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一轮复习 植物细胞工程
1.原理方法：________________________________；
2.操作水平：________________________________；
3.目的：____________________________________；
4.分类：____________________________________；
细胞生物学、分子生物学和发育生物学
细胞器、细胞或组织水平
获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品
植物细胞工程、动物细胞工程
细胞工程
考点一植物细胞工程基本技术
一.植物细胞工程的基本技术
理论基础
植物细胞的全能性
①定义：
细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能，即细胞具有全能性。
分裂
分化
生物个体或其他细胞
细胞
已分化细胞
高度分化的细胞仍含有该物种的全部遗传信息，具有发育成完整个体所需要的全套基因。
②原因：
全能性的大小分析
A.体细胞全能性与细胞分化程度：
B.体细胞全能性与细胞分裂能力：
C.不同类型细胞的全能性：
D.不同生物细胞的全能性：
分化程度低的＞分化程度高的
分裂能力强的＞分裂能力弱的
受精卵＞生殖细胞＞体细胞；受精卵＞干细胞＞体细胞
植物细胞＞动物细胞。
体现细胞的全能性的标志：
细胞→ 完整个体或其他各种细胞
实例：A. 胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株
B. 受精卵发育成个体（动植物）
C. 蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰
D. 用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株
不体现细胞的全能性的实例：
在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能
性，比如，芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶。
不体现细胞的全能性的原因：
基因在特定时间、空间条件下选择性表达。
一、植物组织培养技术
1.概念：
指将离体的植物器官、组织或细胞（称为外植体）等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。
2.原理：
植物细胞的全能性。
细胞经过 后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。
分裂和分化
强调：生殖方式为无性生殖 分裂方式为有丝分裂
3.过程：
移栽成活
外植体
脱分化
愈伤
组织
再分化
根、芽等
试管苗
移栽
完整
植株
分化状态
未分化状态
脱分化
再分化
在一定的____和__ __等条件的诱导下，___________的细胞____________ ___ ________，转变成________________的过程；
实质 ___________________________________________
结果：___________
愈伤组织的特点：_________________
光照条件：_______________
过程中涉及的生命活动
__________________________________________
激素
营养
已经分化
失去其特有的结构和功能
未分化的细胞
已经分化的细胞失去其特有结构和功能，转变为未分化的细胞
形成愈伤组织
不定形的薄壁组织团块
一般不需要光照
只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化
脱分化：
1.外植体脱分化的难易因植物种类、器官来源及生理状况的不同而不同。一般来说，植物的花和幼嫩的组织脱分化相对较易，而植物的茎、叶等成熟的组织脱分化则较难。
2.该过程添加的外源激素主要是细胞分裂素和生长素（比例适中）， 因为二者能强烈地促进愈伤组织的形成。
3.无菌操作——植物组织培养成功的关键。
愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞团。
注意：无叶绿体，可进行有丝分裂
见光后愈伤组织变为绿色
再分化：
________能重新_____成_______________的过程
实质 ______________
结果_____________________________________
______________
光照条件：_________________________
为什么？_____________________________________
过程中涉及的生命活动
__________________________________________
愈伤组织
分化
芽、根等器官
基因的选择性表达
再分化芽、根等器官，或再分化成胚状体后长出芽和根，进而发育成完整的植株
需要给予适当时间和强度的光照
诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用
既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化
脱分化结果：
愈伤组织
芽
低
高
根
生长素
细胞分裂素
胚状体
胚状体：
离体培养条件下，没有经过受精过程，但是经过了胚胎发育过程所形成的胚状类似物，因而统称为体细胞胚或胚状体。
