资源简介

第二节　植物细胞工程的应用
课时概念解析　本课时的概念为“植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、代谢产物工厂化生产、育种等方式有效提高了生产效率”，这个概念的建构需要以下基本概念或证据的支持：
1.植物组织培养技术在快速繁殖、培育脱毒植物、种质保存等领域应用广泛。
2.植物细胞代谢产物的工厂化生产、单倍体育种离不开植物细胞培养技术。
一、植物组织培养技术的应用
1.人工种子
2.快速繁殖
提醒：快速繁殖实际上是一种无性繁殖，繁殖过程中的细胞分裂方式是有丝分裂，亲、子代细胞内 DNA 相同，因此能保证亲、子代遗传特性不变。
3.培育脱毒植物
[微思考]
脱毒苗也能抗病毒吗？
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
4.种质保存
[辨正误]
(1)人工种子的基本结构包括人工种皮和胚状体。(　　)
(2)快速繁殖不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性。(　　)
(3)利用茎尖、花药进行组织培养均可培育出脱毒种苗。(　　)
(4)作物脱毒后不再感染病毒。(　　)
(5)植物细胞、组织等在超低温保存过程中不会引起遗传性状的改变，也不会丧失形态发生的潜能。(　　)
1.人工种子(如图)是指将在植物组织培养中得到的胚状体和具有养分的人工胚乳包埋在具有保护功能的人工种皮中，在适宜条件下能够生根发芽的颗粒体。
(1)尝试写出人工种子的制备流程：_______________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________。
(2)根据来源不同，胚状体分为体细胞胚和生殖细胞胚，人工种子中的胚状体属于哪种？为什么？
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
2.蝴蝶兰是兰花中的极品，具有“兰中之王”的美誉，高贵典雅，花期长，花朵数多，颇受人们喜爱。蝴蝶兰由于种子微小，自然条件下很难发育为植株。研究人员利用蝴蝶兰花梗为材料进行组织培养，建立了蝴蝶兰植株再生系统，为工厂化育苗提供了有效途径。回答下列问题：
(1)如何实现蝴蝶兰的快速大量繁殖？
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
(2)快速繁殖技术获得的种苗能否保持亲本的优良性状？为什么？
_____________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
【学以致用】
1.(2024·江苏镇江阶段练习)甘薯长期营养繁殖会导致病毒蔓延，我国科研人员利用甘薯茎尖培养获得脱毒苗，使甘薯的产量和品质大幅度提高，脱毒流程如下图，下列相关叙述正确的是(　　)
A.茎尖材料消毒时，需用无菌水处理后再用氯化汞溶液冲洗
B.诱导组织培养时需更换培养基，通常使愈伤组织先生根再出芽
C.病毒检测时可用抗毒血清进行免疫检测，呈阳性反应则为带毒苗
D.生根试管苗在温室炼苗后，应连带培养基栽植于肥沃疏松基质中
2.(多选)下列有关植物组织培养技术的应用的叙述，正确的是(　　)
A.微型繁殖技术是指植物体细胞杂交技术，优点有取材少、培养周期短、繁殖率高等
B.种质保存的原理是超低温保存不会改变生物的遗传物质
C.人工种皮是由胚状体生成的
D.利用植物茎尖或根尖进行组织培养均可培育脱毒种苗
二、植物细胞培养技术的应用
1.植物细胞代谢产物的工厂化生产
提醒：获取细胞代谢产物，一般要将植物细胞培养到愈伤组织阶段，此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。
2.单倍体育种
(1)单倍体育种的优点与思路
(2)单倍体育种的过程
过程分析：
①成熟的花药由________和________及其中的________等结构组成。
②经过适当的诱导，花粉囊中的花粉可发育成________性的胚状体或愈伤组织，最终形成________植株。
③一般用质量分数为0.02%～0.4%的________溶液诱导单倍体植株的某些阶段(如形成________时期或________时期)，可获得____________加倍的，能正常生长发育并开花、结果的________植株。
[辨正误]
(1)培养红豆杉细胞生产紫杉醇利用了细胞的全能性。(　　)
(2)工厂化生产的植物细胞代谢产物，其化学成分都是蛋白质。(　　)
(3)单倍体育种的过程就是花药离体培养的过程。(　　)
(4)小孢子中染色体的数目是小孢子母细胞中的一半。(　　)
1.紫杉醇是目前已发现的最优秀的天然抗癌药物，在临床上已经广泛应用于乳腺癌、卵巢癌和部分宫颈癌和肺癌的治疗，如图是通过植物细胞工程技术工厂化生产紫杉醇的途径。
(1)图中①过程为________，该过程需控制好培养基中______________________________________________________________________
的比例。
(2)②过程为将愈伤组织分散成单个细胞，同时需要筛选出____________的细胞。
(3)③过程为____________，其所依据的原理是________。
2.作物新品种的培育除传统的杂交育种外，还有单倍体育种、人工诱变育种、基因工程育种等。在单倍体育种领域，科学家成功地培育出中花8号、11号水稻和京花1号小麦等作物新品种。下图所示为单倍体育种的流程，回答下列问题：
(1)①过程是指________________，②过程要经过________________形成A植株。通过花药离体培养获得了单倍体幼苗，说明______________________________________________________________________。
