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第2课时　植物细胞工程的应用
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。
知识点1　植物繁殖的新途径和作物新品种的培育
1．快速繁殖
(1)快速繁殖技术：用于快速繁殖优良品种的______________技术。
(2)特点
2．作物脱毒
(1)选材部位：植物顶端____________。
(2)选材原因：____________的病毒极少，甚至________。
(3)实例：目前采用__________培养技术脱去病毒，已在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。
3．单倍体育种
(1)过程：______离体培养―→________植株纯合子植株。
(2)优点
①二倍体植株的后代是纯合子，遗传性状相对______。
②极大地缩短了____________。
利用玉米的花粉离体培养获得单倍体，然后人工诱导染色体加倍，短时间内可获得纯合的二倍体。所有植物均可利用单倍体育种快速获得纯合子吗？
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4．突变体的利用
(1)产生原因：在植物的组织培养过程中，培养细胞容易受到__________和__________(如射线、__________等)的影响而__________。
(2)利用：筛选出对人们有用的________，进而培育成________。
基于对植物繁殖的新途径和作物新品种的培育的认识，判断下列表述是否正确。
1．快速繁殖本质上是一种无性繁殖。 (　　)
2．作物脱毒后不再感染病毒。 (　　)
3．作物脱毒所培养的材料常选自顶端分生组织。 (　　)
4．单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。 (　　)
1．学习植物繁殖的新途径，思考回答下列问题。
(1)快速繁殖得到的产品会不会出现性状分离？原因是什么？
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
(2)经植物组织培养技术培育出的脱毒苗抗病毒吗？为什么？
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
(3)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？
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2．根据下面的植物新品种的培育过程，思考回答下列问题：
单倍体育种的流程图
正常二倍体植株―→花药单倍体幼苗纯合子―→选择所需类型
利用植物组织培养获得突变体的过程：
(1)单倍体育种具有什么优点？
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
(2)单倍体育种为什么能为体细胞诱变育种和研究遗传突变提供理想材料？
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
(3)为什么培养至愈伤组织时才进行诱变处理？
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
(4)诱导分化得到的突变体都可以利用吗？为什么？
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1．两种植物繁殖的新途径的比较
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 顶端分生 区附近 获得高产、优质的脱毒苗
2．四种育种方法的比较
育种方法 原理 过程 优点
快速繁殖 植物细胞的全能性 脱分化、 再分化 保持优良品种的遗传特性
突变体 的利用 突变、植物细胞的全能性 对愈伤组织进行诱变处理后再筛选 提高突变率，获得优良性状
单倍体育种 植物细胞的全能性、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 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 原生质体融合、杂种植物细胞组织培养 打破生殖隔离，实现远缘杂交
1．研究发现，经水浴处理后再通过组织培养获得的草莓幼苗脱毒效果更好。下列叙述错误的是(　　)
―→―→―→―→
A．病毒在植物体内的分布是不均匀的
B．40 ℃水浴可能有利于延缓病毒增殖扩散速度
C．剥取的茎尖需要进行消毒处理
D．脱毒苗具有病毒抗性，不会再感染病毒
2．如图是对基因型为Aabb的玉米所作的处理，据图分析，下列叙述错误的是(　　)
A．过程a所采取的技术手段是花药离体培养
B．过程b用秋水仙素处理后可以得到4种基因型的玉米植株
C．过程c和d分别是脱分化和再分化过程
D．图中过程a或过程c、d能够说明植物细胞具有全能性
3．下图表示利用棉花叶肉细胞原生质体进行遗传改良的过程，下列叙述不正确的是(　　)
A．过程④需要光照条件
B．过程②能定向诱导原生质体产生优良性状的突变
C．过程③是否再生出细胞壁，可以用质壁分离实验来检测
D．过程④再分化需用适宜配比的生长素和细胞分裂素处理
知识点2　细胞产物的工厂化生产
1．次生代谢物
(1)概念：植物代谢产生的一些一般认为不是植物________________所必需的产物。
(2)种类：________有机化合物，如酚类、萜类和含氮化合物等。
(3)作用：在植物______、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和______等的重要来源。
(4)特点：含量______，有些不能或难以通过__________途径得到。
2．植物细胞培养
(1)概念：指在______条件下对______________或________进行培养使其增殖的技术。
(2)特点：不占用耕地，几乎不受______、______等的限制。
(3)意义：对于社会、经济和环境保护具有重要意义。
(4)成果
①利用植物细胞培养生产的紫草宁投入市场，成为世界上首例药用植物细胞工程产品。
