资源简介

(共35张PPT)
第十单元
生物技术与工程
考查内容
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(生命观念)
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(生命观念、科学思维)
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(科学思维、社会责任)
考点一　植物组织培养
1.植物组织培养
定义 在无菌和人工控制条件下，将_______的植物体器官、组织或细胞等培养在人工配制的培养基上，使其生成__________或使其细胞增殖并产生_______________ 的技术
原理 ______________________
分类 ①分类依据：根据__________的不同分类
②类型：器官培养、____________、细胞培养、________________等
培养
过程 植物叶片→外植体→脱分化形成愈伤组织→愈伤组织再分化成苗
离体
完整植株
细胞代谢产物
植物细胞的全能性
外植体
组织培养
原生质体培养
形成
完整
植株
的途
径
培养
条件 适宜温度、________条件、培养基中适宜浓度和配比的____________、充分而全面的营养物质等
培养
基成
分 ①无机盐：为植物提供必需的矿质元素
②糖类：既可作为碳源和能源物质，又参与维持培养基的____________
③维生素：往往以________的形式参与细胞的蛋白质、脂质、糖代谢等重要活动
④植物生长调节物质：在__________和再分化中起着关键作用
器官发生
胚状体
无菌
植物激素
渗透压
辅酶
脱分化
2.活动：菊花的组织培养及幼苗的移栽
(1)原理：通过调节激素的______________可控制菊花外植体的生长发育。
(2)步骤
浓度和配比
3.植物组织培养通过多种途径有效地提高生产效率
4.植物组织培养中光照和植物激素的使用
(1)植物组织培养中光照的使用：脱分化阶段不需要给予光照，再分化阶段需要给予光照，以利于叶绿素的形成。
(2)生长素类与细胞分裂素类物质的用量的比例对植物细胞发育方向的影响：比值大时，促进根的形成；比值小时，促进芽的形成；比值适中时，促进愈伤组织的形成。
[自我诊断]正确的打“√”，错误的打“ ”。
1.愈伤组织经脱分化可形成胚状体或芽，胚状体能长出根和芽，直接发育形成再生植株。
(　 　)
2.利用植物愈伤组织获得再生植株主要有器官发生途径和体细胞胚发生途径两条途径。
(　 　)
3.胡萝卜根单个细胞经体外培养，能发育成完整的植株。其根本原因是胡萝卜根细胞具有旺盛的分裂能力。(　 　)
4.用自然生长的菊花茎进行组培须用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠的混合液消毒。(　 　)
5.秸秆碎化后可作为食物菌的栽培基质，其中纤维所起的作用，相当于植物组织培养中固体培养基的琼脂＋蔗糖。(　 　)

√


√
例 1
(2025·浙江1月选考)某研究小组进行微型月季的快速繁殖研究，结果如下表所示。
注：丛生苗为丛状生长的幼苗，IBA(吲哚丁酸)为生长素类物质。
下列叙述中，正确的是(　 　)
A.流程①的效果取决于消毒剂浓度
B.流程②不需要经过脱分化形成愈伤组织的阶段
C.与流程②相比，流程③培养基中细胞分裂素类与生长素类物质的比值更大
D.与流程③相比，提高流程④培养基的盐浓度有利于丛生苗的生根
