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第1节　植物细胞工程
第1课时　植物细胞工程的基本技术
课时作业
(时间:30分钟　分值:57分)
第1～7题每题3分,第8～9题每题6分,共计33分。
基础对点练
知识点1　植物组织培养技术
1.下列有关植物细胞全能性的说法,错误的是(　　)
[A]体细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因
[B]高度分化的细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性
[C]植物细胞具有全能性是植物组织培养的理论基础
[D]配子不能表现出全能性的原因是它所含有的基因比体细胞减少一半
【答案】 D
【解析】 配子含有发育成完整个体所必需的全套基因,具有全能性,在一定条件下能表现出全能性。
2.(2025·青岛检测)在植物组织培养过程中,外植体经诱导产生丛芽和不定根,将幼苗转移至蛭石或珍珠岩等环境中,经炼苗和壮苗后再移栽入土。下列说法正确的是(　　)
[A]由外植体培养形成幼苗的过程中使用的培养基均需加入凝固剂
[B]对外植体消毒需要用次氯酸钠和体积分数为95%的酒精
[C]脱分化形成愈伤组织的过程,与基因的选择性表达无关
[D]启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素是生长素和赤霉素
【答案】 A
【解析】 植物组织培养过程中,使用的是固体培养基,诱导脱分化和再分化过程使用的培养基需加入琼脂等作为凝固剂;对外植体消毒一般用体积分数为70%的酒精和质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液,不是95%的酒精;脱分化形成愈伤组织的过程,细胞的形态、结构和功能发生改变,与基因的选择性表达有关;启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素是生长素和细胞分裂素,而不是赤霉素。
3.下列关于植物组织培养的叙述,错误的是(　　)
[A]培养基中添加蔗糖可以提供营养和调节渗透压
[B]过程甲、乙中生长素与细胞分裂素含量的比值相同
[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细胞核基因数目可能
不同
[D]过程乙的实质是基因的选择性表达
【答案】 B
【解析】 甲表示脱分化过程,乙表示再分化形成丛芽过程,两过程中生长素和细胞分裂素含量的比值不同;同一植株不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织细胞核基因数目不一定相同,如花粉细胞经培养形成的愈伤组织细胞的核基因数目只有体细胞的一半。
知识点2　植物体细胞杂交技术
4.设计植物体细胞杂交实验是为获得性状优良的新品种作物,通常不需要考虑的是(　　)
[A]选择具有优良性状的亲本
[B]选择去除细胞壁的酶
[C]亲本间存在的生殖隔离
[D]培养基中生长素和细胞分裂素的浓度及比例
【答案】 C
【解析】 植物体细胞杂交技术可打破生殖隔离,实现不同生物间的远缘杂交育种,故通常不需要考虑亲本间存在的生殖隔离。
5.(2025·开封检测)实验人员利用矮牵牛(2n=14)的红色花瓣细胞(液泡呈红色)与枸杞(4n=48)的叶肉细胞,制备了相应的原生质体,并诱导其融合,经筛选、培养获得杂种植株。下列有关叙述错误的是(　　)
[A]细胞壁会阻碍细胞膜的融合,故应先制备原生质体
[B]植物原生质体融合利用了细胞膜的选择透过性
[C]可利用光学显微镜观察、筛选出杂种原生质体
[D]若原生质体均为两两融合,则融合后的细胞中染色体数目不都为62条
【答案】 B
【解析】 细胞壁会阻碍细胞膜相互接触和融合,故应用酶去除细胞壁,以制备原生质体;植物原生质体融合利用了细胞膜的流动性;杂种原生质体同时含有红色液泡和叶绿体,所以可利用光学显微镜观察、筛选;若原生质体均为两两融合,则会形成3种细胞,即矮牵牛红色花瓣细胞自身融合的细胞、枸杞叶肉细胞自身融合的细胞以及杂种细胞,所以融合后的细胞中染色体数目为28条或96条或62条。
6.(2025·石景山期末)药用植物板蓝根(2n=14)具抗菌作用,某课题组将其与“华双3号”油菜(2n=38)进行体细胞杂交,以期获得抗病菌的油菜。下列叙述正确的是(　　)
[A]可以用盐酸和酒精混合配制的解离液获得原生质体
[B]融合原生质体再生出细胞壁是细胞融合成功的标志
[C]脱分化和再分化需分别添加细胞分裂素和生长素
[D]由杂种细胞培养获得的杂种植株都具有抗病菌的特点
【答案】 B
【解析】 解离液会杀死细胞,植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,因此在植物体细胞杂交过程中使用纤维素酶和果胶酶制备板蓝根和油菜的原生质体;融合原生质体再生出细胞壁是细胞融合成功的标志;脱分化和再分化过程中都需要添加细胞分裂素和生长素,只是两种激素的比例不同而已;杂种植株虽具有两亲本的遗传物质,但与抗病菌性状有关的基因是否表达还需进一步检测。
7.(2025·永州检测)花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病,野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化,并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合,以获得抗黑腐病杂种植株。流程如下图。下列分析正确的是(　　)
[A]①过程用胰蛋白酶处理细胞体现了酶的专一性
[B]用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体属于基因重组
[C]杂种细胞的特点是有叶绿体但丧失了再生能力
[D]一般先诱导愈伤组织生芽,再诱导其生根
【答案】 D
【解析】 ①过程是用酶解法获得原生质体的过程,该过程使用的酶是纤维素酶和果胶酶,因为植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,该过程体现了酶的专一性;用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化,属于染色体变异;杂种细胞的特点是有叶绿体且恢复再生能力,因为花椰菜根细胞的原生质体是完整的;植物组织培养过程中,一般将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上,长出芽后,再将其转接到诱导生根的培养基上,进一步诱导形成试管苗。