(2)③过程表示______________________。一般使用________处理。原理是______________________________________________________________________，
从而使染色体数目加倍。
(3)若图中亲本基因型为AaBb，则A植株的基因型为________________。B植株的基因型为________________________。
(4)单倍体育种为什么能为体细胞诱变育种和研究遗传突变提供理想材料？
______________________________________________________________________
【学以致用】
3.紫草宁是紫草细胞的代谢产物，可作为消炎药物的原料。研究人员欲用植物组织培养技术通过培养紫草细胞生产紫草宁，下列相关操作不合理的是(　　)
A.对作为外植体的紫草叶片进行消毒处理既可保证细胞活性也可减少污染
B.培养基中要加入植物激素保证已分化的植物细胞脱分化形成愈伤组织
C.调整植物激素的种类和比例以保证愈伤组织再分化并得到完整的植株
D.在培养细胞的过程中要不断通入无菌空气以保证氧气的充足供应
4.单倍体育种的优点是可明显缩短育种年限，下列有关单倍体育种的说法正确的是(　　)
A.经常先筛选F1花粉类型，再进行花药离体培养
B.两个单倍体经植物体细胞杂交，后代一定是纯合子
C.用秋水仙素处理单倍体幼苗一定可获得纯合植株
D.单倍体育种的原理有染色体变异、植物细胞的全能性
单倍体育种≠花药离体培养
单倍体育种一般包括花药离体培养、人工诱导染色体数目加倍和筛选等过程，其遵循的遗传学原理是染色体数量变异，目的是培育具有优良性状的纯种。花药离体培养只是单倍体育种的一个环节，其实质上是植物组织培养，包括脱分化和再分化等过程，其遵循的原理是植物细胞的全能性，培育的是单倍体幼苗。　　　
1.下列有关植物细胞工程应用的分析，错误的是 (　　)
A.愈伤组织细胞分裂旺盛，经诱变处理，易获得突变个体
B.利用茎尖进行组织培养，可以获得脱毒苗
C.利用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型完全相同
D.利用植物细胞培养技术工业化生产人参皂苷，提高产量
2.紫杉醇是一种高效抗癌的药物。国内某团队研究光照条件对红豆杉愈伤组织生长和紫杉醇含量的影响，实验结果如表：
光照条件 接种干重/(g·L－1) 收获干重/(g·L－1) 紫杉醇含量/%(干重)
光照 4.33 9.13 0.007 0
黑暗 4.38 12.10 0.016 4
下列叙述正确的是 (　　)
A.愈伤组织生长的原理是植物细胞具有全能性
B.愈伤组织培养过程要在无菌条件下进行
C.光照能促进愈伤组织的生长并提高紫杉醇含量
D.培养基中的有机物仅能为愈伤组织提供能量
3.(2024·江苏洪泽中学等七校联考)紫草宁是从紫草愈伤组织细胞中提取的一种药物和色素，具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。利用植物细胞培养生产的紫草宁是世界上首例药用植物细胞工程产品。下列关于植物细胞工程的说法，正确的是(　　)
A.植物细胞培养的目的主要是获得植物生长和生存所必需的植物细胞代谢产物
B.植物组织培养时，应对外植体进行灭菌处理以防止培养基及愈伤组织污染
C.在培养愈伤组织时加入细胞融合的诱导剂，可直接获得染色体加倍的细胞
D.叶肉细胞往往带病毒且细胞的全能性较低，故培育脱毒植物适宜选茎尖而不选叶片
4.(多选)某植株的基因型为AaBb，其中A和b基因控制的性状对提高产量是有利的。利用其花粉进行单倍体育种，过程如下图所示。下列相关分析正确的是(　　)
花粉植株A植株B
A.该育种方法的育种原理是染色体结构变异
B.过程②可用适当的低温处理，低温作用时期为有丝分裂前的间期
C.若未对植株A进行筛选，则植株B中符合要求的类型约占1/4
D.该育种方法的优点是缩短育种年限
第二节　植物细胞工程的应用
一、
自主梳理
1.胚状体　人工胚乳　人工种皮　保护　胚状体　无机盐　蛋白质　愈伤组织　胚状体　人工种皮　人工胚乳　不受季节限制　营养供应　抵抗疾病
2.微型繁殖技术　快　生产效率
3.维管束　病毒浓度很低甚至无病毒　降低或者去除
微思考
提示：不能，脱毒苗的病毒含量较低或不含病毒，但并不能抗病毒。
4.悬浮细胞　愈伤组织　原生质体　几乎完全停止　遗传性状　形态发生　有利和经济　迅速且大量地
辨正误
(1)×　提示：人工种子的基本结构包括人工种皮、胚状体和人工胚乳。
(2)√　(3)√
(4)×　提示：脱毒植物没有抗病毒特性。
(5)√
合作探究
1.(1)外植体愈伤组织胚状体→人工种皮对胚状体和人工胚乳包理→人工种子
(2)提示：人工种子中的胚状体属于体细胞胚。体细胞胚一般来源于植物二倍体的体细胞(如根、茎、叶的组织)，可以发育为正常可育的植株，而生殖细胞胚来源于植物的生殖细胞，发育成的植株是单倍体，一般弱小且高度不育。
2.(1)提示：选取蝴蝶兰植株的幼叶、幼枝等作为外植体，利用植物组织培养技术可实现快速大量繁殖。
(2)提示：能。快速繁殖技术获得的种苗的遗传物质与亲本相同，属于无性繁殖，种苗能够保持亲本的优良性状。
学以致用
1.C　[茎尖材料消毒时，需用氯化汞溶液进行消毒，消毒后再用无菌水冲洗，冲洗掉氯化汞，以免长时间作用破坏细胞，A错误；脱分化和再分化使用的培养基不同，通常使愈伤组织先生芽再生根，B错误；病毒含有特定的蛋白质抗原，可利用抗毒血清进行检测，呈阳性反应则为带毒苗，C正确；生根试管苗在培养箱内生长几日，用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中生活一段时间后，再移栽入土，D错误。]