【解析】流程①的效果不仅取决于消毒剂浓度，还与消毒时间有关，A错误；流程③培养基中细胞分裂素类与生长素类物质的比值为2.0∶0.1=20，而流程②培养基中该比值为3.0∶0.05=60，因此流程②培养基中该比值更大，C错误；由题意可知，流程④的培养基已是促进丛生苗生根的最适培养基，如若提高培养基的盐浓度，可能会导致渗透压过高，不利于生根，D错误。
流程 最佳措施或最适培养基
①外植体腋芽消毒 75%乙醇浸泡30 s＋5% NaClO浸泡6 min
②诱导出丛生苗 MS＋3.0 mg·L－1 6－BA＋0.05 mg·L－1 NAA
③丛生苗的扩增 MS＋2.0 mg·L－1 6－BA＋0.1 mg·L－1 NAA
④丛生苗的生根 1/2 MS＋0.25 mg·L－1IBA＋0.25 mg·L－1 NAA
B
(2024·浙江1月选考)山药在生长过程中易受病毒侵害导致品质和产量下降。采用组织培养技术得到脱毒苗，可恢复其原有的优质高产特性，流程如图所示。下列操作中，不可行的是(　 　)
外植体→愈伤组织→丛生芽→试管苗
A.选择芽尖作为外植体可减少病毒感染
B.培养基中加入抗生素可降低杂菌的污染
C.将丛生芽切割后进行继代培养可实现快速繁殖
D.提高生长素和细胞分裂素的比值可促进愈伤组织形成丛生芽
【解析】芽尖等分生组织分裂旺盛，且含病毒少，取材时常选用其作为外植体，A正确；培养基中有大量的营养物质容易被细菌污染，加入抗生素可降低杂菌的污染，B正确；将丛生芽切割后转移到新的培养基上继续进行扩大培养称为继代培养，每进行一次继代培养，培养物一般能增殖3~4倍。正因为培养物可以不断继代培养，所以离体繁殖速度比常规方法通常要快数万倍，可实现快速繁殖，C正确；提高生长素和细胞分裂素的比值可促进愈伤组织形成根而不是芽，D错误。
例 2
D
考点二　植物体细胞杂交
1.获得原生质体的方法
(1)先在0.5~0.6 mol/L的甘露醇(或一定浓度的蔗糖)溶液环境(较高渗透压)下处理细胞，目的是使细胞处于微弱的____________状态，防止____________被破坏。
(2)再用____________和__________混合液处理根尖、叶片、愈伤组织或悬浮培养细胞，消化除去__________，获得球形原生质体。
质壁分离
原生质体
纤维素酶
果胶酶
细胞壁
2.植物体细胞杂交的过程
(1)诱导原生质体融合的方法：电刺激、________、振荡、____________等。
(2)原理：原生质体融合利用了细胞膜的__________，杂种细胞发育成杂种植株利用了植物细胞的__________。
(3)意义：能克服______________________， 获得新品种。
离心
聚乙二醇
流动性
全能性
远缘杂交的不亲和性
3.植物体细胞杂交和有性杂交的辨析
[自我诊断]正确的打“√”，错误的打“ ”。
1.原生质体在培养过程中，只有重新形成细胞壁后，才能进行有丝分裂。(　 　)
2.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。(　 　)
3.再生出细胞壁是植物体细胞原生质体融合成功的标志。(　 　)
4.在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体数目加倍的细胞。(　 　)
5.用纤维素酶和果胶酶酶解获得的植物原生质体失去了全能性。(　 　)
√
√



例 3
(2025·浙江Z20名校联盟联考)如图所示，为培养“高产耐盐碱”水稻植株，某研究小组利用植物体细胞杂交技术设计了实验流程图。已知耐盐、高产性状分别受细胞质基因和细胞核基因控制，下列叙述中，正确的是(　 　)
A.②过程体现了植物细胞全能性，它是植物体细胞杂交的技术基础
B.原生质体经较高渗透压溶液处理后，再用纤维素酶和果胶酶混合液酶解
C.失活处理后原生质体A2的细胞质和原生质体B2的细胞核失活
D.①过程可通过观察原生质体的结构与颜色来判断其融合情况
