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第39讲　植物细胞工程
[课标内容]　1.阐明植物组织培养是在一定条件下,将离体植物器官、组织或细胞等在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织,并重新分化,最终形成完整植株的过程。2.概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定条件下融合成杂种细胞,继而培育成新植物体的技术。3.举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢物生产、育种方式等有效提高了生产效率。
微考点大突破
考点一　植物组织培养技术
　
1.细胞工程的概念
细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法,通过细胞器、细胞或组织水平上的操作,有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
2.植物细胞的全能性
3.植物组织培养技术
(1)概念:将离体的__________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__________的技术。
(2)理论基础:植物细胞的__________。
(3)基本过程。
①脱分化:在一定的激素和营养等条件的诱导下,__________的细胞,失去其特有的结构和功能,转变成未分化的细胞的过程。
②愈伤组织:未分化的细胞形成的不定形的薄壁组织团块。
③再分化:愈伤组织重新分化形成__________等器官的过程。
提醒　①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。
②植物组织培养中所需的碳源一般为蔗糖,少数为葡萄糖和果糖,原因是蔗糖既可提供充足的碳源,又可维持相对适中的渗透压,而葡萄糖和果糖在与蔗糖提供相同数量碳源的前提下,其造成的渗透压可能过高。
(4)探究实践——菊花的组织培养。
(5)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
大于1 有利于______的分化、抑制_______的形成
小于1 有利于_______的分化,抑制________的形成
等于1 促进__________的生长
简记为:“高”根,“低”芽,“中”愈伤,如图所示:
(1)将植物叶肉细胞中的叶绿体转移到动物细胞中,不属于细胞工程。(源自选择性必修3 P31)()
(2)外植体用酒精消毒后,需要用流水冲洗后再用次氯酸钠溶液进行消毒处理。(选择性必修3 P36“探究·实践”)()
(3)培养基添加生长素和细胞分裂素后,愈伤组织一定能发育成完整的植株。(选择性必修3 P37“探究·实践”)()
长春新碱(VCR)是夹竹桃科植物长春花中提取出来的一种生物碱,具有高抗肿瘤活性。如图是科研人员利用长春花的叶柄或嫩叶作为外植体得到再生植株的方法,分析并回答下列问题:
(1)选用叶柄或嫩叶作为外植体,其原因是什么
答:____________________________________________。
(2)为什么说从繁殖方式上看,植物组织培养的繁殖方式是无性繁殖
答:____________________________________________。
(3)在植物组织培养的过程中,为什么要求无菌操作
答:____________________________________________。
能力　植物组织培养的过程分析(考查科学探究)
1.(2024·黑吉辽卷,T6)迷迭香酸具有多种药理活性。进行工厂化生产时,先诱导外植体形成愈伤组织,再进行细胞悬浮培养获得迷迭香酸,加入诱导剂茉莉酸甲酯可大幅提高产量。下列叙述错误的是(　　)
A.迷迭香顶端幼嫩的茎段适合用作外植体
B.诱导愈伤组织时需加入NAA和脱落酸
C.悬浮培养时需将愈伤组织打散成单个细胞或较小的细胞团
D.茉莉酸甲酯改变了迷迭香次生代谢产物的合成速率
2.(2025·长沙调研)红豆杉被称作“植物界的大熊猫”,紫杉醇是红豆杉合成的一种次生代谢物,虽然具有高抗癌活性,但在植物体中含量极低。
(1)为取代从天然植株中提取紫杉醇的方式,可通过植物组织培养和植物细胞培养技术来获取,其过程为:获取红豆杉外植体→消毒→诱导愈伤组织→细胞培养→提取紫杉醇。其中,获取的外植体消毒后诱导出愈伤组织的过程称为______________,在培养过程中主要添加__________这两种植物激素并通过调整比例来调控其培育过程。
(2)灵芝诱导子可能通过介导植物的防御反应来促进紫杉醇合成,在最佳诱导条件下对红豆杉进行细胞悬浮培养,结果如图1。
图1
PPO能催化酚类物质氧化,使其含量减少。PAL是紫杉醇形成途径中的关键酶。经灵芝诱导子处理后,PAL活性与对照相比明显上升。结合图1,在图2中的括号内填入“+”或“-”。
图2
(3)过去普遍认为紫杉醇通过抑制有丝分裂来发挥抗癌作用。用标准剂量紫杉醇治疗后对患者的乳腺癌细胞进行研究,结果如图3。
图3
[注]　有丝分裂指数代表细胞增殖的活跃程度。
以上实验结果__________(填“支持”或“不支持”)传统认知的紫杉醇抗癌机理,并说明理由:______________________________________。
(4)新的研究发现只有染色体不稳定性(简称“CIN”,即细胞分裂发生错误导致染色体不稳定)水平高的乳腺癌患者才对紫杉醇敏感,推测紫杉醇可能通过提高这类患者体内含多极纺锤体癌细胞的比例诱导癌细胞死亡。选择一种药物,结合必需的实验材料和试剂,补充实验进行验证。
药物a:能提高CIN水平,且抑制有丝分裂
药物b:能提高CIN水平,但不能抑制有丝分裂
药物c:不能提高CIN水平,但能抑制有丝分裂
将CIN水平低的乳腺癌细胞分为两组。其中对照组的处理方式为适量的紫杉醇溶液,实验组的处理方式为________________________________________。培养一段时间,结果显示实验组多极纺锤体癌细胞比例、癌细胞死亡率均高于对照组。
[注]　正常纺锤体是指固定于细胞两极的纺锤体,多极纺锤体是指固定于细胞三、四或者更多个极的纺锤体。
考点二　植物体细胞杂交技术及植物细胞工程的应用
　
1.植物体细胞杂交
(1)概念:将不同来源的植物体细胞,在一定条件下融合成__________,并把杂种细胞培育成新植物体的技术。
(2)操作流程。
①去壁:对应图中__________过程,即去除细胞壁,获得具有活力的原生质体,用到的酶是__________。
②诱导融合:对应图中__________过程。
ⅰ.原理:__________。
ⅱ.方法:物理法包括离心法、电融合法等;化学法包括__________(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等。
ⅲ.融合成功的标志:__________。
③培养:过程d是植物组织培养,其原理是__________。
(3)意义。
在打破__________,实现远缘杂交育种,培育植物新品种等方面展示出独特的优势。
2.植物细胞工程的应用
(1)植物繁殖的新途径。
(2)作物新品种的培育。
(3)细胞产物的工厂化生产。
提醒　①工厂化生产不一定要培养出植物体,一般培养到愈伤组织阶段,从培养愈伤组织细胞的培养液中就可提取细胞产物。
②通过培养能够产生对人们有利产物的细胞,从而获得大量的细胞产物。目前获得的产物主要有蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。
(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。(源自选择性必修3 P37)()
(2)植物体细胞杂交技术打破了生殖隔离,实现远缘杂交育种。(源自选择性必修3 P38)()
(3)以茎尖为材料通过组织培养获得的脱毒苗具有抗病毒的特点。(源自选择性必修3 P40)()
(4)单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。(源自选择性必修3 P40)()
(5)初生代谢和次生代谢在生物整个的生命过程中始终进行。(选择性必修3 P41“相关信息”)()
1.脱毒苗和抗毒苗是一回事吗 为什么
答:__________________________________________________________________。
2.不同物种之间存在着天然的生殖隔离,利用传统的有性杂交的方法很难得到杂种后代。科学家采用体细胞杂交的方法得到了“番茄—马铃薯”杂种植株。以下为植物体细胞杂交技术流程图,其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞,所含有的染色体组分别是AA和BB。
(1)将图中的甲和乙两种细胞去除细胞壁后诱导融合,若只考虑两两融合,可以形成哪几种融合细胞 符合要求的杂种细胞是哪种
答:____________________________________________。
(2)二倍体番茄和二倍体马铃薯体细胞杂交得到的“番茄—马铃薯”有多少个染色体组,是几倍体
答:______________________。
(3)从结果上看杂种植株在遗传上有什么特点 从杂种植株的染色体组成上看属于哪种变异类型
答:____________________________________________。
1.植物组织培养与植物体细胞杂交的比较
2.植物体细胞杂交和有性杂交的辨析
能力一　植物体细胞杂交过程分析(考查科学思维)
1.(2024·湖北卷,T11)植物甲抗旱、抗病性强,植物乙分蘖能力强、结实性好。科研人员通过植物体细胞杂交技术培育出兼有甲、乙优良性状的植物丙,过程如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.过程①中酶处理的时间差异,原因可能是两种亲本的细胞壁结构有差异
B.过程②中常采用灭活的仙台病毒或PEG诱导原生质体融合
C.过程④和⑤的培养基中均需要添加生长素和细胞分裂素
D.可通过分析植物丙的染色体,来鉴定其是否为杂种植株
2.(2025·泰安模拟)红豆杉能产生抗癌药物紫杉醇。为了培育产生紫杉醇的柴胡,科研人员将红豆杉(2n=24)与柴胡(2n=12)进行了不对称体细胞杂交。用一定剂量的紫外线照射红豆杉原生质体,破坏部分染色体,与未经紫外线照射的柴胡原生质体用化学诱导剂诱导融合,得到融合细胞。诱导融合后,科研人员只统计了7组染色体数目不大于24条的细胞,如表所示。红豆杉和柴胡的亲缘关系较远,两种植物细胞的染色体间排斥较为明显。下列叙述不正确的是(　　)
材料 融合细胞组号
1 2 3 4 5 6 7
染色体 数/条 9~11 12 12~14 12~16 13 14 24
A.将红豆杉愈伤组织和柴胡愈伤组织用纤维素酶和果胶酶分别处理,各自获得有活力的原生质体
B.筛选的目标细胞不包括染色体数目大于24条的细胞,因为柴胡细胞染色体数为12条,并且红豆杉细胞一个染色体组的染色体数为12条
C.判断组号为3、4、5、6、7的细胞可能为杂交细胞,并进一步采用PCR方法鉴定这几组细胞
D.应在能够高效合成紫杉醇的杂种细胞中选择红豆杉核基因含量较高的杂种细胞进行培养
能力二　植物细胞工程的应用(考查社会责任)