适宜的培养条件：(细胞表现全能性的条件)
（1）离体状态
（2）无菌操作
（3）种类齐全、比例适合的营养物质
（4）植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）
诱导和调节
（5）适宜的外界条件（温度、pH、光照等）
下面是将四倍体兰花的叶片通过植物组织培养形成植株的示意图，相关叙述中正确的是（ ）

A. ②阶段会发生减数分裂过程
B. ①阶段需生长素而③阶段需细胞分裂素
C. 此过程体现植物细胞具有全能性　　　
D. 此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体
四倍体兰花叶片
愈伤组织
胚状体
植株
③
①
②
C
菊花的组织培养
1.原理：
植物细胞一般具有 。
全能性
生长素/细胞分裂素 结果
比值高(＞1)
比值低(＜1)
比值适中(=1)
有利于根的分化，抑制芽的形成
有利于芽的分化，抑制根的形成
促进愈伤组织的形成
简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤
外植体
脱分化
愈伤
组织
再分化
根、芽等
试管苗
移栽
完整
植株
2.目的：
1）了解植物组织培养的基本原理
2）了解生长素和细胞分裂素的浓度、用量比例对菊花愈伤组织形成和分化的影响
3）尝试进行植物组织培养
3.材料：
离体的茎尖、根尖、叶片、花药等（外植体）。
4.MS培养基：
水（去离子水）、无机营养（大量元素、微量元素）、
有机营养（蔗糖、维生素、氨基酸）、天然附加物、
植物激素（生长素、细胞分裂素等）
1）培养基名称： ； 2）物理性质： ；
3）碳源： 。
植物组织培养常用的培养基配方
P116
酒精消
毒30s
1.外植体的消毒
材料：
幼嫩的菊花茎段
流水
冲洗
次氯酸钠溶
液处理30min
→
→
无菌水清
洗2～3次
→
→
无菌水清
洗2～3次
用解剖刀将外植体切
成0.5～1cm长的小段
2.外植体的切段
将消过毒的外植体
置于无菌培养皿中
用无菌滤纸吸去
表面的水分
在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中
注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插！
（将“形态学上端”朝上，下端朝下）
3.接种外植体
用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记
无菌操作
培养基及培养条件：
激素比例1：1、置于黑暗、
提供有机碳源（蔗糖）
有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。
4.诱导愈伤组织
将接种了外植体的锥形瓶置于18-22℃的培养箱培养
脱分化
定期观察愈伤组
织的生长情况
培养15～20d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上
注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根；该过程每日需要给予适当时间和强度的光照！
5.诱导生芽生根
长出芽后，将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
6.移栽
移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日
用流水清洗掉根部的培养基
将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。
外植体的消毒
消毒与无菌水冲洗
外植体的切段
切割与接种
接种外植体
超净工作台或接种箱
诱导愈伤组织
愈伤组织培养
诱导生芽生根
移栽
回顾实验
6.结果分析与评价：
用于植物组织培养的培养基同样适合某些微生物的生长，如一些细菌、真菌等的生长。培养物一旦受到微生物的污染，就会导致实验前功尽弃，因此要进行严格的无菌操作。
1.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且
要求无菌操作？
胡萝卜根形成层容易诱导成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。
2.为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？
3.为什么外植体不能倒插？
与生长素的极性运输有关；
生长素含量多的部分容易生出不定根，含量少的部分生出不定芽，一般而言，容易长不定芽的是形态学上端，容易长不定根的是形态学下端，因此应该将形态学上端朝上，下端朝下，若倒插，外植体不易存活。
4. 接种3~4d后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，试分析它们被污染的可能原因。
5. 从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？
6. 培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？
培养基、接种工具灭菌不彻底；外植体消毒不彻底；
操作过程不符合无菌操作要求等。
2周左右
生根苗移栽技术的关键是既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。一般使用无土栽培方法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷洒质量分数为5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12h，掀开塑料薄膜24h后才能移栽。新移栽的组培苗要在温室过渡几天，待其长壮后再移植到大田或盆中。