②我国科学家成功筛选出了高产紫杉醇的细胞。
③我国科学家成功实现了利用人参细胞培养来生产人参中重要的活性成分——__________。
(选择性必修3 P41“文字信息”)植物细胞培养技术是工厂化生产相关代谢物的一条有效途径，在生产中通常要培养到__________阶段，原因是___________________________________________________________________。
基于细胞产物的工厂化生产的认识，判断下列表述是否正确。
1．工厂化生产的细胞次生代谢物，其化学成分都是蛋白质。 (　　)
2．突变体培育通常对植物的愈伤组织进行诱变处理，而工厂化生产的细胞产物也来自愈伤组织细胞。 (　　)
3．紫杉醇存在于红豆杉属植物体内，是初生代谢物，具有高抗癌活性，现在已被广泛用于乳腺癌的治疗。 (　　)
紫杉醇是具有高抗癌活性的天然抗癌药物，在临床上已经广泛应用于乳腺癌、卵巢癌、部分头颈癌和肺癌的治疗，如图是通过植物细胞工程技术工厂化生产紫杉醇的途径。
1．该生产过程中，①过程的培养基为固体培养基，③过程的培养基为液体培养基，①过程的培养基要控制哪两种成分的比例？③过程使用液体培养基的原因是什么？
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2．生产紫杉醇的过程能否体现植物细胞的全能性？说出你的理由。
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
植物组织培养和植物细胞培养的比较
比较 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
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，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等
1．如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，下列叙述正确的是(　　)
―→紫杉醇
A．该途径体现了植物细胞的全能性
B．过程①需控制好培养基中植物激素的比例
C．经过程①细胞的形态和结构未发生变化
D．过程③需使用固体培养基，有利于细胞增殖
2．(2023·山东等级考)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
1．核心概念
(1)快速繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
(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。
2．结论语句
(1)植物顶端分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此采用茎尖进行组织培养能脱去病毒。
(2)单倍体育种极大地缩短了育种年限，节约了大量的人力和物力。
(3)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的影响而产生突变。
1．通过植物组织培养技术繁育农作物，其优点不包括(　　)
A．加快繁育速度 B．保持亲本优良性状
C．培育出脱毒苗 D．改变植物的基因型
2．利用马铃薯的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会因感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是(　　)
A．选择优良品种进行杂交 B．在田间喷洒消毒剂
C．利用茎尖进行组织培养 D．人工诱导基因突变
3．科研人员用甲基磺酸乙酯处理野生烟草的愈伤组织后，培育出了抗盐碱的烟草。甲基磺酸乙酯的作用是(　　)
A．诱发愈伤组织细胞发生突变
B．诱导愈伤组织细胞中染色体数目加倍
C．对愈伤组织进行消毒
D．诱导愈伤组织再分化出芽和根
4．利用植物细胞培养技术从红豆杉细胞中提取抗癌药物紫杉醇，不需要进行的是(　　)
A．选择适当的分化培养基培育红豆杉幼苗
B．选取合适的外植体并对其进行消毒
C．外植体需接种在无菌的固体培养基上培养
D．控制植物激素的种类和比例，诱导产生愈伤组织
5．应用植物组织培养技术，不仅可实现种苗的快速繁殖，培育无病毒植株，也可加快作物及苗木育种。下面是培育柑橘耐盐植株的实验流程，请回答下列问题。
(1)愈伤组织是由离体的茎段经________过程形成的，此时愈伤组织细胞________(填“具有”或“不具有”)细胞的全能性。
(2)对愈伤组织进行了两次处理，其中γ射线照射的目的是____________，用γ射线不直接处理茎段而是处理愈伤组织，原因是_______________________ _____________________________________________________________________；
在培养基中添加的物质X为________。
(3)植物组织培养技术也被广泛应用于其他作物的育种中。在培育的白菜—甘蓝和三倍体无子西瓜中，必须用到植物组织培养技术的是__________________ ___________________________________________________________________。
第2课时　植物细胞工程的应用
知识点1
自主梳理
1．(1)植物组织培养　(2)大量繁殖　2．(1)分生区附近 (2)分生区附近　无病毒　(3)茎尖组织　3．(1)花药　单倍体 (2)稳定　育种的年限　4．(1)培养条件　诱变因素　化学物质　产生突变　(2)突变体　新品种
微思考
提示：不是。多倍体的植物产生的花粉中可能含有等位基因，如基因型为AAaa的个体，其花粉有AA、Aa、aa三种，通过单倍体育种也可能得到杂合子。
基础诊断
1．√
2．×　提示：作物脱毒后病毒很少甚至不含病毒，而不是不再感染病毒。
3．√
4．×　提示：单倍体育种的原理是染色体变异和植物细胞的全能性，突变体育种的原理是突变和植物细胞的全能性。
合作探究
1．(1)提示：不会。快速繁殖利用的是植物组织培养技术，属于无性繁殖，可以保持亲本的优良性状。
