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第56讲　植物细胞工程
(时间:30分钟　满分:36分)
基础强化练
选择题:1~6题,每题2分。
1.(植物组织培养|2024·大连二模)下列关于菊花组织培养的叙述,正确的是(　　)
[A] 实验所用材料、器具均需灭菌处理以防杂菌污染
[B] 菊花茎段的离体培养过程中不需要更换培养基
[C] 试管苗移栽入土前可移植到消过毒的蛭石中培养
[D] 脱分化形成愈伤组织的过程不受基因表达的调控
2.(植物体细胞杂交|2025·成都期中)甲植物的细胞质基因决定高产性状,乙植物的细胞核基因决定耐盐性状。某研究小组用一定的方法使甲植物细胞的细胞核失活、乙植物细胞的细胞质失活,之后利用植物体细胞杂交技术培育高产耐盐再生植株。下列相关叙述错误的是(　　)
[A] 进行植物体细胞杂交之前,先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁
[B] 失活处理可使得未融合和同种融合的原生质体均不能正常生长分裂
[C] 愈伤组织经再分化可形成胚状体,长出芽和根,进而发育成完整植株
[D] 再生植株含有两种优良性状的基因,一定能表现出高产耐盐的性状
3.(植物体细胞杂交|2024·许昌模拟)科研人员利用植物体细胞杂交技术,将二倍体粉蓝烟草和二倍体朗氏烟草的体细胞进行融合来获得杂种植株。下列叙述正确的是(　　)
[A] 植物体细胞杂交技术指将不同种的植物体细胞,在一定条件下融合成杂种细胞的
技术
[B] 融合后的杂种细胞诱导形成愈伤组织期间一般不需要光照,后续培养过程需要适当光照
[C] 杂种细胞经过培养形成杂种植株的过程利用了染色体数目变异原理
[D] 融合形成的异源二倍体烟草细胞中,同时含有粉蓝烟草和朗氏烟草的遗传物质
4.(新情境·真菌细胞杂交|2024·北京二模)将优质、耐贮藏的巨大口蘑(甲)和高产、适应性强的双孢蘑菇(乙)作为亲本菌株,进行原生质体融合育种,以得到具有新生理特性的融合菌株。如图为育种过程,以下说法错误的是(　　)
[A] 利用酶解法对甲和乙的菌丝去壁
[B] 使用适宜浓度的PEG诱导原生质体融合
[C] 融合时间和温度不会影响原生质体融合率
[D] 原生质体融合育种可以实现远缘杂交的目的
5.(单倍体育种|2024·武汉模拟)如图为某二倍体植株单倍体育种的流程示意图,下列说法正确的是(　　)
[A] c中各试管苗的核基因组成全部相同
[B] d中获得的隐性植株是体细胞诱变育种的理想材料
[C] 用低渗培养液处理悬浮培养的愈伤组织使其涨破从而获取次生代谢物
[D] b→c过程培养基中细胞分裂素和生长素的比例不变
6.(植物组织培养技术|2025·河南高考适应性考试)中药材怀菊含有多种活性物质,具有清热、明目等功效。植物组织培养技术可用于怀菊的脱毒和快速繁殖。下列叙述正确的是(　　)
[A] 怀菊中含有的次生代谢物通常是怀菊基本生命活动所必需的
[B] 怀菊快速繁殖过程中产生的体细胞突变可通过无性生殖遗传
[C] 利用怀菊的茎段作为外植体,通过植物组织培养可获得脱毒苗
[D] 生芽培养基中细胞分裂素与生长素的比值比生根培养基中的小
能力提升练
选择题:7~9题,每题4分。
7.(植物细胞工程的应用|2024·梅州一模)骆驼蓬主要分布在干旱和半干旱地区,能防风固沙。骆驼蓬合成的多种生物碱具有抗肿瘤作用。科研人员利用骆驼蓬下胚轴进行育苗和生物碱提取,过程如图所示。下列说法正确的是(　　)
[A] 下胚轴切段需用无水乙醇和次氯酸钠进行消毒处理
[B] 过程①和过程②分别发生了细胞的脱分化和再分化
[C] 由无毒下胚轴经组织培养获得的骆驼蓬无毒幼苗可抵抗病毒的侵染
[D] 骆驼蓬具有防风固沙的作用,体现生物多样性的间接价值
8.(植物细胞工程的应用|2024·天津一模)通过植物细胞工程对光果甘草进行培养以获得药物甘草西定,过程如图所示。下列相关叙述正确的是(　　)
[A] 过程③④⑥细胞分裂方式相同,培养基中生长素与细胞分裂素比例也相同
[B] 过程④常用射线或化学物质处理即可获得大量所需的突变体植株丙
[C] 植株丁还可以直接用低温或秋水仙素处理愈伤组织后培养获得
[D] 过程⑥中甘草西定可通过植物细胞培养获得,该过程体现了植物细胞的全能性
9.(新考法·快速繁殖影响因素|2024·秦皇岛二模)东云系多肉植物的繁殖率和叶插率都较低。研究人员以东云系多肉植物品种HBG和阿姆斯特壮为实验材料进行植物组织培养,探究外植体选取部位对东云系多肉植物污染率和成活率的影响,实验结果如下表。下列相关叙述错误的是(　　)
外植体 污染率/% 成活率/%
HBG 阿姆斯特壮 HBG 阿姆斯特壮
叶片 56.67 70.00 26.67 16.67
嫩芽 23.33 20.00 46.67 53.33
花芽 16.67 13.33 56.67 60.00
[A] 实验所用叶片、嫩芽和花芽经过蒸馏水冲洗掉消毒剂后才能进行培养
[B] HBG叶片经诱导形成愈伤组织时需要用固体培养基
[C] 东云系多肉植物可能因为叶片污染率高导致叶插成活率低
[D] 由表可知东云系多肉植物进行组织培养时优选部位为花芽
10.(12分)(植物体细胞杂交技术|2024·成都三模)野生稻(A)具有耐盐碱特性,栽培稻(B)具有产量高的优势。研究人员通过植物细胞工程技术培育兼具野生稻和栽培稻特性的优良植株,实验流程如图。回答下列问题。
(1)在进行“处理1”时,有时会使用到蜗牛消化道提取液,据图分析,蜗牛消化道提取液中可能含有的成分有　　　　　　 　　。通过电场诱导形成的甲能够在一定条件下培育出完整植株,说明植物细胞具有　　 　　。
(2)流程图中的甲、乙分别是　　　　　　　。从“甲→乙→试管苗”过程需要更换培养基,原因是　 　。
(3)“乙→试管苗”的培养过程中需要给予适宜光照,目的是
　。
“试管苗→目的植株”的培养过程应该在一定浓度的高盐碱环境下进行,目的是
　。
第56讲　植物细胞工程
1.C　实验材料中的外植体只能消毒,不能灭菌,否则细胞会死亡;不同阶段所需培养基成分不同、作用不同,要根据培养过程的实际情况,更换培养基,如愈伤组织长成后,需要移到分化生芽的培养基上;先将试管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,可提高植物生存能力;离体的植物组织、器官或细胞经过脱分化过程形成愈伤组织,存在基因的选择性表达,受基因表达的调控。
2.D　植物细胞壁的主要成分为纤维素和果胶,在获取原生质体时,常利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁;对甲植物细胞的细胞核、乙植物细胞的细胞质进行失活处理,可使得未融合和同种融合的原生质体均不能正常生长分裂,从而筛选出杂种细胞;愈伤组织经再分化可形成胚状体,长出芽和根,进而发育成完整植株;再生植株含有两种植物的优良性状基因,但基因的表达是复杂的,受到多种因素的调控,因此再生植株不一定能表现出高产耐盐的性状。
3.B　植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种植株,而不是杂种细胞;融合后的杂种细胞需要经过脱分化诱导形成愈伤组织,该过程中不需要光照,后期再分化过程中需要光照;由杂种细胞培育出杂种植株的过程中主要利用的原理是植物细胞的全能性,原生质体融合的过程发生了染色体数目变异;粉蓝烟草和朗氏烟草的体细胞都是二倍体,由二者融合形成的杂种细胞发育成的杂种植株属于异源四倍体。
4.C　可以通过酶解法对甲和乙的菌丝去壁;诱导原生质体融合的方法可以使用适宜浓度的PEG融合;温度影响膜的流动性,时间影响反应进程 ,故时间和温度会影响原生质体融合率;本方法的优点是克服了远缘杂交不亲和的障碍。