2.BD　[微型繁殖技术是指植物组织培养技术，A错误；人工种皮是由人工合成的，C错误。]
二、
自主梳理
1.生长和繁殖　药物　季节、环境
2.(1)缩短育种的年限　遗传特性　单倍体植株　染色体数目　(2)离体培养　单倍体　染色体数目加倍　二倍体　选择　①花药壁　花粉囊　花粉　②单倍　单倍体　③秋水仙素　愈伤组织　幼胚　染色体数目　二倍体
辨正误
(1)×　提示：获得紫杉醇的过程中离体的外植体并未发育成完整个体或分化成其他各种细胞，故并未体现细胞的全能性。
(2)×　提示：植物细胞代谢产物的化学成分不一定是蛋白质。
(3)×　提示：单倍体育种主要包括花药离体培养和人工诱导染色体数目加倍两个过程。
(4)√
合作探究
1.(1)脱分化　植物激素(或生长素和细胞分裂素)　(2)高产紫杉醇　(3)植物细胞培养　细胞增殖
2.(1)花药(花粉)离体培养　脱分化和再分化　植物的精子(生殖细胞)具有细胞全能性　(2)人工诱导染色体加倍　秋水仙素　秋水仙素抑制纺锤体的形成，使染色体不能移向细胞的两极　(3)AB、Ab、aB、ab　AABB、AAbb、aaBB、aabb
(4)提示：因为大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。
学以致用
3.C　[ 植物细胞培养需要无菌、无毒的条件，对作为外植体的紫草叶片进行消毒处理既可保证细胞活性也可减少污染；决定植物脱分化和再分化的关键因素是植物激素的种类和比例，培养基中加入植物激素可以保证已分化的植物细胞脱分化形成愈伤组织；培养紫草细胞的目的是获得细胞代谢产物，而不是完整植株，培养到愈伤组织阶段即可；在培养细胞的过程中要不断通入无菌空气以保证氧气的充足供应。]
4.D　[单倍体育种常用方法是用花药离体培养获得单倍体植株，再人工诱导染色体数目加倍，最后筛选所需植株，A错误；两个单倍体的基因组成可能不同，因此，两者经植物体细胞杂交，获得的后代可能是杂合子，B错误；用秋水仙素处理单倍体幼苗不一定可获得纯合植株，如四倍体番茄的基因型为AAaa，则进行单倍体育种获得的植株不一定为纯合子，C错误；单倍体育种包括花药离体培养和人工诱导染色体加倍等过程，其中花药离体培养的原理是植物细胞的全能性，人工诱导染色体加倍的原理是染色体变异，D正确。]
随堂检测
1.C　[愈伤组织细胞分裂旺盛，经诱变处理，易获得突变个体，A正确；茎尖几乎不含病毒，因此利用茎尖进行组织培养，可以获得脱毒苗，B正确；同一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型不一定相同，如花粉细胞培养形成的愈伤组织细胞的细胞核中的基因只有体细胞的一半，C错误；可利用植物细胞培养技术工业化生产人参皂苷，提高产量，D正确。]
2.B　[愈伤组织生长的原理是细胞增殖，A错误；光照会抑制愈伤组织的形成，不能提高紫杉醇的含量，C错误；培养基中的有机物能为愈伤组织提供能量和营养，D错误。]
3.D　[植物细胞培养的主要目的是通过大规模的细胞培养，以获得人类所需的植物细胞代谢产物，植物细胞代谢产物可能对该植物无明显生理功能，也不是该植物生长和繁殖所必需的，A错误；植物组织培养时，应对外植体进行消毒处理，培养基需要进行灭菌处理，这样可以防止杂菌污染，B错误；在培养愈伤组织时加入细胞融合的诱导剂，不能直接获得染色体加倍的细胞，因为植物细胞具有细胞壁，阻止了原生质体的融合，C错误；叶肉细胞往往带病毒且细胞的全能性较低，而茎尖的病毒浓度很低甚至无病毒，而且全能性较高，故培育脱毒植物适宜选茎尖而不选叶片，D正确。]
4.CD　[通过过程①得到单倍体植株A，过程②是染色体加倍，原理是染色体数量变异，A错误；过程②可用适当的低温处理，作用时期为有丝分裂前期，作用机理是低温抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，B错误；通过过程①得到的单倍体植株A，其基因型有AB、Ab、aB、ab四种，比例约为1∶1∶1∶1，经过过程②处理使染色体数目加倍，获得的植株B基因型有AABB、AAbb、aaBB、aabb四种，比例约为1∶1∶1∶1，若未对植株A进行筛选，则植株B中符合要求的类型约占1/4，C正确。](共48张PPT)
第二章　细胞工程　
第二节　植物细胞工程的应用
本课时的概念为“植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、代谢产物工厂化生产、育种等方式有效提高了生产效率”，这个概念的建构需要以下基本概念或证据的支持：
1.植物组织培养技术在快速繁殖、培育脱毒植物、种质保存等领域应用广泛。
2.植物细胞代谢产物的工厂化生产、单倍体育种离不开植物细胞培养技术。
课时概念解析
目录 CONTENTS
1.植物组织培养技术的应用
2.植物细胞培养技术的应用
3.随堂检测
自主梳理
合作探究
合作探究
思维导图
自主梳理
1.人工种子
胚状体
人工胚乳
人工种皮
保护
胚状体
无机盐
蛋白质
愈伤组织
胚状体
人工种皮
人工胚乳
不受季节限制
营养供应
抵抗疾病
2.快速繁殖
提醒：快速繁殖实际上是一种无性繁殖，繁殖过程中的细胞分裂方式是有丝分裂，亲、子代细胞内 DNA 相同，因此能保证亲、子代遗传特性不变。
微型繁殖技术
快
生产效率
3.培育脱毒植物
维管束
病毒浓度很低甚至无病毒
降低或者去除
[微思考]
脱毒苗也能抗病毒吗？
提示：不能，脱毒苗的病毒含量较低或不含病毒，但并不能抗病毒。
4.种质保存
悬浮细胞
愈伤
组织
原生质体
几乎完全停止
遗传性状
形态
发生
有利和经济
迅速且大量地
×
√
[辨正误]
(1)人工种子的基本结构包括人工种皮和胚状体。( )
提示：人工种子的基本结构包括人工种皮、胚状体和人工胚乳。