D
【解析】题图中②过程由杂种细胞发展成了再生植株，发育成了完整个体，体现了植物细胞的全能性，植物体细胞杂交的技术基础是细胞融合技术，植物细胞的全能性是该技术的理论基础，A错误；用纤维素酶和果胶酶混合液酶解细胞壁获取原生质体时应置于较高渗透压溶液中(或等渗溶液)进行，可防止原生质体吸水涨破，B错误；由题干可知，耐盐、高产性状分别受细胞质基因和细胞核基因控制，因此A1要保留耐盐的细胞质基因，B1要保留高产的细胞核基因，即A2的细胞核和B2的细胞质失活，C错误；叶细胞有颜色，根细胞没有叶绿体，没有颜色，因此可以通过原生质体的颜色和结构来判断融合情况，白色说明是同种根细胞融合，深绿色是同种叶细胞融合，淡绿色(白＋绿)是融合细胞，D正确。
例 4
(2025·绍兴模拟预测)疣粒野生稻对水稻白叶枯病具有高度的抗病性，为转移这种抗病性，研究所进行了栽培稻与疣粒野生稻不对称体细胞杂交，过程如图所示。下列叙述中，正确的是　(　 　)
A.可利用代谢和增殖上的差异进行杂种细胞的筛选
B.加入大量培养基有利于原生质体保持活性并进行融合
C.成功融合的杂种细胞的染色体数目都相同
D.获得杂种原生质体后即可进行植物组织培养
A
【解析】融合的产物有同源融合细胞和杂种细胞，可利用代谢和增殖上的差异进行杂种细胞的筛选，A正确；原生质体融合是在一定密度的细胞群体下进行的，加入大量培养基不利于原生质体融合，B错误；X射线使染色体随机消除，即发生染色体数目变异，不同野生型水稻原生质体内染色体数目不一定相同，即与栽培种水稻原生质体融合后产生的杂种细胞内染色体数目也不一定相同，C错误；获得杂种原生质体等待再生出细胞壁后可进行植物组织培养，D错误。
课时作业
答案速对
第十单元　作业48 　植物细胞工程
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 C C C C C B B 见答案
1.(2025·衢州模拟)将植物离体培养产生的体细胞胚包埋在人工胚乳和人工种皮中，可制成人工种子。在条件适宜时，它同普通种子一样可以发芽成苗。下列叙述中，错误的是
(　 　)
A.同一植物不同营养器官培养得到的人工种子，其基因型相同
B.包埋前用脱落酸处理体细胞胚，可延长人工种子的保存期
C.人工种皮为不透气薄膜，具有防止内部营养物质流失的作用
D.人工种子的生产过程不受季节限制，可以快速繁殖优良品种
【解析】同一植物不同营养器官培养得到的人工种子，其基因型相同，均为体细胞，均由有丝分裂而来，A正确；为了延长人工种子的储存时间，包埋前体细胞胚可用脱落酸处理，B正确；人工种皮具备透气性，可以保证胚状体进行需氧呼吸时对氧的需求，以保持胚状体的活力，C错误；人工种子相较于传统种子，具有显著的优势。其制作过程不受季节限制，且不受地域影响，D正确。
C
2.(2025·江苏卷)如图所示一种植物组织培养周期，①~③表示相应过程。下列叙述中，错误的是(　 　)
A.过程①发生了细胞的脱分化和有丝分裂
B.过程②经细胞的再分化形成不同种类的细胞
C.过程②③所用培养基的成分、浓度相同
D.培养基中糖类既能作为碳源，又与维持渗透压有关
【解析】过程①形成了愈伤组织，发生了细胞的脱分化，此时细胞还进行有丝分裂，A正确；过程②是愈伤组织经再分化形成胚状体的过程，故经过再分化形成不同种类的细胞，B正确；过程②③所有培养基的成分、浓度不完全相同，如细胞分裂素和生长素的浓度不同，C错误；培养基中常加入蔗糖，既能作为碳源，又与维持渗透压有关，D正确。
C
3.植物细胞固定化培养技术是将植物细胞包埋在多聚化合物制成的网状支持物中进行无菌培养的技术。固定化的细胞形成了类似于植物体内的组织，其培养条件非常接近植株体内的环境。下列叙述中，错误的是(　 　)