植物组织培养的两种途径
胚状体途径
器官发
生途径
若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？
① 空白对照：不加任何激素；
② 实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1；
③ 实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1；
④ 实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1。
根、芽
植物体
脱分化
再分化
培养条件：
①无菌
②营养物质
③适宜环境条件（温度、PH、光等）
④植物激素：细胞分裂素 生长素
如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…
植物组织培养技术--过程
遮光
一定的光照
芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照
排列不规则，高度液泡化，呈不定形状态的薄壁细胞
愈伤组织
离体的植物器官、组织或细胞（外植体）
愈伤组织重新分化为芽、根等器官
失去特有结构和功能转变成未分化的细胞
考点1　植物细胞工程及应用
1．某课外活动小组获得了一株性状优良的结球生菜，并利用植物组织培养技术对其进行快速繁殖。下列叙述正确的是(　　)
A．外植体消毒的过程：酒精消毒30 s→次氯酸钠溶液处理30 min→无菌水清洗2～3次
B．愈伤组织是一种不定形的薄壁组织团块，诱导产生愈伤组织时每日应给予适时光照
C．诱导生芽培养基与诱导生根培养基相比，前者中细胞分裂素所占的比例和用量更高
D．打开封口后直接用流水冲洗掉幼苗根部培养基，再移植到消毒的蛭石环境中炼苗处理
2．(2019·江苏高考)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
3．(2018·天津高考)芦笋是雌雄异株植物，雄株性染色体为XY，雌株为XX；其幼茎可食用，雄株产量高。以下为两种培育雄株的技术路线。有关叙述错误的是(　　)
A．形成愈伤组织可通过添加植物生长调节剂进行诱导
B．幼苗乙和丙的形成均经过脱分化和再分化过程
C．雄株丁的亲本的性染色体组成分别为XY、XX
D．与雄株甲不同，雄株丁培育过程中发生了基因重组
4．(2017·海南高考改编)甲、乙两名同学分别以某种植物的绿色叶片和白色花瓣为材料，利用植物组织培养技术繁殖该植物。回答下列问题：
(1)以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体，在一定条件下进行组织培养，均能获得试管苗，其原理是_________________________________
____________________________________。
(2)若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗，该细胞应具备的条件是____________________________(填“具有完整的细胞核”“具有叶绿体”或“已转入抗性基因”)。
绿色叶片和白色花瓣的细胞具有全能
性，在一定条件下能发育成完整的植株
具有完整的细胞核
(3)图中A、B、C所示的是不同的培养结果，该不同结果的出现主要是由于培养基中两种激素用量的不同造成的，这两种激素是_______________
_____。A中的愈伤组织是叶肉细胞经__________形成的。
细胞分裂素、生
长素
脱分化
(4)若该种植物是一种杂合体的名贵花卉，要快速获得与原植株基因型和表型都相同的该种花卉，可用组织培养方法繁殖，在培养时，________ (填“能”或“不能”)采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体，原因是____________________________________________________________________________________________________________________________。
不能
对杂合体的植株来说，由减数分裂形成的花粉粒的基因型与体细胞的基因
型不同，用花粉粒进行组织培养得到的花卉基因型不同于原植株
5.玉米是一种主要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家在玉米育种和栽培中作了大量的研究。如图是关于玉米培养的过程，据图判断下列说法中错误的是(　　)
C
A.从繁殖原理上分析，A→D属于无性生殖
B.植株D和G中的染色体组数不同
C.E→G不能体现细胞的全能性
D.E→F过程中获得的植株一般不用于大田生产
特殊的植物组织培养——花药离体培养
花药离体培养
配子
DDTT
DDtt
ddTT
ddtt
正常植株（纯合）
秋水仙素诱导
高杆抗病
DdTt
DT
Dt
dT
dt
单倍体植株
DT
Dt
dT
dt
需要的纯合矮抗品种
（1）植物组织培养过程中涉及的分裂方式为_________；
（2）该过程涉及的生殖方式是_________*；
（3）经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为_______，一定是吗？_______。
有丝分裂
有性生殖