(2)提示：不抗病毒。“脱毒”与“抗毒”不同，前者指的是本身病毒极少，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。
(3)提示：马铃薯、草莓和香蕉进行无性繁殖，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．(1)提示：子代是能稳定遗传的纯合子，极大地缩短了育种年限。
(2)提示：由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。
(3)提示：愈伤组织细胞分裂旺盛，不断进行DNA分子的复制，此时易发生基因突变。
(4)提示：不都可以利用。因为基因突变具有随机性和不定向性，所以并不是诱导分化得到的突变体都可以利用，还需进一步筛选出所需要的突变体。
对点练习
1．D　[病毒在植物体内的分布是不均匀的，很少在茎尖分布，A正确；40 ℃水浴可能不利于病毒繁殖，有利于延缓病毒增殖扩散速度，B正确；剥取的茎尖需要进行消毒处理，以免培养过程中被污染，C正确；脱毒苗不具有病毒抗性，仍会感染病毒，D错误。]
2．B　[过程a由花粉粒变为单倍体植株，所采取的技术手段是花药离体培养，A正确；基因型为Aabb的玉米能产生两种基因型的花粉：Ab和ab，经花药离体培养后可得到2种单倍体幼苗，幼苗再经秋水仙素处理后可得到AAbb和aabb 2种基因型的玉米植株，B错误；过程c和d分别是脱分化和再分化过程，C正确；图中过程a和过程c、d都表示由植物细胞培育成了植物个体，所以能够说明植物细胞具有全能性，D正确。]
3．B　[过程④表示再分化，再分化过程需要光照，A正确；过程②表示人工诱变，基因突变是不定向的，B错误；过程③是否再生出细胞壁，可以用质壁分离实验来检测，C正确；过程④表示再分化，生长素和细胞分裂素的比例是影响植物根和芽形成和发育方向的关键因素，D正确。]
知识点2
自主梳理
1．(1)基本的生命活动　(2)小分子　(3)抗病　色素　(4)很低　化学合成　2.(1)离体　单个植物细胞　细胞团　(2)季节　天气　(4)人参皂苷
教材隐性知识
愈伤组织　此阶段细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成
基础诊断
1．×　提示：次生代谢物一般不是植物基本生命活动所必需的产物，是一类有机小分子化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等)。
2．√
3．×　提示：紫杉醇是一种次生代谢物。
合作探究
1．提示：①过程为脱分化过程，培养基要控制好生长素和细胞分裂素(类调节剂)的比例；③过程使用液体培养基有利于细胞增殖。
2．提示：不能。获得紫杉醇的过程中离体的外植体并未发育成完整个体或分化成其他各种细胞，故并未体现细胞的全能性。
对点练习
1．B　[细胞全能性以细胞发育成个体或分化成其他各种细胞为标志，而图中并没有形成完整植物体或分化成其他各种细胞，A错误；过程①是脱分化，而决定植物脱分化和再分化的关键因素是培养基中植物激素的种类和比例，因此该过程需控制好培养基中植物激素的比例，经该过程细胞的形态和结构发生了变化，B正确、C错误；过程③需使用液体培养基，有利于细胞增殖，D错误。]
2．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，A正确；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，故可通过该技术进行植物细胞产物的工厂化生产，B错误；次生代谢物不是植物生长所必需的，其含量少，可以通过增加细胞的数量来增加次生代谢产物的产量，C错误；细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞分裂的培养条件，提高了多个细胞中次生代谢物的含量，不能提高单个细胞中次生代谢物的含量，D错误。]
课堂检测素养测评
1．D　[植物组织培养技术不仅可以保持优良亲本的遗传特性，还可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，A、B不符合题意；利用该技术还可以培育脱毒苗，因为选材部位是植物分生区附近的新生组织，没有或极少感染病毒，C不符合题意；经该技术培育的植株跟亲本基因型相同，D符合题意。]
2．C　[进行作物脱毒时常采用茎尖作为外植体，原因是茎尖病毒极少，甚至无病毒，切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就可能不带病毒，C符合题意。]
3．A　[甲基磺酸乙酯是一种化学物质，能有效诱发愈伤组织细胞发生突变，从而形成符合生产要求的突变新品种，A符合题意。]
4．A　[要获得细胞产物，只需要培养到愈伤组织阶段即可，不需要培育成红豆杉幼苗，A符合题意。]
5．解析：(1)离体的茎段经过脱分化过程可形成愈伤组织，此时愈伤组织具有未分化的特点，细胞依然具有较高的全能性。(2)图中对愈伤组织进行了两次处理，第一次处理是用γ射线照射诱发愈伤组织细胞发生突变。愈伤组织细胞分裂能力强，易受到培养条件和外界环境的影响而发生突变。第二次处理是抗盐接种实验，即在培养基中加入盐(或NaCl)，适应一定浓度盐的愈伤组织才可以生长，不适应的愈伤组织死亡。(3)运用植物体细胞杂交技术培育白菜—甘蓝杂种植株，需要采用植物组织培养技术将杂种细胞培养成杂种植株。
答案：(1)脱分化　具有　(2)诱发突变　愈伤组织细胞分裂能力强，易诱发突变　盐(或NaCl)　(3)白菜—甘蓝
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第2课时　植物细胞工程的应用
第2章　细胞工程
第1节　植物细胞工程
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。
课标要求
对应学生用书第37页
1．快速繁殖
(1)快速繁殖技术：用于快速繁殖优良品种的______________技术。
(2)特点
知识点1　植物繁殖的新途径和作物新品种的培育
植物组织培养
2．作物脱毒
(1)选材部位：植物顶端____________。
(2)选材原因：____________的病毒极少，甚至________。