3.(2023·广东卷,T12)人参皂苷是人参的主要活性成分。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合,以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是(　　)
A.细胞融合前应去除细胞壁
B.高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合
C.融合的细胞即为杂交细胞
D.杂交细胞可能具有生长快速的优势
4.(2025·厦门模拟)甲植物具有由核基因控制的多种优良性状,远缘植物乙的细胞质中存在抗除草剂基因。科研人员通过如图所示途径培育出具有抗除草剂性状的优良品质丙。图中字母表示过程、数字序号表示细胞。
下列相关叙述正确的是 (　　)
A.过程A应置于高渗溶液中处理,再将①②诱导融合成③
B.过程B无需筛选鉴定,形成杂种细胞后即可接种到培养基中
C.过程C、D采用固体培养基,添加激素的种类和比例相同
D.杂种植物丙为二倍体,有的配子不含抗除草剂基因
微真题重体悟
　
1.(2024·浙江1月选考,T8)山药在生长过程中易受病毒侵害导致品质和产量下降。采用组织培养技术得到脱毒苗,可恢复其原有的优质高产特性,流程如图。下列操作不可行的是(　　)
外植体→愈伤组织→丛生芽→试管苗
A.选择芽尖作为外植体可减少病毒感染
B.培养基中加入抗生素可降低杂菌的污染
C.将丛生芽切割后进行继代培养可实现快速繁殖
D.提高生长素和细胞分裂素的比值可促进愈伤组织形成从生芽
2.(2023·山东卷,T14)利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖,可获得植物细胞的某些次生代谢物。下列说法正确的是(　　)
A.利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物
B.植物细胞体积小,故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产
C.次生代谢物是植物所必需的,但含量少,应选择产量高的细胞进行培养
D.该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量
3.(2021·北京卷,T7)研究者拟通过有性杂交的方法将簇毛麦(2n=14)的优良性状导入普通小麦(2n=42)中。用簇毛麦花粉给数以千计的小麦小花授粉,10天后只发现两个杂种幼胚,将其离体培养,产生愈伤组织,进而获得含28条染色体的大量杂种植株。下列叙述错误的是(　　)
A.簇毛麦与小麦之间存在生殖隔离
B.培养过程中幼胚细胞经过脱分化和再分化
C.杂种植株减数分裂时染色体能正常联会
D.杂种植株的染色体加倍后能产生可育植株
4.(2022·重庆卷,T15)植物体细胞通常被诱导为愈伤组织后才能表现全能性。研究发现,愈伤组织的中层细胞是根或芽再生的源头干细胞,其在不同条件下,通过基因的特异性表达调控生长素、细胞分裂素的作用,表现出不同的效应(如表)。已知生长素的生理作用大于细胞分裂素时有利于根的再生;反之,有利于芽的再生。下列推论不合理的是(　　)
条件 基因表达产物和相互作用 效应
① WOX5 维持未分化状态
② WOX5+PLT 诱导出根
③ WOX5+ARR2,抑制ARR5 诱导出芽
A.WOX5失活后,中层细胞会丧失干细胞特性
B.WOX5+PLT可能有利于愈伤组织中生长素的积累
C.ARR5促进细胞分裂素积累或提高细胞对细胞分裂素的敏感性
D.体细胞中生长素和细胞分裂素的作用可能相互抑制
5.(2023·浙江1月选考,T24)甲植物细胞核基因具有耐盐碱效应,乙植物细胞质基因具有高产效应。某研究小组用甲、乙两种植物细胞进行体细胞杂交相关研究,基本过程包括获取原生质体、诱导原生质体融合、筛选融合细胞、杂种植株再生和鉴定,最终获得高产耐盐碱再生植株。回答下列问题:
(1)根据研究目标,在甲、乙两种植物细胞进行体细胞杂交前,应检验两种植物的原生质体是否具备形成__________的能力。为了便于观察细胞融合的状况,通常用不同颜色的原生质体进行融合,若甲植物原生质体来自幼苗的根,则乙植物原生质体来自幼苗的__________。
(2)植物细胞壁的主要成分为__________和果胶,在获取原生质体时,常采用相应的酶进行去壁处理。在原生质体融合前,需对原生质体进行处理,分别使甲原生质体和乙原生质体的__________失活。对处理后的原生质体在显微镜下用__________计数,确定原生质体密度。两种原生质体1∶1混合后,通过添加适宜浓度的PEG进行融合;一定时间后,加入过量的培养基进行稀释,稀释的目的是____________________________________。
(3)将融合原生质体悬浮液和液态的琼脂糖混合,在凝固前倒入培养皿,融合原生质体分散固定在平板中,并独立生长、分裂形成愈伤组织。同一块愈伤组织所有细胞源于________________________________________。下列各项中能说明这些愈伤组织只能来自杂种细胞的理由是__________(多选,填选项字母)。
A.甲、乙原生质体经处理后失活,无法正常生长、分裂
B.同种融合的原生质体因甲或乙原生质体失活而不能生长、分裂
C.培养基含有抑制物质,只有杂种细胞才能正常生长、分裂
D.杂种细胞由于结构和功能完整可以生长、分裂
(4)愈伤组织经__________可形成胚状体或芽。胚状体能长出__________,直接发育形成再生植株。
(5)用PCR技术鉴定再生植株。已知甲植物细胞核具有特异性DNA序列a,乙植物细胞质具有特异性DNA序列b;M1、M2为序列a的特异性引物,N1、N2为序列b的特异性引物。完善实验思路:
①提取纯化再生植株的总DNA,作为PCR扩增的__________。
②将DNA提取物加入PCR反应体系,______________为特异性引物,扩增序列a;用同样的方法扩增序列b。
③得到的2个PCR扩增产物经__________后,若每个PCR扩增产物在凝胶中均出现了预期的__________个条带,则可初步确定再生植株来自杂种细胞。
第39讲　植物细胞工程
微考点·大突破
考点一
教材解读
2.分化成其他各种细胞　生物体的每个细胞中都含有发育成完整个体所需的全套基因　激素　温度和pH
3.(1)植物器官、组织或细胞　完整植株　(2)全能性　(3)植物器官、组织或细胞　愈伤组织　①已经分化　③芽、根　(4)①酒精　②酒精　次氯酸钠　培养皿　生根　(5)根　芽　芽　根　愈伤组织
教材基础辨析
　(1)×　(2)×　(3)×
教材素材拓展
提示　(1)叶柄或嫩叶分化程度低,全能性高,容易诱导形成愈伤组织,进而培养成完整植株
(2)植物组织培养是在细胞有丝分裂和细胞分化的基础上实现的,此过程并没有生殖细胞的产生,所以是无性繁殖
(3)培养物一旦受到微生物的污染,这些微生物会和外植体争夺培养基中的营养物质,并且产生大量对外植体有害的物质,导致外植体死亡
能力提升
1.B　解析　迷迭香顶端幼嫩的茎段分裂旺盛,适合用作外植体,A项正确;诱导愈伤组织时需要加入适当比例的生长素和细胞分裂素,B项错误;植物细胞培养需在离体条件下,对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖,C项正确;次生代谢不是生物生长所必需的,迷迭香酸是迷迭香的次生代谢产物,加入诱导剂茉莉酸甲酯可大幅提高产量,说明茉莉酸甲酯改变了迷迭香次生代谢产物的合成速率,D项正确。
2.答案　(1)脱分化　生长素和细胞分裂素
(2)
(3)不支持　紫杉醇处理后患者的有丝分裂指数高于对照组,说明紫杉醇并未抑制细胞的有丝分裂　(4)药物b和等量紫杉醇溶液
解析　(1)获取的外植体消毒后诱导出愈伤组织的过程称为脱分化,在培养过程中主要添加生长素和细胞分裂素这两种植物激素并通过调整比例来调控其培育过程。(2)由题图可知,灵芝诱导子抑制PPO活性,PPO能催化酚类物质氧化使其含量减少,因而灵芝诱导子在一定范围内能使酚类总量增加。PAL是紫杉醇形成途径中的关键酶,经灵芝诱导子处理后,PAL活性与对照相比明显上升,因此关系见答案图。(3)由题图可知,紫杉醇处理后患者的有丝分裂指数高于对照组,有丝分裂指数代表细胞增殖的活跃程度,说明紫杉醇并未抑制细胞的有丝分裂,以上实验结果不支持紫杉醇通过抑制有丝分裂来发挥抗癌作用。(4)只有染色体不稳定性(CIN)水平高的乳腺癌患者才对紫杉醇敏感,推测紫杉醇可能通过提高这类患者体内含多极纺锤体癌细胞的比例诱导癌细胞死亡。紫杉醇不抑制有丝分裂,因此应选择能提高CIN水平,但不能抑制有丝分裂的药物b进行处理,对照组用适量的紫杉醇处理,实验组使用药物b和等量的紫杉醇处理,药物b能提高CIN水平,增加细胞对紫杉醇的敏感性,诱导癌细胞死亡,对照组细胞CIN水平较低,细胞对紫杉醇的敏感性较低,癌细胞死亡数量少,因此培养一段时间,结果显示实验组多极纺锤体癌细胞比例、癌细胞死亡率均高于对照组。
考点二
教材解读
1.(1)杂种细胞　(2)①a　纤维素酶和果胶酶　②b　ⅰ.细胞膜的流动性　ⅱ.聚乙二醇　ⅲ.再生出细胞壁　③植物细胞的全能性　(3)生殖隔离
2.(1)①高效、快速地实现种苗的大量繁殖　②保持优良品种的遗传特性　植物顶端分生区附近(如茎尖)　(2)染色体变异　单倍体　纯合二倍体　①稳定遗传　②育种的年限　③体细胞诱变　遗传突变
基因突变　新基因　某些性状　(3)必需　植物细胞培养　生产速度快
教材基础辨析
　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×
教材素材拓展
1.提示　不是。脱毒苗是选择植物的顶端分生区(如茎尖)进行组织培养而获得的,属于细胞工程的范畴;抗毒苗是把某抗病毒基因导入受体细胞中,并通过一定的方法培养形成的,属于基因工程的范畴
2.提示　(1)可以形成3种融合细胞:甲甲、甲乙、乙乙。符合要求的是甲乙
(2)有四个染色体组,是四倍体
(3)从结果上看,杂种植株的遗传物质来自两个亲本,具有双亲的遗传性状。从染色体组成上看属于染色体数目变异
能力提升
1.B　解析　过程①为用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,过程①中酶处理的时间差异,原因可能是两种亲本的细胞壁结构有差异,A项正确;过程②中常采用聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法、离心法等诱导原生质体融合,灭活的仙台病毒常用于诱导动物细胞融合,B项错误;添加不同浓度的生长素和细胞分裂素能诱导愈伤组织的形成和分化,C项正确;可通过分析植物丙的染色体来鉴定其是否为杂种植株,D项正确。
2.D　解析　将红豆杉愈伤组织和柴胡愈伤组织用纤维素酶和果胶酶分别处理,去掉细胞壁,可以获得有活力的原生质体,A项正确;因为柴胡细胞染色体数为12条,并且红豆杉细胞一个染色体组的染色体数为12条,目标是筛选得到具有紫杉醇合成基因的柴胡,所以此杂种细胞理论应该包含全部柴胡染色体和一套红豆杉染色体(含有一个紫杉醇合成基因)即可,因此科研人员筛选的目标细胞不包括染色体数目大于24条的细胞,B项正确;柴胡细胞染色体数为12条,多余的染色体是其他细胞融合参与进去的,可判断组号为3、4、5、6、7的细胞可能为杂交细胞,C项正确;红豆杉和柴胡有远缘杂交不亲和障碍,两种植物细胞的染色体间排斥较为明显,应在能够高效合成紫杉醇的杂交细胞中选择红豆杉核基因含量较低的杂交细胞进行培养,D项错误。