纯合子
不一定
亲本
植物体细胞杂交技术
1.概念
将不同来源植物细胞，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。
+
=
白菜
甘蓝
白菜-甘蓝
细胞融合初期
人细胞
鼠细胞
人鼠杂交细胞
细胞融合
细胞融合
37°
培养40min
参考动物细胞融合，若是植物细胞之间的杂交，则
应先做什么？得到杂种细胞后，如何培育成植株？
去除细胞壁
（获得原生质体）
原生质体：是指去除细胞壁后的植物细胞
原生质层：是指植物细胞的液泡膜、细胞膜及其之间的细胞质构成的
红色荧光素标记的抗体
绿色荧光素标记的抗体
动物细胞杂交技术
原生质层和原生质体
原生质体：植物细胞去掉细胞壁后剩余的部分
原生质层：细胞膜、液泡膜和两膜之间的细胞质（比原生质体少细胞核和液泡）
原生质层
①去壁原因： 。
②方法： 。
③相关酶： 。
为什么用上述酶？ 酶解法利用了原理？
④纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般加入
一定浓度的无机盐离子和甘露醇的原因是？
细胞壁阻碍着细胞间的杂交
酶解法
纤维素酶和果胶酶
酶的专一性
（1）去除细胞壁
使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常
物理方法：电融合法、离心法
化学方法：聚乙二醇（PEG）融合法、
高Ca2+-高pH融合法
细胞膜具有流动性
（2）原生质体间的融合
原理：
方法：
细胞融合完成的标志：
融合的原生质体重新产生细胞壁
质壁分离和质壁分离复原实验
验证再生出新壁的实验：
直接参与此过程中的主要细胞器是？
高尔基体
A细胞
B细胞
A原生质体
B原生质体
正在融合的原生质体
杂种细胞
愈伤组织
杂种植株
移栽后的植株
①
①
②
③
④
⑤
⑥
①去除细胞壁
纤维素酶
去壁：
酶解法
果胶酶
②诱导融合
物理法：
化学法
电融合法、离心法
聚乙二醇（PEG）融合法
高Ca2+ -高pH融合法等
③细胞壁再生
④脱分化
⑤再分化
⑥移栽
植物细胞融合
植物组织培养
植物细胞的全能性
细胞膜的流动性
植物体细胞杂交技术总结
生殖方式：________ 分裂方式：________
可遗传变异类型：________________
实例：白菜-甘蓝、普通小麦-长穗偃麦草
无性生殖
有丝分裂
染色体（数目）变异
体细胞融合成功后培养基中共有 种细胞类型( )，其中融合细胞类型有3种
( )，而真正符合要求的是AB，因此要
对融合细胞进行筛选。
细胞融合后，共有几种细胞类型？融合细胞有几种，符合要求的是哪种？
A
B
5
A、B、AA、BB、AB
AA、BB、AB
思考：
①未融合的细胞：A、B
②两两融合的细胞：AA、BB、AB ③多细胞融合体
生殖类型
变异类型
染色体数
染色体组数
基因组成
无性繁殖，育种过程中不遵循孟德尔定律
染色体数目变异
两亲本染色体数之和。2n+2m
两亲本染色体组数之和。2+2
两亲本基因型之和。AabbCcDd
体细胞杂交：P1:2n(Aabb) P2:2m(ccDd)
+
=
白菜
甘蓝
白菜-甘蓝
1.白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）体细胞杂交所得植株
白菜-甘蓝的细胞染色体数为 ，属于 倍体。
36
（异源）四
2.白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）进行杂交（相互授粉），
所得植株白菜-甘蓝的细胞染色体数为 ，属于
倍体。
（异源）二
18
基因重组
染色体变异
概念：
将不同来源的植物细胞，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。
原理：
植物体细胞杂交技术
体细胞杂交利用了细胞膜具有一定的流动性。
杂种细胞培育成植株利用了植物细胞的全能性。
植物体细胞杂交育种
四倍体
杂交育种诱导多倍体
四倍体
二倍体
如何处理植株使其可育？
看减数分裂联会、配对能否正常进行！
①若亲本植株可育，
则杂种植株可育。
②杂种植株是不同于
亲本的新物种。
优点：
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种
识图：数字代表过程，字母代表细胞、组织或植株
①_______________ a/b_____________
②_______________ c_______________
③_______________ d_______________
④_______________ e_______________
⑤_______________ f_______________
①②③___________ ④⑤____________
去除细胞壁
原生质体
原生质体间的融合
正在融合的原生质体
再生出新的细胞壁
杂种细胞
脱分化
愈伤组织
再分化
杂种植株
植物细胞融合
植物组织培养
若植株A和植株B细胞结构如图所思，A有X条染色体，B有Y条染色体，通过植物细胞融合技术获得杂种细胞AB，则：
①杂种细胞的染色体数为______
②杂种细胞的基因型为__________
③杂种细胞中染色体组数为________
④得到的杂种植株为____倍体
⑤理论上该植株可育吗？
__________________________________________
⑥得到的杂种植株与植株A和植株B还是同一物种吗？
X+Y
DdYyRr
4
四
可育，有同源染色体，同源染色体能联会，可形成配子
异源四倍体
不是，因为存在生殖隔离（无法产生可育后代）
　 有关植物体细胞杂交的3个易错点