综合提升练
8.(2025·遵义检测)下图为利用大花杓兰地下芽实现濒危植物规模化培养过程,其中①～③代表培养流程。下列相关叙述错误的是(　　)
[A]大花杓兰地下芽外植体需用酒精和次氯酸钠溶液处理
[B]②过程为再分化,该过程的培养基成分与①过程不同
[C]③过程中将多个丛芽分割培养可提高快速繁殖的效率
[D]培养过程会发生基因重组,增加大花杓兰的遗传多样性
【答案】 D
【解析】 植物组织培养过程中,需用酒精和次氯酸钠溶液对外植体进行消毒处理;过程①为脱分化,过程②为再分化,这两个过程所需的培养基成分不同,主要是植物激素的比例不同;③过程中将多个丛芽分割培养,可使一个外植体培养出更多的植株,从而提高快速繁殖的效率;植物组织培养过程中,细胞进行的是有丝分裂,不会发生基因重组,基因重组一般发生在减数分裂过程中。
9.(2025·长沙检测)二倍体野生种马铃薯具有抗青枯病的特性,而栽培种(四倍体)不具有这种特性。下图表示利用野生种马铃薯培育抗青枯病新品种的过程。下列相关叙述错误的是(　　)
[A]正常情况下,体细胞杂种H为六倍体
[B]可用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁获得原生质体
[C]体细胞杂种H的形成过程中会出现愈伤组织
[D]利用品种R连续自交可得到纯合的抗青枯病植株
【答案】 D
【解析】 二倍体野生种马铃薯与栽培种(四倍体)体细胞杂交,正常情况下,体细胞杂种H为六倍体;植物细胞壁的主要成分为纤维素和果胶,可用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁获得原生质体;体细胞杂种H的形成过程中先形成杂种细胞,再将杂种细胞通过植物组织培养技术获得完整植株,故体细胞杂种H的形成过程中会出现愈伤组织;杂交品种R由四倍体和二倍体马铃薯杂交所得,为三倍体,一般无法产生正常配子,不能进行有性生殖,因此无法连续自交获得纯种。
10.(10分)(2025·福州检测)培养胡萝卜根组织可获得试管苗,获得试管苗的过程如图所示。回答下列问题。
(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株,这是因为植物细胞具有　　　　。
(2)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的　　　　过程,最终可形成试管苗。
(3)步骤⑥要进行照光培养,其作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)经组织培养得到的植株,一般可保持原品种的遗传特性,这种繁殖方式属于　　 　　繁殖。
【答案】 (每空2分)
(1)全能性　(2)诱导外植体(组织块)形成愈伤组织和诱导愈伤组织形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同　再分化　(3)诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用　(4)无性
【解析】 (1)用分化的植物细胞可以培养成完整的植株,这是因为植物细胞具有全能性。(2)步骤⑤(脱分化)的培养基是为了形成愈伤组织,步骤⑥(再分化)的培养基是为了形成芽和根并形成试管苗,而脱分化和再分化所需的生长素和细胞分裂素的比例不同,故从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的再分化过程,最终可形成试管苗。(3)步骤⑥要进行照光培养,其作用是有利于诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用。(4)经组织培养得到的植株,遗传物质一般不发生改变,可保持原品种的遗传特性,这种繁殖方式属于无性繁殖。
11.(14分)某研究人员设计了下列技术路线,以期获得甘蓝和萝卜体细胞杂交植株。请回答下列问题。
(1)制备原生质体时,常用两种酶处理,分别是　　　　　　　　。诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是　　　　　　。原生质体融合成功的标志是　　　　　　　　　　。图中X　　　　(填“含有”或“不含”)同源染色体。
(2)为诱导X产生不定芽,通常应在培养基中加入两类植物激素,其中起主要作用的是
　　　　　　　　。
(3)若想获得抗盐植株,可选用融合原生质体形成的愈伤组织作为人工诱变的材料,原因是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,且需在　　　　　　　　的培养基中筛选。
【答案】 (每空2分)
(1)纤维素酶和果胶酶　PEG(聚乙二醇)　杂种细胞再生出细胞壁　含有　(2)细胞分裂素
(3)这些愈伤组织包含了两个物种的全部遗传信息,且具有全能性,具有分裂、分化能力,突变频率高　含较高浓度的NaCl
【解析】 (1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,所以制备原生质体时,需要用纤维素酶和果胶酶将细胞壁去除。诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是PEG(聚乙二醇)。原生质体融合成功的标志是杂种细胞再生出细胞壁;题图中X是愈伤组织,理论上具有甘蓝体细胞和萝卜体细胞的全部遗传物质,故含有同源染色体。(2)细胞分裂素有促进芽分化的作用,植物组织培养中常加入细胞分裂素和生长素,当生长素和细胞分裂素的比值低时,有利于芽的形成,所以起主要作用的是细胞分裂素。(3)由于融合的原生质体形成的愈伤组织具有分裂、分化能力,突变频率高,而且包含了两个物种的全部遗传信息,且具有全能性,所以可选用融合原生质体形成的愈伤组织作为人工诱变的材料。为获得抗盐植株,应用含较高浓度的NaCl培养基对杂种植株选择培养,生长良好的为抗盐植株。第2课时　植物细胞工程的应用
课时作业
(时间:30分钟　分值:57分)
第1～7题每题3分,第8～9题每题6分,共计33分。
基础对点练
知识点1　植物繁殖的新途径
1.下列有关快速繁殖技术的说法错误的是(　　)