5.B　若花药来自杂合子,则花药基因型可能不同,c中各试管苗是由花药离体培养所得,核基因组成不完全相同;d中获得的隐性植株是体细胞诱变育种的理想材料,若发生显性突变,可以通过观察性状进行判断;植物细胞有细胞壁,难以吸水涨破,愈伤组织悬浮培养可从培养液中获得植物次生代谢物;b→c过程培养基中细胞分裂素和生长素的比例发生改变,诱导芽的形成时二者比例较高,诱导根的形成时二者比例较低。
6.B　怀菊中含有的初生代谢物通常是其基本生命活动所必需的;茎尖通常无病毒且分生能力强,利用茎尖作为外植体,通过植物组织培养可获得脱毒苗;生芽培养基中的细胞分裂素与生长素的比值比生根培养基中的大。
7.D　下胚轴切段需用70%酒精和次氯酸钠进行消毒处理;过程①发生的是细胞的脱分化,过程②是愈伤组织的扩大培养,不是再分化过程;由无毒下胚轴经组织培养获得的骆驼蓬无毒幼苗只是不带病毒,并不是能抵抗病毒的侵染;骆驼蓬具有防风固沙的作用,这属于生态功能,体现生物多样性的间接价值。
8.C　过程③是再分化过程,生长素/细胞分裂素的值高时,利于生根,该值低时利于生芽,过程④⑥培养基中培养的是愈伤组织细胞,各培养基生长素与细胞分裂素比例不完全相同;基因突变具有低频性、不定向性,过程④常用射线或化学物质诱导愈伤组织发生基因突变,经筛选,并进一步培养才可能获得所需的突变体植株丙;植株丁是原生质体诱导融合后得到的,还可以直接用低温或秋水仙素处理愈伤组织经诱导染色体加倍后培养获得;过程⑥中甘草西定可通过植物细胞培养获得,应将愈伤组织细胞悬浮培养,该过程没有得到完整植株或其他各种细胞,不能体现植物细胞的全能性。
9.A　外植体消毒过程中应用无菌水冲洗,以减少杂菌污染;植物组织培养中诱导形成愈伤组织时需要用固体培养基;分析表格可知东云系多肉植物品种HBG和阿姆斯特壮以叶片为外植体时成活率最低,污染率最高,因此推测东云系多肉植物可能因为叶片污染率高导致叶插成活率低;由表可知东云系多肉植物进行组织培养时花芽的污染率最低,成活率最高,因此优选部位为花芽。
10.【答案】 (每空2分)
(1)果胶酶和纤维素酶　全能性
(2)杂种细胞、愈伤组织　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
(3)诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用　淘汰掉不耐盐碱的植株,以便筛选出符合耐盐碱特性的杂交植株
【解析】 (1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,“处理1”是利用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁。在进行“处理1”时,有时会使用到蜗牛消化道提取液,说明蜗牛消化道提取液中可能含有纤维素酶和果胶酶。甲为诱导原生质体融合后形成的杂种细胞,借助植物组织培养技术,将甲在一定条件下培育出完整植株,说明植物细胞具有全能性。(2)由图可知:甲为杂种细胞,乙为愈伤组织。“甲→乙”过程是脱分化,“乙→试管苗”过程是再分化,由于诱导愈伤组织的形成(脱分化)和诱导愈伤组织分化形成试管苗(再分化)所需的生长素和细胞分裂素的比例不同,所以“甲→乙→试管苗”过程需要更换培养基。(3)试管苗形成后,需要通过光合作用合成有机物才能维持自身的生长发育,叶绿体是光合作用的场所,叶绿体的形成需要光。可见,“乙→试管苗”的培养过程中出现芽的分化,需要给予适宜光照,其目的是诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用。目的植株应该兼具野生稻耐盐碱特性和栽培稻产量高的优势,“试管苗→目的植株”的培养过程应该在一定浓度的高盐碱环境下进行,其目的是淘汰掉不耐盐碱的植株,以便筛选出符合耐盐碱特性的杂交植株。第56讲　植物细胞工程
[课标要求]
1.阐明植物组织培养是在一定条件下,将离体植物器官、组织和细胞在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织,并重新分化,最终形成完整植株的过程。
2.概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定条件下融合成杂合细胞,继而培育成新植物体的技术。
3.举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种等方式有效提高了生产效率。
考点一　植物组织培养技术
1.细胞工程的概念
原理和方法 涉及细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科
操作水平 　　　　　　、细胞或　　　　水平
目的 获得特定的　　　　　　　　　　　　或其产品
分类 植物细胞工程和动物细胞工程
2.植物细胞的全能性
3.植物组织培养技术
(1)概念:将离体的　　　　　　　　　　 　　等,培养在人工配制的培养基上,给予　　　　的培养条件,诱导其形成完整植株的技术。
(2)原理:　　　　　　　 　　　。
(3)过程。
①脱分化:在一定的激素和营养等条件的诱导下,已经分化的细胞失去其特有的　　　　　　,转变成　　　　　　的细胞,进而形成愈伤组织的过程。
②愈伤组织:脱分化产生的　　　　　 　　　　　团块。
③再分化:愈伤组织重新分化成　　　　　　等器官的过程。
(4)操作实例——菊花的组织培养。
1.判断正误
(1)(选择性必修3 P34正文)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)(选择性必修3 P35~37探究·实践)脱分化和再分化两个过程中均会发生基因的选择性表达。(　　)
(3)(选择性必修3 P35~37探究·实践)培养基中的生长素和细胞分裂素的比例影响愈伤组织的分化。(　　)
(4)(选择性必修3 P35~37探究·实践拓展)同一株绿色开花植物不同部位的细胞经组织培养获得的植株基因型都是相同的。(　　)
(5)(选择性必修3 P35~37探究·实践)外植体和培养基均需要先进行灭菌处理,之后才可进行接种培养。(　　)
2.规范表达
(1)(选择性必修3 P35~37探究·实践拓展)植物组织培养中所需的碳源为什么一般为蔗糖,少数为葡萄糖和果糖
(2)(选择性必修3 P35正文拓展)从繁殖方式上看,利用根或芽进行的植物组织培养属于哪种繁殖方式 为什么
(3)(选择性必修3 P35~37探究·实践拓展)诱导愈伤组织期间一般不需要光照,在后续的培养过程中,每日需要给予适当时间和强度的光照的原因是什么
能力1　围绕植物组织培养的过程,考查理解能力
1.(2024·河北保定三模)甜叶菊叶片中含有甜菊糖,其甜度为蔗糖的300倍左右,是天然甜味剂。但甜叶菊因其种子小、发芽率低、根系弱等特点使其生产受到限制,研究发现采用组织培养技术可大量生产甜叶菊。下列相关叙述正确的是(　　)
[A] 甜叶菊外植体需用体积分数为95%的酒精消毒处理
[B] 接种后需在18~22 ℃、光照条件下诱导形成愈伤组织
[C] 生长素与细胞分裂素浓度、比例的不同会使愈伤组织向不同方向分化
[D] 愈伤组织形成试管苗的实质是使细胞失去原来特有的结构和功能
2.(2024·甘肃兰州期末)金菊花是多年生草本植物,是经长期人工选择培育出的名贵观赏花卉。如图表示某兴趣小组利用金菊花未开花的幼嫩枝条进行组织培养的过程。下列叙述正确的是(　　)
[A] 过程①是获取离体的未开花的幼嫩枝条,用适宜浓度的酒精和次氯酸钠的混合液消毒
[B] 过程③表示再分化,需要先诱导生根,再诱导生芽
[C] 过程④是培育形成的试管苗直接移栽入土进一步培养成金菊花植物体
[D] 整个组织培养过程中可能发生细胞分化、基因突变或染色体变异
考点二　植物体细胞杂交技术