(1)误认为植物体细胞杂交的结果只是形成杂种细胞。植物体细胞杂交的结果最终要经过组织培养形成杂种植株。
(2)误认为植物体细胞杂交属于有性生殖。
植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此不属于有性生殖，应为无性生殖。
(3)误认为杂种植株的变异类型属于基因重组。
杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，属于异源多倍体，所以变异类型为染色体变异。　
易错点拨
5．(2020·北京等级考)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需应用植物组培技术
D．三倍体植株可产生无籽柑橘
6．两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。下列说法不正确的是(　　)
A．紫外线照射可诱导中间偃麦草的染色体发生断裂
B．过程③中常用灭活的病毒诱导原生质体融合
C．耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段
D．该育种技术打破了不同物种间的生殖隔离，克服了远缘杂交障碍
7．选取A、B植株的细胞进行如图所示操作，请回答问题：
(1)实现图中的①过程最常用的方法是__________________________
____。
(2)②过程的发生，必须进行__________，其方法有______法和______法。
酶解法(纤维素酶和果胶酶处
理)
诱导融合
物理
化学
(3)若细胞A内含a条染色体，细胞B内含b条染色体，则“杂种细胞”内含_______条染色体；若A、B植株采用常规杂交育种方法培育成功的话，得到的后代含___________条染色体，必须用________________________来处理幼苗，才能得到可育的杂种植株，其中含有____________条染色体。
(4)如果原生质体A为小鼠的浆细胞，原生质体B为小鼠的骨髓瘤细胞，诱导二者融合时，独特的方法是用_________________处理。
a＋b
(a＋b)/2
秋水仙素(或低温)
a＋b
灭活的病毒
【检测】图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：
（1）步骤①是 ，最常用的方法是 。
（2）步骤②一般常用的化学试剂是 ，目的是 。　　
(3)在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，此技术运用的原理是 ，其中步骤④相当于 ，步骤⑤相当于 。
（4）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株，
使　　　　　 能够在新的植物体上有所表现，其根本原因是　　　　　　　 。
（5）若远缘杂交亲本A的基因型为AaBb，B的基因型为YYEe，则融合后形成的杂种植株基因型是 。
去除细胞壁，分离原生质体
酶解法
聚乙二醇（PEG）
诱导植物原生质体融合
脱分化
再分化
远缘杂交亲本的遗传特征
杂种植株获得双亲的遗传物质
细胞的全能性
AaBbYYEe
（6）从理论上讲，杂种植株的育性　　。若运用传统有性杂交方法能否实现？　　　；原因是　　　 。
因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于　　　　　　　　　　　 。
（7）利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？为什么？
　　 。
可育
不能
不同种生物之间存在生殖隔离
不遵循；因为孟德尔遗传规律发生在有性生殖减数分裂产生配子时，而植物体细胞杂交育种属于无性生殖。
克服了远缘杂交不亲和的障碍
(1)高度分化的细胞，只有发育成一个完整的生物个体，才能体现出细胞的全能性。( )
解析：高度分化的细胞，只要是能发育成完整生物个体，或者分化形成其他各种细胞，都认为是表现出了全能性。
(2)植物组织培养技术的理论基础是植物细胞的全能性。( )
(3)植物激素中的生长素和赤霉素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。( )
解析：植物激素中的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激素。
(4)试管苗在诱导形成后，就可以直接移栽到土壤中，不过还需要适时浇水、施肥。( )
解析：试管苗在诱导形成后，要先经过壮苗等过程才可以移栽到土壤中。
×
√
×
×
【基础过关】
(5)植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种细胞。( )
(6)植物体细胞杂交利用了植物组织培养技术。( )
(7)植物体细胞杂交就是利用一定的方法将去除细胞壁的不同来源的植物细胞融合为杂种细胞的过程。( )
解析：植物体细胞杂交包括原生质体制备、原生质体融合和植物组织培养等过程。
(8)若原生质体均为两两融合，则融合后的细胞有3种类型。( )
×
√
×
√
考点2 植物细胞工程的应用
植物繁殖的新途径
1.快速繁殖:
用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。也叫微型繁殖。
20世纪60年代，荷兰科学家成功地利用组织培养技术来培育兰花。目前，荷兰的兰花生产已经发展成为举世闻名的兰花产业。
我国组织培养技术已经广泛应用于兰花种苗的规模化繁殖，使得名贵的兰花价格大幅下降。
