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第46讲 植物细胞工程
考点要求 考题统计 考情分析
植物细胞工程的基本技术 2023，浙江、江苏、湖北辽宁、广东，选择 2022，重庆、辽宁浙江（2道） 本专题知识难度较高，要求基础要扎实。考查学生对相关植物细胞工程的整体性的认识,或结合一些情景信息或表格信息设置题目，考查学生的应变能力、获取信息和综合分析能力。
植物细胞工程的应用 2023，山东，选择 2023，辽宁，填空
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、个体或其产品一门综合性的生物工程。根据操作对象的不同，可以分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。
所采用技术的理论基础
植物细胞工程
通常采用的技术手段
植物组织培养技术
植物体细胞杂交技术
植物细胞的全能性
考点一 植物组织培养技术
例1．下列关于植物细胞全能性的描述错误的是 （ ）
Ａ.植物细胞的全能性比动物细胞更容易表达
Ｂ.不同种类的植物之间细胞全能性的表达程度不相同
Ｃ.同种植物的不同基因型个体之间细胞全能性的表达程度相同
Ｄ.某些植物的再生植株，多次继代培养后会丧失细胞全能性的表达能力
C
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
体现细胞的全能性的标志：
细胞→完整个体
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
2.植物细胞的全能性
例2：科研人员利用天山雪莲的叶肉细胞进行植物组织培养技术获得了大量的优质组培苗，下图是该技术的主要过程图及所用的 MS 培养基。
Q1:该技术的原理是什么？涉及的细胞分裂方式是什么？
Q2:植物细胞表现出全能性的条件有哪些？
植物细胞的全能性；有丝分裂
具有完整的细胞结构，处于离体状态，提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件
3.植物组织培养技术
Q3：对外植体进行消毒还是灭菌？操作的目的是什么？
消毒；
Q4：过程①②③分别是什么？
对光照的要求如何？
脱分化；再分化；再分化
脱分化: 黑暗条件；再分化:光照条件
Q5：如何调节生长素和细胞分裂素的比值以诱导愈伤组织、芽或根的形成？
生长素/细胞分裂素 植物组织的发育方向
高 有利于根的分化，抑制芽的形成
低 有利于芽的分化，抑制根的形成
适中 促进愈伤组织的生长
简记为：“生”根，“分”芽，“中”愈伤
防止杂菌污染，与外植体竞争培养基
3.植物组织培养技术
(2)步骤③切取的组织块中要带有形成层,原因是____________________
形成层容易诱导形成愈伤组织
①　　　　 ②　　　　　 ③
④　　　　 ⑤　　　　　　⑥
(3)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基，其原因是________________
_____________________________________________________________。
诱导愈伤组织形成
和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同
例3.(2019·全国Ⅲ，38节选)培养胡萝卜根组织可获得试管苗，获得试管苗的过程如图所示。
简记为：先“生”分裂不分化，后“生”分裂又分化，同“使”分化频率高
使用顺序？
3.植物组织培养技术
(4)步骤⑥要进行照光培养，其作用是________________________
_______________。
诱导叶绿素的形成，使试管苗能
够进行光合作用
①　　　　　②　　　　　 ③
④　　　　 ⑤　　　　　　⑥
(5)经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的 ，这种繁殖方式属于 繁殖。
遗传特性
无性
3.植物组织培养技术
例4.（2023·辽宁·）用含有不同植物生长调节剂配比的培养基诱导草莓茎尖形成不定芽，研究结果如下表。下列叙述错误的是（ ）
A．培养基中NAA/6-BA比例过高，不利于不定芽的诱导
B．推断6-BA应为细胞分裂素类植物生长调节剂
C．该研究的结果可指导草莓脱毒苗的生产
D．相同条件下，NAA诱导草莓茎尖形成不定芽的效果优于2，4-D
D
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—过程回顾
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
（1）若外植体是取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，愈伤组织中 （“有”“没有”）叶绿体，原因是 。
（2）植物组织培养中的培养基是 培养基（物理状态），故培养基中一般加入了凝固剂 。
（3）在脱分化时 （是/否）需要光照,在再分化时 光照的原因是 。
（4）植物生长调节剂的在培养基中的用量要考虑组织 的含量。只有准确把握 的协同作用，才能有效地操作植物组织培养中的”激素杠杆”，用好植物生长调节剂这根“魔术棒”
没有
外植体通过脱分化后失去了其特有结构和功能而转化为未分化的细胞
固体
琼脂
总结：生长素、细胞分裂素对植物组织培养的影响
需要
否
芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照
内源激素
内源激素和外源激素
例5.（2023·浙江·）植物组织培养过程中，培养基中常添加蔗糖，植物细胞利用蔗糖的方式如图所示。下列叙述正确的是（　　）
A．转运蔗糖时，共转运体的构型不发生变化
B．使用ATP合成抑制剂，会使蔗糖运输速率下降
C．植物组培过程中蔗糖是植物细胞吸收的唯一碳源
D．培养基的pH值高于细胞内，有利于蔗糖的吸收
B
思考:MS培养基中为什么用蔗糖而不用葡萄糖
①蔗糖形成的渗透压要明显低于葡萄糖，②植物细胞吸收蔗糖的速率要明显慢于吸收葡萄糖的速率③微生物生长所需的最适合的碳源是葡萄糖，采用蔗糖可在一定程度上减少微生物的污染。