A.细胞悬浮培养相对于植株种植，代谢产物的生产更高效
B.细胞固定化培养体系相对于植株个体，细胞种类更少
C.细胞固定化培养相对于细胞悬浮培养，细胞分裂更旺盛
D.细胞固定化培养相对于细胞悬浮培养，代谢产物的分离更简便
【解析】细胞悬浮培养有利于增加培养液中营养物质与植物细胞的接触面积，相对于植株种植，细胞代谢更旺盛，代谢产物的生产更高效，A正确；虽然固定化的细胞形成了类似于植物体内的组织且培养条件非常接近植株体内的环境，但是整体的环境相比于代谢植株个体较为单一，因此细胞种类相对较少，B正确；细胞悬浮培养有利于增加培养液中营养物质与植物细胞的接触面积，细胞分裂、代谢也更加旺盛，即细胞悬浮培养相对于细胞固定化培养，细胞分裂更旺盛，C错误；相对于细胞悬浮培养，细胞固定化培养生产代谢产物更容易分离，D正确。
C
4.(2026·浙江江浙皖高中发展共同体一模)科研人员以不耐盐的小麦组织细胞为原料，利用组织培养技术获得耐盐小麦植株突变体(甲)，培育过程如图所示。下列叙述中，正确的是(　 　)
A.在此培育过程中，X一般为胚状体
B.进行盐胁迫筛选的原理是基因突变具有不定向性
C.MS选择培养基中可加入一定浓度的NaCl溶液以筛选耐盐植株
D.培育获得的耐盐小麦植株的耐盐性状都可以稳定遗传
【解析】据题图信息可知，X为离体的小麦组织细胞经脱分化而成的愈伤组织，A错误；盐胁迫筛选的原理是人工定向选择耐盐突变体，B错误；在个体水平上，可以筛选抗盐的植物新品种，即在MS选择培养基中加入一定浓度的NaCl溶液，C正确；若控制耐盐的性状为显性性状，培育获得的耐盐小麦植株的耐盐性状不一定能稳定遗传，D错误。
C
5.如图所示为研究人员利用甘蓝和萝卜的体细胞为材料获得甘蓝－萝卜杂交植株的操作流程。下列叙述中，错误的是(　 　)
A.需将两种植物细胞置于较高渗透压的溶液中，利用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁
B.图中X是愈伤组织，除图示途径外，还可通过形成胚状体获得再生植株
C.培养基中的生长素相对浓度大于细胞分裂素浓度时利于长芽
D.若在融合过程中会丢失来自甘蓝的染色体，利用这一特点可对甘蓝进行基因定位
C
【解析】植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，可用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁，由于失去细胞壁的原生质体在低渗溶液中容易吸水涨破，所以需将两种植物细胞置于较高渗透压的溶液中，利用纤维素酶、果胶酶去除细胞壁，A正确；题图中X是杂种细胞经脱分化形成的愈伤组织，除图示途径外，还可通过再分化形成胚状体获得再生植株，B正确；培养基中的生长素相对浓度大于细胞分裂素浓度时利于生根，C错误；若在融合过程中丢失来自甘蓝的染色体，则杂种植株不能表现的性状可能是由甘蓝丢失的染色体上的基因控制的，所以可利用这一特点对甘蓝进行基因定位，D正确。
6.(2025·浙江6月选考)科研人员研究某种红豆杉的细胞悬浮培养和原生质体培养方式对合成紫杉醇的影响，甲组为细胞悬浮培养，乙组为原生质体的液体静置培养，丙组为琼脂糖包埋后的原生质体悬浮培养。三组的培养基相同，其中乙、丙两组另加细胞壁合成抑制剂等。结果如图所示。
下列叙述中，正确的是(　 　)
A.比较甲和丙，丙组的培养方式有利于原生质体的增殖，从而提高紫杉醇总产量
B.比较乙和丙，丙组的培养方式有利于应用到发酵罐进行紫杉醇的生产
C.丙组中琼脂糖凝胶的作用是持续为原生质体供应碳源
D.上述实验表明细胞壁完整有助于紫杉醇在细胞内的合成与积累
B
