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第35讲　植物细胞工程
[课程导学]
内容要求 4.1.植物细胞工程包括组织培养和体细胞杂交等技术。
与旧教材对比 增：①玉米单倍体育种流程图；②外植体；③初、次生代谢概念。删：①人工种子；②植物生长调节剂在组织培养中的作用。改：①细胞全能性的概念；②胡萝卜组织培养改为菊花组织培养。
考点一　植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术
1．细胞工程的概念
2．细胞的全能性
　植物细胞具有全能性的原因
一般生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的全套遗传信息，即都有发育成完整个体所必需的全部遗传信息。
3．植物组织培养技术
(1)条件和结果
　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。
(2)培养过程：接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽、生根―→完整植株。
①脱分化：已经分化的细胞，经过脱分化，即失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。
②再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官。
　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。
4．植物体细胞杂交技术
(1)概念：将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。
(2)操作流程
　植物体细胞杂交属于无性生殖。
(3)意义
植物体细胞杂交技术在打破生殖隔离，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。
(1)植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性。(　　)
(2)在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中，不会发生细胞的增殖和分化。(　　)
(3)愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的。(　　)
(4)用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体失去了全能性。(　　)
(5)再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志。(　　)
(6)植物体细胞杂交过程要用到植物组织培养。(　　)
(7)植物组织培养中，培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√　(7)√
1．(选择性必修3 P36注意)(1)实验中使用的培养基和所有的器械都要________。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的器械都要________。
(2)接种时注意外植体的方向，不要________。
(3)诱导愈伤组织期间一般________光照，在后续的培养过程中，每日________给予适当时间和强度的光照。
提示：(1)灭菌　灭菌　(2)倒插　(3)不需要　需要
2．(选择性必修3 P38拓展应用)为什么“番茄—马铃薯”杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上结番茄、地下长马铃薯？________________________________________________________________________。
提示：主要原因是生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以“番茄—马铃薯”杂种植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达
3．(选择性必修3 P116附录1)(1)诱导菊花愈伤组织的培养基：在MS培养基中加入________(苄基腺嘌呤)和________(萘乙酸)，质量浓度均为0.5 mg/L。
(2)诱导菊花生芽的培养基：在MS培养基中加入BA和NAA，质量浓度分别为2～3 mg/L和0.02～0.3 mg/L。
(3)诱导菊花生根的培养基：将上述MS培养基中NH4NO3、KNO3、KH2PO4、MgSO4·7H2O和CaCl2·2H2O的用量减半，并添加________或________(吲哚乙酸)，质量浓度均为0.1 mg/L。
提示：(1)BA　NAA　(3)NAA　IAA
1．不同细胞的全能性比较
(1)体细胞全能性：分化程度低的>分化程度高的；细胞分裂能力强的>细胞分裂能力弱的。
(2)不同细胞的全能性：受精卵>生殖细胞>体细胞。
(3)不同生物的细胞全能性：植物细胞>动物细胞。
(4)全能性与细胞分化的关系：一般情况下，随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。
2．植物激素对植物组织培养的影响
(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
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 细胞既分裂也分化
同时使用 分化频率提高
简记：先“生”分裂不分化，后“生”分裂又分化，同“使”分化频率高
(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
生长素/细胞分裂素 植物细胞的发育方向
比值高 有利于根的分化、抑制芽的形成
比值低 有利于芽的分化、抑制根的形成
比值适中 促进愈伤组织的形成
简记：“高”根，“低”芽，“中”愈伤
3.植物体细胞杂交与植物有性杂交中遗传物质的变化
设白菜细胞含2x条染色体，2个染色体组；甘蓝细胞含2y条染色体，2个染色体组。
项目 不同物种体细胞杂交 不同物种有性杂交 同一物种杂交
过程
子代染色体数目 2x＋2y x＋y 2x(白菜)或2y(甘蓝)
子代染色体组数 4 2 2
子代是几倍体 异源四倍体 异源二倍体 同源二倍体
子代是否可育 可育 不可育 可育
繁殖方式 无性繁殖 有性繁殖 有性繁殖