1.概念:植物体细胞杂交是指将　　　　　 　来源的植物体细胞,在一定条件下融合成　　　　　　,并把杂种细胞培育成　　　　　　的技术。
2.过程
(1)过程①为去除　　　　获得原生质体,用到的酶是　　　　　　和　　　　　　。
(2)过程②为　　　　　　的融合,人工诱导的物理法包括　　　　　　、　　　　等,化学法包括　　　　　　　　　　　　、高Ca2+—高pH融合法等。
(3)过程③为融合的原生质体再生出　　　　　,这是原生质体融合成功的标志。
(4)过程④为　　　　　　,过程⑤为　　　　。
3.原理:体细胞杂交利用了细胞膜的　　　　　　,杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的　　　　　　　。
4.意义:在打破　　　　　　,实现　　　　　　育种,培育植物新品种等方面展示出独特的优势。
5.局限性: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。
1.判断正误
(1)(选择性必修3 P36正文)生物体内基因的表达不是孤立的,番茄—马铃薯的遗传物质可能相互干扰。(　　)
(2)(选择性必修3 P37正文)可采取电融合法、离心法、PEG融合法等方法直接将两个植物细胞进行诱导融合。(　　)
(3)(选择性必修3 P38图24)细胞融合时不只形成杂种细胞,还形成同种细胞融合的细胞。(　　)
(4)(选择性必修3 P38正文)植物体细胞杂交技术是为了获得杂种细胞。(　　)
(5)(选择性必修3 P38正文)植物体细胞杂交能打破生殖隔离,实现远缘杂交育种。(　　)
2.规范表达
(选择性必修3 P38概念检测拓展)如图是利用甲、乙两种植物的各自优势,通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。
(1)图中a、b、c、d分别表示什么
(2)图中缺少细胞壁的甲、乙原生质体是否还具有全能性 为什么
1.植物组织培养和植物体细胞杂交的比较
2.植物体细胞杂交和有性杂交的比较
能力2　围绕植物体细胞杂交的原理、过程,考查获取信息能力
3.(2024·湖北卷,11)植物甲抗旱、抗病性强,植物乙分蘖能力强、结实性好。科研人员通过植物体细胞杂交技术培育出兼有甲、乙优良性状的植物丙,过程如图所示。下列叙述错误的是(　　)
[A] 过程①中酶处理的时间差异,原因可能是两种亲本的细胞壁结构有差异
[B] 过程②中常采用灭活的仙台病毒或PEG诱导原生质体融合
[C] 过程④和⑤的培养基中均需要添加生长素和细胞分裂素
[D] 可通过分析植物丙的染色体,来鉴定其是否为杂种植株
4.(2024·四川眉山模拟)“不对称体细胞杂交”是指将一个亲本的部分染色体或染色体上某些片段转移到另一个亲本体细胞内,获得不对称杂种植株。大剂量的X射线能随机破坏染色体结构,使染色体发生断裂,细胞不再持续分裂。碘乙酰胺使细胞质中某些酶失活,抑制细胞分裂。现欲利用“不对称植物体细胞杂交技术”使小麦获得偃麦草的耐盐性状(耐盐基因位于细胞核中)。下列叙述正确的是(　　)
[A] 该技术需要用纤维素酶、蛋白酶处理小麦和偃麦草的体细胞
[B] 融合前用X射线照射小麦的原生质体、碘乙酰胺处理偃麦草的原生质体
[C] 融合后能在植物组织培养的培养基上正常生长、分裂的即为融合成功的杂种细胞
[D] 与小麦染色体数目相同的杂种植株不可能获得偃麦草的耐盐性状
考点三　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
3.细胞产物的工厂化生产
(1)次生代谢物:是一类　　　　　有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等),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。
(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增殖的技术。
[思考] 初生代谢和次生代谢的区别是什么
1.判断正误
(1)(选择性必修3 P39正文)微型繁殖为无性繁殖,能改良植物原有的遗传特性。(　　)
(2)(选择性必修3 P40正文)利用组织培养技术培育脱毒苗,获得抗病毒的新品种。(　　)
(3)(选择性必修3 P40正文)单倍体育种通常先经花药离体培养后用秋水仙素处理。(　　)
(4)(选择性必修3 P41正文)紫杉醇的工厂化生产体现了植物细胞具有全能性。(　　)
(5)(选择性必修3 P41相关信息拓展)紫杉醇不是红豆杉基本生命活动所必需的,属于次生代谢物。(　　)
2.规范表达
(1)(选择性必修3 P40正文拓展)马铃薯、草莓和香蕉脱毒苗产量和品质明显提高,为什么小麦和玉米脱毒苗却基本没有变化
(2)(选择性必修3 P41正文)与从紫草植株中提取紫草宁相比,利用植物细胞培养生产紫草宁的优点有哪些
能力3　围绕植物细胞工程在实践中的应用,考查理解与应用能力
5.(2024·江苏卷,16改编)图示普通韭菜(2n=16)的花药结构。为了快速获得普通韭菜的纯系,科研人员利用其花药进行单倍体育种。下列相关叙述错误的有(　　)
[A] 花粉细胞和花药壁细胞均具有全能性
[B] 培养基中生长素与细胞分裂素的比例影响愈伤组织再分化
[C] 镜检根尖分生区细胞的染色体,可鉴定出单倍体幼苗
[D] 秋水仙素处理单倍体幼苗,所得植株的细胞中染色体数都是16
6.(2024·河南驻马店模拟)紫草宁是从紫草细胞中提取的一种药物和色素,具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。利用植物细胞培养生产紫草宁的基本过程如图所示。下列叙述错误的是(　　)
[A] 植物体次生代谢物的产生受发育程度、环境因素等影响
[B] 悬浮振荡培养前,需用胰蛋白酶从愈伤组织中分离出具活性的单个细胞
[C] 可以从接种量、pH、温度、光照等来探究培养条件对产量的影响
[D] 用悬浮细胞培养生产药效成分可缓解药用植物资源紧缺等
考向一　从科学思维角度,考查植物组织培养及应用
1.(2024·山东卷,20改编)下列关于植物愈伤组织的说法错误的是(　　)
[A] 用果胶酶和纤维素酶去除愈伤组织的细胞壁获得原生质体
[B] 融合的原生质体需再生出细胞壁后才能形成愈伤组织
[C] 体细胞杂交获得的杂种植株细胞中具有来自亲本的2个细胞核
[D] 通过愈伤组织再生出多个完整植株的过程属于无性繁殖
2.(2024·安徽卷,15)植物细胞悬浮培养技术在生产中已得到应用。某兴趣小组尝试利用该技术培养胡萝卜细胞并获取番茄红素,设计了以下实验流程和培养装置(如图),请同学们进行评议。下列评议不合理的是(　　)
[A] 实验流程中应该用果胶酶等处理愈伤组织,制备悬浮细胞
[B] 装置中的充气管应置于液面上方,该管可同时作为排气管
[C] 装置充气口需要增设无菌滤器,用于防止杂菌污染培养液
[D] 细胞培养需要适宜的温度,装置需增设温度监测和控制设备
考向二　从科学思维角度,考查植物体细胞杂交及应用
3.(2024·黑吉辽卷,6)迷迭香酸具有多种药理活性。进行工厂化生产时,先诱导外植体形成愈伤组织,再进行细胞悬浮培养获得迷迭香酸,加入诱导剂茉莉酸甲酯可大幅提高产量。下列叙述错误的是(　　)
[A] 迷迭香顶端幼嫩的茎段适合用作外植体
[B] 诱导愈伤组织时需加入NAA和脱落酸
[C] 悬浮培养时需将愈伤组织打散成单个细胞或较小的细胞团
[D] 茉莉酸甲酯改变了迷迭香次生代谢产物的合成速率
4.(2023·广东卷,12)人参皂苷是人参的主要活性成分。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合,以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是(　　)
