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第二章 细胞工程
第二节 植物细胞工程的应用
学习目标 学科核心素养
1.通过对植物细胞工程的应用实例的分
析，了解这些应用涉及的技术流程和应
用的优势。
2.认同植物细胞工程在生产实践中具有重
要的应用价值。 1.生命观念——通过对人工种子的学习，
形成结构和功能相统一的观点。
2.科学思维——通过比较单倍体育种和杂
交育种的过程与方法，培养利用逻辑思维
分析问题的能力。
教材预习·必备知识全过关
一、植物组织培养技术的应用
1. 人工种子
（1） 概念：将在植物组织培养中得到的________和具有养分的__________包埋在具
有保护功能的人工种皮中，在适宜的条件下能够生根发芽的颗粒体。
胚状体
人工胚乳
（2） 基本结构：
保护
胚状体
无机盐
蛋白质
（3） 生产过程：
① 植物组织培养获得________。
② 人工种皮对胚状体和人工胚乳的______。
胚状体
包埋
（4） 优点：
①制种快。
② 制种不受______限制。
③ 人工胚乳可提供更好的______供应，还可提供相应成分增强抵抗疾病的能力。
季节
营养
2. 快速繁殖
概念 利用植物组织培养技术不仅可以保持优良植物品种的__________，而且可以实
现种苗的__________，植物组织培养技术也因此被称为“快速繁殖技术”。在
进行植物组织培养的过程中，幼苗在实验室的培养瓶中生长发育，所以又被称
为“______________”
特点 ①保持优良植物品种的遗传特性。
②繁殖速度____。
③不受季节和恶劣天气的影响。
④可以进行全年连续生产，大大提高了__________
遗传特性
快速繁殖
微型繁殖技术
快
生产效率
3. 培育脱毒植物
植物生长点
不稳定
活力下降
嘌呤和嘧啶类似物或抗生素
4. 种质保存
物质代谢和生命活动几乎完全停止
不会引起遗传性状的改变
二、植物细胞培养技术的应用
1. 植物细胞代谢产物的工厂化生产
（1） 细胞代谢产物：植物生长到一定阶段后，会通过代谢合成一些物质，它们可能
对该植物无明显生理功能，也不是该植物____________所必需的，但这些植物细胞代
谢产物可能是珍贵的______等。
生长和繁殖
药物
（2） 应用实例：
① 获取许多重要的细胞代谢产物，如治疗疟疾的药物——______；抗肿瘤药物——
________。
② 成为工业化生产相关植物产品的有效途径，如药物——人参皂苷；食品添加剂—
—__________、甜味剂。
奎宁
紫杉醇
食用色素
③用于农副业生产，如大规模培养桑叶的叶肉细胞，可制作成家蚕的饲料。
（3） 优点：不仅______、______，而且不受季节、______等条件的限制。
快速
高效
环境
2. 单倍体育种
（1）原理:染色体变异。
（2） 优点：
①后代是纯合子,能获得具有稳定__________的优良品种。
②明显缩短了育种的年限。
遗传特性
（4） 过程：
离体培养
单倍体
染色体数目加倍
二倍体
① 成熟的花药由________和________及其中的______等结构组成。
② 经过适当诱导，花粉可发育成______性的胚状体或愈伤组织，最终形成________植株。
花药壁
花粉囊
花粉
单倍
单倍体
秋水仙素溶液
愈伤组织
幼胚
染色体数目
二倍体
（4）实例：小麦、黑麦、玉米单倍体植株。
核心要点·能力素养全提升
要点一 植物细胞工程的应用
1.脱毒苗与抗毒苗
“脱毒”与“抗毒”不同，前者指的是本身病毒少，甚至无病毒，受病毒感染的机会
少，而后者指的是能抵抗病毒的感染。
2.比较两种植物繁殖新途径
繁殖新途径 取材 优点 技术
快速繁殖（微型繁
殖） 取材广泛 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 植物组织
培养
作物脱毒 生长点部位 获得高产、优质的无病毒植物
典例1 下列对植物繁殖的新途径的理解，正确的是( )
B
A.微型繁殖技术是指植物体细胞杂交技术
B.马铃薯利用芽尖组织培养进行脱毒
C.人工种子的种皮由胚状体生成
D.微型繁殖的优点有取材多、培养周期短、繁殖率高