变异类型 染色体变异 染色体变异 —
突破1 植物组织培养
核心素养 生命观念
1．(2019·高考江苏卷)为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力，某研究小组的实验过程如下图。下列叙述正确的是(　　)
A．过程①获得的原生质体需悬浮在30%蔗糖溶液中
B．过程②需提高生长素的比例以促进芽的分化
C．过程③需用秋水仙素处理诱导细胞壁再生
D．原生质体虽无细胞壁但仍保持细胞的全能性
答案：D
2．(不定项)水竹是单子叶禾本科植物，易管理和培植，干净而雅致。下图为通过植物组织培养大量获得水竹幼苗的过程。下列叙述正确的是(　　)
―→
A．选择水竹的叶和根尖分生区作为外植体诱导形成愈伤组织的难度相同
B．愈伤组织是一团排列疏松而无规则、高度液泡化、有一定形态和功能的薄壁细胞
C．①过程为脱分化，②过程为再分化，②过程的实质是基因的选择性表达
D．在水竹植物组织培养过程中，经过筛选可能获得有用的突变体
解析：选CD。植物组织培养技术的原理是植物细胞的全能性，在外植体的选择上，一般选择分裂旺盛、带有分生区的部位，这样的外植体分化程度较低，容易诱导形成愈伤组织，A错误；愈伤组织是高度液泡化，无定形状态的薄壁细胞组成的排列疏松、无规则的组织，B错误；脱分化是指已经分化的细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程，②过程为再分化，其实质是基因的选择性表达，C正确；植物组织培养过程中，可能获得突变体，经过筛选可能获得有用的突变体，突变体产生的原因是在培养过程中，细胞一直处于分裂状态，因此容易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变，D正确。
突破2 植物体细胞杂交
核心素养 生命观念
3．(2022·大连高三模拟)下图为植物体细胞杂交过程，下列叙述错误的是(　　)
A．上述技术应用的生物学原理包括细胞膜的流动性、植物细胞的全能性
B．若细胞膜表面只有红色荧光，则融合的原生质体至少由两个番茄细胞形成
C．③过程为脱分化，过程中杂种细胞失去了其特有的结构和功能
D．当细胞分裂素的效应高于生长素时，主要诱导根原基的形成
解析：选D。当细胞分裂素的效应高于生长素时，主要诱导芽原基的形成，D错误。
考点二　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
(1)单倍体育种
优点：①明显缩短育种年限；②可获得纯合子，后代不发生性状分离，能稳定遗传。
(2)突变体的利用
3．细胞产物的工厂化生产
(1)初生代谢与次生代谢
初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行着。初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等。次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。
(2)过程
外植体愈伤组织细胞悬液细胞产物
　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。
(1)葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于快速繁殖。(　　)
(2)脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位。(　　)
(3)单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。(　　)
(4)突变体培育通常是对植物的愈伤组织进行诱变处理，而工厂化生产的细胞产物也来自愈伤组织细胞。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√
1．(2022·北京高三月考)为培育具有市场竞争力的无籽柑橘，研究者设计如下流程。相关叙述不正确的是(　　)
A．过程①需使用胰蛋白酶处理
B．实现过程②依赖膜的流动性
C．过程③需应用植物组织培养技术
D．三倍体植株可产生无籽柑橘
解析：选A。过程①为利用酶解法去除植物细胞壁获得原生质体，植物细胞壁的主要成分为纤维素和果胶，故该过程所用酶为纤维素酶和果胶酶，A错误。
2．紫杉醇是一种生物碱类化合物，是目前已发现的最优秀的天然抗癌药物。下图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，据图回答下列问题：
(1)该途径________(填“体现”或“不体现”)植物细胞的全能性，原因是_____________________________________________________________________
________。过程①中生长素与细胞分裂素的用量比值应________(填“高”“低”或“适中”)。
(2)过程③需使用液体培养基，其优点在于____________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)根据紫杉醇的化学本质，可以判断有关基因控制紫杉醇合成的方式是_____________________________________________________________________
________________________。
(4)若通过诱变育种技术选育紫杉醇含量高的细胞，可对图中的________________进行诱变处理，然后进行筛选。
答案：(1)不体现　没有形成完整植物体或分化成其他各种细胞　适中
(2)使培养细胞与培养液充分接触，有利于营养物质的充分利用
(3)有关基因通过控制酶的合成控制代谢，进而控制紫杉醇的合成
(4)愈伤组织
[原因分析类]
1．在进行植物组织培养的实验时，要严格控制杂菌污染的原因是____________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：杂菌在培养基上生长争夺营养，杂菌产生的物质影响植物组织的生长
2．若想利用植物体细胞杂交技术培育出马铃薯—草莓杂种植株以提高土地的利用率，________(填“能”或“不能”)把两物种细胞直接融合，理由是_____________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：不能　植物细胞外面有一层细胞壁，阻碍了细胞间的杂交(融合)