(2)快速繁殖不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性。( )
(3)利用茎尖、花药进行组织培养均可培育出脱毒种苗。( )
(4)作物脱毒后不再感染病毒。( )
提示：脱毒植物没有抗病毒特性。
(5)植物细胞、组织等在超低温保存过程中不会引起遗传性状的改变，也不会丧失形态发生的潜能。( )
√
×
√
1.人工种子(如图)是指将在植物组织培养中得到的胚状体和具有养分的人工胚乳包埋在具有保护功能的人工种皮中，在适宜条件下能够生根发芽的颗粒体。
(1)尝试写出人工种子的制备流程：_________________
_________________________________________________________________。
包理→人工种子
(2)根据来源不同，胚状体分为体细胞胚和生殖细胞胚，人工种子中的胚状体属于哪种？为什么？
提示：人工种子中的胚状体属于体细胞胚。体细胞胚一般来源于植物二倍体的体细胞(如根、茎、叶的组织)，可以发育为正常可育的植株，而生殖细胞胚来源于植物的生殖细胞，发育成的植株是单倍体，一般弱小且高度不育。
●从来源和生殖方式角度，思考人工种子与天然种子有什么区别？
提示：人工种子是以体细胞为外植体利用植物组织培养技术获得的，用人工种子繁殖属于无性繁殖，不发生性状分离；天然种子是植物通过有性生殖获得的，用天然种子繁殖属于有性生殖，子代可能发生性状分离。　　　
2.蝴蝶兰是兰花中的极品，具有“兰中之王”的美誉，高贵典雅，花期长，花朵数多，颇受人们喜爱。蝴蝶兰由于种子微小，自然条件下很难发育为植株。研究人员利用蝴蝶兰花梗为材料进行组织培养，建立了蝴蝶兰植株再生系统，为工厂化育苗提供了有效途径。回答下列问题：
(1)如何实现蝴蝶兰的快速大量繁殖？
提示：选取蝴蝶兰植株的幼叶、幼枝等作为外植体，利用植物
组织培养技术可实现快速大量繁殖。
(2)快速繁殖技术获得的种苗能否保持亲本的优良性状？为什么？
提示：能。快速繁殖技术获得的种苗的遗传物质与亲本相同，属于无性繁殖，种苗能够保持亲本的优良性状。
●在长期的无性繁殖中，蝴蝶兰植株容易感染并积累病毒，使得花朵品质变差，如何培育大量的脱毒种苗？
提示：采用植物茎尖组织培养的方法，便可以大量繁殖脱毒植物种苗。除了利用茎尖外，还可以利用花药培养来实现脱毒。　　　
【 学以致用 】
C
1.(2024·江苏镇江阶段练习)甘薯长期营养繁殖会导致病毒蔓延，我国科研人员利用甘薯茎尖培养获得脱毒苗，使甘薯的产量和品质大幅度提高，脱毒流程如下图，下列相关叙述正确的是(　　)
A.茎尖材料消毒时，需用
无菌水处理后再用氯化汞
溶液冲洗
B.诱导组织培养时需更换培养基，通常使愈伤组织先生根再出芽
C.病毒检测时可用抗毒血清进行免疫检测，呈阳性反应则为带毒苗
D.生根试管苗在温室炼苗后，应连带培养基栽植于肥沃疏松基质中
解析：茎尖材料消毒时，需用氯化汞溶液进行消毒，消毒后再用无菌水冲洗，冲洗掉氯化汞，以免长时间作用破坏细胞，A错误；
脱分化和再分化使用的培养基不同，通常使愈伤组织先生芽再生根，B错误；
病毒含有特定的蛋白质抗原，可利用抗毒血清进行检测，呈阳性反应则为带毒苗，C正确；
生根试管苗在培养箱内生长几日，用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中生活一段时间后，再移栽入土，D错误。
A.茎尖材料消毒时，需用无菌水处理后再用氯化汞溶液冲洗
B.诱导组织培养时需更换培养基，通常使愈伤组织先生根再出芽
C.病毒检测时可用抗毒血清进行免疫检测，呈阳性反应则为带毒苗
D.生根试管苗在温室炼苗后，应连带培养基栽植于肥沃疏松基质中
BD
2.(多选)下列有关植物组织培养技术的应用的叙述，正确的是(　　)
A.微型繁殖技术是指植物体细胞杂交技术，优点有取材少、培养周期短、繁殖率高等
B.种质保存的原理是超低温保存不会改变生物的遗传物质
C.人工种皮是由胚状体生成的
D.利用植物茎尖或根尖进行组织培养均可培育脱毒种苗
解析：微型繁殖技术是指植物组织培养技术，A错误；
人工种皮是由人工合成的，C错误。
1.植物细胞代谢产物的工厂化生产
生长和繁殖
药物
季节、
环境
提醒：获取细胞代谢产物，一般要将植物细胞培养到愈伤组织阶段，此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。
2.单倍体育种
(1)单倍体育种的优点与思路
缩短育种的年限
遗传特性
单倍体植株
染色体数目
(2)单倍体育种的过程
离体培养
单倍体
染色体数目加倍
二倍体
选择
过程分析：
①成熟的花药由________和________及其中的______等结构组成。
②经过适当的诱导，花粉囊中的花粉可发育成______性的胚状体或愈伤组织，最终形成________植株。
③一般用质量分数为0.02%～0.4%的__________溶液诱导单倍体植株的某些阶段(如形成__________时期或______时期)，可获得____________加倍的，能正常生长发育并开花、结果的________植株。
花药壁
花粉囊
花粉
单倍
单倍体
秋水仙素
愈伤组织
幼胚
染色体数目
二倍体
●有人认为，花药经组织培养后形成的幼苗既可能是二倍体幼苗，又可能是单倍体幼苗。试从花药结构的视角，对上述观点加以分析。
提示：花药离体培养与花粉离体培养是有较大差异的。花药是花的雄性器官，包括花药壁、花粉囊及花粉等，药壁和药隔是二倍体细胞，花粉粒是单倍体细胞。离体培养时，它们都可能参与愈伤组织的形成，故花药经组织培养后形成的幼苗既可能是二倍体幼苗，又可能是单倍体幼苗。　　　
×
√
[辨正误]
(1)培养红豆杉细胞生产紫杉醇利用了细胞的全能性。( )
提示：获得紫杉醇的过程中离体的外植体并未发育成完整个体或分化成其他各种细胞，故并未体现细胞的全能性。