[A] 细胞融合前应去除细胞壁
[B] 高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合
[C] 融合的细胞即为杂交细胞
[D] 杂交细胞可能具有生长快速的优势
第56讲　植物细胞工程
考点一　植物组织培养技术
必备知识·梳理
1.细胞器　组织　细胞、组织、器官、个体
2.分化成其他各种细胞　发育成完整个体所需的全套基因　激素
3.(1)植物器官、组织或细胞　适宜　(2)植物细胞的全能性　(3)植物器官　组织或细胞　愈伤组织　①结构和功能　未分化　②不定形的薄壁组织　③芽、根　(4)流水　酒精　次氯酸钠　愈伤组织　生芽　生根　
深挖教材
1.(1)×　植物细胞表现出全能性的首要条件是离体。
(2)√　(3)√
(4)×　花粉是生殖细胞,与体细胞的基因型不同。
(5)×　外植体需进行消毒处理,不能进行灭菌处理,否则会杀死外植体。
2.(1)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)无性繁殖。该植物组织培养是在细胞有丝分裂和细胞分化的基础上实现的,并没有生殖细胞的产生,所以属于无性繁殖。
(3)光照能诱导叶绿素形成,使试管苗进行光合作用。
关键能力·提升
能力1
1.C　甜叶菊外植体需用体积分数为70%的酒精和次氯酸钠溶液进行消毒处理;诱导外植体形成愈伤组织的过程中无需光照;植物组织培养过程中两种关键的激素是生长素和细胞分裂素,生长素与细胞分裂素的浓度、比例不同会诱导愈伤组织向不同方向分化;愈伤组织形成试管苗的过程为再分化,其实质是基因的选择性表达。
2.D　对外植体消毒应先用体积分数为70%的酒精消毒,无菌水冲洗2~3次后,再用质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液处理,再用无菌水清洗 2~3次;过程③表示再分化,一般先诱导生芽,再诱导生根;培育形成的试管苗要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;整个组织培养过程中会发生细胞分化,细胞进行有丝分裂,可能发生基因突变或染色体变异。
考点二　植物体细胞杂交技术
必备知识·梳理
1.不同　杂种细胞　新植物体
2.(1)细胞壁　纤维素酶　果胶酶　(2)原生质体　电融合法
离心法　聚乙二醇(PEG)融合法　(3)细胞壁　(4)脱分化
再分化
3.流动性　全能性
4.生殖隔离　远缘杂交
深挖教材
1.(1)√
(2)×　诱导植物细胞融合前应先用酶解法去除细胞壁。
(3)√
(4)×　植物体细胞杂交技术是为了获得杂种植株。
(5)√
2.(1)a表示用纤维素酶和果胶酶处理;b表示诱导融合后得到的杂种细胞;c表示培养后得到的具有耐盐性状的幼苗;d表示选择时要将植株种在高盐环境中。
(2)具有,甲、乙原生质体中仍含有对应植物的全套的遗传信息,仍具有全能性。
关键能力·提升
能力2
3.B　酶解是为了去除植物细胞的细胞壁,过程①中酶处理的时间不同,说明两种亲本的细胞壁结构可能有差异;过程②为原生质体的融合,常用PEG诱导原生质体融合,灭活的仙台病毒可诱导动物细胞融合,不能用于植物;过程④脱分化和⑤再分化的培养基中均需要添加生长素和细胞分裂素,但在两个过程中比例不同;植物丙是植物甲和植物乙体细胞杂交形成的个体,应具备两者的遗传物质,因此可通过分析植物丙的染色体,来鉴定其是否为杂种植株。
4.C　植物细胞壁阻碍细胞间的融合,“不对称体细胞杂交”需要用纤维素酶和果胶酶处理小麦和偃麦草的体细胞,获得原生质体;使小麦获得偃麦草的耐盐性状,应用X射线照射偃麦草的原生质体,使其染色体发生断裂,用碘乙酰胺处理小麦的原生质体,使其细胞不能分裂;只有融合成功的杂种细胞才含有正常活性的酶(由偃麦草原生质体提供)和整套的遗传信息(由小麦原生质体提供),才能在植物组织培养的培养基上正常生长、分裂;若含偃麦草耐盐基因的染色体片段移接到小麦的染色体上,则小麦在不改变染色体数目的情况下也可以获得偃麦草的耐盐性状。
考点三　植物细胞工程的应用
必备知识·梳理
1.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)
2.染色体变异　单倍体　纯合子　突变
3.(1)小分子　(2)植物细胞培养　(3)离体
[思考] 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,初生代谢物可以是蛋白质、核酸等生物大分子;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,次生代谢物是小分子有机物。
深挖教材
1.(1)×　微型繁殖为无性繁殖,可保持优良品种的遗传特性,不能改良原有遗传特性。
(2)×　脱毒植株含病毒少甚至无病毒,但不具有抗病毒特性。
(3)√
(4)×　细胞产物工厂化生产过程中没有培育出完整植株,依据的原理是细胞增殖。
(5)√
2.(1)马铃薯、草莓、香蕉进行无性繁殖,感染的病毒很容易传递给子代,而小麦和玉米是通过种子繁殖,感染的病毒不容易传递给子代。
(2)不占耕地,几乎不受季节、天气等限制等。
关键能力·提升
能力3
5.D　花粉细胞含有一个完整的染色体组,花药壁细胞含有2个染色体组,都含有该生物生长、发育、繁殖的全部遗传信息,均具有全能性;愈伤组织再分化过程中,如果细胞分裂素和生长素同时使用,且生长素用量较高,有利于根的分化、抑制芽的形成,如果同时使用,且细胞分裂素用量较高,有利于芽的分化、抑制根的形成,所以培养基中生长素和细胞分裂素的比例将影响愈伤组织分化的方向;单倍体幼苗细胞含有的染色体数目是体细胞的一半,因此可镜检根尖分生区细胞的染色体,鉴定出单倍体幼苗;秋水仙素处理单倍体幼苗,可能有些细胞染色体数目没有加倍,只含有8条。
6.B　植物体次生代谢物的产生受发育程度、环境因素等影响;植物细胞壁主要成分为纤维素和果胶,悬浮振荡培养前,需用纤维素酶和果胶酶从愈伤组织中分离出具活性的单个细胞;可以从接种量、pH、温度、光照等来探究培养条件对产量的影响;用悬浮细胞培养生产药效成分可缓解药用植物资源紧缺等,从而保护野生植物资源。
研练真题·感悟高考
考向一
1.C　植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,故用果胶酶和纤维素酶去除愈伤组织的细胞壁获得原生质体;融合的原生质体需再生出细胞壁后才能脱分化形成愈伤组织;体细胞杂交获得的杂种植株细胞中具有来自2个亲本的遗传物质,但只有1个细胞核;通过愈伤组织再生出多个完整植株的过程没有经过两性生殖细胞的结合,属于无性繁殖。
2.B　植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,欲利用愈伤组织制备悬浮细胞,可用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织;装置中的充气管应置于液面下方,以增加培养液中的溶解氧,该管不能同时作为排气管;为了防止杂菌污染培养液,装置充气口需要增设无菌滤器;细胞培养时需要保证适宜的温度,因此装置需增设温度监测和控制设备。
考向二
3.B　迷迭香顶端幼嫩的茎段生长旺盛,分裂能力较强,适合用作外植体;添加脱落酸会抑制细胞分裂,诱导愈伤组织时需加入NAA和细胞分裂素;悬浮培养时需将愈伤组织打散成单个细胞或较小的细胞团,使细胞能获得更多的营养物质和氧气,使得其可以进一步分裂;加入诱导剂茉莉酸甲酯可大幅提高迷迭香酸的产量,推测茉莉酸甲酯改变了迷迭香次生代谢产物的合成速率。