例6.下图表示玉米(2n=20)的花药离体培养及单倍体育种的大致过程。下列叙述错误的是(　　)
A.过程①是脱分化,形成的愈伤组织细胞处于未分化状态
B.过程②进行的是有丝分裂,植株A是从试管苗中筛选出的可育二倍体
C.过程①和②均要使用生长素和细胞分裂素,但两种激素的比例不同
D.可用体积分数为70%的酒精对花药进行消毒处理
过程②是愈伤组织进行再分化的过程,植株A是由花药离体培养而得的单倍体,B项错误。
B
例7(2020·天津节选)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(见下表)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：
(1)Ⅰ 阶段时通常选择茎尖、幼叶等作为外植体，原因是______________
__________________________。
细胞分化程度
低，容易诱导产生愈伤组织
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
(2)在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段中发生基因选择性表达的是____________阶段。
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
(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。
m1＋1.0
【例8】科研人员分离了天山雪莲（2n=32）和莴苣（2n=18）的原生质体并将其融合，为天山雪莲新种质选育奠定了基础
（1）过程①所用的酶有哪些？该过程常加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压，作用是什么？
纤维素酶和果胶酶；
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
考点二 植物体细胞杂交技术
物理法和化学法。
物理法包括离心、振动、电激等;
化学法包括聚乙二醇(PEG) 融合法等
（2）过程②所用的方法有哪些？
（3）融合后是否需要筛选？为什么？如何筛选？
需要;
（4）过程③密切相关的细胞器是什么？
高尔基体
(5)过程2的原理是什么 由杂种细胞d培育成新植株体现了什么原理
植物细胞的全能性
用选择培养基筛选
融合后会形成不同种类的细胞;
细胞膜的流动性;
（6)新植株的染色体数是多少 几倍体？是否可育
50；
(7)该技术与杂交育种有何区别 该技术有什么意义 有何局限性？
杂交育种是有性生殖，该技术是无性生殖。
在打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。
目前有许多理论和技术未解决，还不能让杂种植物按照人们的需要表现出双亲的性状。
可育
四倍体；
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。
（8）利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种过程中，遗传物质的传递为何不遵循孟德尔的遗传规律？
A细胞
B细胞
B原生质体
A原生质体
正在融合的原生质体
再生出细胞壁
AB杂种细胞
脱分化
愈伤组织
再分化
杂种植株
去壁
去壁
原生质体融合
植物组织培养
原生质体融合成功标志:
杂种细胞再生出细胞壁；
植物体细胞杂交成功的标志:
形成杂种植株。
植物体细胞杂交
植物细胞的全能性
细胞膜的流动性
考点二 植物体细胞杂交技术
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
　　教材隐性知识：
源于选择性必修3 P36“正文”：“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上长番茄、地下结马铃薯的主要原因是____________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。
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—马铃薯杂交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
　
植物体细胞杂交和有性杂交的辨析
9.（2023·江苏·）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
D
10.（2023·湖北·）栽培稻甲产量高、品质好，但每年只能收获一次。野生稻乙种植一次可连续收获多年，但产量低。中国科学家利用栽培稻甲和野生稻乙杂交，培育出兼具两者优点的品系丙，为全球作物育种提供了中国智慧。下列叙述错误的是（　　）
A．该成果体现了生物多样性的间接价值
B．利用体细胞杂交技术也可培育出品系丙
C．该育种技术为全球农业发展提供了新思路
D．品系丙的成功培育提示我们要注重野生种质资源的保护
A
2.植物细胞工程的应用
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)
（1）植物繁殖的新途径
2.作物脱毒
【背景】马铃薯和草莓都是无性繁殖的作物，它们感染的病毒很容易传播给后代。病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低，品质变差。
①作物脱毒的材料： 。选择该种细胞更易获得脱毒苗的理由是： 。
②作物脱毒所应用的技术： 。
分生区（如茎尖）的细胞
a.植物分生区细胞病毒少，甚至没有病毒
植物组织培养
③获得无病毒植株与抗病毒植株应用的生物学技术一样？
b.分生物细胞分化程度低，分裂能力强，全能性更高
例11.红薯是我国种植面积较大的一类作物,但长期以来的连种,造成了红薯品种退化,产量和品质逐年下降,其主要原因是所用的种薯携带了大量的病毒。研究人员利用现代生物技术,对红薯进行脱毒培养。下列说法错误的是(　　)
A.可以选择红薯茎尖或根尖的分生区作为外植体
B.若选择的外植体体积过大,可能会导致脱毒率降低