3.C　解析　植物细胞的细胞壁会阻碍细胞的融合,故植物细胞融合前应去除细胞壁,A项正确;诱导植物细胞原生质体融合的方法有物理法、化学法,化学法包括PEG融合法、高Ca2+—高pH融合法等,B项正确;细胞融合时既有同种细胞的融合,也有不同种细胞的融合,后者才是所需要的杂交细胞,C项错误;杂交细胞具有双方的遗传物质,可能具有胡萝卜细胞生长快速的优势,D项正确。
4.D　解析　过程A为去除细胞壁的过程,该过程应置于等渗溶液中处理,而后再利用诱导融合的方法将①②诱导融合成③,再生出细胞壁为杂种细胞,A项错误;过程B获得的融合细胞未必都是由甲的细胞核和乙的细胞质融合形成的,因而需筛选鉴定,筛选出的杂种细胞即可接种到培养基中,B项错误;过程C、D分别为脱分化和再分化过程,这些过程需要在固体培养基中诱导产生,两过程中添加激素的种类和比例不同,C项错误;由于乙的细胞核失活,杂种植物丙为二倍体,形成配子时,细胞质中的抗除草剂基因随机分配,故有的配子不含抗除草剂基因,D项正确。
微真题·重体悟
1.D　解析　芽尖所含病毒少甚至不含病毒,利用芽尖组织培养可得到脱毒苗,A项正确;抗生素可以抑制杂菌生长,B项正确;将丛生芽切割后转移到新的培养基上继续进行扩大培养属于继代培养,使用此方法可以实现快速繁殖,C项正确;降低生长素和细胞分裂素的比值可促进丛生芽的形成,D项错误。
2.A　解析　某些次生代谢物合成过程很复杂,难以通过化学合成途径得到,而利用植物细胞培养技术可获得,A项正确;可以利用植物细胞培养技术大规模培养植物细胞,来大量获取次生代谢物,B项错误;次生代谢物不是植物生长所必需的,含量很低,C项错误;该技术主要通过促进细胞增殖,以提高次生代谢物的产量,D项错误。
3.C　解析　簇毛麦与普通小麦是两个物种,存在生殖隔离,A项正确;在将杂种幼胚离体培养时,幼胚先脱分化形成愈伤组织,继而再分化出根、茎和叶,长成新植株,B项正确;形成的新植株含28条染色体,其中有7条染色体来自簇毛麦,有21条染色体来自普通小麦,在减数分裂过程中,染色体不能正常联会,C项错误;杂种植株的染色体加倍后,每一条染色体都有与其相同的染色体,在减数分裂过程中,染色体可以正常联会,进而产生可育后代,D项正确。
4.C　解析　据题表可知,WOX5能维持未分化状态,若WOX5失活,中层细胞可能会丧失干细胞特性,A项不符合题意;由题干信息“已知生长素的生理作用大于细胞分裂素时有利于根的再生”,再结合题表可知,WOX5+PLT能诱导出根,推测WOX5+PLT可能有利于愈伤组织中生长素的积累,B项不符合题意;由题意可知,生长素的生理作用小于细胞分裂素时有利于芽的再生,再结合题表可知,抑制ARR5能诱导出芽,即ARR5被抑制时细胞分裂素的生理作用大于生长素的生理作用,故可推测ARR5抑制细胞分裂素积累或降低细胞对细胞分裂素的敏感性,C项符合题意;由题干信息可知,愈伤组织再生出芽或根取决于生长素与细胞分裂素的生理作用大小,推测体细胞中生长素和细胞分裂素的作用可能相互抑制,D项不符合题意。
5.答案　(1)再生植株　叶片　(2)纤维素　细胞质、细胞核　血细胞计数板　终止原生质体融合　(3)一个融合原生质体　ABD　(4)再分化　根和芽　(5)①模板　②M1、M2　③电泳　1
解析　(1)在甲、乙两种植物细胞进行体细胞杂交前,应检验两种植物的原生质体是否具备形成再生植株的能力。为了便于观察细胞融合的状况,通常用不同颜色的原生质体进行融合,若甲植物原生质体来自幼苗的根,则乙植物原生质体应来自幼苗的叶片(叶片细胞中含有叶绿体,叶片细胞的原生质体呈绿色)。(2)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。由于甲原生质体提供的是核基因,因此需使其细胞质失活;乙原生质体提供的是细胞质基因,因此需使其细胞核失活。可采用血细胞计数板对原生质体进行计数。加入过量的培养基可降低PEG浓度,终止原生质体融合。(3)由于融合原生质体分散固定在平板中,可独立生长、分裂形成愈伤组织,因此同一块愈伤组织所有细胞来源于一个融合原生质体。综合分析可知,甲原生质体的细胞质失活,乙原生质体的细胞核失活,因此,未发生融合的甲、乙原生质体,以及同种融合[甲(乙)原生质体与甲(乙)原生质体融合]的原生质体无法生长、分裂,A、B两项符合题意;杂种细胞的结构和功能完整,能够进行生长、分裂,D项符合题意。(4)愈伤组织经再分化能形成胚状体或芽。胚状体能长出根和芽,直接发育形成再生植株。(5)①提取纯化再生植株的总DNA,可作为PCR扩增的模板。②扩增序列a时所用的特异性引物是M1和M2。③PCR的扩增产物常用凝胶电泳进行鉴定。若在2个PCR扩增体系中能分别扩增出a序列和b序列,则将2个PCR扩增体系扩增的产物进行凝胶电泳后,可观察到1个凝胶中含a序列对应的1个条带,1个凝胶中含b序列对应的1个条带。(共79张PPT)
第39讲
第九单元　生物技术与工程
植物细胞工程
课
标
内
容
1.阐明植物组织培养是在一定条件下，将离体植物器官、组织或细胞等在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织，并重新分化，最终形成完整植株的过程。2.概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定条件下融合成杂种细胞，继而培育成新植物体的技术。3.举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢物生产、育种方式等有效提高了生产效率。
微考点 大突破
内容
索引
微真题 重体悟
考点一　植物组织培养技术
考点二　植物体细胞杂交技术及植物细胞工程的应用
考点一　植物组织培养技术
微考点/大突破
第一部分
1.细胞工程的概念
细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
2.植物细胞的全能性
分化成其他各种细胞
生物体的每个细胞中都含有发育成完整个体所需的全套基因
激素
温度和pH
3.植物组织培养技术
(1)概念：将离体的________________________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_________的技术。
(2)理论基础：植物细胞的________。
(3)基本过程。
植物器官、组织或细胞
完整植株
全能性
植物器官、组
织或细胞
愈伤
组织
①脱分化：在一定的激素和营养等条件的诱导下，___________的细胞，失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞的过程。
②愈伤组织：未分化的细胞形成的不定形的薄壁组织团块。
③再分化：愈伤组织重新分化形成________等器官的过程。
已经分化
芽、根
提醒　①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。
②植物组织培养中所需的碳源一般为蔗糖，少数为葡萄糖和果糖，原因是蔗糖既可提供充足的碳源，又可维持相对适中的渗透压，而葡萄糖和果糖在与蔗糖提供相同数量碳源的前提下，其造成的渗透压可能过高。
(4)探究实践——菊花的组织培养。
酒精
酒精
次氯酸钠
培养皿
生根
(5)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
大于1 有利于____的分化、抑制____的形成
小于1 有利于____的分化，抑制____的形成
等于1 促进__________的生长
根
芽
芽
根
愈伤组织
简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤，如图所示：

教材基础辨析
(1)将植物叶肉细胞中的叶绿体转移到动物细胞中，不属于细胞工 程。(源自选择性必修3 P31)( )
(2)外植体用酒精消毒后，需要用流水冲洗后再用次氯酸钠溶液进行消毒处理。(选择性必修3 P36“探究·实践”)( )
(3)培养基添加生长素和细胞分裂素后，愈伤组织一定能发育成完整的植株。(选择性必修3 P37“探究·实践”)( )
×
×
×
教材素材拓展
长春新碱(VCR)是夹竹桃科植物长春花中提取出来的一种生物碱，具有高抗肿瘤活性。如图是科研人员利用长春花的叶柄或嫩叶作为外植体得到再生植株的方法，分析并回答下列问题：
(1)选用叶柄或嫩叶作为外植体，其原因是什么
答：_______________________________________________________
_____________________。
(2)为什么说从繁殖方式上看，植物组织培养的繁殖方式是无性繁殖
答：_______________________________________________________
_____________________________________________。
叶柄或嫩叶分化程度低，全能性高，容易诱导形成愈伤组织，进而培养成完整植株
植物组织培养是在细胞有丝分裂和细胞分化的基础上实现的，此过程并没有生殖细胞的产生，所以是无性繁殖
(3)在植物组织培养的过程中，为什么要求无菌操作
答：_______________________________________________________
__________________________________________________________________。
培养物一旦受到微生物的污染，这些微生物会和外植体争夺培养基中的营养物质，并且产生大量对外植体有害的物质，导致外植体死亡
能力　植物组织培养的过程分析(考查科学探究)
1.(2024·黑吉辽卷，T6)迷迭香酸具有多种药理活性。进行工厂化生产时，先诱导外植体形成愈伤组织，再进行细胞悬浮培养获得迷迭香 酸，加入诱导剂茉莉酸甲酯可大幅提高产量。下列叙述错误的是(　　)
A.迷迭香顶端幼嫩的茎段适合用作外植体
B.诱导愈伤组织时需加入NAA和脱落酸
C.悬浮培养时需将愈伤组织打散成单个细胞或较小的细胞团
D.茉莉酸甲酯改变了迷迭香次生代谢产物的合成速率
迷迭香顶端幼嫩的茎段分裂旺盛，适合用作外植体，A项正确；诱导愈伤组织时需要加入适当比例的生长素和细胞分裂素，B项错误；植物细胞培养需在离体条件下，对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖，C项正确；次生代谢不是生物生长所必需 的，迷迭香酸是迷迭香的次生代谢产物，加入诱导剂茉莉酸甲酯可大幅提高产量，说明茉莉酸甲酯改变了迷迭香次生代谢产物的合成速率，D项正确。
解析
2.(2025·长沙调研)红豆杉被称作“植物界的大熊猫”，紫杉醇是红豆杉合成的一种次生代谢物，虽然具有高抗癌活性，但在植物体中含量极低。
(1)为取代从天然植株中提取紫杉醇的方式，可通过植物组织培养和植物细胞培养技术来获取，其过程为：获取红豆杉外植体→消毒→诱导愈伤组织→细胞培养→提取紫杉醇。其中，获取的外植体消毒后诱导出愈伤组织的过程称为____________，在培养过程中主要添加____________________这两种植物激素并通过调整比例来调控其培育过程。
脱分化
生长素和细胞分裂素
(2)灵芝诱导子可能通过介导植物的防御反应来促进紫杉醇合成，在最佳诱导条件下对红豆杉进行细胞悬浮培养，结果如图1。
PPO能催化酚类物质氧化，使其含量减少。PAL是紫杉醇形成途径中的关键酶。经灵芝诱导子处理后，PAL活性与对照相比明显上升。结合图1，在图2中的括号内填入“+”或“-”。