(3)实例：目前采用__________培养技术脱去病毒，已在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。
分生区附近
分生区附近
无病毒
茎尖组织
3．单倍体育种
(1)过程：______离体培养―→________植株纯合子植株。
(2)优点
①二倍体植株的后代是纯合子，遗传性状相对______。
②极大地缩短了____________。
花药
单倍体
稳定
育种的年限
利用玉米的花粉离体培养获得单倍体，然后人工诱导染色体加倍，短时间内可获得纯合的二倍体。所有植物均可利用单倍体育种快速获得纯合子吗？
提示：不是。多倍体的植物产生的花粉中可能含有等位基因，如基因型为AAaa的个体，其花粉有AA、Aa、aa三种，通过单倍体育种也可能得到杂合子。
4．突变体的利用
(1)产生原因：在植物的组织培养过程中，培养细胞容易受到___________和___________(如射线、___________等)的影响而__________。
(2)利用：筛选出对人们有用的________，进而培育成________。
培养条件
诱变因素
化学物质
产生突变
突变体
新品种
基于对植物繁殖的新途径和作物新品种的培育的认识，判断下列表述是否正确。
1．快速繁殖本质上是一种无性繁殖。 (　　)
2．作物脱毒后不再感染病毒。 (　　)
提示：作物脱毒后病毒很少甚至不含病毒，而不是不再感染病毒。
3．作物脱毒所培养的材料常选自顶端分生组织。 (　　)
4．单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。 (　　)
提示：单倍体育种的原理是染色体变异和植物细胞的全能性，突变体育种的原理是突变和植物细胞的全能性。
√
×
√
×
1．学习植物繁殖的新途径，思考回答下列问题。
(1)快速繁殖得到的产品会不会出现性状分离？原因是什么？
提示：不会。快速繁殖利用的是植物组织培养技术，属于无性繁殖，可以保持亲本的优良性状。
(2)经植物组织培养技术培育出的脱毒苗抗病毒吗？为什么？
提示：不抗病毒。“脱毒”与“抗毒”不同，前者指的是本身病毒极少，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。
(3)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、草莓和香蕉进行无性繁殖，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．根据下面的植物新品种的培育过程，思考回答下列问题：
单倍体育种的流程图
正常二倍体植株―→花药单倍体幼苗纯合子―→选择所需类型
利用植物组织培养获得突变体的过程：
(1)单倍体育种具有什么优点？
提示：子代是能稳定遗传的纯合子，极大地缩短了育种年限。
(2)单倍体育种为什么能为体细胞诱变育种和研究遗传突变提供理想材料？
提示：由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。
(3)为什么培养至愈伤组织时才进行诱变处理？
提示：愈伤组织细胞分裂旺盛，不断进行DNA分子的复制，此时易发生基因突变。
(4)诱导分化得到的突变体都可以利用吗？为什么？
提示：不都可以利用。因为基因突变具有随机性和不定向性，所以并不是诱导分化得到的突变体都可以利用，还需进一步筛选出所需要的突变体。
深化归纳
1．两种植物繁殖的新途径的比较
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 顶端分生 区附近 获得高产、优质的脱毒苗 2．四种育种方法的比较
育种方法 原理 过程 优点
快速繁殖 植物细胞的全能性 脱分化、再分化 保持优良品种的遗传特性
突变体 的利用 突变、植物细胞的全能性 对愈伤组织进行诱变处理后再筛选 提高突变率，获得优良性状
育种方法 原理 过程 优点
单倍体 育种 植物细胞的全能性、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 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 原生质体融合、杂种植物细胞组织培养 打破生殖隔离，实现远缘杂交
对点练习
1．研究发现，经水浴处理后再通过组织培养获得的草莓幼苗脱毒效果更好。下列叙述错误的是(　　)
―→―→―→―→
A．病毒在植物体内的分布是不均匀的
B．40 ℃水浴可能有利于延缓病毒增殖扩散速度
C．剥取的茎尖需要进行消毒处理
D．脱毒苗具有病毒抗性，不会再感染病毒
√
D　[病毒在植物体内的分布是不均匀的，很少在茎尖分布，A正确；40 ℃水浴可能不利于病毒繁殖，有利于延缓病毒增殖扩散速度，B正确；剥取的茎尖需要进行消毒处理，以免培养过程中被污染，C正确；脱毒苗不具有病毒抗性，仍会感染病毒，D错误。]
2．如图是对基因型为Aabb的玉米所
作的处理，据图分析，下列叙述错误
的是(　　)
A．过程a所采取的技术手段是花药
离体培养
B．过程b用秋水仙素处理后可以得到4种基因型的玉米植株
C．过程c和d分别是脱分化和再分化过程
D．图中过程a或过程c、d能够说明植物细胞具有全能性
√
B　[过程a由花粉粒变为单倍体植株，所采取的技术手段是花药离体培养，A正确；基因型为Aabb的玉米能产生两种基因型的花粉：Ab和ab，经花药离体培养后可得到2种单倍体幼苗，幼苗再经秋水仙素处理后可得到AAbb和aabb 2种基因型的玉米植株，B错误；过程c和d分别是脱分化和再分化过程，C正确；图中过程a和过程c、d都表示由植物细胞培育成了植物个体，所以能够说明植物细胞具有全能性，D正确。]
3．下图表示利用棉花叶肉细胞原生质体进行遗传改良的过程，下列叙述不正确的是(　　)
A．过程④需要光照条件
B．过程②能定向诱导原生质体产生优良性状的突变
C．过程③是否再生出细胞壁，可以用质壁分离实验来检测
D．过程④再分化需用适宜配比的生长素和细胞分裂素处理
√
B　[过程④表示再分化，再分化过程需要光照，A正确；过程②表示人工诱变，基因突变是不定向的，B错误；过程③是否再生出细胞壁，可以用质壁分离实验来检测，C正确；过程④表示再分化，生长素和细胞分裂素的比例是影响植物根和芽形成和发育方向的关键因素，D正确。]
1．次生代谢物