[解析] 微型繁殖技术是指植物组织培养技术，A项错误；进行植物微型繁殖时常采用茎尖或根尖作为外植体，原因是茎尖或根尖病毒极少，因此切取一定大小的茎尖或根尖进行组织培养，再生的植株就可能不带病毒，B项正确；人工种子的种皮是人工合成的，C项错误；微型繁殖的优点有取材少、培养周期短、繁殖率高，D项错误。
对点演练1 下列关于快速繁殖铁皮石斛的叙述，错误的是( )
A
A.切取一定大小的铁皮石斛茎尖进行组织培养，可获得抗病毒苗
B.对铁皮石斛的愈伤组织进行工厂化培养，可获得其细胞代谢产物
C.快速繁殖过程中，一般需用植物激素先诱导生芽，再诱导生根
D.在铁皮石斛的快速繁殖过程中，不是每个细胞都表现出全能性
[解析] 一定大小的铁皮石斛茎尖的病毒极少，甚至无病毒，用其进行组织培养，可获得脱毒苗，但不是抗病毒苗，A项错误。
ABD
A.脱毒苗培育过程的原理是植物细胞具有全能性
B.脱毒苗培育过程需经历脱分化和再分化两个阶段
C.脱分化和再分化的培养基成分是相同的，但两个阶段光照条件不同
D.培育脱毒苗应选用生长点部位，因为该部位分裂旺盛，所含的病毒少
[解析] 脱毒苗的培育采用了植物组织培养技术，该技术的原理是植物细胞具有全能性，A项正确；脱毒苗培育过程是植物组织培养的过程，需经过脱分化和再分化两个阶段，B项正确；植物组织培养中脱分化和再分化的培养基中植物激素的含量不同，C项错误；由于生长点部位细胞分裂旺盛，所含的病毒少，因此可用生长点部位（如芽尖）进行植物组织培养，从而获得脱毒苗，D项正确。
要点二 植物细胞培养技术的应用
1.植物组织培养和植物细胞培养
类型 植物组织培养 植物细胞培养
利用原理 细胞全能性 细胞增殖
培养对象 离体的植物器官、组织、细
胞或原生质体 由愈伤组织分散得到的悬浮细胞
类型 植物组织培养 植物细胞培养
培养过程
培养目的 获得植物幼苗 获得细胞产物
二者的关系 ①植物组织培养是植物细胞培养的基础；②它们都属于植物细胞
工程的范畴
续表
2.几种育种方法的比较
育种方法 原理 过程 优点
快速繁殖 细胞的全能性 脱分化、再分化 保持优良品种的遗传
特性
单倍体育种 细胞的全能性、染色
体变异 花药离体培养、秋水仙
素诱导染色体数目加倍 明显缩短育种年限
植物体细胞杂
交 细胞质膜的流动性、
细胞的全能性 原生质体融合、杂种细
胞组织培养 打破生殖隔离，实现
远缘杂交
典例2 [2023江苏盐城阜宁中学高二质量检测]利用植物细胞培养技术从红豆杉细胞中
提取抗癌物质——紫杉醇，不需要进行的是( )
D
A.选取合适的外植体并要进行快速消毒
B.培养基中加入适量的蔗糖，以提供营养并维持渗透压
C.控制植物激素的种类和含量，诱导产生愈伤组织
D.选择适当的分化培养基培育红豆杉幼苗
[解析] 培育红豆杉幼苗，常用的培养基有脱分化培养基、生芽培养基、生根培养基，D项错误。
对点演练3 紫草素具有抗菌、消炎效果，通过植物组织培养技术培养出愈伤组织，从
愈伤组织的细胞中提取紫草素，大大加快了紫草素的生产进程。下列叙述正确的是
( )
C
A.紫草离体的叶片灭菌后可做外植体
B.愈伤组织通过减数分裂进行细胞增殖
C.破碎愈伤组织细胞能提高紫草素的提取率
D.愈伤组织生产紫草素体现了细胞的全能性
[解析] 紫草离体的叶片消毒后可做外植体，A项错误；愈伤组织细胞不能进行减数分裂，其通过有丝分裂进行细胞增殖，B项错误；破碎愈伤组织细胞能提高紫草素的提取率，C项正确；细胞的全能性是指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，愈伤组织生产紫草素不能体现细胞的全能性，D项错误。
C
A
A.多次重复①过程可获得不含有毒物质的脱毒苗
B.所得植株A、植株B和植株C的基因型彼此不同
C.花粉离体培养形成幼苗2需经脱分化和再分化
D.此实验证明玉米体细胞和生殖细胞都具有全能性
[解析] 芽尖细胞含有的病毒较少，所以多次重复①过程可获得不含病毒的脱毒苗，A项错误。
B
[解析] 过程②是愈伤组织进行再分化的过程，植株A是由花药离体培养获得的单倍体，B项错误。
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