-
-
+
(3)过去普遍认为紫杉醇通过抑制有丝分裂来发挥抗癌作用。用标准剂量紫杉醇治疗后对患者的乳腺癌细胞进行研究，结果如图3。

[注]　有丝分裂指数代表细胞增殖的活跃程度。
以上实验结果________(填“支持”或“不支持”)传统认知的紫杉醇抗癌机理，并说明理由：_________________________________________
________________________________________________________。
(4)新的研究发现只有染色体不稳定性(简称“CIN”，即细胞分裂发生错误导致染色体不稳定)水平高的乳腺癌患者才对紫杉醇敏感，推测紫杉醇可能通过提高这类患者体内含多极纺锤体癌细胞的比例诱导癌细胞死亡。选择一种药物，结合必需的实验材料和试剂，补充实验进行验证。
不支持
紫杉醇处理后患者的有丝分裂指数高于对照组，说明紫杉醇并未抑制细胞的有丝分裂
药物a：能提高CIN水平，且抑制有丝分裂
药物b：能提高CIN水平，但不能抑制有丝分裂
药物c：不能提高CIN水平，但能抑制有丝分裂
将CIN水平低的乳腺癌细胞分为两组。其中对照组的处理方式为适量的紫杉醇溶液，实验组的处理方式为_________________________。培养一段时间，结果显示实验组多极纺锤体癌细胞比例、癌细胞死亡率均高于对照组。
[注]　正常纺锤体是指固定于细胞两极的纺锤体，多极纺锤体是指固定于细胞三、四或者更多个极的纺锤体。
药物b和等量紫杉醇溶液
(1)获取的外植体消毒后诱导出愈伤组织的过程称为脱分化，在培养过程中主要添加生长素和细胞分裂素这两种植物激素并通过调整比例来调控其培育过程。(2)由题图可知，灵芝诱导子抑制PPO活性，PPO能催化酚类物质氧化使其含量减少，因而灵芝诱导子在一定范围内能使酚类总量增加。PAL是紫杉醇形成途径中的关键酶，经灵芝诱导子处理后，PAL活性与对照相比明显上升，因此关系见答案图。(3)由题图可知，紫杉醇处理后患者的有丝分裂
解析
指数高于对照组，有丝分裂指数代表细胞增殖的活跃程度，说明紫杉醇并未抑制细胞的有丝分裂，以上实验结果不支持紫杉醇通过抑制有丝分裂来发挥抗癌作用。(4)只有染色体不稳定性(CIN)水平高的乳腺癌患者才对紫杉醇敏感，推测紫杉醇可能通过提高这类患者体内含多极纺锤体癌细胞的比例诱导癌细胞死亡。紫杉醇不抑制有丝分裂，因此应选择能提高CIN水平，但不能抑制有丝分裂的药物b进行处理，对照组用适量的紫杉醇处理，实验组使用
解析
药物b和等量的紫杉醇处理，药物b能提高CIN水平，增加细胞对紫杉醇的敏感性，诱导癌细胞死亡，对照组细胞CIN水平较低，细胞对紫杉醇的敏感性较低，癌细胞死亡数量少，因此培养一段时间，结果显示实验组多极纺锤体癌细胞比例、癌细胞死亡率均高于对照组。
解析
考点二　植物体细胞杂交技术及植物细胞
工程的应用
微考点/大突破
第一部分
1.植物体细胞杂交
(1)概念：将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成_________
_____，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。
(2)操作流程。
杂种细
胞
①去壁：对应图中________过程，即去除细胞壁，获得具有活力的原生质体，用到的酶是____________________。
②诱导融合：对应图中________过程。
ⅰ.原理：_________________。
ⅱ.方法：物理法包括离心法、电融合法等；化学法包括___________
(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等。
ⅲ.融合成功的标志：______________。
③培养：过程d是植物组织培养，其原理是____________________。
a
纤维素酶和果胶酶
b
细胞膜的流动性
聚乙二醇
再生出细胞壁
植物细胞的全能性
(3)意义。
在打破__________，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。
生殖隔离
2.植物细胞工程的应用
(1)植物繁殖的新途径。
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
植物顶端分生区附近(如茎尖)
(2)作物新品种的培育。
染色体变异
单倍体
纯合二倍体
稳定遗传
育种的年限
体细胞诱变
遗传突
变
基因突变
新基因
某些性状
(3)细胞产物的工厂化生产。
必需
植物细胞培养
生产速度快
提醒　①工厂化生产不一定要培养出植物体，一般培养到愈伤组织阶段，从培养愈伤组织细胞的培养液中就可提取细胞产物。
②通过培养能够产生对人们有利产物的细胞，从而获得大量的细胞产物。目前获得的产物主要有蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。
教材基础辨析
(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。 (源自选择性必修3 P37)( )
(2)植物体细胞杂交技术打破了生殖隔离，实现远缘杂交育种。(源自选择性必修3 P38)( )
(3)以茎尖为材料通过组织培养获得的脱毒苗具有抗病毒的特点。(源自选择性必修3 P40)( )
×
√
×
(4)单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。(源自选择性必修3 P40)( )
(5)初生代谢和次生代谢在生物整个的生命过程中始终进行。(选择性必修3 P41“相关信息”)( )
×
×
教材素材拓展
1.脱毒苗和抗毒苗是一回事吗 为什么
答：_______________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________。
不是。脱毒苗是选择植物的顶端分生区(如茎尖)进行组织培养而获得的，属于细胞工程的范畴；抗毒苗是把某抗病毒基因导入受体细胞中，并通过一定的方法培养形成的，属于基因工程的范畴
2.不同物种之间存在着天然的生殖隔离，利用传统的有性杂交的方法很难得到杂种后代。科学家采用体细胞杂交的方法得到了“番茄—马铃薯”杂种植株。以下为植物体细胞杂交技术流程图，其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞，所含有的染色体组分别是AA和BB。
(1)将图中的甲和乙两种细胞去除细胞壁后诱导融合，若只考虑两两融合，可以形成哪几种融合细胞 符合要求的杂种细胞是哪种
答：_______________________________________________________
_____。
可以形成3种融合细胞：甲甲、甲乙、乙乙。符合要求的是甲乙
(2)二倍体番茄和二倍体马铃薯体细胞杂交得到的“番茄—马铃薯”有多少个染色体组，是几倍体
答：____________________________________________________。
(3)从结果上看杂种植株在遗传上有什么特点 从杂种植株的染色体组成上看属于哪种变异类型
答：_______________________________________________________
_____________________________________________。
有四个染色体组，是四倍体
从结果上看，杂种植株的遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传性状。从染色体组成上看属于染色体数目变异
1.植物组织培养与植物体细胞杂交的比较
2.植物体细胞杂交和有性杂交的辨析
能力一　植物体细胞杂交过程分析(考查科学思维)
1.(2024·湖北卷，T11)植物甲抗旱、抗病性强，植物乙分蘖能力强、结实性好。科研人员通过植物体细胞杂交技术培育出兼有甲、乙优良性状的植物丙，过程如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.过程①中酶处理的时间差异，原因可能是两种亲本的细胞壁结构有差异
B.过程②中常采用灭活的仙台病毒或PEG诱导原生质体融合
C.过程④和⑤的培养基中均需要添加生长素和细胞分裂素
D.可通过分析植物丙的染色体，来鉴定其是否为杂种植株
过程①为用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，过程①中酶处理的时间差异，原因可能是两种亲本的细胞壁结构有差异，A项正确；过程②中常采用聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法、离心法等诱导原生质体融合，灭活的仙台病毒常用于诱导动物细胞融合，B项错误；添加不同浓度的生长素和细胞分裂素能诱导愈伤组织的形成和分化，C项正确；可通过分析植物丙的染色体来鉴定其是否为杂种植株，D项正确。
解析
2.(2025·泰安模拟)红豆杉能产生抗癌药物紫杉醇。为了培育产生紫杉醇的柴胡，科研人员将红豆杉(2n=24)与柴胡(2n=12)进行了不对称体细胞杂交。用一定剂量的紫外线照射红豆杉原生质体，破坏部分染色体，与未经紫外线照射的柴胡原生质体用化学诱导剂诱导融合，得到融合细胞。诱导融合后，科研人员只统计了7组染色体数目不大于24条的细胞，如表所示。红豆杉和柴胡的亲缘关系较远，两种植物细胞的染色体间排斥较为明显。下列叙述不正确的是( )
材料 融合细胞组号
1 2 3 4 5 6 7
染色体 数/条 9~11 12 12~14 12~16 13 14 24
A.将红豆杉愈伤组织和柴胡愈伤组织用纤维素酶和果胶酶分别处理,各自获得有活力的原生质体
B.筛选的目标细胞不包括染色体数目大于24条的细胞，因为柴胡细胞染色体数为12条，并且红豆杉细胞一个染色体组的染色体数为12条
C.判断组号为3、4、5、6、7的细胞可能为杂交细胞，并进一步采用PCR方法鉴定这几组细胞
D.应在能够高效合成紫杉醇的杂种细胞中选择红豆杉核基因含量较高的杂种细胞进行培养
将红豆杉愈伤组织和柴胡愈伤组织用纤维素酶和果胶酶分别处理,去掉细胞壁，可以获得有活力的原生质体，A项正确；因为柴胡细胞染色体数为12条，并且红豆杉细胞一个染色体组的染色体数为12条，目标是筛选得到具有紫杉醇合成基因的柴胡，所以此杂种细胞理论应该包含全部柴胡染色体和一套红豆杉染色体(含有一个紫杉醇合成基因)即可，因此科研人员筛选的目标细胞不包括染色体数目大于24条的细胞，B项正确；柴胡细胞染色体数为12条,
解析
多余的染色体是其他细胞融合参与进去的，可判断组号为3、4、
5、6、7的细胞可能为杂交细胞，C项正确；红豆杉和柴胡有远缘杂交不亲和障碍，两种植物细胞的染色体间排斥较为明显，应在能够高效合成紫杉醇的杂交细胞中选择红豆杉核基因含量较低的杂交细胞进行培养，D项错误。
解析
能力二　植物细胞工程的应用(考查社会责任)
3.(2023·广东卷，T12)人参皂苷是人参的主要活性成分。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合，以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是(　　)
A.细胞融合前应去除细胞壁
B.高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合
C.融合的细胞即为杂交细胞