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
试管苗
优点：
优良观赏植物
经济林木
名贵花卉
珍稀濒危植物
①无性繁殖，保持优良品种的遗传特性
②繁殖率高，可大批量生产
③培养周期短 ④不受自然生长季节的限制
实例：
试管苗大规模培养
苗木
快速繁殖
实例
甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。
铁皮石斛的产业化育苗
无籽西瓜
兰花、生菜、杨树以及无子西瓜试管苗的产业化生产。
【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？
植物组织培养到愈伤组织阶段，细胞进行旺盛、快速的有丝分裂，从而获得大量的组织细胞。不断地对愈伤组织进行分割、移瓶、诱导再分化就可以形成大量的新植株。另外，植物组织培养在实验室进行，一般不受季节、气候等条件的限制。
实际问题：生姜在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，品质变差，一般减产30%-50%。 病毒引起的植物病害有500多种。而且没有有效的防治办法，只能拔除。病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几乎不含病毒。
作物脱毒原因：
马铃薯
作物病毒积累
草莓
香蕉
感染的病毒很容易传给后代
无性繁殖
病毒在作物体内积累
作物产量降低品质变差
植物繁殖的新途径
脱毒方法
顶端分生区
植物组织培养
脱毒苗
过程：
取材部位：
优点：
明显提高农作物的产量和品质
（如茎尖、根尖：
病毒极少，甚至无毒）
注：脱毒苗不等于抗毒苗。
与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。
脱毒苗不等于抗毒苗。
脱毒苗是选择植物的茎尖进行组织培养而获得的，只是体内不含病毒，不能抵抗病毒侵染，属于细胞工程的范畴；
抗毒苗是把某抗病基因导入植物细胞，属于基因工程的范畴；
脱毒草莓
未脱毒草莓
脱毒产品
甘蔗
香蕉
菠萝
实际问题：传统的育种方法是通过杂交把两亲本的优良性状组合在同一后代中。
缺点是：要不断进行(多年)纯化和选择，才得到一种符合理想要求的新品种。如何解决育种时间过长的问题？
传统方法： 杂交育种
高杆抗病
DDTT
×
矮杆感病
ddtt
高杆抗病DdTt
D_T_
D_tt
ddT_
ddtt
ddTT
矮抗

需要的纯合矮抗品种
连续
第1年
第2年
第3-6年
体细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同的个体。
如：雄蜂
正常物种二倍体
正常物种四倍体
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
单倍体（含1个染色体组）
单倍体（含2个染色体组）
单倍体
单倍体特点：植株弱小，高度不育
应用：单倍体育种
由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成。
配子：
DT
Dt
dT
dt
单倍体幼苗：
DT
Dt
dT
dt
花药离 体培养
秋水 仙素
第2年
DDtt
ddTT
ddtt
纯合体:
DDTT
P
高杆抗病
DDTT
×
矮杆感病
ddtt
F1
高杆抗病DdTt
第1年
单倍体育种
选择亲本
有性杂交
F1代
花粉离体培养
单倍体植株
可育纯合子
选择所
需类型
（1）过程
（2）原理：
染色体（数目）变异、植物细胞的全能性。
染色体加倍
选择矮秆抗病
即为新品种
优良品种
花药
花粉
离体培养
单倍体
纯合二倍体
人工诱导
染色体加倍
选择
植物组织培养
取花药
单倍体幼苗
脱分化
纯合二倍体
人工诱导染色体加倍
优良品种
选择
愈伤组织
再分化
花药离体培养
花药离体培养
P
F1
配子
DDTT
DDtt
ddTT
ddtt
正常植株（纯合）
秋水仙素诱导加倍
单倍体育种
P
高杆抗病
DDTT
×
矮杆感病
ddtt
F1
高杆抗病
DdTt
F2
D_T_
D_tt
ddT_
ddtt
ddTT
杂交育种
矮抗

需要的纯合矮抗品种
连续自交多代
第1年
第2年
第3-6年
高杆抗病
DDTT
×
矮杆感病
ddtt
高杆抗病
DdTt
DT
Dt
dT
dt
单倍体植株
第1年
第2年
DT
Dt
dT
dt
需要的纯合矮抗品种
单倍体育种举例 培育矮杆抗病( ddTT )小麦
缺点：耗时长
优点：操作简单
经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为_______，一定是吗？_______。
纯合子
不一定
植物组织培养
注意①：单倍体育种的目的不是获得单倍体本身，因为单倍体是高度不育的，在生产上没有实际价值，需诱导单倍体的染色体数目加倍。
注意②：单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素诱导染色体数目加倍；单倍体育种需要先利用植物组织培养技术形成单倍体幼苗，但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。
优点：
①极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。
②后代都是纯合子，能稳定遗传。
③可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
实例：
单育1号烟草、水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物。