(1)概念：植物代谢产生的一些一般认为不是植物________________所必需的产物。
(2)种类：________有机化合物，如酚类、萜类和含氮化合物等。
(3)作用：在植物______、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和______等的重要来源。
(4)特点：含量______，有些不能或难以通过__________途径得到。
知识点2　细胞产物的工厂化生产
基本的生命活动
小分子
抗病
色素
很低
化学合成
2．植物细胞培养
(1)概念：指在______条件下对______________或________进行培养使其增殖的技术。
(2)特点：不占用耕地，几乎不受______、______等的限制。
(3)意义：对于社会、经济和环境保护具有重要意义。
离体
单个植物细胞
细胞团
季节
天气
(4)成果
①利用植物细胞培养生产的紫草宁投入市场，成为世界上首例药用植物细胞工程产品。
②我国科学家成功筛选出了高产紫杉醇的细胞。
③我国科学家成功实现了利用人参细胞培养来生产人参中重要的活性成分——__________。
人参皂苷
(选择性必修3 P41“文字信息”)植物细胞培养技术是工厂化生产相关代谢物的一条有效途径，在生产中通常要培养到__________阶段，原因是__________________________________________________
愈伤组织
此阶段细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。
基于细胞产物的工厂化生产的认识，判断下列表述是否正确。
1．工厂化生产的细胞次生代谢物，其化学成分都是蛋白质。 (　　)
提示：次生代谢物一般不是植物基本生命活动所必需的产物，是一类有机小分子化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等)。
2．突变体培育通常对植物的愈伤组织进行诱变处理，而工厂化生产的细胞产物也来自愈伤组织细胞。 (　　)
3．紫杉醇存在于红豆杉属植物体内，是初生代谢物，具有高抗癌活性，现在已被广泛用于乳腺癌的治疗。 (　　)
提示：紫杉醇是一种次生代谢物。
×
√
×
紫杉醇是具有高抗癌活性的天然抗癌药物，在临床上已经广泛应用于乳腺癌、卵巢癌、部分头颈癌和肺癌的治疗，如图是通过植物细胞工程技术工厂化生产紫杉醇的途径。
1．该生产过程中，①过程的培养基为固体培养基，③过程的培养基为液体培养基，①过程的培养基要控制哪两种成分的比例？③过程使用液体培养基的原因是什么？
提示：①过程为脱分化过程，培养基要控制好生长素和细胞分裂素(类调节剂)的比例；③过程使用液体培养基有利于细胞增殖。
2．生产紫杉醇的过程能否体现植物细胞的全能性？说出你的理由。
提示：不能。获得紫杉醇的过程中离体的外植体并未发育成完整个体或分化成其他各种细胞，故并未体现细胞的全能性。
深化归纳
植物组织培养和植物细胞培养的比较
比较项目 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
过程
比较项目 植物组织培养 植物细胞培养
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，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等
对点练习
1．如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，下列叙述正确的是(　　)
―→紫杉醇
A．该途径体现了植物细胞的全能性
B．过程①需控制好培养基中植物激素的比例
C．经过程①细胞的形态和结构未发生变化
D．过程③需使用固体培养基，有利于细胞增殖
√
B　[细胞全能性以细胞发育成个体或分化成其他各种细胞为标志，而图中并没有形成完整植物体或分化成其他各种细胞，A错误；过程①是脱分化，而决定植物脱分化和再分化的关键因素是培养基中植物激素的种类和比例，因此该过程需控制好培养基中植物激素的比例，经该过程细胞的形态和结构发生了变化，B正确、C错误；过程③需使用液体培养基，有利于细胞增殖，D错误。]
2．(2023·山东等级考)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　[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，A正确；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，故可通过该技术进行植物细胞产物的工厂化生产，B错误；次生代谢物不是植物生长所必需的，其含量少，可以通过增加细胞的数量来增加次生代谢产物的产量，C错误；细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞分裂的培养条件，提高了多个细胞中次生代谢物的含量，不能提高单个细胞中次生代谢物的含量，D错误。]
1．核心概念
(1)快速繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
(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。
2．结论语句
(1)植物顶端分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此采用茎尖进行组织培养能脱去病毒。
(2)单倍体育种极大地缩短了育种年限，节约了大量的人力和物力。
(3)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的影响而产生突变。
1．通过植物组织培养技术繁育农作物，其优点不包括(　　)
A．加快繁育速度 B．保持亲本优良性状
C．培育出脱毒苗 D．改变植物的基因型
课堂检测　素养测评
2
4
3
题号
1
5
√
D　[植物组织培养技术不仅可以保持优良亲本的遗传特性，还可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，A、B不符合题意；利用该技术还可以培育脱毒苗，因为选材部位是植物分生区附近的新生组织，没有或极少感染病毒，C不符合题意；经该技术培育的植株跟亲本基因型相同，D符合题意。]