[A]可以保持亲代的优良性状
[B]可以高效、快速地培育植物种苗
[C]快速繁殖属于有性生殖
[D]快速繁殖已广泛应用于观赏植物、经济林木等的繁育
【答案】 C
【解析】 快速繁殖技术属于无性繁殖。
2.下列属于植物微型繁殖技术的是(　　)
[A]用兰花的芽尖组织培育成试管苗
[B]用嫁接的方法培育金叶水杉
[C]扦插的葡萄枝条长成新个体
[D]柳树芽发育成枝条
【答案】 A
【解析】 植物的微型繁殖技术是指用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。柳树芽发育成枝条属于生物个体发育的一部分;嫁接和扦插不需要采用植物组织培养技术。
3.(2025·安顺检测)生产实践中常利用植物的茎尖或芽尖进行脱毒苗的培育。某实验室利用草莓芽尖获得草莓脱毒苗的两条途径如图所示。下列说法错误的是(　　)
[A]上述过程利用了植物组织培养技术
[B]在诱导草莓芽尖生芽或生根的过程中发生了基因的选择性表达
[C]乙醇和次氯酸钠的处理是为了对草莓芽尖进行消毒
[D]甲培养基的生长素含量/细胞分裂素含量的值要大于乙培养基的
【答案】 D
【解析】 将草莓芽尖(外植体)培养形成脱毒苗利用了植物组织培养技术,体现了植物细胞的全能性;在诱导草莓芽尖生芽或生根的过程中发生了细胞分化,细胞分化的根本原因是基因的选择性表达;在进行植物组织培养时需要对外植体进行消毒,可以使用乙醇(70%)和次氯酸钠溶液;甲为诱导生芽培养基,培养基中生长素和细胞分裂素的比值较小,乙是诱导生根培养基,培养基中生长素和细胞分裂素的比值较大,因此甲培养基的生长素含量/细胞分裂素含量的值要小于乙培养基的。
知识点2　作物新品种的培育及细胞产物的工厂化生产
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]培养的细胞处于不断增殖的状态
[B]培养基营养丰富,易于植物生长
[C]纺锤丝的形成容易受抑制
[D]DNA复制容易受抑制
【答案】 A
【解析】 基因突变一般发生于分裂前的间期(DNA复制时),在植物组织培养过程中,由于培养的细胞处于不断增殖的状态,更容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变。
5.利用基因型为HhRr的玉米(2n=20)的幼苗茎尖细胞进行如图实验,下列相关分析错误的是(　　)
[A]植株A的体细胞内最多有4个染色体组
[B]植株A和植株B的基因型相同
[C]获得植株B的过程为单倍体育种,该过程涉及染色体变异和基因重组
[D]获得幼苗的①②过程都应用了植物组织培养技术
【答案】 B
【解析】 植株B是经单倍体育种获得的纯合子,与植株A的基因型不同。
6.中药藿香长期种植会出现种质退化、易感染病虫害等问题。为解决这些问题,研究者对组织培养过程中不同阶段的藿香进行了辐射处理(如图),以期获得性状优良的突变株。下列叙述不正确的是(　　)
[A]组织培养过程中细胞分裂旺盛,辐射处理易发生不定向突变
[B]过程①在接种前,外植体常用无水乙醇和次氯酸钠溶液消毒
[C]可通过接种相关病毒或病菌来筛选目标突变株
[D]筛选出目标突变株后可利用植物组织培养技术加快繁殖
【答案】 B
【解析】 消毒通常使用体积分数为70%的酒精,不用无水乙醇。
7.(2024·黑吉辽卷)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物的合成速率
【答案】 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物的合成速率。
综合提升练
8.(2025·青岛期末)冰球子是一种多年生草本植物,具有清热解毒、消肿止痛的作用。植物组织培养技术可用于冰球子的快速繁殖。下列说法正确的是(　　)
[A]利用冰球子愈伤组织进行定向诱变可获得有用的突变体
[B]冰球子中含有的次生代谢物通常是基本生命活动所必需的
[C]冰球子外植体脱分化形成愈伤组织时需要光照和氧气
[D]可尝试大量培养冰球子细胞,实现其药用产物的工厂化生产
【答案】 D
【解析】 突变具有不定向性,所以不能定向诱变;次生代谢物通常不是基本生命活动所必需的,初生代谢物是基本生命活动所必需的;愈伤组织形成过程中通常不需要光照。
9.(2024·甘肃卷)兰州百合栽培过程中易受病毒侵染,造成品质退化。某研究小组尝试通过组织培养技术获得脱毒苗,操作流程如下图。下列叙述正确的是(　　)
[A]①为脱分化过程,1号培养基中的愈伤组织是排列规则的薄壁组织团块
[B]②为再分化过程,愈伤组织细胞分化时可能会发生基因突变或基因重组
[C]3号培养基用于诱导生根,其细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值大于1
[D]百合分生区附近的病毒极少,甚至无病毒,可以作为该研究中的外植体
【答案】 D
【解析】 在脱分化过程中,1号培养基中的愈伤组织是排列不规则的薄壁组织团块;愈伤组织细胞分化时可能会发生基因突变,但基因重组发生在减数分裂过程中,而愈伤组织细胞的分化过程是有丝分裂,所以不会发生基因重组;3号培养基用于诱导生根,其细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值应该小于1;百合分生区附近的病毒极少,甚至无病毒,因此可以作为该研究中的外植体。
10.(12分)(2025·永州检测)土地盐碱化不但造成了资源的破坏,农业生产的巨大损失,而且还对生态环境构成威胁。另外,盐碱化过程通常与荒漠化过程相伴生,甚至相互促进、相互转化。下图是培养耐盐植株的实验流程图。请回答下列问题。
(1)再分化形成根、芽的过程一般需要提供光照,原因是　　　　　　　　　　　　　　。
(2)用射线处理愈伤组织而不直接处理茎段的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。处理2中添加的物质X为　　　　。
(3)培育脱毒苗时,一般选择植物的　　　　　进行组织培养,理由是　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　。
(4)无菌技术也是成功诱导出耐盐植株的重要因素,因此培养基要用　　　　　　　　(填设备名称)进行灭菌。
【答案】 (每空2分)
(1)叶绿素的合成需要光照
(2)愈伤组织细胞分裂能力强,易诱发突变,而茎段细胞大多分裂能力弱,不易诱发突变　盐