(2)工厂化生产的植物细胞代谢产物，其化学成分都是蛋白质。( )
提示：植物细胞代谢产物的化学成分不一定是蛋白质。
(3)单倍体育种的过程就是花药离体培养的过程。( )
提示：单倍体育种主要包括花药离体培养和人工诱导染色体数目加倍两个过程。
(4)小孢子中染色体的数目是小孢子母细胞中的一半。( )
×
×
1.紫杉醇是目前已发现的最优秀的天然抗癌药物，在临床上已经广泛应用于乳腺癌、卵巢癌和部分宫颈癌和肺癌的治疗，如图是通过植物细胞工程技术工厂化生产紫杉醇的途径。
(1)图中①过程为________，该过程需控制好培养基中____________________
____________的比例。
脱分化
植物激素(或生长素和
细胞分裂素)
(2)②过程为将愈伤组织分散成单个细胞，同时需要筛选出____________的细胞。
(3)③过程为______________，其所依据的原理是__________。
高产紫杉醇
植物细胞培养
细胞增殖
2.作物新品种的培育除传统的杂交育种外，还有单倍体育种、人工诱变育种、基因工程育种等。在单倍体育种领域，科学家成功地培育出中花8号、11号水稻和京花1号小麦等作物新品种。下图所示为单倍体育种的流程，回答下列问题：
(1)①过程是指___________________，②过程要经过_______________形成A植株。通过花药离体培养获得了单倍体幼苗，说明_______________________________。
花药(花粉)离体培养
脱分化和再分化
植物的精子(生殖细胞)具有细胞全能性
(2)③过程表示____________________。一般使用__________处理。原理是______________________________________________________，从而使染色体数目加倍。
(3)若图中亲本基因型为AaBb，则A植株的基因型为________________________。B植株的基因型为________________________________________。
人工诱导染色体加倍
秋水仙素
秋水仙素抑制纺锤体的形成，使染色体不能移向细胞的两极
AB、Ab、aB、ab
AABB、AAbb、aaBB、aabb
(4)单倍体育种为什么能为体细胞诱变育种和研究遗传突变提供理想材料？
提示：因为大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。
●植物组织培养与植物细胞
培养的区别
【 学以致用 】
C
3.紫草宁是紫草细胞的代谢产物，可作为消炎药物的原料。研究人员欲用植物组织培养技术通过培养紫草细胞生产紫草宁，下列相关操作不合理的是(　　)
A.对作为外植体的紫草叶片进行消毒处理既可保证细胞活性也可减少污染
B.培养基中要加入植物激素保证已分化的植物细胞脱分化形成愈伤组织
C.调整植物激素的种类和比例以保证愈伤组织再分化并得到完整的植株
D.在培养细胞的过程中要不断通入无菌空气以保证氧气的充足供应
解析： 植物细胞培养需要无菌、无毒的条件，对作为外植体的紫草叶片进行消毒处理既可保证细胞活性也可减少污染；决定植物脱分化和再分化的关键因素是植物激素的种类和比例，培养基中加入植物激素可以保证已分化的植物细胞脱分化形成愈伤组织；培养紫草细胞的目的是获得细胞代谢产物，而不是完整植株，培养到愈伤组织阶段即可；在培养细胞的过程中要不断通入无菌空气以保证氧气的充足供应。
D
4.单倍体育种的优点是可明显缩短育种年限，下列有关单倍体育种的说法正确的是(　　)
A.经常先筛选F1花粉类型，再进行花药离体培养
B.两个单倍体经植物体细胞杂交，后代一定是纯合子
C.用秋水仙素处理单倍体幼苗一定可获得纯合植株
D.单倍体育种的原理有染色体变异、植物细胞的全能性
解析：单倍体育种常用方法是用花药离体培养获得单倍体植株，再人工诱导染色体数目加倍，最后筛选所需植株，A错误；
两个单倍体的基因组成可能不同，因此，两者经植物体细胞杂交，获得的后代可能是杂合子，B错误；
用秋水仙素处理单倍体幼苗不一定可获得纯合植株，如四倍体番茄的基因型为AAaa，则进行单倍体育种获得的植株不一定为纯合子，C错误；
单倍体育种包括花药离体培养和人工诱导染色体加倍等过程，其中花药离体培养的原理是植物细胞的全能性，人工诱导染色体加倍的原理是染色体变异，D正确。
单倍体育种≠花药离体培养
单倍体育种一般包括花药离体培养、人工诱导染色体数目加倍和筛选等过程，其遵循的遗传学原理是染色体数量变异，目的是培育具有优良性状的纯种。花药离体培养只是单倍体育种的一个环节，其实质上是植物组织培养，包括脱分化和再分化等过程，其遵循的原理是植物细胞的全能性，培育的是单倍体幼苗。　　　
C
1.下列有关植物细胞工程应用的分析，错误的是 (　　)
A.愈伤组织细胞分裂旺盛，经诱变处理，易获得突变个体
B.利用茎尖进行组织培养，可以获得脱毒苗
C.利用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型完全相同
D.利用植物细胞培养技术工业化生产人参皂苷，提高产量
解析：愈伤组织细胞分裂旺盛，经诱变处理，易获得突变个体，A正确；
茎尖几乎不含病毒，因此利用茎尖进行组织培养，可以获得脱毒苗，B正确；
同一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型不一定相同，如花粉细胞培养形成的愈伤组织细胞的细胞核中的基因只有体细胞的一半，C错误；
可利用植物细胞培养技术工业化生产人参皂苷，提高产量，D正确。
B
2.紫杉醇是一种高效抗癌的药物。国内某团队研究光照条件对红豆杉愈伤组织生长和紫杉醇含量的影响，实验结果如表：
光照条件 接种干重/(g·L－1) 收获干重/(g·L－1) 紫杉醇含量/%(干重)