D.杂交细胞可能具有生长快速的优势
植物细胞的细胞壁会阻碍细胞的融合，故植物细胞融合前应去除细胞壁，A项正确；诱导植物细胞原生质体融合的方法有物理 法、化学法，化学法包括PEG融合法、高Ca2+—高pH融合法等，B项正确；细胞融合时既有同种细胞的融合，也有不同种细胞的融合，后者才是所需要的杂交细胞，C项错误；杂交细胞具有双方的遗传物质，可能具有胡萝卜细胞生长快速的优势，D项正确。
解析
4.(2025·厦门模拟)甲植物具有由核基因控制的多种优良性状，远缘植物乙的细胞质中存在抗除草剂基因。科研人员通过如图所示途径培育出具有抗除草剂性状的优良品质丙。图中字母表示过程、数字序号表示细胞。
下列相关叙述正确的是(　　)
A.过程A应置于高渗溶液中处理，再将①②诱导融合成③
B.过程B无需筛选鉴定，形成杂种细胞后即可接种到培养基中
C.过程C、D采用固体培养基，添加激素的种类和比例相同
D.杂种植物丙为二倍体，有的配子不含抗除草剂基因
过程A为去除细胞壁的过程，该过程应置于等渗溶液中处理，而后再利用诱导融合的方法将①②诱导融合成③，再生出细胞壁为杂种细胞，A项错误；过程B获得的融合细胞未必都是由甲的细胞核和乙的细胞质融合形成的，因而需筛选鉴定，筛选出的杂种细胞即可接种到培养基中，B项错误；过程C、D分别为脱分化和再分化过程，这些过程需要在固体培养基中诱导产生，两过程中添加激素的种类和比例不同，C项错误；由于乙的细胞核失活，杂种植物丙为二倍体，形成配子时，细胞质中的抗除草剂基因随机分配，故有的配子不含抗除草剂基因，D项正确。
解析
微真题/重体悟
第二部分
1.(2024·浙江1月选考，T8)山药在生长过程中易受病毒侵害导致品质和产量下降。采用组织培养技术得到脱毒苗，可恢复其原有的优质高产特性，流程如图。下列操作不可行的是(　　)
外植体→愈伤组织→丛生芽→试管苗
A.选择芽尖作为外植体可减少病毒感染
B.培养基中加入抗生素可降低杂菌的污染
C.将丛生芽切割后进行继代培养可实现快速繁殖
D.提高生长素和细胞分裂素的比值可促进愈伤组织形成从生芽
芽尖所含病毒少甚至不含病毒，利用芽尖组织培养可得到脱毒 苗，A项正确；抗生素可以抑制杂菌生长，B项正确；将丛生芽切割后转移到新的培养基上继续进行扩大培养属于继代培养，使用此方法可以实现快速繁殖，C项正确；降低生长素和细胞分裂素的比值可促进丛生芽的形成，D项错误。
解析
2.(2023·山东卷，T14)利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖，可获得植物细胞的某些次生代谢 物。下列说法正确的是(　　)
A.利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物
B.植物细胞体积小，故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产
C.次生代谢物是植物所必需的，但含量少，应选择产量高的细胞进行培养
D.该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量
某些次生代谢物合成过程很复杂，难以通过化学合成途径得到，而利用植物细胞培养技术可获得，A项正确；可以利用植物细胞培养技术大规模培养植物细胞，来大量获取次生代谢物，B项错误；次生代谢物不是植物生长所必需的，含量很低，C项错误；该技术主要通过促进细胞增殖，以提高次生代谢物的产量，D项错误。
解析
3.(2021·北京卷，T7)研究者拟通过有性杂交的方法将簇毛麦(2n=14)的优良性状导入普通小麦(2n=42)中。用簇毛麦花粉给数以千计的小麦小花授粉，10天后只发现两个杂种幼胚，将其离体培养，产生愈伤组织，进而获得含28条染色体的大量杂种植株。下列叙述错误的是(　　)
A.簇毛麦与小麦之间存在生殖隔离
B.培养过程中幼胚细胞经过脱分化和再分化
C.杂种植株减数分裂时染色体能正常联会
D.杂种植株的染色体加倍后能产生可育植株
簇毛麦与普通小麦是两个物种，存在生殖隔离，A项正确；在将杂种幼胚离体培养时，幼胚先脱分化形成愈伤组织，继而再分化出根、茎和叶，长成新植株，B项正确；形成的新植株含28条染色体，其中有7条染色体来自簇毛麦，有21条染色体来自普通小 麦，在减数分裂过程中，染色体不能正常联会，C项错误；杂种植株的染色体加倍后，每一条染色体都有与其相同的染色体，在减数分裂过程中，染色体可以正常联会，进而产生可育后代，D项正确。
解析
4.(2022·重庆卷，T15)植物体细胞通常被诱导为愈伤组织后才能表现全能性。研究发现，愈伤组织的中层细胞是根或芽再生的源头干细胞，其在不同条件下，通过基因的特异性表达调控生长素、细胞分裂素的作用，表现出不同的效应(如表)。已知生长素的生理作用大于细胞分裂素时有利于根的再生；反之，有利于芽的再生。下列推论不合理的是(　　)
A.WOX5失活后，中层细胞会丧失干细胞特性
B.WOX5+PLT可能有利于愈伤组织中生长素的积累
C.ARR5促进细胞分裂素积累或提高细胞对细胞分裂素的敏感性
D.体细胞中生长素和细胞分裂素的作用可能相互抑制
条件 基因表达产物和相互作用 效应
① WOX5 维持未分化状态
② WOX5+PLT 诱导出根
③ WOX5+ARR2，抑制ARR5 诱导出芽
据题表可知，WOX5能维持未分化状态，若WOX5失活，中层细胞可能会丧失干细胞特性，A项不符合题意；由题干信息“已知生长素的生理作用大于细胞分裂素时有利于根的再生”，再结合题表可知，WOX5+PLT能诱导出根，推测WOX5+PLT可能有利于愈伤组织中生长素的积累，B项不符合题意；由题意可知，生长素的生理作用小于细胞分裂素时有利于芽的再生，再结合题表可知，抑制ARR5能诱导出芽，即ARR5被抑制时细胞分裂素的生理作用
解析
大于生长素的生理作用，故可推测ARR5抑制细胞分裂素积累或降低细胞对细胞分裂素的敏感性，C项符合题意；由题干信息可 知，愈伤组织再生出芽或根取决于生长素与细胞分裂素的生理作用大小，推测体细胞中生长素和细胞分裂素的作用可能相互抑 制，D项不符合题意。
解析
5.(2023·浙江1月选考，T24)甲植物细胞核基因具有耐盐碱效应，乙植物细胞质基因具有高产效应。某研究小组用甲、乙两种植物细胞进行体细胞杂交相关研究，基本过程包括获取原生质体、诱导原生质体融合、筛选融合细胞、杂种植株再生和鉴定，最终获得高产耐盐碱再生植株。回答下列问题：
(1)根据研究目标，在甲、乙两种植物细胞进行体细胞杂交前，应检验两种植物的原生质体是否具备形成_________的能力。为了便于观察细胞融合的状况，通常用不同颜色的原生质体进行融合，若甲植物原生质体来自幼苗的根，则乙植物原生质体来自幼苗的______。
再生植株
叶片
(2)植物细胞壁的主要成分为________和果胶，在获取原生质体时，常采用相应的酶进行去壁处理。在原生质体融合前，需对原生质体进行处理，分别使甲原生质体和乙原生质体的________________失活。对处理后的原生质体在显微镜下用______________计数，确定原生质体密度。两种原生质体1∶1混合后，通过添加适宜浓度的PEG进行融合；一定时间后，加入过量的培养基进行稀释，稀释的目的是____________________。
纤维素
细胞质、细胞核
血细胞计数板
终止原生质体融合
(3)将融合原生质体悬浮液和液态的琼脂糖混合，在凝固前倒入培养皿，融合原生质体分散固定在平板中，并独立生长、分裂形成愈伤组织。同一块愈伤组织所有细胞源于__________________。下列各项中能说明这些愈伤组织只能来自杂种细胞的理由是________(多 选，填选项字母)。
一个融合原生质体
ABD
A.甲、乙原生质体经处理后失活，无法正常生长、分裂
B.同种融合的原生质体因甲或乙原生质体失活而不能生长、分裂
C.培养基含有抑制物质，只有杂种细胞才能正常生长、分裂
D.杂种细胞由于结构和功能完整可以生长、分裂
(4)愈伤组织经________可形成胚状体或芽。胚状体能长出_______，直接发育形成再生植株。
再分化
根和芽
(5)用PCR技术鉴定再生植株。已知甲植物细胞核具有特异性DNA序列a，乙植物细胞质具有特异性DNA序列b；M1、M2为序列a的特异性引物，N1、N2为序列b的特异性引物。完善实验思路：
①提取纯化再生植株的总DNA，作为PCR扩增的________。
②将DNA提取物加入PCR反应体系，____________为特异性引物，扩增序列a；用同样的方法扩增序列b。
③得到的2个PCR扩增产物经________后，若每个PCR扩增产物在凝胶中均出现了预期的________个条带，则可初步确定再生植株来自杂种细胞。
模板
M1、M2
电泳
1
(1)在甲、乙两种植物细胞进行体细胞杂交前，应检验两种植物的原生质体是否具备形成再生植株的能力。为了便于观察细胞融合的状况，通常用不同颜色的原生质体进行融合，若甲植物原生质体来自幼苗的根，则乙植物原生质体应来自幼苗的叶片(叶片细胞中含有叶绿体，叶片细胞的原生质体呈绿色)。(2)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。由于甲原生质体提供的是核基因，因此需使其细胞质失活；乙原生质体提供的是细胞质基因，因此需使
解析
其细胞核失活。可采用血细胞计数板对原生质体进行计数。加入过量的培养基可降低PEG浓度，终止原生质体融合。(3)由于融合原生质体分散固定在平板中，可独立生长、分裂形成愈伤组织，因此同一块愈伤组织所有细胞来源于一个融合原生质体。综合分析可知，甲原生质体的细胞质失活，乙原生质体的细胞核失活，因此，未发生融合的甲、乙原生质体，以及同种融合[甲(乙)原生质体与甲(乙)原生质体融合]的原生质体无法生长、分裂，A、B两
解析
项符合题意；杂种细胞的结构和功能完整，能够进行生长、分 裂，D项符合题意。(4)愈伤组织经再分化能形成胚状体或芽。胚状体能长出根和芽，直接发育形成再生植株。(5)①提取纯化再生植株的总DNA，可作为PCR扩增的模板。②扩增序列a时所用的特异性引物是M1和M2。③PCR的扩增产物常用凝胶电泳进行鉴 定。若在2个PCR扩增体系中能分别扩增出a序列和b序列，则将2个PCR扩增体系扩增的产物进行凝胶电泳后，可观察到1个凝胶中含a序列对应的1个条带，1个凝胶中含b序列对应的1个条带。
解析课时微练(三十九)　植物细胞工程
　
一、选择题:本题共10小题,在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的
1.(2023·河北卷,T13)植物细胞悬浮培养是将单个细胞或细胞团进行液体培养增殖的技术。下列叙述错误的是(　　)
A.植物细胞悬浮培养的培养基须经无菌处理
B.经纤维素酶和果胶酶充分处理后,植物细胞团分散为单个完整的悬浮细胞
C.为使悬浮细胞正常生长,培养基须保持适当的温度、pH和渗透压
D.利用悬浮培养技术生产次生代谢物,可减少植物资源的消耗
2.(2023·江苏卷,T13)研究者通过体细胞杂交技术,探索利用条斑紫菜和拟线紫菜培育杂种紫菜。下列相关叙述正确的是(　　)
A.从食用紫菜的动物消化道内提取蛋白酶,用于去除细胞壁
B.原生质体需在低渗溶液中长期保存,以防止过度失水而死亡
C.检测原生质体活力时可用苯酚品红或甲紫溶液处理,活的原生质体被染色
D.聚乙二醇促进原生质体融合后,以叶绿体颜色等差异为标志可识别杂种细胞
3.(2022·辽宁卷,T14)蓝莓细胞富含花青素等多酚类化合物。在蓝莓组织培养过程中,外植体切口处细胞被破坏,多酚类化合物被氧化成褐色醌类化合物,这一过程称为褐变。褐变会引起细胞生长停滞甚至死亡,导致蓝莓组织培养失败。下列叙述错误的是(　　)