(3)分生区组织　该部位携带病毒少或不携带病毒
(4)高压蒸汽灭菌锅
【解析】 (2)用射线处理愈伤组织而不直接处理茎段的原因是愈伤组织细胞分裂能力强,易诱发突变,而茎段细胞大多已经分化,不易诱导基因突变。处理2中添加的物质X为盐,目的是筛选出耐盐的愈伤组织,进而培育出耐盐植株。
11.(12分)(2025·昭通检测)紫花苜蓿是广泛利用的豆科牧草,但易使家畜患鼓胀病。百脉根富含单宁,单宁可与植物蛋白质结合,不引起家畜采食后鼓胀。为培育抗鼓胀病的苜蓿新品种,科研人员利用野生型清水紫花苜蓿和里奥百脉根为材料进行了实践研究。研究主要流程如图(注:IOA可抑制植物细胞呼吸第一阶段,R6G可阻止线粒体的呼吸作用)。
(1)该研究应用的生物技术所依据的原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)获得原生质体最常用的方法是酶解法,也就是在温和的条件下用　　　　　　　　　　分解植物的细胞壁。①过程的发生,必须进行人工诱导,人工诱导原生质体融合的物理方法有　　　　　　　　　　(答出1种)等。经过过程①,只有异源融合的原生质体能够存活的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)百脉根富含单宁,单宁不是百脉生长和生存所必需的产物,属于　　　　代谢物,在植物体内含量很低,化学合成困难。单宁因有收敛止血、抗氧化、抗菌等作用而被应用于各类产品,可利用　　　　　 　　技术工厂化生产单宁。该方法需要将百脉根细胞诱导成　　　　,再筛选出　　　　　　　　　　　　　　　进行培养。
【答案】 (除标注外,每空1分)
(1)细胞膜具有流动性、植物细胞具有全能性(2分)
(2)纤维素酶、果胶酶(2分)　电融合法、离心法　异源融合的原生质体才能完整进行有氧呼吸的三个阶段从而存活并恢复生长(2分)
(3)次生　植物细胞培养　愈伤组织　稳定高产单宁的细胞(2分)
【解析】 (1)原生质体融合的原理是细胞膜具有流动性;杂种细胞能够通过植物组织培养生长发育成杂种植株的原理是植物细胞具有全能性。
(2)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,故去除植物细胞壁可用纤维素酶和果胶酶进行酶解。人工诱导原生质体融合的物理方法有电融合法、离心法等。R6G可阻止线粒体的呼吸作用,IOA可抑制植物细胞呼吸第一阶段,用两种试剂分别处理两种植物的原生质体,分别阻断有氧呼吸的不同阶段,故只有异源融合的原生质体才能完整进行有氧呼吸的三个阶段。(共55张PPT)
第1节　植物细胞工程
第1课时　植物细胞工程的基本技术
第2章　细胞工程
1.基于对植物组织培养原理的理解,阐明植物生命发生、发展的过程。2.运用模型与建模、归纳与概括的方法,掌握植物组织培养和植物体细胞杂交的流程。3.能制订实验方案,并依据实验步骤完成菊花的组织培养操作。
[学习目标]
预习案·自主学习
一、细胞工程概念
原理和方法 生物学、 生物学和发育生物学等
操作水平 或组织水平
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等
细胞
分子
细胞器、细胞
细胞、组织、器官、个体
二、植物组织培养技术
1.植物细胞的全能性
完整生物体
其他各种细
胞
选择性地表
达
2.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,给予适宜的培养条件,诱导其形成 的技术。
植物器官、组织或细胞
完整植株
(2)基本过程。
植物
器官、组织
或细胞
愈伤组织
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:脱分化形成的 团块。
③再分化:愈伤组织重新分化成 等器官的过程。
结构和功能
未分化
不定形的薄壁组织
芽、根
(3)菊花的组织培养。
无菌水
次氯酸钠
0.5 ～ 1cm
愈伤组
织
生芽
生根
蛭石
珍珠岩
三、植物体细胞杂交技术
1.过程
细胞壁
愈伤组织
(1)去壁:用 去除植物细胞壁,获得原生质体。
(2)诱导原生质体融合的方法。
纤维素酶和果胶酶
物理法 法、 法等
化学法 融合法、 融合法等
电融合
离心
聚乙二醇(PEG)
高Ca2+—高pH
2.概念:将 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。
3.意义:打破 ,实现 育种,培育植物新品种。
不同来源
杂种细胞
新植物体
生殖隔离
远缘杂交
判断正误
(1)植物体的任何细胞都具有全能性,也都能表现出全能性。(　　)
×
【提示】 具有某种生物全部遗传信息的植物细胞在离体的情况下才能表现出全能性。
(2)在植物组织培养时,对外植体要进行灭菌处理。(　　)
×
【提示】 对外植体进行消毒处理。
(3)诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基完全一样。(　　)
【提示】 诱导生芽和诱导生根的培养基不一样,如两种培养基添加的植物激素比例不同。
×
(4)植物体细胞杂交技术的最终目的是得到杂种细胞。(　　)
×
【提示】 植物体细胞杂交技术的最终目的是得到杂种植株。
(5)植物体细胞杂交利用了植物组织培养技术。(　　)
√
(6)植物原生质体融合的原理是植物细胞的全能性。(　　)
×
【提示】 植物原生质体融合利用了细胞膜的流动性。
探究案·互动探究
任务一　分析植物组织培养技术的原理和操作
下图为菊花组织培养的过程,请结合教材探究·实践“菊花的组织培养”有关内容及教材附录1“植物组织培养实验常用培养基的配方和配制方法”,回答下列问题。
(1)图中①→②是 过程,②→③和③→④属于 过程。
(2)植物体内的细胞不能发育成一个完整个体的原因是
,要让植物细胞发育成一个完整个体应具备的条件是
。
脱分化
再分化
在生物体内由于
基因的选择性表达,细胞会分化形成特定的组织和器官
植物细胞要脱离母体、给予一定的
营养物质和激素以及适宜的环境条件
(3)培养基中加入的蔗糖做碳源,蔗糖的作用是
。图中①→②与②→③的培养基成分的差异主要是 。
能够提供植物细胞新陈代谢
所需的营养物质,同时还能够维持培养基适当的渗透压
生长素和细胞分裂素的比例和浓度不同
(4)诱导愈伤组织期间一般不需要光照,后续培养过程中,为什么每日要给予适当时间和强度的光照 愈伤组织在诱导生根的培养基中未形成根,但分化出了芽,其原因可能是什么