光照 4.33 9.13 0.007 0
黑暗 4.38 12.10 0.016 4
下列叙述正确的是 (　　)
A.愈伤组织生长的原理是植物细胞具有全能性
B.愈伤组织培养过程要在无菌条件下进行
C.光照能促进愈伤组织的生长并提高紫杉醇含量
D.培养基中的有机物仅能为愈伤组织提供能量
解析：愈伤组织生长的原理是细胞增殖，A错误；
光照会抑制愈伤组织的形成，不能提高紫杉醇的含量，C错误；
培养基中的有机物能为愈伤组织提供能量和营养，D错误。
D
3.(2024·江苏洪泽中学等七校联考)紫草宁是从紫草愈伤组织细胞中提取的一种药物和色素，具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。利用植物细胞培养生产的紫草宁是世界上首例药用植物细胞工程产品。下列关于植物细胞工程的说法，正确的是(　　)
A.植物细胞培养的目的主要是获得植物生长和生存所必需的植物细胞代谢产物
B.植物组织培养时，应对外植体进行灭菌处理以防止培养基及愈伤组织污染
C.在培养愈伤组织时加入细胞融合的诱导剂，可直接获得染色体加倍的细胞
D.叶肉细胞往往带病毒且细胞的全能性较低，故培育脱毒植物适宜选茎尖而不选叶片
解析：植物细胞培养的主要目的是通过大规模的细胞培养，以获得人类所需的植物细胞代谢产物，植物细胞代谢产物可能对该植物无明显生理功能，也不是该植物生长和繁殖所必需的，A错误；
植物组织培养时，应对外植体进行消毒处理，培养基需要进行灭菌处理，这样可以防止杂菌污染，B错误；
在培养愈伤组织时加入细胞融合的诱导剂，不能直接获得染色体加倍的细胞，因为植物细胞具有细胞壁，阻止了原生质体的融合，C错误；
叶肉细胞往往带病毒且细胞的全能性较低，而茎尖的病毒浓度很低甚至无病毒，而且全能性较高，故培育脱毒植物适宜选茎尖而不选叶片，D正确。
CD
4.(多选)某植株的基因型为AaBb，其中A和b基因控制的性状对提高产量是有利的。利用其花粉进行单倍体育种，过程如下图所示。下列相关分析正确的是(　　)
A.该育种方法的育种原理是染色体结构变异
B.过程②可用适当的低温处理，低温作用时期为有丝分裂前的间期
C.若未对植株A进行筛选，则植株B中符合要求的类型约占1/4
D.该育种方法的优点是缩短育种年限
A.该育种方法的育种原理是染色体结构变异
B.过程②可用适当的低温处理，低温作用时期为有丝分裂前的间期
C.若未对植株A进行筛选，则植株B中符合要求的类型约占1/4
D.该育种方法的优点是缩短育种年限
解析：通过过程①得到单倍体植株A，过程②是染色体加倍，原理是染色体数量变异，A错误；
过程②可用适当的低温处理，作用时期为有丝分裂前期，作用机理是低温抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，B错误；
通过过程①得到的单倍体植株A，其基因型有AB、Ab、aB、ab四种，比例约为1∶1∶1∶1，经过过程②处理使染色体数目加倍，获得的植株B基因型有AABB、AAbb、aaBB、aabb四种，比例约为1∶1∶1∶1，若未对植株A进行筛选，则植株B中符合要求的类型约占1/4，C正确。
●我国植物学家将名贵兰花的茎尖细胞放在培养基中进行培养，最终发育成完整的新植株。如图是细胞培养形成兰花植株的示意图，请据图分析并回答问题：
(1)过程③和过程④分别表示植物组织培养过程中的________和________。
(2)在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素及氨基酸外，还需要在培养基中加入____________________两种激素。兰花茎尖细胞经过植物组织培养后形成完整兰花植株的技术原理是___________________。
脱分化
再分化
生长素和细胞分裂素
植物细胞的全能性
(3)在植物组织培养的过程中，可以对________________进行化学或物理的诱变处理，促使其发生突变，再通过诱导分化形成植株，从中选育出优良品种。这种作物新品种的培育方法属于________________。　　　
(4)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒，经组织培养形成植株，经过染色体加倍后长成可育植物。这种育种方法称为________________，其优点有______________________________________
___________________________________。
愈伤组织
诱变育种
单倍体育种
大大缩短育种年限，且可以获得具有稳定遗
传特性的优良品种，节约了人力物力
解析：(1)由题图分析可知：过程③为脱分化、过程④为再分化。
(2)植物组织培养的培养基成分：水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸、植物激素(生长素和细胞分裂素)等。兰花茎尖细胞经过植物组织培养后形成完整兰花植株的技术原理是植物细胞的全能性。
(3)在植物组织培养的过程中，可以对愈伤组织进行化学或物理的诱变处理，促使其发生突变，再通过诱导分化形成植株，从中选育出优良品种。这种作物新品种的培育方法属于诱变育种。
(4)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒，经植物组织培养形成植株，再进行染色体加倍，这种育种方法称为单倍体育种，其突出优点是大大缩短育种年限，且可以获得具有稳定遗传特性的优良品种，节约了人力物力。课时精练7　植物细胞工程的应用
(时间：30分钟　分值：50分)
选择题：第1～12题，每小题3分，共36分。
【基础对点】
知识点1　植物组织培养技术的应用
1.下列属于植物的快速繁殖技术的是(　　)
兰花的茎尖组织培育成兰花幼苗