A.花青素通常存在于蓝莓细胞的液泡中
B.适当增加培养物转移至新鲜培养基的频率以减少褐变
C.在培养基中添加合适的抗氧化剂以减少褐变
D.宜选用蓝莓成熟叶片为材料制备外植体
4.(2024·甘肃卷,T15)兰州百合栽培过程中易受病毒侵染,造成品质退化。某研究小组尝试通过组织培养技术获得脱毒苗,操作流程如图。下列叙述正确的是(　　)
A.①为脱分化过程,1号培养基中的愈伤组织是排列规则的薄壁组织团块
B.②为再分化过程,愈伤组织细胞分化时可能会发生基因突变或基因重组
C.3号培养基用于诱导生根,其细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值大于1
D.百合分生区附近的病毒极少,甚至无病毒,可以作为该研究中的外植体
5.(2020·山东卷,T13)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
6.(2025·石家庄模拟)青霉菌(真菌)发酵为高耗氧过程,透明颤菌(细菌)可通过在低氧条件下高表达血红蛋白以促进氧气供应和增强细胞呼吸。如图为将透明颤菌的血红蛋白引入青霉菌的方案示意图。下列说法错误的是(　　)
A.处理①②中都可以用溶菌酶去除细胞壁
B.处理③可用电融合法或者聚乙二醇融合法
C.处理④需将融合细胞接种在缺乏甲硫氨酸和精氨酸的培养基上
D.为验证方案是否成功可在低氧条件下培养杂种菌株并检测其密度
7.(2025·武汉联考)如图是玉米育种过程示意图,下列叙述正确的是(　　)
A.过程①和②都需要固体培养基,培养过程中都不需要避光
B.过程②和③为单倍体育种,单倍体植株B矮小且高度不育
C.植株A盛花期遇强降雨,喷洒适宜浓度IAA不能减少损失
D.若植株A的基因型为AaBb,则植株B的基因型有4种
8.(2025·宜春模拟)利用山金柑愈伤组织细胞(2N)和早花柠檬叶肉细胞(2N)进行体细胞杂交可以得到高品质的杂种植株。如图是对某杂种植株核DNA和线粒体DNA的来源进行鉴定的结果。下列分析正确的是(　　)
A.该实验中,诱导原生质体融合有多种手段,包括物理法、化学法和灭活病毒诱导法
B.细胞融合后获得的融合原生质体需放在无菌蒸馏水中以防杂菌污染
C.可通过比较融合后细胞的颜色进行初步筛选
D.杂种细胞经过组织培养得到的杂种植株是多倍体
9.(2025·西安模拟)不对称体细胞杂交法可以将一个亲本的部分染色体或染色体上的某些片段转移到另一个亲本的体细胞内,获得不对称杂种植株。大剂量的X射线能随机破坏染色体结构,使其发生断裂、易位、染色体消除等。下列叙述正确的是(　　)
A.获取亲本原生质体时,需在蔗糖浓度低于细胞液浓度的缓冲液中进行
B.可用X射线照射、高Ca2+—高pH处理等方式诱导两亲本原生质体融合
C.与转基因技术相比,该法可转移控制优良性状的多基因甚至是未知基因
D.不对称体细胞杂交法存在的变异是定向的,不需对杂种植株进行大量筛选
10.(2025·连云港质检)科研人员研究了不同浓度的聚乙二醇(PEG)对沙打旺和紫花苜蓿原生质体融合率的影响,实验结果如图。异源融合率是指不同种的原生质体发生融合的概率,已知PEG浓度较高时对细胞具有毒害作用。下列相关叙述不正确的是(　　)
A.除了用PEG诱导融合之外还可用电融合法、离心法、高Ca2+—高pH融合法等
B.可利用不同缺陷型的突变体细胞之间的互补作用将杂种细胞筛选出来
C.本实验中,不同PEG浓度下同源融合率均大于异源融合率
D.实验结果显示诱导紫花苜蓿与沙打旺原生质体融合的最佳PEG浓度为40%
二、非选择题
11.(2020·天津卷,T15)某植物有A、B两品种。科研人员在设计品种A组织培养实验时,参照品种B的最佳激素配比(如表)进行预实验。
品种B组织 培养阶段 细胞分裂素 浓度(μmol/L) 生长素浓度 (μmol/L)
Ⅰ　诱导形成愈伤组织 m1 n1
Ⅱ　诱导形成幼芽 m2 n2
Ⅲ　诱导生根 m3 n3
据表回答下列问题:
(1)Ⅰ阶段时通常选择茎尖、幼叶等作为外植体,原因是________________________________________。
(2)在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段中发生基因选择性表达的是_______阶段。
(3)为确定品种A的Ⅰ阶段的最适细胞分裂素浓度,参照品种B的激素配比(m1>2.0),以0.5 μmol/L为梯度,设计5个浓度水平的实验,细胞分裂素最高浓度应设为_________μmol/L。
(4)Ⅲ阶段时,科研人员分别选用浓度低于或高于n3 μmol/L的生长素处理品种A幼芽都能达到最佳生根效果,原因是处理幼芽时,选用低浓度生长素时的处理方法为____________,选用高浓度生长素时的处理方法为___________________。
(5)在_______阶段用秋水仙素对材料进行处理,最易获得由单个细胞形成的多倍体。
12.(科学探究)甜叶菊为多年生菊科草本植物,所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右,现在使用的甜菊糖甙,就是以甜叶菊的外植体为原料,运用现代生物技术提取、精制而成的一种纯天然的卡路里低、甜度高的新型高档甜味剂。回答下列问题:
外植体 愈伤组织 甜味菊植株 甜味菊叶片 提取甜菊糖 精制甜菊糖甙
(1)植物组织培养过程中,启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素是__________________________。
(2)过程②需要给予适当光照的原因是____________________________________________________________________。
(3)经研究发现甜叶菊田间蚜虫喜聚集于植株新芽、刺吸汁液,受害叶片卷曲、畸形,造成甜叶菊严重减产。某科研人员从苏云金杆菌中获取Bt抗虫蛋白基因,并将其导入甜叶菊叶肉细胞,培育出抗虫的甜叶菊,过程如图。
①通过PCR扩增Bt抗虫蛋白基因时,通常选择下列_______(填选项字母)组合作为引物对。
A.5'—CTACTG—3'和5'—ATCCGC—3'
B.5'—CTACTG—3'和5'—GCGGAT—3'
C.5'—CAGTAG—3'和5'—ATCCGC—3'
D.5'—GTCATC—3'和5'—ATGGCG—3'
②培养基A和培养基B分别添加的抗生素是__________________________,从筛选结果分析,含有Bt抗虫蛋白基因的菌落是_______,原因是____________________________________________________________________。
课时微练(三十九)　植物细胞工程
1.B　解析　为防止杂菌污染,植物细胞悬浮培养中的外植体需要消毒,培养基及培养器具需要灭菌处理,A项正确;纤维素酶和果胶酶处理后,植物细胞去除细胞壁,获得原生质体,B项错误;由于植物细胞的次生代谢物含量很低,从植物组织中提取会大量破坏植物资源,利用植物细胞悬浮培养技术生产次生代谢物,可减少对植物资源的消耗,D项正确。
2.D　解析　紫菜细胞壁的主要成分为多糖(纤维素、果胶),蛋白酶不能用于去除细胞壁,A项错误;原生质体没有细胞壁,获得的原生质体若处在低渗溶液中,会吸水涨破,B项错误;苯酚品红或甲紫溶液主要用于染色体的染色,检测原生质体活力时常用台盼蓝染色,活的原生质体不能被染色,C项错误;两种紫菜细胞的叶绿体颜色不同,聚乙二醇作为诱导剂可促进原生质体融合,对于杂种细胞可以叶绿体颜色等差异为标志来进行识别,D项正确。
易错警示　题中所述两种紫菜的叶绿体因色素的含量不同而呈现不同的颜色,故可在显微镜下观察叶绿体的颜色来识别杂种细胞。
3.D　解析　花青素等多酚类化合物通常存在于植物细胞的液泡中,在不同pH条件下使花和果实呈现不同的颜色,A项正确;在组织培养过程中,适当增加培养物转移至新鲜培养基的频率,可以剔除易褐变的细胞,减轻多酚类物质对培养物的毒害作用,B项正确;培养基中添加合适的抗氧化剂可以抑制多酚类化合物被氧化成褐色醌类化合物,从而减少褐变,C项正确;蓝莓成熟叶片分化程度高,不易脱分化,D项错误。
4.D　解析　在脱分化过程中,1号培养基中的愈伤组织是排列不规则的薄壁组织团块,A项错误;愈伤组织细胞分化时可能会发生基因突变,但基因重组发生在减数分裂过程中,而愈伤组织细胞的形成过程是有丝分裂,所以不会发生基因重组,B项错误;3号培养基用于诱导生根,其细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值应该小于1,C项错误;百合分生区附近的病毒极少,甚至无病毒,因此可以作为该研究中的外植体,D项正确。
易错警示　器官发生途径和体细胞胚发生途径
器官发生途径为外植体→愈伤组织→激素诱导出组织器官(可以先诱导出芽,再诱导出根)→完整植株;体细胞胚发生途径为外植体→愈伤组织→激素诱导出胚状体→完整植株。
5.C　解析　分析题图可知,①过程是去除植物细胞的细胞壁,该过程需要使用纤维素酶和果胶酶处理细胞,A项正确;结合题干信息分析,过程②的目的是使中间偃麦草原生质体中的染色体发生断裂,断裂后的染色体片段可能保留在杂种植株中,从而可能培养出耐盐小麦,B项正确;过程③是原生质体融合的过程,而灭活的病毒用于动物细胞融合,C项错误;结合题干信息和题图中②的处理,可推断耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段,D项正确。
6.A　解析　透明颤菌属于细菌,细胞壁的成分主要是肽聚糖,可用溶菌酶去除细胞壁,但青霉菌是真菌,细胞壁成分主要是几丁质,不能用溶菌酶去除细胞壁,A项错误;处理③可用物理法电融合法或化学法聚乙二醇等诱导融合,B项正确;处理④在缺乏甲硫氨酸和精氨酸的培养基上培养融合细胞,能够生长的即为杂种菌株,C项正确;青霉菌(真菌)发酵为高耗氧过程,透明颤菌(细菌)可通过在低氧条件下高表达血红蛋白以促进氧气供应和增强细胞呼吸,为验证方案是否成功可在低氧条件下培养杂种菌株并检测其密度,D项正确。
7.C　解析　过程①是芽尖细胞植物组织培养获得幼苗1,过程②是花药离体培养获得幼苗2,两个培养过程中培养初期都需避光,A项错误;单倍体育种包括花药离体培养、秋水仙素处理等步骤,B项错误;植株A盛花期遇强降雨,影响授粉,不能产生种子,喷洒适宜浓度IAA也不能产生种子,不能减少损失,C项正确;若植株A的基因型为AaBb,两对基因不一定位于两对同源染色体上,则植株B的基因型不一定为4种,D项错误。
8.C　解析　该实验中,诱导原生质体融合有多种手段,包括物理法、化学法,灭活病毒用于诱导动物细胞融合,A项错误;细胞融合后获得的融合原生质体需放在无菌的等渗的甘露醇溶液中以防杂菌污染,同时防止原生质体吸水涨破,B项错误;愈伤组织细胞不含叶绿体,叶肉细胞含有叶绿体,所以可通过比较融合后细胞的颜色进行初步筛选,C项正确;杂种植株的核基因来自早花柠檬,经过组织培养得到的杂种植株是二倍体,D项错误。
9.C　解析　获取亲本原生质体时,需在蔗糖浓度等于(或略大于)细胞液浓度的缓冲液中进行,若在低浓度的蔗糖溶液中进行,会导致原生质体吸水涨破,A项错误。X射线照射不能诱导两亲本原生质体融合,B项错误。不对称体细胞杂交法可以将一个亲本的部分染色体或染色体上的某些片段转移到另一个亲本的体细胞内,因此与转基因技术相比,在向目标生物转移外源基因方面,不对称体细胞杂交技术的优点在于可转移控制优良性状的多基因甚至是未知基因;缺点在于只能在植物之间进行,并且变异具有不定向性,需大量筛选,C项正确、D项错误。