【提示】 后续培养过程给予适当时间和强度的光照的目的是诱导叶绿素的形成,进一步形成叶绿体进行光合作用;原因可能是培养基中生长素用量与细胞分裂素用量的比值偏小。
(5)在植物组织培养的过程中,为什么要进行一系列的消毒、灭菌,并且要求无菌操作
【提示】 外植体一旦受到微生物的污染,这些微生物会和外植体争夺培养基中的营养物质,并且产生大量对外植体有害的物质,导致外植体死亡。
「核心归纳」
1.实现植物细胞全能性的条件
材料 离体的植物细胞、组织或器官
培养基 种类齐全、比例合适的营养物质及一定比例的植物激素
外界条件 ①无菌操作;
②光照:诱导愈伤组织时一般不需要光照,再分化时需要光照;
③适宜的pH等
2.植物激素在植物组织培养中的作用
(1)生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。
(2)生长素和细胞分裂素的浓度、比例等都影响植物细胞的发育方向。
生长素/细胞分裂素 作用效果
比值高时 促进根的分化、抑制芽的形成
比值低时 促进芽的分化、抑制根的形成
比值适中 促进愈伤组织的形成
「典型例题」
1.(2025·江苏卷)图示一种植物组织培养周期,①～③表示相应过程。下列相关叙述错误的是(　　)
[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
C
【解析】 由题图可知,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;过程②是愈伤组织经再分化形成胚状体的过程,细胞经过再分化形成不同种类的细胞;过程②③所用培养基的成分、浓度不完全相同,如细胞分裂素和生长素的浓度不同;培养基中常加入蔗糖或葡萄糖,既能作为碳源,又与维持渗透压有关。
2.(2025·郑州检测)大丽花为菊科大丽花属,是多年生草本植物。大丽花为世界名花之一,除具观赏价值外,还具有药用价值。大丽花植物组织培养操作流程如图所示。下列相关叙述正确的是(　　)
[A]应选取大丽花植株无病毒的茎尖作为外植体,并用酒精溶液浸泡30 min
[B]过程①为再分化,目的是使细胞失去原特有的结构和功能,该过程无须光照
[C]过程②的实质是基因选择性表达,该过程只进行有丝分裂,不进行细胞分化
[D]1号和2号培养基中细胞分裂素与生长素用量的比值分别为等于1和大于1
D
【解析】 茎尖病毒很少或几乎不含病毒,作为外植体需要在酒精中浸泡30 s;过程①为外植体经过脱分化过程形成愈伤组织,目的是使细胞失去原特有的结构和功能,该过程不需要光照;过程②为再分化过程,实质是基因选择性表达,该过程既进行有丝分裂,也进行细胞分化;脱分化过程所用的1号培养基中细胞分裂素与生长素用量的比值等于1,诱导愈伤组织发芽的2号培养基中细胞分裂素与生长素用量的比值大于1。
任务二　分析植物体细胞杂交技术的原理和过程
以下为植物体细胞杂交技术流程图,其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞,所含有的染色体分别是AA和BB。请据图分析并回答问题。
(1)①过程的目的是 ,所用的酶为 。
(2)获得原生质体时,应在 (填“低渗”或“等渗”)溶液中进行,理由是 。
(3)将若干a和b等量混合后转移到培养基上培养,再经过②和③,c的细胞类型有 (不考虑三个或三个以上的细胞融合,用染色体组成表示)。
去除细胞壁
纤维素酶和果胶酶
等渗
低渗溶液中原生质体易吸水涨破
AA、BB、AAAA、BBBB、AABB
(4)若植物细胞甲具有2x条染色体,2个染色体组,基因型为Aabb;植物细胞乙含有2y条染色体,2个染色体组,基因型为ccDd,则通过植物体细胞杂交技术获得的新植株的染色体条数为 条,染色体组数为 个,基因型为
。
(5)植物体细胞杂交技术的理论基础是 。
(6)在新品种培育方面,与杂交育种相比,植物体细胞杂交技术的最大优点是什么
【提示】 能够打破生殖隔离,实现远缘杂交育种。
2x+2y
4
AabbccDd
细胞膜的流动性和植物细胞的全能性
「核心归纳」
1.有关植物体细胞杂交的几个关注点
(1)植物体细胞融合的障碍:细胞壁。可以用纤维素酶和果胶酶去除。
(2)植物体细胞融合成功的标志:产生新的细胞壁。
(3)植物体细胞杂交的结果:产生新的植株。
(4)融合后的杂种细胞筛选。
假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B,则诱导融合后的产物有三类:未融合的细胞(A和B);两两融合的细胞(AA、BB和AB);多细胞融合体。两两融合的细胞中,只有AB型细胞是我们需要的杂种细胞,所以要进行筛选。
(5)植物体细胞杂交的生殖方式:无性繁殖。
2.植物体细胞杂交与有性杂交的比较
设白菜细胞含2x条染色体,2个染色体组;甘蓝细胞含2y条染色体,2个染色体组。
项目 不同物种体细胞杂交 不同物种有性杂交 同一物种杂交
过程
子代染色体数目 2x+2y x+y 2x(白菜)或2y(甘蓝)
子代染色体组数 4 2 2
子代是几倍体 异源四倍体 异源二倍体 同源二倍体
子代是否可育 可育 不可育 可育
繁殖方式 无性繁殖 有性生殖 有性生殖
「典型例题」
3.(2023·广东卷)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。
4.(2025·沧州检测)普通小麦和耐盐偃麦草染色体数不同。山融3号是我国科学家利用植物体细胞杂交技术培育的耐盐碱小麦品种,下图是其培育过程。下列叙述错误的是(　　)
[A]诱导原生质体融合常采用电融合法或PEG融合法
[B]原生质体发育为①的过程需要高尔基体的参与
[C]甲、乙培养基除钠盐浓度不同,其余条件均相同
[D]可通过观察染色体数目从②中筛选出山融3号
C
【解析】 诱导原生质体融合常采用电融合法或PEG融合法;原生质体发育为①需要再生出细胞壁,需要高尔基体的参与;甲、乙培养基除钠盐浓度不同,所用激素的比例也存在差异;筛选山融3号需找到同时具有普通小麦和耐盐偃麦草染色体的植株,其染色体数目理论上是普通小麦与耐盐偃麦草的染色体数目之和。
思维导图
随堂检测反馈
1.下列有关细胞全能性的叙述,错误的是(　　)
[A]高度分化的植物体细胞具有全能性
[B]受精卵在自然条件下能发育成完整个体,因此全能性最高
[C]玉米种子萌发长成新植株体现了植物细胞的全能性
[D]植物细胞在一定条件下离体培养才能表现出全能性
C