水稻种子萌发并长成新个体
扦插的葡萄枝长成新个体
柳树芽发育成枝条
2.利用植物快速繁殖技术，一株铁皮石斛1年可繁殖7万株，实验流程如下。下列有关说法正确的是(　　)
→→→→
这种繁殖方式速度快、数量大，涉及有丝分裂和减数分裂
该技术利用了植物细胞的全能性和细胞质膜的选择透过性
锻炼和驯化期间正午强光时可遮阴或温室培养以避免灼伤幼苗
对再生植株进行鉴定的原因是在培养过程中一定会发生变异
3.(2024·江苏连云港期末)某科研团队用脱毒技术快速繁殖“阳光玫瑰”葡萄品种，流程如下图所示。下列相关叙述错误的是(　　)
图中X可以是试管苗的茎尖，此部位病毒浓度很低甚至无病毒
利用此方法得到的脱毒苗，具备了抗病毒的能力，产品质量明显提高
过程①、②所用培养基为MS培养基，根据培养目的还需要适当地加入植物激素
热处理的原理是一些病毒对热不稳定，在35～40 ℃即钝化失活，而植物基本不受伤害
4.(多选)(2024·山东日照期末)超低温冷冻脱毒法是先用超低温对细胞进行选择性破坏，再用组织培养技术获得脱毒植株的方法。以马铃薯茎尖为材料，采用超低温冷冻脱毒法可获得脱毒苗。下列叙述正确的是(　　)
选用茎尖培养获得脱毒苗的原因是该部位细胞分裂能力旺盛
该技术利用了茎尖分生组织无成熟液泡不易形成冰晶的特性
与传统茎尖培养脱毒相比，该方法取材不受茎尖长度的限制
培养的脱毒苗不需要进行病毒检测，即可进行扩大繁殖
知识点2　植物细胞培养技术的应用
5.利用植物细胞培养技术从红豆杉细胞中提出抗癌物质紫杉醇，不需要进行的是(　　)
选取合适的高产紫杉醇的细胞
培养基中加入适量的蔗糖，以提供营养并维持渗透压
控制植物激素的种类和含量诱导产生愈伤组织
选择适当的分化培养基培育红豆杉幼苗
6.运用植物细胞工程技术可以培育单倍体植株和进行细胞产物的工厂化生产。下列表述正确的是(　　)
利用花药培养得到单倍体植株不需要用到植物组织培养技术
与常规育种相比，单倍体育种能明显缩短获得显性纯合二倍体的育种年限
细胞产物的工厂化生产可提高单个细胞代谢产物的含量
培育单倍体植株和进行细胞产物的工厂化生产的过程均可体现植物细胞的全能性
7.(2024·江苏徐州期中)植物的雄蕊包括花药和花丝，花药又包括花药壁、花药隔以及内部的花粉，其中仅花粉是减数分裂所得子细胞，其余为体细胞。单倍体育种时，可直接进行花药培养，也可分离得到花粉后进行花粉培养。下列说法正确的是(　　)
为防止杂菌污染可将花药和花粉灭菌处理后培养
单倍体育种和多倍体育种都利用了植物组织培养技术
试管苗需要及时移栽到大田土壤中进行炼苗来适应环境
脱分化形成的愈伤组织先再分化出幼芽再转接到生根的培养基
【综合提升】
8.下面的简式表示植物组织培养的大致过程，据此判断错误的是(　　)
①②③―→④
若①是来自不同植物体细胞融合的杂种细胞，则④可能出现不同植物的遗传特性
若①是花粉，则④是单倍体植株，经染色体加倍后一般可得到稳定遗传的品种
若①是人参细胞，对②进行扩大培养可提高细胞产物人参皂苷的产量
若①是具有杂种优势的农作物细胞，则用③进行繁育会发生性状分离
9.(2023·江苏无锡期末)为解决中药藿香种质退化、易感染病虫害等问题，研究者对组织培养不同阶段的藿香进行辐射处理，以期获得性状优良的突变株。
据图分析，相关叙述正确的是(　　)
①②应持续照光以诱导外植体的再分化
③④过程细胞表达基因种类和水平相同
培养材料在射线的作用下发生定向突变
筛选出的优良突变株可再进行快速繁殖
10.(多选)如图是某二倍体植物通过花药进行单倍体育种的过程示意图，下列叙述不正确的是(　　)
图中过程②涉及细胞的分裂和分化，细胞进行有丝分裂
秋水仙素能促进着丝粒分裂，导致细胞染色体数目加倍
图中③过程为了促进生芽，可增加培养基中细胞分裂素的比例
过程④应将炼苗后的植株移栽到含有蔗糖和多种植物激素的基质上
11.(多选)(2023·镇江高二期末)辣椒素作为一种生物碱广泛应用于食品保健、医药工业等领域，其获得途径如图所示。下列叙述正确的是(　　)
过程①表示辣椒组织培养中细胞的脱分化，需避光处理
过程②中需用适宜配比的生长素和细胞分裂素溶液处理
实现①过程的前提是外植体细胞发生基因突变
图中脱毒苗和高产细胞系的获得都体现了植物细胞的全能性
12.(多选)(2024·江苏无锡期中)我国科学家通过原生质体融合技术将“HB”柚叶肉细胞原生质体和“Nova”橘柚愈伤组织原生质体融合为异源四倍体“NH”。“NH”非组蛋白乙酰化的差异使之具有偏向不同亲本的特征。下列叙述正确的是(　　)
“NH”细胞中叶绿体基因组来自“HB”柚和“Nova”橘柚
“NH”非组蛋白乙酰化的差异会导致蛋白质表达不一致
异源四倍体“NH”与优良二倍体品种杂交，可以获取无子三倍体
原生质体融合技术能有效克服生殖隔离，极大丰富柑橘属的基因库
13.(14分)(2023·江苏淮安期中)科学家将分离得到的成熟的胡萝卜韧皮部细胞进行如图所示实验，最终由单个细胞发育成了完整的植株。请回答下列问题。
(1)(5分)科学家所用的这种生物技术叫____________________。该项技术表明，当植物细胞处于________状态时，在一定的营养物质、________和其他外界环境条件下，可表现出________，发育成完整植株。
(2)(4分)图中B过程称为________，通过B过程产生的愈伤组织细胞与根韧皮部细胞的形态结构________ (填“相同”或“不同”)，其根本原因是____________________。
(3)(5分)某课外小组同学用胡萝卜的愈伤组织同时进行了两组实验：甲组培养基中含3%的蔗糖，乙组培养基中不含蔗糖，经灭菌后接种，每组实验再分成两小组，分别在光下和暗处培养。1个月后，观察愈伤组织细胞生长、分化情况，结果如表所示：
培养条件 甲组 乙组
光下 正常生长，分化 不生长，死亡
暗处 正常生长，不分化 不生长，死亡