10.D　解析　同源融合率=总融合率-异源融合率,分析题图可知,不同PEG浓度下同源融合率均大于异源融合率,C项正确;实验结果显示诱导紫花苜蓿与沙打旺原生质体融合的最佳PEG浓度是35%,因为该浓度下总融合率较低,但异源融合率高,同时PEG浓度相对较低,对细胞的毒害作用较小,D项错误。
11.答案　(1)细胞分化程度低,容易诱导产生愈伤组织　(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
(3)m1+1.0　(4)浸泡法(长时间处理)　沾蘸法(短时间处理)　(5)Ⅰ
解析　(1)在植物组织培养时,一般选茎尖、幼叶等作为外植体的原因是这些部位的细胞分化程度低,容易诱导其脱分化形成愈伤组织。(2)细胞分化的实质是基因的选择性表达,在形成愈伤组织、幼芽、根的过程中都有细胞分化,所以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段都发生了基因的选择性表达。(3)为了确定品种A的Ⅰ阶段细胞分裂素的最适浓度,以品种B的激素配比为参照,m1>2.0,以0.5 μmol/L为梯度设计5个浓度水平实验,即m1-1.0、m1-0.5、m1、m1+0.5、m1+1.0,所以最高浓度为m1+1.0。(4)生长素处理幼芽生根的方法有很多,比较简单的两类方法是浸泡法和沾蘸法,前者是把幼芽浸泡在配好的生长素溶液中,要求生长素溶液的浓度较低;后者是要求幼芽在浓度较高的生长素溶液中蘸一下,处理时间较短。(5)秋水仙素诱导多倍体的原理主要是抑制纺锤体的形成,导致染色体不能移向两极,从而引起染色体数目加倍,形成多倍体。Ⅰ阶段形成愈伤组织的过程中细胞发生了脱分化,分裂能力较强,所以更易获得多倍体。
12.答案　(1)细胞分裂素和生长素　(2)叶绿素的合成需要光照
(3)①B　②潮霉素、氨苄青霉素　2、4　导入重组质粒的农杆菌能在含有潮霉素的培养基上生长,但不能在含有氨苄青霉素的培养基上生长
解析　(1)启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素是细胞分裂素和生长素。(2)过程②需要给予适当光照的原因是叶绿素的合成需要光照。(3)①题图所示碱基序列磷酸端为5'端,羟基端为3'端,在进行PCR操作时,根据图中两端序列,通常选择5'—GCGGAT—3'(上面链的引物)和5'—CTACTG—3'(下面链的引物)作为引物对,B项符合题意。②重组质粒因插入Bt抗虫蛋白基因使氨苄青霉素抗性基因被破坏,含重组质粒的农杆菌不能在含氨苄青霉素培养基中生长,而含有一般质粒和重组质粒的农杆菌都可以在含潮霉素培养基中生长,故培养基A和培养基B分别添加的抗生素是潮霉素和氨苄青霉素;2、4菌落能在培养基A中生长不能在培养基B中生长,原因是导入重组质粒的农杆菌能在含有潮霉素的培养基上生长,但不能在含有氨苄青霉素的培养基上生长。(共40张PPT)
植物细胞工程
课时微练(三十九)
一、选择题：本题共10小题，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的
1.(2023·河北卷，T13)植物细胞悬浮培养是将单个细胞或细胞团进行液体培养增殖的技术。下列叙述错误的是( )
A.植物细胞悬浮培养的培养基须经无菌处理
B.经纤维素酶和果胶酶充分处理后，植物细胞团分散为单个完整的悬浮细胞
C.为使悬浮细胞正常生长，培养基须保持适当的温度、pH和渗透压
D.利用悬浮培养技术生产次生代谢物，可减少植物资源的消耗
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为防止杂菌污染，植物细胞悬浮培养中的外植体需要消毒，培养基及培养器具需要灭菌处理，A项正确；纤维素酶和果胶酶处理后，植物细胞去除细胞壁，获得原生质体，B项错误；由于植物细胞的次生代谢物含量很低，从植物组织中提取会大量破坏植物资源，利用植物细胞悬浮培养技术生产次生代谢物，可减少对植物资源的消耗，D项正确。
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2.(2023·江苏卷，T13)研究者通过体细胞杂交技术，探索利用条斑紫菜和拟线紫菜培育杂种紫菜。下列相关叙述正确的是( )
A.从食用紫菜的动物消化道内提取蛋白酶，用于去除细胞壁
B.原生质体需在低渗溶液中长期保存，以防止过度失水而死亡
C.检测原生质体活力时可用苯酚品红或甲紫溶液处理，活的原生质体被染色
D.聚乙二醇促进原生质体融合后，以叶绿体颜色等差异为标志可识别杂种细胞
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紫菜细胞壁的主要成分为多糖(纤维素、果胶)，蛋白酶不能用于去除细胞壁，A项错误；原生质体没有细胞壁，获得的原生质体若处在低渗溶液中，会吸水涨破，B项错误；苯酚品红或甲紫溶液主要用于染色体的染色,检测原生质体活力时常用台盼蓝染色，活的原生质体不能被染色，C项错误；两种紫菜细胞的叶绿体颜色不同，聚乙二醇作为诱导剂可促进原生质体融合，对于杂种细胞可以叶绿体颜色等差异为标志来进行识别，D项正确。
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易错警示　题中所述两种紫菜的叶绿体因色素的含量不同而呈现不同的颜色，故可在显微镜下观察叶绿体的颜色来识别杂种细胞。
3.(2022·辽宁卷，T14)蓝莓细胞富含花青素等多酚类化合物。在蓝莓组织培养过程中，外植体切口处细胞被破坏，多酚类化合物被氧化成褐色醌类化合物，这一过程称为褐变。褐变会引起细胞生长停滞甚至死亡，导致蓝莓组织培养失败。下列叙述错误的是( )
A.花青素通常存在于蓝莓细胞的液泡中
B.适当增加培养物转移至新鲜培养基的频率以减少褐变
C.在培养基中添加合适的抗氧化剂以减少褐变
D.宜选用蓝莓成熟叶片为材料制备外植体
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花青素等多酚类化合物通常存在于植物细胞的液泡中，在不同pH条件下使花和果实呈现不同的颜色，A项正确；在组织培养过程中，适当增加培养物转移至新鲜培养基的频率，可以剔除易褐变的细胞，减轻多酚类物质对培养物的毒害作用，B项正确；培养基中添加合适的抗氧化剂可以抑制多酚类化合物被氧化成褐色醌类化合物,从而减少褐变，C项正确；蓝莓成熟叶片分化程度高，不易脱分化，D项错误。
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A.①为脱分化过程，1号培养基中的愈伤组织是排列规则的薄壁组织团块
B.②为再分化过程，愈伤组织细胞分化时可能会发生基因突变或基因重组
C.3号培养基用于诱导生根，其细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值大于1
D.百合分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，可以作为该研究中的外植体
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在脱分化过程中，1号培养基中的愈伤组织是排列不规则的薄壁组织团块，A项错误；愈伤组织细胞分化时可能会发生基因突变，但基因重组发生在减数分裂过程中，而愈伤组织细胞的形成过程是有丝分裂，所以不会发生基因重组，B项错误；3号培养基用于诱导生根，其细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值应该小于1，C项错误；百合分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此可以作为该研究中的外植体，D项正确。
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易错警示　器官发生途径和体细胞胚发生途径
器官发生途径为外植体→愈伤组织→激素诱导出组织器官(可以先诱导出芽，再诱导出根)→完整植株；体细胞胚发生途径为外植体→愈伤组织→激素诱导出胚状体→完整植株。
5.(2020·山东卷，T13)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，过程如图所示。下列说法错误的是( )
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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
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分析题图可知，①过程是去除植物细胞的细胞壁，该过程需要使用纤维素酶和果胶酶处理细胞，A项正确；结合题干信息分析，过程②的目的是使中间偃麦草原生质体中的染色体发生断裂，断裂后的染色体片段可能保留在杂种植株中，从而可能培养出耐盐小麦，B项正确；过程③是原生质体融合的过程，而灭活的病毒用于动物细胞融合,C项错误；结合题干信息和题图中②的处理，可推断耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段，D项正确。
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6.(2025·石家庄模拟)青霉菌(真菌)发酵为高耗氧过程，透明颤菌(细菌)可通过在低氧条件下高表达血红蛋白以促进氧气供应和增强细胞呼吸。如图为将透明颤菌的血红蛋白引入青霉菌的方案示意图。下列说法错误的是( )
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A.处理①②中都可以用溶菌酶去除细胞壁
B.处理③可用电融合法或者聚乙二醇融合法
C.处理④需将融合细胞接种在缺乏甲硫氨酸和精氨酸的培养基上
D.为验证方案是否成功可在低氧条件下培养杂种菌株并检测其密度
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透明颤菌属于细菌，细胞壁的成分主要是肽聚糖，可用溶菌酶去除细胞壁，但青霉菌是真菌，细胞壁成分主要是几丁质，不能用溶菌酶去除细胞壁，A项错误；处理③可用物理法电融合法或化学法聚乙二醇等诱导融合，B项正确；处理④在缺乏甲硫氨酸和精氨酸的培养基上培养融合细胞，能够生长的即为杂种菌株，C项正确；青霉菌(真菌)发酵为高耗氧过程，透明颤菌(细菌)可通过在低氧条件下高表达血红蛋白以促进氧气供应和增强细胞呼吸,为验证方案是否成功可在低氧条件下培养杂种菌株并检测其密度,D项正确。
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7.(2025·武汉联考)如图是
玉米育种过程示意图，下
列叙述正确的是( )
A.过程①和②都需要固体
培养基，培养过程中都不
需要避光
B.过程②和③为单倍体育种，单倍体植株B矮小且高度不育
C.植株A盛花期遇强降雨，喷洒适宜浓度IAA不能减少损失
D.若植株A的基因型为AaBb，则植株B的基因型有4种