【解析】 高度分化的植物体细胞仍然具有发育成完整植株或分化成其他各种细胞的潜能,即具有全能性;种子中的胚实际上是一个幼小的植物体,玉米种子萌发长成新植株属于个体发育,不能体现植物细胞的全能性。
2.(2025·南通质检)以玄参茎段为外植体进行植物组织培养,流程图如下,下列相关叙述正确的是(　　)
①外植体的选择及其消毒→②外植体的接种及愈伤组织诱导→③丛芽与不定根的诱导→④炼苗与移栽
[A]所用培养基含植物细胞所必需的无机盐、蔗糖和激素等营养物质
[B]过程①需用酒精和次氯酸钠混合液对外植体进行无菌处理
[C]过程②脱分化形成愈伤组织时可发生基因突变和染色体变异
[D]过程③诱导形成丛芽和不定根的效果与激素比例无关
C
【解析】 植物激素不属于营养物质;过程①需分别用酒精和次氯酸钠对外植体进行无菌处理;由外植体脱分化形成愈伤组织的过程中,细胞通过有丝分裂方式进行增殖,故可能会发生基因突变和染色体变异;生长素与细胞分裂素用量的比值高时,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,比值适中时,促进愈伤组织的生长,由此可知,过程③诱导形成丛芽和不定根的效果与激素比例有关。
3.(2025·赣州检测)下列关于菊花的组织培养及幼苗移栽的叙述,错误的是
(　　)
[A]MS培养基的碳源一般用蔗糖而不用葡萄糖,以减少微生物污染
[B]MS培养基、NAA溶液、6-BA溶液均可配制成母液,以减少称量的误差
[C]接种好外植体的培养瓶应先置于18～22 ℃的培养箱中黑暗培养一段时间
[D]移栽前将试管苗置于装有消过毒的蛭石的无菌箱中恒温培养
D
【解析】 微生物通常优先利用单糖,培养微生物时一般用葡萄糖作为能源物质,所以使用蔗糖可以有效减少微生物的污染;在实际生产中,可以先配制浓缩液(母液),使用时取一定量的浓缩液通过稀释得到我们最终所需要的浓度,MS培养基、NAA溶液、6 BA溶液均可配制成母液,以减少称量的误差;脱分化需要避光,接种好外植体的培养瓶应先置于18～22 ℃的培养箱中黑暗培养一段时间,以便更好地形成愈伤组织;移栽前先打开封口膜或瓶盖,让试管苗在培养箱中生长几日,用流水清洗掉根部培养基后,将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中,这是让幼苗逐步适应自然环境的过程。
4.(2025·厦门月考)植物细胞中的叶绿体和细胞核是两个相对独立的遗传体系,控制着许多优良性状,胞质杂交是植物体细胞杂交应用的一个重要方面。下图为将品种甲叶绿体中的优良基因导入品种乙的实验流程。下列说法错误的是(　　)
[A]过程①若在浓度较低的溶液中进行,细胞可能涨破
[B]过程②可以用高Ca2+—高pH溶液诱导品种甲和乙的原生质体进行融合
[C]过程③筛选同时具备叶绿体和细胞核的融合原生质体诱导再生细胞壁
[D]通过④获得的抗病品种丁能稳定遗传品种甲、乙的所有优良性状
D
【解析】 植物细胞壁的成分是纤维素和果胶,题图中过程①是利用纤维素酶和果胶酶处理获得细胞原生质体的过程,所获得的原生质体若在低渗溶液中会吸水涨破,因此需在等渗或渗透压略高的溶液中进行;过程②即品种甲和乙的原生质体融合的过程,为促进原生质体的融合,可以用聚乙二醇(PEG)或高Ca2+—高pH溶液诱导;品种甲的原生质体含有叶绿体不含细胞核,品种乙(根尖细胞)含细胞核不含叶绿体,因此过程③筛选同时具备叶绿体和细胞核的融合原生质体诱导再生细胞壁;丁具备了品种乙的细胞核基因、细胞质基因以及品种甲的细胞质基因,但不具备甲的细胞核基因,因此可能不具有品种甲、乙的所有优良性状。
5.(2025·昆明检测)野生马铃薯品种的植株具有较强的抗病、抗虫、抗盐碱、抗寒能力,但块茎不能食用。科学家用野生马铃薯(二倍体)与栽培马铃薯(四倍体)的体细胞进行杂交,培育出了生存能力强的杂交系马铃薯(如图所示)。请据图分析并回答下列问题。
(1)①过程植物细胞原生质体的分离需经过酶解,其中“酶解”所用的酶应该包括　 。
(2)②过程可用聚乙二醇(PEG)处理,其目的是　　　　　　　　　　。
纤维素酶、果胶酶
【解析】 (1)(2)植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶组成,因此可以用纤维素酶和果胶酶将其水解,得到原生质体,然后用化学法(如聚乙二醇)或物理法诱导原生质体融合,之后再生出新的细胞壁形成杂种细胞。
诱导原生质体融合
(3)请用文字和箭头表示出④⑤技术过程的实验流程:
　　　　　　　　　　　　　　　。由此过程可以看出,植物细胞具有形成完整个体的潜能,这是　　　　　　　　　　的表现。
【解析】 (3)④⑤是杂种细胞经过脱分化、再分化形成幼苗的过程,体现了植物细胞具有全能性。
植物细胞具有全能性
(4)在培养基上培养一段时间后,原生质体会再生出细胞壁。可以通过
　　　　　　　　　　　　　　　实验来判断细胞壁是否已经再生。
植物细胞的质壁分离与复原
【解析】 (4)具有细胞壁、活的、成熟的植物细胞可以发生质壁分离与复原。
(5)请说明运用植物体细胞杂交方法的优越性:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　。
利用本来存在生殖隔离的物种,
【解析】 (5)与传统杂交育种相比,植物体细胞杂交技术的优越性是打破了物种之间的生殖隔离,实现了远缘杂交育种。
培养出兼有两物种品质的优良品种,打破了生殖隔离,实现了远缘杂交育种
联系实际 迁移应用
不对称体细胞杂交是指利用射线破坏染色质的供体细胞,与未经射线照射的受体细胞融合,所得融合细胞含受体全部遗传物质及供体部分遗传物质。科研人员用大剂量的X射线处理拟南芥(2n=10)的原生质体,然后诱导其与柴胡(2n=12)的原生质体融合,最终获得不对称杂种植株。回答下列问题。
(1)为获得拟南芥和柴胡的原生质体,可将流水冲洗后的外植体用
消毒,然后立即用无菌水冲洗,一般再用氯化汞溶液处理5 min后,立即用无菌水冲洗。消毒后的外植体用小刀切碎,放入含有
酶的缓冲液中,以获得原生质体。
酒精
(70%酒精)
纤维素酶和果胶
(2)可采用二乙酸荧光素(FAD)法测定原生质体活力,已知FAD本身无荧光,当其进入细胞后可被酯酶分解为无毒、具有荧光的物质,该荧光物质不能透过细胞膜,会留在细胞内发出荧光。据此应选择 的原生质体用于融合。
(3)获得的原生质体可使用 (写出1种)等化学方法诱导融合。在杂种细胞形成杂种植株的过程中,需要避光培养的是 阶段。
发出荧光
PEG(或高Ca2+—高pH)