我国培育的单育1号烟草是世界上第一个单倍体作物新品种
大多数单倍体植株的细胞中只含一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。
突变体的利用
（1）原理：
在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此容易受到培养条件和诱变因素（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。
（2）过程：
外植体
诱变处理
（3）利用：
筛选对人们有利的突变体,进而培育成新品种。
（5）实例：
抗病、抗盐、含高蛋白、高产的突变体
抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。
（3）原理：
突变和植物细胞的全能性。
（4）优点：
提高变异的频率，加速育种进程。大幅度地改良某些性状。
突变体育种的原理是突变，诱变育种的原理是基因突变。
突变 = 基因突变 ＋ 染色体变异
植物的代谢产物
1.初生代谢物：
初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质、核酸等。
2.次生代谢物：
植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活
动所必需的产物——次生代谢物。
（1）含义
次生代谢产物
化学本质
作用
应用
直接获取困难
化学合成困难
利用植物细胞培养来获得目标产物
细胞产物的工厂化生产
小分子有机物(酚类、萜类和含氮类)
植物抗病、抗虫
药物、香料、色素
含量低、从植物组织提取会大量破坏植物资源
有些产物不能或难以通过化学合成途径得到
细胞产物的工厂化生产
利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。
外植体
愈伤组织
细胞悬液
脱分化
振荡分散
细胞悬浮培养
细胞产物
提取
优势
不占用耕地、不受季节、天气的限制，对社会、经济、环保具有重要意义。
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。
实例
紫草宁——具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性
紫杉醇——具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的治疗
红豆杉→紫杉醇
紫草→紫草宁
人参→
人参皂苷
细胞产物的工厂化生产的过程
外植体
脱分化
愈伤组织
细胞产物
培养、提取
注意：① 一般组织培养到愈伤组织即可。因为此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。②液体培养基（培养液）有利于培养的细胞与营养物质充分接触。
工厂化生产人参皂甙干粉的基本流程：
人参根 　 愈伤组织 　　 增长速度快而且细胞内人参皂甙干粉含量高的细胞
细胞增殖　　 提取人参皂甙干粉
脱分化
培养选择
破碎细胞
放入发酵罐
区别植物组织培养和植物细胞培养
项目 植物组织培养 植物细胞培养
目的 获得植物体 获得细胞产物
原理 植物细胞的全能性 细胞增殖
培养基 固体培养基 液体培养基
过程
应用 快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等 细胞产物的工厂化生产，
课堂总结
外植体
愈伤组织
试管苗
脱分化
再分化
植株
作物脱毒
选择顶端分生组织
快速繁殖
单倍体育种
选择花药
进行诱变
突变体的利用
分散后
悬浮培养
3.细胞产物的工厂化生产
2.植物新品质的培育
1.植物繁殖的新途径
筛选
植物细胞工程的实际应用
（一）、植物繁殖的新途径
（二）、作物新品种的培育
（三）、细胞产物的工厂化生产
1、单倍体育种；
2、突变体的利用
药物，香料，蛋白质等
1、微型繁殖；2、作物脱毒；
植物细胞工程的实际应用
(2019年全国Ⅱ卷)植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。回答下列问题。
（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）。
（2）通过组织培养技术，可把植物组织细胞培养成胚状体，再通过人工种皮（人工薄膜）包装得到人工种子（如图所示），这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。人工种皮具备透气性的作用是________________________________。人工胚乳能够为胚状体生长提供所需的物质，因此应含有植物激素、__________和_______等几类物质。
能保持植物原有的遗传特性，繁殖速度快
有利于胚状体进行呼吸作用
矿质元素
糖
(2019年全国Ⅱ卷)植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。回答下列问题。
（3）用脱毒苗进行繁殖，可以减少作物感染病毒。为了获得脱毒苗，可以选取植物的________进行组织培养。
茎尖
（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）。
含目的基因的细胞
小植株
↓
愈伤组织
↓
胚状体
再分化
脱分化
[生物——选修3:现代生物科技](15分）
研究发现,经水浴处理后再组织培养获得的草莓幼苗脱毒效果更好.下图表示脱毒苗培养的过程.请回答下列问题：
（1）植物组织培养首先要通过脱分化过程,脱分化是指 ，
的过程.
植物组织培养然后还要通过 过程.