3．光照在培养过程中不作为愈伤组织的能量来源，原因是____________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：在脱分化形成愈伤组织及愈伤组织的增殖阶段，细胞中均不含叶绿体，无法利用光照进行光合作用
[事实概述类]
4．[2019·全国Ⅱ，T38(4)]植物组织培养技术可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是_____________________________________________________________________
________________________________________________________________________(用流程图表示)。
答案：含目的基因的细胞愈伤组织小植株
5．[2019·全国Ⅱ，T38(1)]植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比，这种微型繁殖技术的特点有___________________________________________________________________
________________________________________________________________________(答出2点即可)。
答案：能保持植物原有的遗传特性；繁殖速度快
6．红豆杉因其次生代谢产物紫杉醇的显著治癌效果而备受关注。不同有机溶剂及其组合作为浸提溶剂对紫杉醇得率的影响如下图所示。
有机溶剂名称
注：1——甲醇；2——乙醇；3——丙酮；4——二氯甲烷；5——乙酸乙酯；6——甲醇 乙醇；7——甲醇 丙酮；8——甲醇 二氯甲烷；9——甲醇 乙酸乙酯；10——乙醇 丙酮；11——乙醇 二氯甲烷；12——乙醇 乙酸乙酯；13——丙酮 二氯甲烷；14——丙酮 乙酸乙酯；15——二氯甲烷 乙酸乙酯。
从溶剂单独和混合提取效果的角度分析，可得出的结论有：_____________________________________________________________________
_________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：①单一溶剂作为提取紫杉醇的浸提溶剂时，甲醇的提取效果最佳；②溶剂混合浸提时，乙醇—二氯甲烷作为浸提溶剂提取紫杉醇的效果最好
[体验等级考]
1．(2021·高考福建卷)科研人员利用植物体细胞杂交技术培育矮牵牛新品种，技术流程示意图如下。
下列叙述正确的是(　　)
A．愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞分化形成的
B．获得的杂种植株都能表现双亲的优良性状
C．可用聚乙二醇诱导原生质体甲和乙的融合和细胞壁再生
D．用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以获得原生质体
解析：选D。愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞脱分化形成的，A错误；由于基因的选择性表达和基因间的互作效应，获得的杂种植株不一定能够表现亲本的优良性状，B错误；可用聚乙二醇诱导原生质体甲和乙的融合，但不能诱导细胞壁的再生，C错误；由于植物细胞细胞壁的成分主要是纤维素和果胶，故可以用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以获得原生质体，D正确。
2．(2021·高考湖北卷)月季在我国享有“花中皇后”的美誉。为了立月季某新品种的快速繁殖体系，以芽体为外植体，在MS培养基中添加不同浓度的6 BA和IBA进行芽体增殖实验，芽分化率(%)结果如表。
6 BA/(mg·L－1) IBA/(mg·L－1)
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
1.0 31 63 58 49 41
2.0 40 95 76 69 50
3.0 37 75 64 54 41
4.0 25 35 31 30 25
5.0 8 21 12 8 4
关于上述实验，下列叙述错误的是(　　)
A．6 BA浓度大于4.0 mg·L－1时，芽分化率明显降低
B．6 BA与IBA的比例为10∶1时芽分化率均高于其他比例
C．在培养基中同时添加适量的6 BA和IBA，可促进芽分化
D．2.0 mg·L－1 6 BA和0.2 mg·L－1 IBA是实验处理中芽分化的最佳组合
解析：选B。据题表可知，6 BA浓度为从4.0 mg·L－1到5. 0 mg·L－1时，芽分化率降低非常明显，故6 BA 浓度大于4.0 mg·L－1时，芽分化率明显降低，A正确；据表可知，当6 BA与IBA的比例为10∶1时，芽分化率为31%、95%、64%、30%、4%，因此6 BA与IBA的比例为10∶1时，芽分化率不一定都高于其他比例，B错误；据表可知，6 BA与IBA的比例会影响芽的分化率，因此在培养基中同时添加适量的6 BA和IBA，可促进芽分化，C正确；据表可知，芽分化率为95%是最高的，此时6 BA和IBA的浓度分别为2.0 mg·L－1、0.2 mg·L－1，是实验处理中芽分化的最佳组合，D正确。
3．(不定项)(2021·江苏适应性考试模考)栽培苹果品种以二倍体为主，通过离体培养苹果成熟胚(2n)，可诱导再生获得品质改良的四倍体苹果。下列叙述正确的是(　　)
A．可通过低温或秋水仙素诱导处理获得四倍体
B．经诱导获得的再生苗都为纯合体
C．诱导获得的植株需经染色体倍性鉴定
D．通过二倍体的体细胞杂交方法也可获得四倍体植株
解析：选ACD。可通过低温或秋水仙素处理从而抑制纺锤体的形成使染色体数目加倍，进而获得四倍体，A正确；若原二倍体植株为杂合子，则经诱导获得的再生苗也是杂合子，B错误；诱导获得的植株不一定都能成为四倍体，所以需经染色体倍性鉴定，C正确；通过二倍体的体细胞杂交方法也可获得四倍体植株，D正确。
4．(2021·重庆选择考模考)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。
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)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
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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