由此得出的结论：①____________________________________________________；
②____________________。
课时精练7　植物细胞工程的应用
1.A　[植物的快速繁殖技术是利用植物组织培养技术实现种苗的快速繁殖，B、C、D错误。]
2.C　[这种繁殖方式属于无性繁殖，速度快、数量大，涉及有丝分裂而无减数分裂，A错误；该技术为植物组织培养技术，利用了植物细胞的全能性，而未利用细胞质膜的选择透过性，B错误；锻炼和驯化期间正午强光时，温度较高，可遮阴或温室培养以避免灼伤幼苗，C正确；对再生植株进行鉴定的原因是在培养过程中可能会发生变异，D错误。]
3.B　[图中X可以是试管苗的茎尖，植物生长点部位的病毒浓度很低甚至无病毒，可切取一定大小的茎尖进行组织培养，从而获得脱毒苗，A正确；利用茎尖分生组织能培养出无病毒且保持优良性状的幼苗，即脱毒苗，脱毒苗不等于抗毒苗，脱毒苗不能使植株具备抗病毒的能力，B错误；植物组织培养常用MS培养基，过程①、②所用的MS培养基需要添加生长素、细胞分裂素等植物激素，C正确；热处理脱毒的基本原理是利用病毒对热不稳定，一般在高于常温的温度下(35～40 ℃)，会钝化失活，而植物基本不受伤害，D正确。]
4.BC　[选用茎尖培养获得脱毒苗的原因是该部位的病毒浓度很低甚至无病毒，A错误；茎尖分生组织细胞具有分裂能力，细胞较小，没有成熟液泡，这些细胞由于含自由水少则不易形成冰晶，B正确；传统茎尖培养脱毒苗，取茎尖的大小与脱毒效果直接相关，茎尖越小，去病毒机会越大，而超低温冷冻脱毒法是通过超低温处理，大多数细胞受到了损伤而死亡，存活下来的仅有生长点的分生组织细胞，取材不受茎尖长度的限制，C正确；茎尖分生组织细胞的病毒极少，甚至无病毒，利用作物脱毒技术繁育的脱毒苗可能不带病毒，因此需要进行病毒检测后才能进行扩大繁殖，D错误。]
5.D　[若要从红豆杉细胞中提取抗癌物质紫杉醇，只需培养到愈伤组织阶段，不需培育出红豆杉幼苗，D错误。]
6.B　[利用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养技术，A错误；细胞产物的工厂化生产无法提高单个细胞代谢产物的含量，但可以通过培养得到更多细胞从而提高代谢产物的总量，C错误；进行细胞产物的工厂化生产的过程没有体现植物细胞的全能性，D错误。]
7.D　[灭菌会将花药和花粉杀死，导致实验失败，A错误；植物组织培养能将细胞培育为完整植株，植物的单倍体育种利用了植物组织培养技术，多倍体育种不需要，B错误；试管苗移栽到大田土壤前，通常需在经消过毒的珍珠岩或蛭石中进行炼苗，C错误；脱分化形成的愈伤组织先再分化出幼芽再转接到生根的培养基，两者的主要区别在于激素的比例不同，D正确。]
8.D　[若①是来自不同植物体细胞融合的杂种细胞，则其含有两个亲本的遗传物质，所以④可能出现不同植物的遗传特性，A正确；若①是花粉，经花粉离体培养，获得④(单倍体植株)，经人工诱导染色体加倍后一般可得到稳定遗传的品种，B正确；若①是人参细胞，则将其脱分化形成②(愈伤组织)，再进行扩大培养(植物细胞培养)可提高细胞产物人参皂苷的产量，C正确；若①是具有杂种优势的农作物细胞，用③进行繁育属于无性繁殖，不会发生性状分离，D错误。]
9.D　[①(接种)和②(脱分化)，不需要持续光照，A错误；③诱导生芽，④诱导生根，二者基因表达种类不同，水平不同，B错误；突变是不定向的，C错误；筛选出的优良突变株可以再进行快速繁殖，进而能保持亲本的优良遗传特性，D正确。]
10.ABD　[图中过程②是脱分化，细胞通过有丝分裂过程，实现细胞增殖，实质是细胞恢复分裂能力，无分化过程，A错误；秋水仙素能抑制纺锤体的形成，导致分裂后期染色体不能移向细胞两极，细胞染色体数目加倍，B错误；植物组织培养过程中需要利用生长素和细胞分裂素，在细胞分裂素浓度/生长素浓度的比值高的情况下，有利于芽的分化，C正确；过程④(炼苗)时应将植物在含蛭石或珍珠岩等环境中培养，然后移栽到普通土壤即可，D错误。]
11.AB　[过程②为再分化，通过调整生长素与细胞分裂素的比例来控制愈伤组织的分化方向，B正确；过程①为脱分化过程，脱分化过程的实质是细胞恢复分裂分化能力，不要求外植体细胞发生基因突变，C错误；脱毒苗的获得能够体现植物细胞的全能性，而高产细胞系的获得不能体现植物细胞的全能性，D错误。]
12.BC　[“Nova”橘柚愈伤组织原生质体没有叶绿体，因此“NH”细胞中叶绿体基因组只来自“HB”柚，A错误；“NH”非组蛋白乙酰化的差异会导致蛋白质表达不一致(即表观遗传)，使之具有偏向不同亲本的特征，B正确；异源四倍体“NH”与优良二倍体品种杂交，可以获取三倍体，由于该三倍体细胞内没有同源染色体，减数分裂过程中染色体联会紊乱，不能形成种子，故为无子三倍体，C正确；原生质体融合技术不能增加新基因，不能丰富柑橘属的基因库，D错误。]
13.(1)植物组织培养技术　离体　植物激素　全能性　(2)脱分化　不同　基因的选择性表达　(3)①愈伤组织生长、分化过程需要蔗糖　②光照能够促进细胞分化
解析　(1)将胡萝卜韧皮部细胞培育成完整新植株需要采用植物组织培养技术；当植物细胞处于离体状态时，在一定的营养物质、植物激素和其他外界条件的作用下，可表现出全能性，即植物细胞发育成完整植株的能力。(2)图中根韧皮部细胞形成愈伤组织的B过程为脱分化过程；愈伤组织是一团没有特定形态、结构和功能的薄壁细胞，愈伤组织细胞与根韧皮部细胞形态结构不同，两者不同的根本原因是不同细胞中基因表达的情况不同，即基因的选择性表达。(3)培养基中含有蔗糖时，细胞能生长和分化，而没有蔗糖时，细胞不生长，死亡，说明愈伤组织细胞生长、分化过程需要蔗糖；在光下培养时，细胞能分化，而在暗处培养时，细胞不能分化，说明光照能够促进细胞分化。

展开更多......

收起↑