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为未分化细胞
再分化
[生物——选修3:现代生物科技](15分）
研究发现,经水浴处理后再组织培养获得的草莓幼苗脱毒效果更好.下图表示脱毒苗培养的过程.请回答下列问题：
（1）植物组织培养首先要通过脱分化过程,脱分化是指 ，
的过程.
植物组织培养然后还要通过 过程.
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为未分化细胞
再分化
[生物——选修3:现代生物科技](15分）
研究发现,经水浴处理后再组织培养获得的草莓幼苗脱毒效果更好.下图表示脱毒苗培养的过程.请回答下列问题：
（2）经水浴处理后再组织培养获得的草莓幼苗脱毒效果更好,原因可能有 （写一点）,剥取的茎尖需要进行 处理.
无菌
有利于延缓病毒增殖扩散速度
[生物——选修3:现代生物科技](15分）
研究发现,经水浴处理后再组织培养获得的草莓幼苗脱毒效果更好.下图表示脱毒苗培养的过程.请回答下列问题：
（3）选材是植物组织培养取得成功的条件之一,胡萝卜组织培养实验中要强调切取含有形成层部分,原因是 。获得的草莓脱毒苗要剥取茎尖,原因是 。
形成层部分细胞分化程度低，分裂能力强，全能性高
茎尖病毒少或无病毒,获得的脱毒苗不会或极少感染病毒
紫杉醇是从红豆杉树皮中提取的高效抗癌物质，细胞培养生产紫杉醇是扩大紫杉醇来源的重要途径。下图为三种红豆杉细胞培养过程中细胞数量与紫杉醇产量的数据图。
（1）以南方红豆杉叶为原料获得生产紫杉醇的愈伤组织需要通过细胞的________，愈伤组织细胞具有较强的________能力。这一技术的成功实现了组织培养技术在一个重要领域的应用，即____________________________。
脱分化
分裂分化
细胞产物的工厂化生产
紫杉醇是从红豆杉树皮中提取的高效抗癌物质，细胞培养生产紫杉醇是扩大紫杉醇来源的重要途径。下图为三种红豆杉细胞培养过程中细胞数量与紫杉醇产量的数据图。
（2）对比分析两个曲线图可知：培养后期紫杉醇产量出现下降的原因可能是______________________________________________；在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行揽拌，其目的是________________________________________________（答三点）；
培养的细胞数量最少、某些代谢产物积累等
防止微生物污染，保证氧气供应充足，使细胞与培养液充分接触
紫杉醇是从红豆杉树皮中提取的高效抗癌物质，细胞培养生产紫杉醇是扩大紫杉醇来源的重要途径。下图为三种红豆杉细胞培养过程中细胞数量与紫杉醇产量的数据图。
（3）与传统方法获得紫杉醇相比，利用植物组织培养技术生产紫杉醇，具有__________________________________等优点（答两点即可）。
产量高、节约资源、保护环境等
紫杉醇是从红豆杉树皮中提取的高效抗癌物质，细胞培养生产紫杉醇是扩大紫杉醇来源的重要途径。下图为三种红豆杉细胞培养过程中细胞数量与紫杉醇产量的数据图。
（4）植物生长调节剂在组织培养中具有极其重要的作用，其中赤霉素类植物生长调节剂的主要作用是________________________________。
促进培养细胞的伸长
紫杉醇是从红豆杉树皮中提取的高效抗癌物质，细胞培养生产紫杉醇是扩大紫杉醇来源的重要途径。如图为三种红豆杉细胞培养过程中细胞数量与紫杉醇产量的数据图。
(1)紫杉醇属于植物的______________，可通过_______________获得目标产物，这个过程就是_____________________________。
(2)对比分析两个曲线图可知：培养后期紫杉醇产量出现下降的原因可能是__________________________________________；在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌，其目的是_____________________________
_______________________________(答三点即可)；与传统方法获得紫杉醇相比，利用植物细胞培养技术生产紫杉醇，具有_______________________
_____等优点(答两点即可)。
次生代谢物
植物细胞培养
细胞产物的工厂化生产
培养的细胞数量减少、某些代谢产物积累等
防止微生物污染，保证氧气供应
充足，使细胞与培养液充分接触
产量高、节约资源、保护
环境
(3)植物生长调节剂在植物组织培养中具有极其重要的作用，其中赤霉素类植物生长调节剂的主要作用是____________________。
促进细胞的伸长

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