【解析】由题意可知，甲组：细胞悬浮培养，细胞壁完整；乙组：原生质体液体静置培养，无细胞壁，加入细胞壁合成抑制剂；丙组：琼脂糖包埋后的原生质体悬浮培养，无细胞壁，加入细胞壁合成抑制剂。甲组的总产量远低于丙组，但丙组的培养基中加入细胞壁合成抑制剂，因而不存在原生质体的增殖，A错误；发酵罐一般依赖搅动培养基进行培养，由于原生质体去壁后容易受外界环境变化而破裂，丙组因采用琼脂糖包埋保护，因此可适应搅动的培养基环境，B正确；琼脂糖的作用是为细胞提供支撑和固定，它不能为细胞提供碳源，C错误；甲组细胞有细胞壁，不过从紫杉醇合成量来看，甲组低于乙组和丙组，D错误。
7.(2025·杭州模拟)铁皮石斛是名贵中药，其有效成分生物碱为细胞的次级代谢产物。研究人员将铁皮石斛的营养芽采用组织培养技术培养成类原球茎(PLBs，类似愈伤组织)，培养过程中PLBs重量、生物碱含量的变化如图所示。下列说法中，正确的是(　 　)
A.培养前应对营养芽进行灭菌，在超净台火焰旁进行接种操作可减少污染
B.因新生营养芽的细胞分化程度低，容易诱导形成PLBs
C.与黑暗条件相比，光照条件下PLBs的生长起始早、快速生长时间短
D.诱导营养芽形成PLBs的过程称为细胞的脱分化，生物碱为该过程提供营养
B
【解析】在接种前对外植体进行消毒，并在火焰旁进行接种可减少污染，而灭菌会是外植体失活，A错误；选用新生营养芽为外植体是因为其分裂能力旺盛且几乎不携带病毒，作外植体培养时容易诱导形成PLBs，B正确；由图可知，与黑暗条件下相比，PLBs在光照条件下生长的优势体现在起始生长快，重量大，快速生长持续时间长，C错误；生物碱为细胞的次级代谢产物，不能提供营养，D错误。
8.高产酿酒酵母菌G16适合利用木薯粉发酵，耐高糖，发酵终酒精度可达15%，高产酿酒酵母G08适合蔗糖类原料发酵，耐酸，发酵终酒精度10%左右。科研工作者欲利用细胞融合技术对G16和G08进行改造，培育出兼具两者优良性状的融合菌株用于工业生产。请回答下列问题：
(1)酵母菌单倍体原生质体的制备。将酵母菌培养至孢子产生，分离出孢子细胞即为单倍体，将单倍体细胞悬液振荡处理一段时间，使菌体细胞壁松动，这样做的目的是______________________________________________，而后收集菌体加入含有17%蔗糖的酶溶液中，蔗糖的作用是____________________。达到一定时间后，终止酶解收集原生质体。
(2)原生质体融合。G16原生质体经紫外线灭活，G08原生质体经60 ℃灭活，将灭活后的两种原生质体悬浮液适量混合加入促融剂____________促进原生质体融合，32 ℃保温40 min后收集原生质体。取融合后的菌液适当稀释，________接种于高渗固体再生培养基上，置于______________中培养3~5天，能形成________的即为杂种融合子。高渗再生培养基能筛选杂种融合子的原因有__________。
A.非融合子失去再生能力 B.纯种融合子不能生长、繁殖
C.杂种融合子失活部位互补可以生长、繁殖 D.高渗再生培养基使纯种融合子失水失活
利于酶充分接触细胞壁，提高去除细胞壁的效率
维持一定的渗透压
聚乙二醇
涂布
恒温培养箱
菌落
ABC
(3)融合子性状筛选。从再生培养基中取融合子分别接种到以木薯粉和甘蔗汁为唯一碳源的培养基中进行酒精发酵，发酵结束后测定残总糖量和酒精度计算发酵效率(见表1和表2)。据表可选出______号为最优融合子，连续传代5次后再进行发酵能力测定，目的是__________________________________________________________________。
表1　融合子木薯粉酒精发酵实验结果
表2　融合子甘蔗汁酒精发酵实验结果
菌株 初总糖% 残总糖% 酒精度% 发酵效率%