4.C　在细胞融合前,必须先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,再诱导原生质体融合;人工诱导原生质体融合有物理法和化学法,用高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合;融合的细胞中有人参根—人参根细胞、人参根—胡萝卜根细胞、胡萝卜根—胡萝卜根细胞,只有人参根—胡萝卜根细胞才是杂交细胞;杂交细胞含两种细胞的遗传物质,可能具有生长快速的优势。(共73张PPT)
第56讲
植物细胞工程
[课标要求]
1.阐明植物组织培养是在一定条件下,将离体植物器官、组织和细胞在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织,并重新分化,最终形成完整植株的过程。
2.概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定条件下融合成杂合细胞,继而培育成新植物体的技术。
3.举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种等方式有效提高了生产效率。
植物组织培养技术
考点一　
1.细胞工程的概念
细胞器
原理和方法 涉及细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科
操作水平 、细胞或 水平
目的 获得特定的 或其产品
分类 植物细胞工程和动物细胞工程
组织
细胞、组织、器官、个体
2.植物细胞的全能性
分化成其他各种细胞
发育成完整个
体所需的全套基因
激素
植物器官、组织或细胞
3.植物组织培养技术
(1)概念:将离体的 等,培养在人工配制的培养基上,给予 的培养条件,诱导其形成完整植株的技术。
(2)原理: 。
适宜
植物细胞的全能性
(3)过程。
植物器官
①脱分化:在一定的激素和营养等条件的诱导下,已经分化的细胞失去其特有的
,转变成 的细胞,进而形成愈伤组织的过程。
②愈伤组织:脱分化产生的 团块。
③再分化:愈伤组织重新分化成 等器官的过程。
组织或细胞
愈伤组织
结构和功能
未分化
不定形的薄壁组织
芽、根
(4)操作实例——菊花的组织培养。
次氯酸钠
愈伤
组织
生芽
生根
流水
酒精
深挖教材
1.判断正误
(1)(选择性必修3 P34正文)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。(　　)
×
【提示】 植物细胞表现出全能性的首要条件是离体。
(2)(选择性必修3 P35～37探究·实践)脱分化和再分化两个过程中均会发生基因的选择性表达。(　　)
√
(3)(选择性必修3 P35～37探究·实践)培养基中的生长素和细胞分裂素的比例影响愈伤组织的分化。(　　)
(4)(选择性必修3 P35～37探究·实践拓展)同一株绿色开花植物不同部位的细胞经组织培养获得的植株基因型都是相同的。(　　)
√
【提示】 花粉是生殖细胞,与体细胞的基因型不同。
×
(5)(选择性必修3 P35～37探究·实践)外植体和培养基均需要先进行灭菌处理,之后才可进行接种培养。(　　)
×
【提示】 外植体需进行消毒处理,不能进行灭菌处理,否则会杀死外植体。
2.规范表达
(1)(选择性必修3 P35～37探究·实践拓展)植物组织培养中所需的碳源为什么一般为蔗糖,少数为葡萄糖和果糖
【提示】 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)(选择性必修3 P35正文拓展)从繁殖方式上看,利用根或芽进行的植物组织培养属于哪种繁殖方式 为什么
【提示】 无性繁殖。该植物组织培养是在细胞有丝分裂和细胞分化的基础上实现的,并没有生殖细胞的产生,所以属于无性繁殖。
(3)(选择性必修3 P35～37探究·实践拓展)诱导愈伤组织期间一般不需要光照,在后续的培养过程中,每日需要给予适当时间和强度的光照的原因是什么
【提示】 光照能诱导叶绿素形成,使试管苗进行光合作用。
能力1　围绕植物组织培养的过程,考查理解能力
1.(2024·河北保定三模)甜叶菊叶片中含有甜菊糖,其甜度为蔗糖的300倍左右,是天然甜味剂。但甜叶菊因其种子小、发芽率低、根系弱等特点使其生产受到限制,研究发现采用组织培养技术可大量生产甜叶菊。下列相关叙述正确的是(　　)
[A] 甜叶菊外植体需用体积分数为95%的酒精消毒处理
[B] 接种后需在18～22 ℃、光照条件下诱导形成愈伤组织
[C] 生长素与细胞分裂素浓度、比例的不同会使愈伤组织向不同方向分化
[D] 愈伤组织形成试管苗的实质是使细胞失去原来特有的结构和功能
C
【解析】 甜叶菊外植体需用体积分数为70%的酒精和次氯酸钠溶液进行消毒处理;诱导外植体形成愈伤组织的过程中无需光照;植物组织培养过程中两种关键的激素是生长素和细胞分裂素,生长素与细胞分裂素的浓度、比例不同会诱导愈伤组织向不同方向分化;愈伤组织形成试管苗的过程为再分化,其实质是基因的选择性表达。
2.(2024·甘肃兰州期末)金菊花是多年生草本植物,是经长期人工选择培育出的名贵观赏花卉。如图表示某兴趣小组利用金菊花未开花的幼嫩枝条进行组织培养的过程。下列叙述正确的是(　　)
[A] 过程①是获取离体的未开花的幼嫩枝条,用适宜浓度的酒精和次氯酸钠的混合液消毒
[B] 过程③表示再分化,需要先诱导生根,再诱导生芽
[C] 过程④是培育形成的试管苗直接移栽入土进一步培养成金菊花植物体
[D] 整个组织培养过程中可能发生细胞分化、基因突变或染色体变异
D
【解析】 对外植体消毒应先用体积分数为70%的酒精消毒,无菌水冲洗2～3次后,再用质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液处理,再用无菌水清洗 2～
3次;过程③表示再分化,一般先诱导生芽,再诱导生根;培育形成的试管苗要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;整个组织培养过程中会发生细胞分化,细胞进行有丝分裂,可能发生基因突变或染色体变异。
考点二　
植物体细胞杂交技术
1.概念:植物体细胞杂交是指将 来源的植物体细胞,在一定条件下融合成 ,并把杂种细胞培育成 的技术。
2.过程
(1)过程①为去除 获得原生质体,用到的酶是 和 。
(2)过程②为 的融合,人工诱导的物理法包括 、 等,化学法包括 、高Ca2+—高pH融合法等。
(3)过程③为融合的原生质体再生出 ,这是原生质体融合成功的标志。
(4)过程④为 ,过程⑤为 。
不同
杂种细胞
新植物体
细胞壁
纤维素酶
果胶酶
原生质体
电融合法
离心法
聚乙二醇(PEG)融合法
细胞壁
脱分化
再分化
3.原理:体细胞杂交利用了细胞膜的 ,杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的 。
4.意义:在打破 ,实现 育种,培育植物新品种等方面展示出独特的优势。
5.局限性: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。
流动性
全能性
生殖隔离
远缘杂交
深挖教材
1.判断正误
(1)(选择性必修3 P36正文)生物体内基因的表达不是孤立的,番茄—马铃薯的遗传物质可能相互干扰。(　　)
(2)(选择性必修3 P37正文)可采取电融合法、离心法、PEG融合法等方法直接将两个植物细胞进行诱导融合。(　　)
√
【提示】 诱导植物细胞融合前应先用酶解法去除细胞壁。
×
(3)(选择性必修3 P38图2-4)细胞融合时不只形成杂种细胞,还形成同种细胞融合的细胞。(　　)
√
(4)(选择性必修3 P38正文)植物体细胞杂交技术是为了获得杂种细胞。(　　)
【提示】 植物体细胞杂交技术是为了获得杂种植株。
×
(5)(选择性必修3 P38正文)植物体细胞杂交能打破生殖隔离,实现远缘杂交育种。(　　)
√
2.规范表达