脱分化
(4)科研人员对获得的部分植株细胞进行染色体观察、计数和DNA分子标记鉴定,统计结果如下表所示:
后代植株类型 染色体数目、形态 DNA分子标记鉴定
甲 12,与柴胡染色体相似 含双亲DNA片段
乙 12,与柴胡染色体相似 无拟南芥DNA片段
丙 12,与柴胡染色体相似 含双亲DNA片段
和新的DNA片段
由表可知,后代植株中 类型一定不是杂种植株。科研人员推测杂种植株的染色体主要由柴胡亲本来源的染色体组成,拟南芥亲本的遗传物质可能不是以染色体的形式存在于杂种植株细胞中,而是以DNA片段的方式整合进柴胡的基因组,做出以上推测的依据是
。
乙
甲、丙类型植株细胞的染色体与柴胡
细胞中的染色体数目相同、形态相似,且含有双亲的DNA片段第1节　植物细胞工程
第1课时　植物细胞工程的基本技术
[学习目标]　1.基于对植物组织培养原理的理解,阐明植物生命发生、发展的过程。2.运用模型与建模、归纳与概括的方法,掌握植物组织培养和植物体细胞杂交的流程。3.能制订实验方案,并依据实验步骤完成菊花的组织培养操作。
一、细胞工程概念
原理和方法 细胞生物学、分子生物学和发育生物学等
操作水平 细胞器、细胞或组织水平
目的 获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品
分类 植物细胞工程和动物细胞工程等
二、植物组织培养技术
1.植物细胞的全能性
2.植物组织培养技术
(1)概念:将离体的植物器官、组织或细胞等,培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其形成完整植株的技术。
(2)基本过程。
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结构和功能,转变成未分化的细胞,进而形成愈伤组织的过程。
②愈伤组织:脱分化形成的不定形的薄壁组织团块。
③再分化:愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。
(3)菊花的组织培养。
三、植物体细胞杂交技术
1.过程
(1)去壁:用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁,获得原生质体。
(2)诱导原生质体融合的方法。
物理法 电融合法、离心法等
化学法 聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等
2.概念:将不同来源的植物体细胞,在一定条件下融合成杂种细胞,并把杂种细胞培育成新植物体的技术。
3.意义:打破生殖隔离,实现远缘杂交育种,培育植物新品种。
判断正误
(1)植物体的任何细胞都具有全能性,也都能表现出全能性。(　　)
【答案】 ×
【提示】 具有某种生物全部遗传信息的植物细胞在离体的情况下才能表现出全能性。
(2)在植物组织培养时,对外植体要进行灭菌处理。(　　)
【答案】 ×
【提示】 对外植体进行消毒处理。
(3)诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基完全一样。(　　)
【答案】 ×
【提示】 诱导生芽和诱导生根的培养基不一样,如两种培养基添加的植物激素比例不同。
(4)植物体细胞杂交技术的最终目的是得到杂种细胞。(　　)
【答案】 ×
【提示】 植物体细胞杂交技术的最终目的是得到杂种植株。
(5)植物体细胞杂交利用了植物组织培养技术。(　　)
【答案】 √
(6)植物原生质体融合的原理是植物细胞的全能性。(　　)
【答案】 ×
【提示】 植物原生质体融合利用了细胞膜的流动性。
任务一　分析植物组织培养技术的原理和操作
　　下图为菊花组织培养的过程,请结合教材探究·实践“菊花的组织培养”有关内容及教材附录1“植物组织培养实验常用培养基的配方和配制方法”,回答下列问题。
(1)图中①→②是脱分化过程,②→③和③→④属于再分化过程。
(2)植物体内的细胞不能发育成一个完整个体的原因是在生物体内由于基因的选择性表达,细胞会分化形成特定的组织和器官,要让植物细胞发育成一个完整个体应具备的条件是植物细胞要脱离母体、给予一定的营养物质和激素以及适宜的环境条件。
(3)培养基中加入的蔗糖做碳源,蔗糖的作用是能够提供植物细胞新陈代谢所需的营养物质,同时还能够维持培养基适当的渗透压。图中①→②与②→③的培养基成分的差异主要是生长素和细胞分裂素的比例和浓度不同。
(4)诱导愈伤组织期间一般不需要光照,后续培养过程中,为什么每日要给予适当时间和强度的光照 愈伤组织在诱导生根的培养基中未形成根,但分化出了芽,其原因可能是什么
【提示】 后续培养过程给予适当时间和强度的光照的目的是诱导叶绿素的形成,进一步形成叶绿体进行光合作用;原因可能是培养基中生长素用量与细胞分裂素用量的比值
偏小。
(5)在植物组织培养的过程中,为什么要进行一系列的消毒、灭菌,并且要求无菌操作
【提示】 外植体一旦受到微生物的污染,这些微生物会和外植体争夺培养基中的营养物质,并且产生大量对外植体有害的物质,导致外植体死亡。
核心归纳
1.实现植物细胞全能性的条件
材料 离体的植物细胞、组织或器官
培养基 种类齐全、比例合适的营养物质及一定比例的植物激素
外界条件 ①无菌操作; ②光照:诱导愈伤组织时一般不需要光照,再分化时需要光照; ③适宜的pH等
2.植物激素在植物组织培养中的作用
(1)生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。
(2)生长素和细胞分裂素的浓度、比例等都影响植物细胞的发育方向。
生长素/细 胞分裂素 作用效果
比值高时 促进根的分化、抑制芽的形成
比值低时 促进芽的分化、抑制根的形成
比值适中 促进愈伤组织的形成
典型例题
1.(2025·江苏卷)图示一种植物组织培养周期,①～③表示相应过程。下列相关叙述错误的是(　　)
[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
【答案】 C
【解析】 由题图可知,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;过程②是愈伤组织经再分化形成胚状体的过程,细胞经过再分化形成不同种类的细胞;过程②③所用培养基的成分、浓度不完全相同,如细胞分裂素和生长素的浓度不同;培养基中常加入蔗糖或葡萄糖,既能作为碳源,又与维持渗透压有关。
