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第二章 细胞工程
第一节 植物细胞工程
学习目标 学科核心素养
1.简述植物组织培养的原理
和过程。
2.描述植物体细胞杂交的原
理和过程。 1.生命观念——理解植物组织培养的理论基础和过程。
2.科学思维——尝试构建植物体细胞杂交的流程简图。
3.科学探究——根据实验的原理和步骤，完成天竺葵的
组织培养。
教材预习·必备知识全过关
一、植物组织培养技术
1. 概念：利用____________，在无菌条件下，将离体的植物器官、组织、细胞或原生
质体等，在培养基上培养，使其发育成________________的技术。
细胞全能性
部分或完整植株
2. 步骤
原生质体
次氯酸钠溶液
无菌水
生长、分化
无菌
氮源
植物激素
发育途径
分化
分生
薄壁
旺盛分裂
诱导分化
胚状体
根
芽
愈伤组织
成活
3. 流程图（示例：以某种植物茎尖为外植体的组织培养）
接种
愈伤组织
生芽
生根
4. 天竺葵的组织培养
（1） 实验目的
③尝试进行植物组织培养，关注植物组织培养技术在生产中的应用。
接种
植物激素
（2） 实验原理
① 植物体的每个体细胞都携带了来自受精卵的完整的________。当其处于______状态时，
经过适当处理后，在适宜的培养基上，经过脱分化、再分化，可发育成完整的植株。
基因组
离体
② 组织培养得到的试管苗是非常幼嫩的植株，其表面蜡质和角质层等保护组织______
___，气孔________，有叶绿体但光合作用________。这样的试管苗一般要经过______，
以逐渐适应自然环境下的生长条件。
不发达
数目少
能力差
炼苗
（3） 实验步骤
母液
瓶口或瓶壁上
高压蒸汽灭菌锅
彻底灭菌
幼嫩
氯化汞
叶脉
外植体
灼烧
交叉污染
生芽
生根
蛭石或珍珠岩
二、植物体细胞杂交技术
1. 概念：主要是指将自发或人工融合的__________培育成______________的技术。
杂种细胞
新品种植物体
2. 过程
原生质体融合
细胞壁
脱分化
再分化
（1） 去壁：用__________________去除植物细胞壁，获得原生质体。
纤维素酶和果胶酶
（2） 诱导原生质体融合的方法
电融合
聚乙二醇
3. 意义：克服不同种植物之间杂交的________障碍，打破__________，实现远缘物种
之间的核质融合。
4. 问题：杂种后代遗传性状__________、再生植株__________。
不亲和
生殖隔离
不够稳定
寿命较短
核心要点·能力素养全提升
要点一 植物组织培养技术要点解读
1.对细胞全能性的理解
全能性的
大小 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
全能性表
达的条件 ①脱离母体；②营养条件；③一定的植物激素（如生长素和细胞分裂
素）；④环境条件：无菌、适宜的温度、光照
不表达的
原因 在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因选择性表达
2.脱分化和再分化的比较
内容 脱分化 再分化
过程 外植体 愈伤组织 愈伤组织 胚状体
形成体的特点 排列疏松、无规则、高度液泡
化、无定形状态的薄壁细胞 胚状体中胚芽、胚根、胚轴等结
构完整
条件 离体
适宜的营养
生长素与细胞分裂素的比例适中 生长素与细胞分裂素的比例高诱
导生根，比例低诱导生芽
不需要光照 需要光照
3.生长素浓度和细胞分裂素浓度的比值对植物细胞发育方向的影响
生长素浓度与细胞分裂素浓度的比值 结果
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 促进愈伤组织的形成
A
A.上述植物组织培养的过程依据的生物学原理是植物细胞具有全能性
B.需要对外植体进行严格的灭菌处理，以防止杂菌污染
C.外植体若是天竺葵的花药，则图中的①过程需要光照
D.外植体若是植物的根尖组织，因细胞中没有叶绿体，故培养成的新植株叶片无色