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过程①是芽尖细胞植物组织培养获得幼苗1，过程②是花药离体培养获得幼苗2，两个培养过程中培养初期都需避光，A项错误；单倍体育种包括花药离体培养、秋水仙素处理等步骤，B项错误；植株A盛花期遇强降雨，影响授粉，不能产生种子，喷洒适宜浓度IAA也不能产生种子，不能减少损失，C项正确；若植株A的基因型为AaBb，两对基因不一定位于两对同源染色体上，则植株B的基因型不一定为4种，D项错误。
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8.(2025·宜春模拟)利用山金柑愈伤组织细胞(2N)和早花柠檬叶肉细胞(2N)进行体细胞杂交可以得到高品质的杂种植株。如图是对某杂种植株核DNA和线粒体DNA的来源进行鉴定的结果。下列分析正确的是( )
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A.该实验中，诱导原生质体融合有多种手段，包括物理法、化学法和灭活病毒诱导法
B.细胞融合后获得的融合原生质体需放在无菌蒸馏水中以防杂菌污染
C.可通过比较融合后细胞的颜色进行初步筛选
D.杂种细胞经过组织培养得到的杂种植株是多倍体
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该实验中,诱导原生质体融合有多种手段，包括物理法、化学法，灭活病毒用于诱导动物细胞融合，A项错误；细胞融合后获得的融合原生质体需放在无菌的等渗的甘露醇溶液中以防杂菌污染，同时防止原生质体吸水涨破，B项错误；愈伤组织细胞不含叶绿体，叶肉细胞含有叶绿体，所以可通过比较融合后细胞的颜色进行初步筛选，C项正确；杂种植株的核基因来自早花柠檬，经过组织培养得到的杂种植株是二倍体，D项错误。
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9.(2025·西安模拟)不对称体细胞杂交法可以将一个亲本的部分染色体或染色体上的某些片段转移到另一个亲本的体细胞内，获得不对称杂种植株。大剂量的X射线能随机破坏染色体结构，使其发生断裂、易位、染色体消除等。下列叙述正确的是( )
A.获取亲本原生质体时，需在蔗糖浓度低于细胞液浓度的缓冲液中进行
B.可用X射线照射、高Ca2+—高pH处理等方式诱导两亲本原生质体融合
C.与转基因技术相比，该法可转移控制优良性状的多基因甚至是未知基因
D.不对称体细胞杂交法存在的变异是定向的，不需对杂种植株进行大量筛选
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获取亲本原生质体时，需在蔗糖浓度等于(或略大于)细胞液浓度的缓冲液中进行，若在低浓度的蔗糖溶液中进行，会导致原生质体吸水涨破，A项错误。X射线照射不能诱导两亲本原生质体融合，B项错误。不对称体细胞杂交法可以将一个亲本的部分染色体或染色体上的某些片段转移到另一个亲本的体细胞内，因此与转基因技术相比，在向目标生物转移外源基因方面，不对称体细胞杂交技术的优点在于可转移控制优良性状的多基因甚至是未知基因；缺点在于只能在植物之间进行，并且变异具有不定向性，需大量筛选，C项正确、D项错误。
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10.(2025·连云港质检)科研人员研究了不同浓度的聚乙二醇(PEG)对沙打旺和紫花苜蓿原生质体融合率的影响，实验结果如图。异源融合率是指不同种的原生质体发生融合的概率，已知PEG浓度较高时对细胞具有毒害作用。下列相关叙述不正确的是( )
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A.除了用PEG诱导融合之外还可用电融合法、离心法、高Ca2+—高pH融合法等
B.可利用不同缺陷型的突变体细胞之间的互补作用将杂种细胞筛选出来
C.本实验中，不同PEG浓度下同源融合率均大于异源融合率
D.实验结果显示诱导紫花苜蓿与沙打旺原生质体融合的最佳PEG浓度为40%
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同源融合率=总融合率-异源融合率，分析题图可知，不同PEG浓度下同源融合率均大于异源融合率，C项正确；实验结果显示诱导紫花苜蓿与沙打旺原生质体融合的最佳PEG浓度是35%，因为该浓度下总融合率较低，但异源融合率高，同时PEG浓度相对较低，对细胞的毒害作用较小，D项错误。
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二、非选择题
11.(2020·天津卷，T15)某植物有A、B两品种。科研人员在设计品种A组织培养实验时，参照品种B的最佳激素配比(如表)进行预实验。
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品种B组织 培养阶段 细胞分裂素 浓度(μmol/L) 生长素浓度
(μmol/L)
Ⅰ　诱导形成愈伤组织 m1 n1
Ⅱ　诱导形成幼芽 m2 n2
Ⅲ　诱导生根 m3 n3
据表回答下列问题:
(1)Ⅰ阶段时通常选择茎尖、幼叶等作为外植体，原因是___________
____________________________。
(2)在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段中发生基因选择性表达的是___________阶段。
(3)为确定品种A的Ⅰ阶段的最适细胞分裂素浓度，参照品种B的激素配比(m1>2.0)，以0.5 μmol/L为梯度，设计5个浓度水平的实验，细胞分裂素最高浓度应设为_____________μmol/L。
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细胞分化程度低，容易诱导产生愈伤组织
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
m1+1.0
(4)Ⅲ阶段时，科研人员分别选用浓度低于或高于n3 μmol/L的生长素处理品种A幼芽都能达到最佳生根效果，原因是处理幼芽时，选用低浓度生长素时的处理方法为_____________________，选用高浓度生长素时的处理方法为___________________。
(5)在________阶段用秋水仙素对材料进行处理，最易获得由单个细胞形成的多倍体。
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浸泡法(长时间处理)
沾蘸法(短时间处理)
Ⅰ
(1)在植物组织培养时，一般选茎尖、幼叶等作为外植体的原因是这些部位的细胞分化程度低，容易诱导其脱分化形成愈伤组织。(2)细胞分化的实质是基因的选择性表达，在形成愈伤组织、幼
芽、根的过程中都有细胞分化，所以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段都发生了基因的选择性表达。(3)为了确定品种A的Ⅰ阶段细胞分裂素的最适浓度，以品种B的激素配比为参照，m1>2.0，以0.5 μmol/L为梯度设计5个浓度水平实验，即m1-1.0、m1-0.5、m1、m1+0.5、m1+1.0,
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所以最高浓度为m1+1.0。(4)生长素处理幼芽生根的方法有很多，比较简单的两类方法是浸泡法和沾蘸法，前者是把幼芽浸泡在配好的生长素溶液中，要求生长素溶液的浓度较低；后者是要求幼芽在浓度较高的生长素溶液中蘸一下，处理时间较短。(5)秋水仙素诱导多倍体的原理主要是抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向两极，从而引起染色体数目加倍，形成多倍体。Ⅰ阶段形成愈伤组织的过程中细胞发生了脱分化，分裂能力较强，所以更易获得多倍体。
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12.(科学探究)甜叶菊为多年生菊科草本植物，所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右，现在使用的甜菊糖甙，就是以甜叶菊的外植体为原料，运用现代生物技术提取、精制而成的一种纯天然的卡路里低、甜度高的新型高档甜味剂。回答下列问题:
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(1)植物组织培养过程中，启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素是______________________。
(2)过程②需要给予适当光照的原因是________________________。
细胞分裂素和生长素
叶绿素的合成需要光照
(3)经研究发现甜叶菊田间蚜虫喜聚集于植株新芽、刺吸汁液，受害叶片卷曲、畸形，造成甜叶菊严重减产。某科研人员从苏云金杆菌中获取Bt抗虫蛋白基因，并将其导入甜叶菊叶肉细胞，培育出抗虫的甜叶菊，过程如图。
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①通过PCR扩增Bt抗虫蛋白基因时，通常选择下列________(填选项字母)组合作为引物对。
A.5'—CTACTG—3'和5'—ATCCGC—3'
B.5'—CTACTG—3'和5'—GCGGAT—3'
C.5'—CAGTAG—3'和5'—ATCCGC—3'
D.5'—GTCATC—3'和5'—ATGGCG—3'
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B
②培养基A和培养基B分别添加的抗生素是_____________________，从筛选结果分析，含有Bt抗虫蛋白基因的菌落是_________，原因是_________________________________________________________________________________________。
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潮霉素、氨苄青霉素
2、4
导入重组质粒的农杆菌能在含有潮霉素的培养基上生长，但不能在含有氨苄青霉素的培养基上生长
(1)启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素是细胞分裂素和生长素。(2)过程②需要给予适当光照的原因是叶绿素的合成需要光照。(3)①题图所示碱基序列磷酸端为5'端，羟基端为3'端，在进行PCR操作时，根据图中两端序列，通常选择5'—GCGGAT—3'(上面链的引物)和5'—CTACTG—3'(下面链的引物)作为引物对，B项符合题意。②重组质粒因插入Bt抗虫蛋白基因使氨苄青霉素抗性基因被破坏，含重组质粒的农杆菌不能在含氨苄青霉素培养基中
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生长，而含有一般质粒和重组质粒的农杆菌都可以在含潮霉素培养基中生长，故培养基A和培养基B分别添加的抗生素是潮霉素和氨苄青霉素；2、4菌落能在培养基A中生长不能在培养基B中生长,原因是导入重组质粒的农杆菌能在含有潮霉素的培养基上生长，但不能在含有氨苄青霉素的培养基上生长。
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