C.培育红薯脱毒苗的过程中,需要适时调整激素的比例
D.培育红薯脱毒苗过程中,激素使用不当会导致性状分离
答案:D
解析:培育红薯脱毒苗过程中,细胞分裂的方式为有丝分裂,激素使用不当不会导致性状分离,D项错误。
（3）作物新品种的培育：单倍体育种、　　　的利用。
突变体
（3）作物新品种的培育：单倍体育种、　　　的利用。
突变体
①次生代谢物：是一类　　　有机化合物，在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
②细胞产物的工厂化生产：人们利用　　　　　　来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。
③植物细胞培养：是指在　　条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其　　的技术。
小分子
植物细胞培养
离体
增殖
4.细胞产物的工厂化生产
例12（2023·山东·）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
A
　　教材隐性知识：
源于选择性必修3 P41“相关信息”：初生代谢是生物生长和生存所　　的代谢活动，因此，在整个生命过程中一直进行着；次生代谢　　生物生长所必需的，一般在特定的组织和器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。
必需
不是
例13.(2019·全国Ⅱ，38节选)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)。
能保持植物原有的遗传特性，繁殖速度快
(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。
有利于胚状体进行呼吸作用
矿质元素
糖
源于选修3 P40“小知识”及“讨论”：
(1)胚状体是由 再分化而来，是 的结构，相当于
正常 发育形成的胚，与其有类似的 过程。
(2)针对植物种类和土壤条件，在人工种子的包裹剂中可以加入适量的养分、 、有机碳源以及农药、 、有益菌等。为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些 。
愈伤组织
已分化
受精卵
结构和发育
无机盐
抗生素
植物生长调节剂
填空默写
1.(选修3 P31)细胞工程：_________________________________________
_________________________________________________________________________________________________________。
2.(选修3 P33)全能性：___________________________________________
__________________________。
3.(选修3 P33)脱分化：___________________________________________
____________________________________。
4.(选修3 P33)再分化： 。
指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术
具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞都具有发育成完整生物体的潜能
让已经分化的细胞，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
愈伤组织重新分化出芽、根等器官的过程
5.(选修3 P34)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，这是因为在______________________________________________
______________________。
6.(选修3 P36)植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的___________________________________________________________________________________________________________________。
7.(选修3 P37)植物体细胞杂交就是_________________________________
______________________________________________________。
8.(选修3 P36)在进行植物体细胞杂交之前，必须先用________________去除细胞壁。
特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质
植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株
将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术
纤维素酶和果胶酶
9.(选修3 P38)植物组织培养技术不仅可以保持 ，还可以 ，因此人们形象地把用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，叫做植物的微型繁殖技术，也叫快速繁殖技术。
10.(选修3 P39)脱毒苗的培养一般选取一定大小的茎尖进行组织培养的原因是 。
11.(选修3 P39)人工种子就是以植物组织培养得到的__________________
___________等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。
优良品种的遗传特性
高效快速地实现种苗的大量繁殖
植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒
胚状体、不定芽、
顶芽和腋芽

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