(选择性必修3 P38概念检测拓展)如图是利用甲、乙两种植物的各自优势,通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。
【提示】 a表示用纤维素酶和果胶酶处理;b表示诱导融合后得到的杂种细胞;c表示培养后得到的具有耐盐性状的幼苗;d表示选择时要将植株种在高盐环境中。
(1)图中a、b、c、d分别表示什么
(2)图中缺少细胞壁的甲、乙原生质体是否还具有全能性 为什么
【提示】 具有,甲、乙原生质体中仍含有对应植物的全套的遗传信息,仍具有全能性。
1.植物组织培养和植物体细胞杂交的比较
2.植物体细胞杂交和有性杂交的比较
能力2　围绕植物体细胞杂交的原理、过程,考查获取信息能力
3.(2024·湖北卷,11)植物甲抗旱、抗病性强,植物乙分蘖能力强、结实性好。科研人员通过植物体细胞杂交技术培育出兼有甲、乙优良性状的植物丙,过程如图所示。下列叙述错误的是(　　)
[A] 过程①中酶处理的时间差异,原因可能是两种亲本的细胞壁结构有差异
[B] 过程②中常采用灭活的仙台病毒或PEG诱导原生质体融合
[C] 过程④和⑤的培养基中均需要添加生长素和细胞分裂素
[D] 可通过分析植物丙的染色体,来鉴定其是否为杂种植株
B
【解析】 酶解是为了去除植物细胞的细胞壁,过程①中酶处理的时间不同,说明两种亲本的细胞壁结构可能有差异;过程②为原生质体的融合,常用PEG诱导原生质体融合,灭活的仙台病毒可诱导动物细胞融合,不能用于植物;过程④脱分化和⑤再分化的培养基中均需要添加生长素和细胞分裂素,但在两个过程中比例不同;植物丙是植物甲和植物乙体细胞杂交形成的个体,应具备两者的遗传物质,因此可通过分析植物丙的染色体,来鉴定其是否为杂种植株。
4.(2024·四川眉山模拟)“不对称体细胞杂交”是指将一个亲本的部分染色体或染色体上某些片段转移到另一个亲本体细胞内,获得不对称杂种植株。大剂量的X射线能随机破坏染色体结构,使染色体发生断裂,细胞不再持续分裂。碘乙酰胺使细胞质中某些酶失活,抑制细胞分裂。现欲利用“不对称植物体细胞杂交技术”使小麦获得偃麦草的耐盐性状(耐盐基因位于细胞核中)。下列叙述正确的是(　　)
[A] 该技术需要用纤维素酶、蛋白酶处理小麦和偃麦草的体细胞
[B] 融合前用X射线照射小麦的原生质体、碘乙酰胺处理偃麦草的原生质体
[C] 融合后能在植物组织培养的培养基上正常生长、分裂的即为融合成功的杂种细胞
[D] 与小麦染色体数目相同的杂种植株不可能获得偃麦草的耐盐性状
C
【解析】 植物细胞壁阻碍细胞间的融合,“不对称体细胞杂交”需要用纤维素酶和果胶酶处理小麦和偃麦草的体细胞,获得原生质体;使小麦获得偃麦草的耐盐性状,应用X射线照射偃麦草的原生质体,使其染色体发生断裂,用碘乙酰胺处理小麦的原生质体,使其细胞不能分裂;只有融合成功的杂种细胞才含有正常活性的酶(由偃麦草原生质体提供)和整套的遗传信息(由小麦原生质体提供),才能在植物组织培养的培养基上正常生长、分裂;若含偃麦草耐盐基因的染色体片段移接到小麦的染色体上,则小麦在不改变染色体数目的情况下也可以获得偃麦草的耐盐性状。
考点三
植物细胞工程的应用
1.植物繁殖的新途径
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)
2.作物新品种的培育
染色体变
异
单倍体
纯合子
突变
3.细胞产物的工厂化生产
(1)次生代谢物:是一类 有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等),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。
(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增殖的技术。
小分子
植物细胞培养
离体
[思考] 初生代谢和次生代谢的区别是什么
【提示】 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,初生代谢物可以是蛋白质、核酸等生物大分子;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,次生代谢物是小分子有机物。
深挖教材
1.判断正误
(1)(选择性必修3 P39正文)微型繁殖为无性繁殖,能改良植物原有的遗传特性。
(　　)
【提示】 微型繁殖为无性繁殖,可保持优良品种的遗传特性,不能改良原有遗传特性。
×
(2)(选择性必修3 P40正文)利用组织培养技术培育脱毒苗,获得抗病毒的新品种。(　　)
×
【提示】 脱毒植株含病毒少甚至无病毒,但不具有抗病毒特性。
(3)(选择性必修3 P40正文)单倍体育种通常先经花药离体培养后用秋水仙素处理。(　　)
√
(4)(选择性必修3 P41正文)紫杉醇的工厂化生产体现了植物细胞具有全能性。
(　　)
×
【提示】 细胞产物工厂化生产过程中没有培育出完整植株,依据的原理是细胞增殖。
(5)(选择性必修3 P41相关信息拓展)紫杉醇不是红豆杉基本生命活动所必需的,属于次生代谢物。(　　)
√
2.规范表达
(1)(选择性必修3 P40正文拓展)马铃薯、草莓和香蕉脱毒苗产量和品质明显提高,为什么小麦和玉米脱毒苗却基本没有变化
【提示】 马铃薯、草莓、香蕉进行无性繁殖,感染的病毒很容易传递给子代,而小麦和玉米是通过种子繁殖,感染的病毒不容易传递给子代。
(2)(选择性必修3 P41正文)与从紫草植株中提取紫草宁相比,利用植物细胞培养生产紫草宁的优点有哪些
【提示】 不占耕地,几乎不受季节、天气等限制等。
能力3　围绕植物细胞工程在实践中的应用,考查理解与应用能力
5.(2024·江苏卷,16改编)图示普通韭菜(2n=16)的花药结构。为了快速获得普通韭菜的纯系,科研人员利用其花药进行单倍体育种。下列相关叙述错误的有
(　　)
[A] 花粉细胞和花药壁细胞均具有全能性
[B] 培养基中生长素与细胞分裂素的比例影响愈伤组织再分化
[C] 镜检根尖分生区细胞的染色体,可鉴定出单倍体幼苗
[D] 秋水仙素处理单倍体幼苗,所得植株的细胞中染色体数都是16
D
【解析】 花粉细胞含有一个完整的染色体组,花药壁细胞含有2个染色体组,都含有该生物生长、发育、繁殖的全部遗传信息,均具有全能性;愈伤组织再分化过程中,如果细胞分裂素和生长素同时使用,且生长素用量较高,有利于根的分化、抑制芽的形成,如果同时使用,且细胞分裂素用量较高,有利于芽的分化、抑制根的形成,所以培养基中生长素和细胞分裂素的比例将影响愈伤组织分化的方向;单倍体幼苗细胞含有的染色体数目是体细胞的一半,因此可镜检根尖分生区细胞的染色体,鉴定出单倍体幼苗;秋水仙素处理单倍体幼苗,可能有些细胞染色体数目没有加倍,只含有8条。
6.(2024·河南驻马店模拟)紫草宁是从紫草细胞中提取的一种药物和色素,具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。利用植物细胞培养生产紫草宁的基本过程如图所示。下列叙述错误的是(　　)
[A] 植物体次生代谢物的产生受发育程度、环境因素等影响
[B] 悬浮振荡培养前,需用胰蛋白酶从愈伤组织中分离出具活性的单个细胞
[C] 可以从接种量、pH、温度、光照等来探究培养条件对产量的影响
[D] 用悬浮细胞培养生产药效成分可缓解药用植物资源紧缺等
B
【解析】 植物体次生代谢物的产生受发育程度、环境因素等影响;植物细胞壁主要成分为纤维素和果胶,悬浮振荡培养前,需用纤维素酶和果胶酶从愈伤组织中分离出具活性的单个细胞;可以从接种量、pH、温度、光照等来探究培养条件对产量的影响;用悬浮细胞培养生产药效成分可缓解药用植物资源紧缺等,从而保护野生植物资源。
考向一　从科学思维角度,考查植物组织培养及应用