2．利用马铃薯的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会因感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是(　　)
A．选择优良品种进行杂交 B．在田间喷洒消毒剂
C．利用茎尖进行组织培养 D．人工诱导基因突变
√
2
4
3
题号
1
5
C　[进行作物脱毒时常采用茎尖作为外植体，原因是茎尖病毒极少，甚至无病毒，切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就可能不带病毒，C符合题意。]
3．科研人员用甲基磺酸乙酯处理野生烟草的愈伤组织后，培育出了抗盐碱的烟草。甲基磺酸乙酯的作用是(　　)
A．诱发愈伤组织细胞发生突变
B．诱导愈伤组织细胞中染色体数目加倍
C．对愈伤组织进行消毒
D．诱导愈伤组织再分化出芽和根
√
2
4
3
题号
1
5
A　[甲基磺酸乙酯是一种化学物质，能有效诱发愈伤组织细胞发生突变，从而形成符合生产要求的突变新品种，A符合题意。]
4．利用植物细胞培养技术从红豆杉细胞中提取抗癌药物紫杉醇，不需要进行的是(　　)
A．选择适当的分化培养基培育红豆杉幼苗
B．选取合适的外植体并对其进行消毒
C．外植体需接种在无菌的固体培养基上培养
D．控制植物激素的种类和比例，诱导产生愈伤组织
2
4
3
题号
1
5
√
A　[要获得细胞产物，只需要培养到愈伤组织阶段即可，不需要培育成红豆杉幼苗，A符合题意。]
5．应用植物组织培养技术，不仅可实现种苗的快速繁殖，培育无病毒植株，也可加快作物及苗木育种。下面是培育柑橘耐盐植株的实验流程，请回答下列问题。
2
4
3
题号
1
5
(1)愈伤组织是由离体的茎段经________过程形成的，此时愈伤组织细胞________(填“具有”或“不具有”)细胞的全能性。
脱分化
具有
(2)对愈伤组织进行了两次处理，其中γ射线照射的目的是____________，用γ射线不直接处理茎段而是处理愈伤组织，原因是____________________________________；
在培养基中添加的物质X为____________。
(3)植物组织培养技术也被广泛应用于其他作物的育种中。在培育的白菜—甘蓝和三倍体无子西瓜中，必须用到植物组织培养技术的是_____________。
2
4
3
题号
1
5
诱发突变　
愈伤组织细胞分裂能力强，易诱发突变
盐(或NaCl)
白菜—甘蓝
[解析]　(1)离体的茎段经过脱分化过程可形成愈伤组织，此时愈伤组织具有未分化的特点，细胞依然具有较高的全能性。(2)图中对愈伤组织进行了两次处理，第一次处理是用γ射线照射诱发愈伤组织细胞发生突变。愈伤组织细胞分裂能力强，易受到培养条件和外界环境的影响而发生突变。第二次处理是抗盐接种实验，即在培养基中加入盐(或NaCl)，适应一定浓度盐的愈伤组织才可以生长，不适应的愈伤组织死亡。(3)运用植物体细胞杂交技术培育白菜—甘蓝杂种植株，需要采用植物组织培养技术将杂种细胞培养成杂种植株。
2
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3
题号
1
5
课时分层作业(6)
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植物细胞工程的应用
（WORD版）
巩固课堂所学 · 激发学习思维
夯实基础知识 · 熟悉命题方式
自我检测提能 · 及时矫正不足
本节课掌握了哪些考点？
本节课还有什么疑问点？
课后训练
学习反思
课时小结
THANKS课时分层作业(6)　植物细胞工程的应用
题组一　植物繁殖的新途径
1．下列属于植物的微型繁殖技术的是(　　)
A．兰花的芽尖组织培育成兰花幼苗
B．水稻种子萌发并长成新个体
C．扦插的葡萄枝条长成新个体
D．柳树芽发育成枝条
2．某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得成熟种子。为尽快推广种植，可应用多种技术获得大量优质苗，下列技术中不能选用的是(　　)
A．利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗
B．采用花粉粒组织培养获得单倍体苗
C．采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上
D．采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织培养
3．马铃薯是一种重要的经济作物，传统的繁殖方式感染病毒严重，导致产量大大降低。科研人员利用种苗脱毒技术可有效解决这个问题，基本操作流程如下，请回答下列问题。
(1)该技术称为__________________，其理论基础是________________________。
(2)配制培养基，应加入一定量的琼脂、蔗糖、无机盐、维生素、有机添加物等营养物质，蔗糖除作为碳源外，还具有________________________________的功能。
(3)利用种苗脱毒技术培育马铃薯，常用的培养基有脱分化培养基、生芽培养基、生根培养基，这三种培养基的主要差异在于________________________________
__________________________________________________________________。
(4)在培育过程中，选取的外植体是______________________________________，原因是______________________________________________________________。
(5)对形成的愈伤组织进行培养时需将接种了外植体的锥形瓶置于18～22 ℃、无菌和________条件下培养，当试管苗长到3～4片叶时即可移栽。
题组二　作物新品种的培育
4．在植物组织培养过程中，容易获得突变体的主要原因是(　　)
A．培养的细胞一直处于不断分生的状态
B．培养基营养丰富，易于植物生长
C．纺锤丝的形成容易受到抑制
D．DNA的复制容易受到抑制
