞杂交可以克服远缘杂交不亲和的障碍。
[答案] (1)细胞膜具有流动性、植物细胞具有全能性 (2)(去壁)制备原生质体 (3)形成新的细胞壁 高尔基体 (4)脱分化 再分化 四 (5)克服远缘杂交不亲和的障碍
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