1.(2024·山东卷,20改编)下列关于植物愈伤组织的说法错误的是(　　)
[A] 用果胶酶和纤维素酶去除愈伤组织的细胞壁获得原生质体
[B] 融合的原生质体需再生出细胞壁后才能形成愈伤组织
[C] 体细胞杂交获得的杂种植株细胞中具有来自亲本的2个细胞核
[D] 通过愈伤组织再生出多个完整植株的过程属于无性繁殖
研练真题·感悟高考
C
【解析】 植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,故用果胶酶和纤维素酶去除愈伤组织的细胞壁获得原生质体;融合的原生质体需再生出细胞壁后才能脱分化形成愈伤组织;体细胞杂交获得的杂种植株细胞中具有来自2个亲本的遗传物质,但只有1个细胞核;通过愈伤组织再生出多个完整植株的过程没有经过两性生殖细胞的结合,属于无性繁殖。
2.(2024·安徽卷,15)植物细胞悬浮培养技术在生产中已得到应用。某兴趣小组尝试利用该技术培养胡萝卜细胞并获取番茄红素,设计了以下实验流程和培养装置(如图),请同学们进行评议。下列评议不合理的是(　　)
[A] 实验流程中应该用果胶酶等处理愈伤组织,制备悬浮细胞
[B] 装置中的充气管应置于液面上方,该管可同时作为排气管
[C] 装置充气口需要增设无菌滤器,用于防止杂菌污染培养液
[D] 细胞培养需要适宜的温度,装置需增设温度监测和控制设备
B
【解析】 植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,欲利用愈伤组织制备悬浮细胞,可用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织;装置中的充气管应置于液面下方,以增加培养液中的溶解氧,该管不能同时作为排气管;为了防止杂菌污染培养液,装置充气口需要增设无菌滤器;细胞培养时需要保证适宜的温度,因此装置需增设温度监测和控制设备。
考向二　从科学思维角度,考查植物体细胞杂交及应用
3.(2024·黑吉辽卷,6)迷迭香酸具有多种药理活性。进行工厂化生产时,先诱导外植体形成愈伤组织,再进行细胞悬浮培养获得迷迭香酸,加入诱导剂茉莉酸甲酯可大幅提高产量。下列叙述错误的是(　　)
[A] 迷迭香顶端幼嫩的茎段适合用作外植体
[B] 诱导愈伤组织时需加入NAA和脱落酸
[C] 悬浮培养时需将愈伤组织打散成单个细胞或较小的细胞团
[D] 茉莉酸甲酯改变了迷迭香次生代谢产物的合成速率
B
【解析】 迷迭香顶端幼嫩的茎段生长旺盛,分裂能力较强,适合用作外植体;添加脱落酸会抑制细胞分裂,诱导愈伤组织时需加入NAA和细胞分裂素;悬浮培养时需将愈伤组织打散成单个细胞或较小的细胞团,使细胞能获得更多的营养物质和氧气,使得其可以进一步分裂;加入诱导剂茉莉酸甲酯可大幅提高迷迭香酸的产量,推测茉莉酸甲酯改变了迷迭香次生代谢产物的合成速率。
4.(2023·广东卷,12)人参皂苷是人参的主要活性成分。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合,以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是(　　)
[A] 细胞融合前应去除细胞壁
[B] 高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合
[C] 融合的细胞即为杂交细胞
[D] 杂交细胞可能具有生长快速的优势
C
【解析】 在细胞融合前,必须先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,再诱导原生质体融合;人工诱导原生质体融合有物理法和化学法,用高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合;融合的细胞中有人参根—人参根细胞、人参根—胡萝卜根细胞、胡萝卜根—胡萝卜根细胞,只有人参根—胡萝卜根细胞才是杂交细胞;杂交细胞含两种细胞的遗传物质,可能具有生长快速的优势。
(时间:30分钟　满分:36分)
基础强化练
选择题:1～6题,每题2分。
1.(植物组织培养|2024·大连二模)下列关于菊花组织培养的叙述,正确的是
(　　)
[A] 实验所用材料、器具均需灭菌处理以防杂菌污染
[B] 菊花茎段的离体培养过程中不需要更换培养基
[C] 试管苗移栽入土前可移植到消过毒的蛭石中培养
[D] 脱分化形成愈伤组织的过程不受基因表达的调控
C
【解析】 实验材料中的外植体只能消毒,不能灭菌,否则细胞会死亡;不同阶段所需培养基成分不同、作用不同,要根据培养过程的实际情况,更换培养基,如愈伤组织长成后,需要移到分化生芽的培养基上;先将试管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,可提高植物生存能力;离体的植物组织、器官或细胞经过脱分化过程形成愈伤组织,存在基因的选择性表达,受基因表达的调控。
2.(植物体细胞杂交|2025·成都期中)甲植物的细胞质基因决定高产性状,乙植物的细胞核基因决定耐盐性状。某研究小组用一定的方法使甲植物细胞的细胞核失活、乙植物细胞的细胞质失活,之后利用植物体细胞杂交技术培育高产耐盐再生植株。下列相关叙述错误的是(　　)
[A] 进行植物体细胞杂交之前,先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁
[B] 失活处理可使得未融合和同种融合的原生质体均不能正常生长分裂
[C] 愈伤组织经再分化可形成胚状体,长出芽和根,进而发育成完整植株
[D] 再生植株含有两种优良性状的基因,一定能表现出高产耐盐的性状
D
【解析】 植物细胞壁的主要成分为纤维素和果胶,在获取原生质体时,常利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁;对甲植物细胞的细胞核、乙植物细胞的细胞质进行失活处理,可使得未融合和同种融合的原生质体均不能正常生长分裂,从而筛选出杂种细胞;愈伤组织经再分化可形成胚状体,长出芽和根,进而发育成完整植株;再生植株含有两种植物的优良性状基因,但基因的表达是复杂的,受到多种因素的调控,因此再生植株不一定能表现出高产耐盐的性状。
3.(植物体细胞杂交|2024·许昌模拟)科研人员利用植物体细胞杂交技术,将二倍体粉蓝烟草和二倍体朗氏烟草的体细胞进行融合来获得杂种植株。下列叙述正确的是(　　)
[A] 植物体细胞杂交技术指将不同种的植物体细胞,在一定条件下融合成杂种细胞的技术
[B] 融合后的杂种细胞诱导形成愈伤组织期间一般不需要光照,后续培养过程需要适当
光照
[C] 杂种细胞经过培养形成杂种植株的过程利用了染色体数目变异原理
[D] 融合形成的异源二倍体烟草细胞中,同时含有粉蓝烟草和朗氏烟草的遗传物质
B
【解析】 植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种植株,而不是杂种细胞;融合后的杂种细胞需要经过脱分化诱导形成愈伤组织,该过程中不需要光照,后期再分化过程中需要光照;由杂种细胞培育出杂种植株的过程中主要利用的原理是植物细胞的全能性,原生质体融合的过程发生了染色体数目变异;粉蓝烟草和朗氏烟草的体细胞都是二倍体,由二者融合形成的杂种细胞发育成的杂种植株属于异源四倍体。
4.(新情境·真菌细胞杂交|2024·北京二模)将优质、耐贮藏的巨大口蘑(甲)和高产、适应性强的双孢蘑菇(乙)作为亲本菌株,进行原生质体融合育种,以得到具有新生理特性的融合菌株。如图为育种过程,以下说法错误的是(　　)
[A] 利用酶解法对甲和乙的菌丝去壁
[B] 使用适宜浓度的PEG诱导原生质体融合
[C] 融合时间和温度不会影响原生质体融合率
[D] 原生质体融合育种可以实现远缘杂交的目的
C