5．用纯种的高秆(D)抗锈病(T)小麦与矮秆(d)易染锈病(t)小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下：
下列有关此种育种方法的叙述，正确的是(　　)
A．这种育种方法叫作杂交育种
B．过程④必须使用生长素处理
C．这种方法最大的优点是缩短育种年限
D．过程③必须经过受精作用
6．下图表示单倍体育种过程，请据图回答下列问题。
(1)②③过程中，②属于________过程，其中需要光照的是________(填序号)。
(2)由花粉能培养成试管苗，说明植物细胞具有______________，根本原因是___________________________________________________________________。
(3)花粉在实验条件下发育成植株这一技术，可应用于______________育种，从而获得稳定遗传的新品种，该项技术最大的优点是____________________。
(4)若花药壁细胞的基因型是AaBb，则最后得到的纯合二倍体植株可能有________种基因型。
题组三　细胞产物的工厂化生产
7．紫草宁具有抗菌、消炎效果。在工业化生产中，取紫草植株部分组织诱导形成紫草愈伤组织，再转入紫草宁形成培养基，然后再将细胞破碎后提取出紫草宁。下列相关叙述中，不正确的是(　　)
A．工业化生产过程包括细胞的脱分化
B．在紫草宁生产过程中，不必将愈伤组织培养出根、芽等器官
C．紫草的愈伤组织细胞在低渗溶液中不会涨破
D．紫草宁在细胞内合成后被分泌到细胞外
8．红豆杉是濒危植物，其树皮产生的紫杉醇对癌症有一定的疗效。下图是红豆杉植株组织培养和细胞培养的流程图，请据图回答下列问题。
(1)图中②为愈伤组织，通过B过程可最终产生新的植株，通过C过程可产生大量细胞，则图中A、B、C分别表示的过程为__________________________。
其中B过程的实质是__________________________________________________。
(2)对⑤的培养一般要采用________培养基，不断通入无菌空气并进行搅拌，其目的是_________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)对⑤的培养可获得代谢产物——紫杉醇，但培养后期紫杉醇产量下降，其原因包括_________________________________________________________________
__________________________________________________________________等。
9．植物细胞悬浮培养是将单个细胞或细胞团进行液体培养增殖的技术。下列叙述错误的是(　　)
A．植物细胞悬浮培养的培养基须经无菌处理
B．经纤维素酶和果胶酶充分处理后，植物细胞团分散为单个完整的悬浮细胞
C．为使悬浮细胞正常生长，培养基须保持适当的温度、pH和渗透压
D．利用悬浮培养技术生产次生代谢物，可减少植物资源的消耗
10．《本草纲目》记载，樱桃具有利脾、止泻的功效。樱桃中的槲皮素等酚类化合物具有抗氧化活性。我国已经利用组织培养技术繁育樱桃优良品种，满足人们食用和药用需要。下列叙述错误的是(　　)
A．应用微型繁殖技术可获得大量樱桃脱毒苗
B．可以选用樱桃幼嫩的芽原基和叶原基作为外植体
C．富含色氨酸的培养基有利于樱桃幼嫩的芽合成生长素
D.应用樱桃细胞培养可工厂化生产初生代谢物槲皮素
11．紫杉醇是红豆杉属植物体内的一种天然物质，能有效抑制DNA的解旋，现已广泛用于乳腺癌的治疗。传统生产紫杉醇的方法是从红豆杉的树皮和种子中提取，不利于对红豆杉的保护。我国科学家经过多年研究，筛选出了高产紫杉醇的细胞。下列有关叙述错误的是(　　)
A．紫杉醇是红豆杉植物的一种次生代谢物，在细胞中含量很低
B．紫杉醇只能通过影响DNA的复制来抑制癌细胞增殖
C．可通过诱变的方法获得高产紫杉醇的细胞
D．将高产紫杉醇的细胞进行植物细胞培养，可以工厂化生产紫杉醇
12．豆科植物苦参能产生苦参碱，苦参碱具有调节免疫、抗癌等作用。科研人员利用苦参下胚轴进行育苗和生物碱提取，过程如图。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．过程③所得苦参无毒幼苗具有抗病毒的遗传特性
D．通过植物细胞培养获得苦参碱的过程不需要实现细胞的全能性
13．通过植物组织培养技术可以快速生产药物及培育无病毒的植物等。请据图表回答下列问题。
植物的花芽分别在含有不同浓度及比例的生长素和细胞分裂素的培养基中的生长状况
A组 B组 C组 D组 E组
生长素 0 3 ppm 3 ppm 0.03 ppm 0
细胞 分裂素 0 0.2 ppm 0.002 ppm 1.0 ppm 0.2 ppm
花芽生 长状况 仍是组织切块 形成愈 伤组织 愈伤组织 分化出根 愈伤组织分化出嫩芽　　　 稍生长
(1)离体的植物器官、组织或细胞能够被培养成新的植物体的原因是________________________________________________________________。
(2)用植物组织培养方法诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状体结构，若包裹上人造种皮，制成人工种子，可能解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。胚状体来源于离体的植物体细胞，其形成过程中要经过的生理变化大体上是图中[　]________和[　]________过程，在此过程中被培养的细胞始终受________的调节。
(3)从上表的实验结果可看出：生长素和细胞分裂素是实验中的两种重要物质，其中，新芽形成必需的条件是细胞分裂素的浓度________(填“大于”或“小于”)生长素的浓度；而在培养形成完整新个体的过程中，对它们调控的关键是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
课时分层作业(6)
1 2 4 5 7 9 10 11 12
A B A C D B D B D
3．(1)植物组织培养技术　植物细胞的全能性　(2)提供能量和维持渗透压　(3)生长素和细胞分裂素的用量比例不同　(4)茎(芽)尖　茎(芽)尖分生区无病毒或低毒　(5)光照