G16 19.0 0.5 11.3 91.83
融合子1 19.0 13.3 2.8 22.75
融合子2 19.0 1.8 10.2 82.89
融合子3 19.0 0.3 11.5 93.45
菌株 初总糖% 残总糖% 酒精度% 发酵效率%
G08 11.8 0.5 6.8 88.98
融合子1 11.8 3.6 5.2 68.04
融合子2 11.8 1.0 6.4 83.74
融合子3 11.8 0.7 6.6 86.36
3
获得遗传性状稳定的菌株(或淘汰因变异导致发酵能力不稳定的菌株)
(4)根据表中信息，不同的融合子发酵效率与亲本有差异，因此进行原生质体灭活时需要注意____________________________________，有利于亲本性状的稳定，从而提高原生质体融合育种的成功率。利用单倍体而非二倍体融合育种的最可能原因是__________________________________________________________________。
【解析】(1)细胞壁对细胞起保护和支持作用，将酵母菌单倍体细胞悬液振荡处理使菌体细胞壁松动，目的是有利于酶充分接触细胞壁，提高去除细胞壁的效率，从而获得原生质体。因为后续要用酶溶液去除细胞壁得到原生质体，细胞壁松动后酶更容易发挥作用，蔗糖在含有酶的溶液中作为渗透压稳定剂，由于原生质体没有细胞壁的保护，在低渗溶液中容易吸水涨破，在高渗溶液中容易失水皱缩，17%的蔗糖溶液可以维持一定的渗透压，保持原生质体的形态和稳定性。
(2)促进原生质体融合常用的促融剂是聚乙二醇(PEG)。聚乙二醇可以改变细胞膜的流动性等特性，促使不同原生质体相互靠近并融合。稀释后需涂布平板接种于高渗固体再生培养基，保证单菌落生长。酵母菌为异养型，需置于恒温培养箱中培养(提供适宜温度)。G16原生质体经紫外线灭活，G08 原生质体经 60 ℃灭活，只有杂种融合子因基因互补(灭活部位不同)，能再生细胞壁并形成菌落；亲本原生质体(灭活后)无法再生，因此能形成菌落的即为杂种融合子。高渗再生培养基能筛选杂种融合子的原因：非融合子可能在
控制紫外线的剂量、灭活持续的时间
单倍体融合的细胞遗传稳定性强(或单倍体融合的细胞不易发生变异)
处理过程中失去再生能力，无法在培养基上形成菌落，A正确；非杂种融合子(如同种原生质体融合形成的纯合融合子)可能由于自身遗传特性等原因，在高渗再生培养基上不能生长、繁殖，B正确；杂种融合子由于不同亲本原生质体的遗传物质互补，可能具备在高渗再生培养基上生长、繁殖的能力，C正确；高渗再生培养基主要是通过控制渗透压以及筛选条件来筛选杂种融合子，不是使纯种融合子失水失活，D错误。
(3)分析表中数据，要选出最优融合子，需要综合考虑在不同原料发酵中的发酵效率(酒精度和发酵效率等指标)，从表中数据可知融合子3为最优融合子。连续传代5次后再进行发酵能力测定，目的是获得遗传性状稳定的菌株(或淘汰因变异导致发酵能力不稳定的菌株)。如果融合子在连续传代后发酵能力变化不大，说明其遗传性状稳定，有利于在工业生产中应用。
(4)进行原生质体灭活时需要注意控制灭活的条件，如紫外线的剂量、灭活持续的时间等。因为不同的灭活条件可能会对原生质体的遗传物质等造成不同程度的影响，合适的灭活条件有利于亲本性状的稳定，从而提高原生质体融合育种的成功率。利用单倍体而非二倍体融合育种的最主要原因是单倍体只有一套染色体，融合后形成的杂种细胞遗传稳定性强(或单倍体融合的细胞不易发生变异)，更容易获得具有优良性状且遗传稳定的杂种。二倍体有两套染色体，融合后染色体组合更为复杂，可能会出现一些不利于优良性状表达或遗传不稳定的情况。

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