[解析] 植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性，A项正确；外植体一般只消毒，不进行灭菌处理，以保持外植体的活性，B项错误；①过程是脱分化过程，天竺葵的花药脱分化过程不需要光照，形成幼小植株后才需要光照，C项错误；根尖组织中含有控制叶绿体形成的基因，在培养过程中，基因的选择性表达会使培养成的新植株叶片呈绿色，D项错误。
对点演练1 [2023江苏盐城龙岗中学高二质量检测]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
( )
C
对点演练2 [2022江苏淮安马坝高级中学高二期中]植物组织培养是依据细胞的全能性，
在体外将植物组织细胞培养成一个完整植株的过程，如下图所示。下列相关叙述错误
的是( )
B
A.培养基中添加蔗糖可以提供营养和调节渗透压
B.甲、丙两处使用的生长素与细胞分裂素的比例相同
C.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核基因数目可能不同
D.丙过程的实质是基因的选择性表达
[解析] 生长素和细胞分裂素的使用比例不同，培养的结果不同：生长素的比例高时，有利于根的分化、抑制芽的形成；生长素的比例低时，有利于芽的分化、抑制根的形成；二者比例适中时，促进愈伤组织的形成。故甲、丙两处使用的生长素与细胞分裂素的比例不同，B项错误。
要点二 植物体细胞杂交技术
1.植物有性生殖与体细胞杂交中遗传物质的变化
类型 染色体数 染色体倍性 基因型 育性
A植物 二倍体 可育
B植物 二倍体 可育
有性生殖（A×B） 二倍体 、 、 、 不可育
体细胞杂交 四倍体 可育
（2）检测方法：对诱导产生的细胞进行植物组织培养，然后根据得到的植物性状进行
判断。
①若只表现出一种植物的性状，说明是未融合的细胞。
②若得到的是具有两种亲本性状的植物，说明是杂种植株。
③若得到的是具有两种亲本性状的植物，且一种植物的性状得到加强，则是多细胞融合体。
④若得到的是只存一种亲本性状的植物，但是性状得到加强，则是同种细胞融合的结果。
典例2 [2023江苏南通如东高级中学高二调研]下图是
“白菜—甘蓝”杂种植株的培育过程示意图。下列说
法不正确的是( )
C
A.过程中需用纤维素酶和果胶酶溶液处理获得原生质体，且溶液的渗透压略大于细胞液渗透压
B.植物体细胞杂交过程中，需用不同浓度的细胞分裂素和生长素培养杂种体细胞
C.最终得到的植株相对于白菜、甘蓝，发生了染色体数目变异，因此不具有可育性
D.与传统的有性杂交相比，细胞融合技术的优越性在于实现了远缘杂交
[解析] 最终得到的植株相对于白菜、甘蓝，发生了染色体数目变异，属于异源四倍体，可育，C项错误。
对点演练3 [2023江苏南通海安高级中学高二质量检测]下列关于制备甘蓝原生质体的
说法，正确的是( )
D
A.用于制备原生质体的甘蓝叶片应先进行灭菌
B.纤维素酶和果胶酶的酶解时间不会影响原生质体的产量
C.原生质体活力可通过质壁分离与复原实验进行检查
D.分离出的甘蓝原生质体具有全能性，可用于植物体细胞杂交
[解析] 用于制备原生质体的甘蓝叶片应先进行消毒，并非灭菌处理，A项错误；酶解一定时间后，细胞失去细胞壁的保护，原生质体极易吸水涨破，所以酶解时间会影响原生质体的产量，B项错误；原生质体已经去除细胞壁，不能发生质壁分离和复原，C项错误；原生质体是裸露的具有生命活性的细胞，具有细胞核、细胞器、细胞质等，因此原生质体具有再生细胞壁、进行连续分裂并生成完整植株的能力，即具有全能性，可用于植物体细胞杂交，D项正确。
对点演练4 [2022江苏泰州高级中学高二期中]下列有关植物体细胞杂交的叙述，错误
的是( )
B
A.植物体细胞杂交产生的杂种植株的变异类型属于染色体变异
B.植物体细胞杂交产生的杂种植株一定不具有繁殖能力
C.植物体细胞杂交产生杂种植株的过程中需使用植物组织培养技术
D.植物体细胞杂交能克服远缘杂交不亲和障碍
[解析] 植物体细胞杂交产生的杂种植株含有两个亲本物种的染色体，一般情况下，染色体成对存在，可以正常进行减数分裂，具有繁殖能力，如白菜—甘蓝形成的杂种植株可育，B项错误。
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