6．(1)脱分化　③　(2)全能性　每个细胞中都有发育成完整个体所需要的全部遗传物质　(3)单倍体　明显缩短育种年限　(4)4
8．(1)脱分化、再分化、有丝分裂　基因的选择性表达　(2)液体　保证氧气的供应，使细胞和培养液充分接触　(3)某些代谢产物积累，活细胞数量减少
13．(1)植物细胞具有全能性　(2)①　脱分化　②　再分化　植物激素　(3)大于　调控好不同培养期的培养基中细胞分裂素与生长素的浓度及二者的比例
1．A　[微型繁殖技术是快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。水稻种子萌发并长成新个体、柳树芽发育成枝条均属于个体发育；扦插的葡萄枝条长成新个体属于无性繁殖。]
2．B　[茎段扦插、幼芽嫁接、幼叶与茎尖等部位的组织培养等方法可以快速繁殖种苗，且能保持亲本的优良性状；花粉粒通过减数分裂产生，离体培养可能会产生和亲本不同的性状。]
3．(1)题述操作应用的是植物组织培养技术，其理论基础是植物细胞具有全能性。(2)蔗糖在培养基中，可作为碳源，也可为植物生长提供能量且维持一定的渗透压。(3)植物组织培养中的关键性激素是生长素和细胞分裂素；这两种激素比例不同会影响植物细胞发育方向，生长素与细胞分裂素的比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成，比值低时，有利于芽的分化、抑制根的形成。(4)由于茎尖、芽尖分生区无病毒或低毒，因此常作为植物组织培养中的外植体。(5)植物生长需要进行光合作用，因此，需将接种了外植体的锥形瓶置于18～22 ℃、无菌和光照条件下培养，当试管苗长到3～4片叶时即可移栽。
4．A　[在植物组织培养过程中，培养的细胞一直处于不断分生的状态，容易受到一些条件的影响而产生突变。]
5．C　[该育种方法为单倍体育种，可以明显缩短育种年限。过程①是杂交，过程②是减数分裂，过程③是花药离体培养，过程④是用秋水仙素处理使单倍体的染色体数目加倍。过程③利用了植物组织培养技术，不需要受精，而是由雄配子直接发育成幼苗。]
6．(1)②是由细胞培养到愈伤组织阶段，属于脱分化；③是由愈伤组织培养到试管苗阶段，属于再分化，再分化过程需要光照。(2)由一个植物细胞培育成一个个体，体现了植物细胞的全能性。植物细胞表现全能性的根本原因是每个细胞中都有发育成完整个体所需要的全部遗传物质。(3)花粉在实验条件下发育成植株这一技术，可应用于单倍体育种。单倍体育种的优点是明显缩短育种年限。(4)若花药壁细胞的基因型是AaBb，则花粉基因型有AB、Ab、aB、ab 4种，最后得到的纯合二倍体植株可能有AABB、AAbb、aaBB、aabb 4种基因型。
7．D　[由题意“取紫草植株部分组织诱导形成紫草愈伤组织，再转入紫草宁形成培养基”可知，工业化生产过程包括细胞的脱分化，A正确；在紫草宁生产过程中，不必将愈伤组织培养出根、芽等器官，B正确；紫草的愈伤组织细胞有细胞壁，在低渗溶液中不会涨破，C正确；根据题意可知，需将细胞破碎后提取出紫草宁，因此紫草宁在细胞内合成后不能分泌到细胞外，D错误。]
8．(1)分析题图可知，①为红豆杉离体的植物器官、组织或细胞(外植体)，②为愈伤组织，③为试管苗(胚状体)，④为植物体，⑤为大量的红豆杉细胞，故A表示脱分化，B表示再分化，C表示有丝分裂。再分化的实质是细胞内基因的选择性表达。(2)对⑤的培养的目的是快速增殖细胞，一般采用液体培养基进行培养。在培养过程中通入空气是为了保证细胞生长过程中氧气的供应，不断搅拌的目的是让细胞和培养液充分接触。(3)培养的后期，由于细胞代谢产物的积累，以及营养物质的消耗等，导致活细胞数量减少，紫杉醇产量下降。
9．B　[为了避免杂菌污染，植物细胞悬浮培养的培养基须经无菌处理，A正确；纤维素酶和果胶酶充分处理植物细胞获得的是原生质体，不能获得单个完整的悬浮细胞，B错误；细胞的正常生长需要适宜的条件，因此，为使悬浮细胞正常生长，培养基须保持适当的温度、pH和渗透压，C正确；利用悬浮培养技术生产次生代谢物，可减少植物资源的消耗，同样也不受季节和天气的限制，D正确。]
10．D　[应用微型繁殖技术采用茎尖作为外植体可获得大量樱桃脱毒苗，A正确；由于芽原基和叶原基分裂能力旺盛，因而可以选用樱桃幼嫩的芽原基和叶原基作为外植体，B正确；生长素是由色氨酸经过一系列转变产生的，因此，用富含色氨酸的培养基有利于樱桃幼嫩的芽合成生长素，C正确；应用樱桃细胞培养可工厂化生产次生代谢物槲皮素，D错误。]
11．B　[紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种次生代谢物，次生代谢物不是生长必需的，在细胞中含量很低，A正确；DNA解旋后成为单链可作为复制和转录的模板，分析题意，紫杉醇能有效抑制DNA的解旋，故紫杉醇能通过影响DNA的复制或转录来抑制癌细胞增殖，B错误；诱变可引发突变，故可通过诱变的方法获得高产紫杉醇的细胞，C正确；植物的次生代谢物通常含量很低，从植物组织中提取会大量消耗植物资源，将高产紫杉醇的细胞进行植物细胞培养，可以工厂化生产紫杉醇，D正确。]
12．D　[下胚轴切段需用75%的酒精和次氯酸钠进行消毒处理，A错误；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，B错误；由无毒下胚轴经组织培养获得的苦参无毒幼苗只是不带病毒，并不是能抵抗病毒的侵染，C错误；由工厂化细胞培养提取苦参碱的过程不需要完整的苦参植株，只需要进行在苦参细胞提取就可以了，因此不需要实现细胞的全能性，D正确。]
13．(1)离体的植物器官、组织或细胞能够被培养成新的植物体的原因是植物细胞具有全能性。(2)胚状体来源于离体的植物体细胞，其形成过程中要经过的生理变化大体上是图中①脱分化和②再分化过程，脱分化和再分化过程需要植物激素的调节。(3)在植物组织培养过程中，细胞分裂素和生长素起着重要的调节作用，当细胞分裂素的浓度大于生长素的浓度时，可以诱导生芽；当生长素的浓度大于细胞分裂素的浓度时，可以诱导生根。由此可见，调控的关键是控制好不同培养期的培养基中细胞分裂素和生长素的浓度及二者的比例。
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