【解析】 可以通过酶解法对甲和乙的菌丝去壁;诱导原生质体融合的方法可以使用适宜浓度的PEG融合;温度影响膜的流动性,时间影响反应进程 ,故时间和温度会影响原生质体融合率;本方法的优点是克服了远缘杂交不亲和的障碍。
5.(单倍体育种|2024·武汉模拟)如图为某二倍体植株单倍体育种的流程示意图,下列说法正确的是(　　)
[A] c中各试管苗的核基因组成全部相同
[B] d中获得的隐性植株是体细胞诱变育种的理想材料
[C] 用低渗培养液处理悬浮培养的愈伤组织使其涨破从而获取次生代谢物
[D] b→c过程培养基中细胞分裂素和生长素的比例不变
B
【解析】 若花药来自杂合子,则花药基因型可能不同,c中各试管苗是由花药离体培养所得,核基因组成不完全相同;d中获得的隐性植株是体细胞诱变育种的理想材料,若发生显性突变,可以通过观察性状进行判断;植物细胞有细胞壁,难以吸水涨破,愈伤组织悬浮培养可从培养液中获得植物次生代谢物;
b→c过程培养基中细胞分裂素和生长素的比例发生改变,诱导芽的形成时二者比例较高,诱导根的形成时二者比例较低。
6.(植物组织培养技术|2025·河南高考适应性考试)中药材怀菊含有多种活性物质,具有清热、明目等功效。植物组织培养技术可用于怀菊的脱毒和快速繁殖。下列叙述正确的是(　　)
[A] 怀菊中含有的次生代谢物通常是怀菊基本生命活动所必需的
[B] 怀菊快速繁殖过程中产生的体细胞突变可通过无性生殖遗传
[C] 利用怀菊的茎段作为外植体,通过植物组织培养可获得脱毒苗
[D] 生芽培养基中细胞分裂素与生长素的比值比生根培养基中的小
B
【解析】 怀菊中含有的初生代谢物通常是其基本生命活动所必需的;茎尖通常无病毒且分生能力强,利用茎尖作为外植体,通过植物组织培养可获得脱毒苗;生芽培养基中的细胞分裂素与生长素的比值比生根培养基中的大。
选择题:7～9题,每题4分。
7.(植物细胞工程的应用|2024·梅州一模)骆驼蓬主要分布在干旱和半干旱地区,能防风固沙。骆驼蓬合成的多种生物碱具有抗肿瘤作用。科研人员利用骆驼蓬下胚轴进行育苗和生物碱提取,过程如图所示。下列说法正确的是(　　)
[A] 下胚轴切段需用无水乙醇和次氯酸钠进行消毒处理
[B] 过程①和过程②分别发生了细胞的脱分化和再分化
[C] 由无毒下胚轴经组织培养获得的骆驼蓬无毒幼苗可抵抗病毒的侵染
[D] 骆驼蓬具有防风固沙的作用,体现生物多样性的间接价值
D
能力提升练
【解析】 下胚轴切段需用70%酒精和次氯酸钠进行消毒处理;过程①发生的是细胞的脱分化,过程②是愈伤组织的扩大培养,不是再分化过程;由无毒下胚轴经组织培养获得的骆驼蓬无毒幼苗只是不带病毒,并不是能抵抗病毒的侵染;骆驼蓬具有防风固沙的作用,这属于生态功能,体现生物多样性的间接价值。
8.(植物细胞工程的应用|2024·天津一模)通过植物细胞工程对光果甘草进行培养以获得药物甘草西定,过程如图所示。下列相关叙述正确的是(　　)
[A] 过程③④⑥细胞分裂方式相同,培养基中生长素与细胞分裂素比例也相同
[B] 过程④常用射线或化学物质处理即可获得大量所需的突变体植株丙
[C] 植株丁还可以直接用低温或秋水仙素处理愈伤组织后培养获得
[D] 过程⑥中甘草西定可通过植物细胞培养获得,该过程体现了植物细胞的全能性
C
【解析】 过程③是再分化过程,生长素/细胞分裂素的值高时,利于生根,该值低时利于生芽,过程④⑥培养基中培养的是愈伤组织细胞,各培养基生长素与细胞分裂素比例不完全相同;基因突变具有低频性、不定向性,过程④常用射线或化学物质诱导愈伤组织发生基因突变,经筛选,并进一步培养才可能获得所需的突变体植株丙;植株丁是原生质体诱导融合后得到的,还可以直接用低温或秋水仙素处理愈伤组织经诱导染色体加倍后培养获得;过程⑥中甘草西定可通过植物细胞培养获得,应将愈伤组织细胞悬浮培养,该过程没有得到完整植株或其他各种细胞,不能体现植物细胞的全能性。
9.(新考法·快速繁殖影响因素|2024·秦皇岛二模)东云系多肉植物的繁殖率和叶插率都较低。研究人员以东云系多肉植物品种HBG和阿姆斯特壮为实验材料进行植物组织培养,探究外植体选取部位对东云系多肉植物污染率和成活率的影响,实验结果如下表。下列相关叙述错误的是(　　)
A
外植体 污染率/% 成活率/%
HBG 阿姆斯特壮 HBG 阿姆斯特壮
叶片 56.67 70.00 26.67 16.67
嫩芽 23.33 20.00 46.67 53.33
花芽 16.67 13.33 56.67 60.00
[A] 实验所用叶片、嫩芽和花芽经过蒸馏水冲洗掉消毒剂后才能进行培养
[B] HBG叶片经诱导形成愈伤组织时需要用固体培养基
[C] 东云系多肉植物可能因为叶片污染率高导致叶插成活率低
[D] 由表可知东云系多肉植物进行组织培养时优选部位为花芽
【解析】 外植体消毒过程中应用无菌水冲洗,以减少杂菌污染;植物组织培养中诱导形成愈伤组织时需要用固体培养基;分析表格可知东云系多肉植物品种HBG和阿姆斯特壮以叶片为外植体时成活率最低,污染率最高,因此推测东云系多肉植物可能因为叶片污染率高导致叶插成活率低;由表可知东云系多肉植物进行组织培养时花芽的污染率最低,成活率最高,因此优选部位为花芽。
10.(12分)(植物体细胞杂交技术|2024·成都三模)野生稻(A)具有耐盐碱特性,栽培稻(B)具有产量高的优势。研究人员通过植物细胞工程技术培育兼具野生稻和栽培稻特性的优良植株,实验流程如图。回答下列问题。
(1)在进行“处理1”时,有时会使用到蜗牛消化道提取液,据图分析,蜗牛消化道提取液中可能含有的成分有　　　　　 　　　。通过电场诱导形成的甲能够在一定条件下培育出完整植株,说明植物细胞具有　　　　。
果胶酶和纤维素酶
全能性
【解析】 (1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,“处理1”是利用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁。在进行“处理1”时,有时会使用到蜗牛消化道提取液,说明蜗牛消化道提取液中可能含有纤维素酶和果胶酶。甲为诱导原生质体融合后形成的杂种细胞,借助植物组织培养技术,将甲在一定条件下培育出完整植株,说明植物细胞具有全能性。
(2)流程图中的甲、乙分别是　　 　　　　　　。从“甲→乙→试管苗”过程需要更换培养基,原因是
　 。
杂种细胞、愈伤组织
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
【解析】(2)由图可知:甲为杂种细胞,乙为愈伤组织。“甲→乙”过程是脱分化,“乙→试管苗”过程是再分化,由于诱导愈伤组织的形成(脱分化)和诱导愈伤组织分化形成试管苗(再分化)所需的生长素和细胞分裂素的比例不同,所以“甲→乙→试管苗”过程需要更换培养基。
(3)“乙→试管苗”的培养过程中需要给予适宜光照,目的是
　 。
“试管苗→目的植株”的培养过程应该在一定浓度的高盐碱环境下进行,目的是 　。
诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用
淘汰掉不耐盐碱的植株,以便筛选出符合耐盐碱特性的杂交植株
【解析】 (3)试管苗形成后,需要通过光合作用合成有机物才能维持自身的生长发育,叶绿体是光合作用的场所,叶绿体的形成需要光。可见,“乙→试管苗”的培养过程中出现芽的分化,需要给予适宜光照,其目的是诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用。目的植株应该兼具野生稻耐盐碱特性和栽培稻产量高的优势,“试管苗→目的植株”的培养过程应该在一定浓度的高盐碱环境下进行,其目的是淘汰掉不耐盐碱的植株,以便筛选出符合耐盐碱特性的杂交植株。

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