2.(2025·郑州检测)大丽花为菊科大丽花属,是多年生草本植物。大丽花为世界名花之一,除具观赏价值外,还具有药用价值。大丽花植物组织培养操作流程如图所示。下列相关叙述正确的是(　　)
[A]应选取大丽花植株无病毒的茎尖作为外植体,并用酒精溶液浸泡30 min
[B]过程①为再分化,目的是使细胞失去原特有的结构和功能,该过程无须光照
[C]过程②的实质是基因选择性表达,该过程只进行有丝分裂,不进行细胞分化
[D]1号和2号培养基中细胞分裂素与生长素用量的比值分别为等于1和大于1
【答案】 D
【解析】 茎尖病毒很少或几乎不含病毒,作为外植体需要在酒精中浸泡30 s;过程①为外植体经过脱分化过程形成愈伤组织,目的是使细胞失去原特有的结构和功能,该过程不需要光照;过程②为再分化过程,实质是基因选择性表达,该过程既进行有丝分裂,也进行细胞分化;脱分化过程所用的1号培养基中细胞分裂素与生长素用量的比值等于1,诱导愈伤组织发芽的2号培养基中细胞分裂素与生长素用量的比值大于1。
任务二　分析植物体细胞杂交技术的原理和过程
　　以下为植物体细胞杂交技术流程图,其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞,所含有的染色体分别是AA和BB。请据图分析并回答问题。
(1)①过程的目的是去除细胞壁,所用的酶为纤维素酶和果胶酶。
(2)获得原生质体时,应在等渗(填“低渗”或“等渗”)溶液中进行,理由是低渗溶液中原生质体易吸水涨破。
(3)将若干a和b等量混合后转移到培养基上培养,再经过②和③,c的细胞类型有AA、BB、AAAA、BBBB、AABB(不考虑三个或三个以上的细胞融合,用染色体组成表示)。
(4)若植物细胞甲具有2x条染色体,2个染色体组,基因型为Aabb;植物细胞乙含有2y条染色体,2个染色体组,基因型为ccDd,则通过植物体细胞杂交技术获得的新植株的染色体条数为2x+2y条,染色体组数为4个,基因型为AabbccDd。
(5)植物体细胞杂交技术的理论基础是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。
(6)在新品种培育方面,与杂交育种相比,植物体细胞杂交技术的最大优点是什么
【提示】 能够打破生殖隔离,实现远缘杂交育种。
核心归纳
1.有关植物体细胞杂交的几个关注点
(1)植物体细胞融合的障碍:细胞壁。可以用纤维素酶和果胶酶去除。
(2)植物体细胞融合成功的标志:产生新的细胞壁。
(3)植物体细胞杂交的结果:产生新的植株。
(4)融合后的杂种细胞筛选。
假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B,则诱导融合后的产物有三类:未融合的细胞(A和B);两两融合的细胞(AA、BB和AB);多细胞融合体。两两融合的细胞中,只有AB型细胞是我们需要的杂种细胞,所以要进行筛选。
(5)植物体细胞杂交的生殖方式:无性繁殖。
2.植物体细胞杂交与有性杂交的比较
设白菜细胞含2x条染色体,2个染色体组;甘蓝细胞含2y条染色体,2个染色体组。
项目 不同物种体细胞杂交 不同物种有性杂交 同一物种杂交
过程
子代染色体数目 2x+2y x+y 2x(白菜)或2y(甘蓝)
子代染色体组数 4 2 2
子代是几倍体 异源四倍体 异源二倍体 同源二倍体
子代是否可育 可育 不可育 可育
繁殖方式 无性繁殖 有性生殖 有性生殖
典型例题
3.(2023·广东卷)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
【答案】 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。
4.(2025·沧州检测)普通小麦和耐盐偃麦草染色体数不同。山融3号是我国科学家利用植物体细胞杂交技术培育的耐盐碱小麦品种,下图是其培育过程。下列叙述错误的是(　　)
[A]诱导原生质体融合常采用电融合法或PEG融合法
[B]原生质体发育为①的过程需要高尔基体的参与
[C]甲、乙培养基除钠盐浓度不同,其余条件均相同
[D]可通过观察染色体数目从②中筛选出山融3号
【答案】 C
【解析】 诱导原生质体融合常采用电融合法或PEG融合法;原生质体发育为①需要再生出细胞壁,需要高尔基体的参与;甲、乙培养基除钠盐浓度不同,所用激素的比例也存在差异;筛选山融3号需找到同时具有普通小麦和耐盐偃麦草染色体的植株,其染色体数目理论上是普通小麦与耐盐偃麦草的染色体数目之和。
随堂检测反馈
1.下列有关细胞全能性的叙述,错误的是(　　)
[A]高度分化的植物体细胞具有全能性
[B]受精卵在自然条件下能发育成完整个体,因此全能性最高
[C]玉米种子萌发长成新植株体现了植物细胞的全能性
[D]植物细胞在一定条件下离体培养才能表现出全能性
【答案】 C
【解析】 高度分化的植物体细胞仍然具有发育成完整植株或分化成其他各种细胞的潜能,即具有全能性;种子中的胚实际上是一个幼小的植物体,玉米种子萌发长成新植株属于个体发育,不能体现植物细胞的全能性。
2.(2025·南通质检)以玄参茎段为外植体进行植物组织培养,流程图如下,下列相关叙述正确的是(　　)
①外植体的选择及其消毒→②外植体的接种及愈伤组织诱导→③丛芽与不定根的诱导→④炼苗与移栽
[A]所用培养基含植物细胞所必需的无机盐、蔗糖和激素等营养物质
[B]过程①需用酒精和次氯酸钠混合液对外植体进行无菌处理
[C]过程②脱分化形成愈伤组织时可发生基因突变和染色体变异
[D]过程③诱导形成丛芽和不定根的效果与激素比例无关
【答案】 C
【解析】 植物激素不属于营养物质;过程①需分别用酒精和次氯酸钠对外植体进行无菌处理;由外植体脱分化形成愈伤组织的过程中,细胞通过有丝分裂方式进行增殖,故可能会发生基因突变和染色体变异;生长素与细胞分裂素用量的比值高时,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,比值适中时,促进愈伤组织的生长,由此可知,过程③诱导形成丛芽和不定根的效果与激素比例有关。
3.(2025·赣州检测)下列关于菊花的组织培养及幼苗移栽的叙述,错误的是(　　)
[A]MS培养基的碳源一般用蔗糖而不用葡萄糖,以减少微生物污染
[B]MS培养基、NAA溶液、6-BA溶液均可配制成母液,以减少称量的误差
[C]接种好外植体的培养瓶应先置于18～22 ℃的培养箱中黑暗培养一段时间
[D]移栽前将试管苗置于装有消过毒的蛭石的无菌箱中恒温培养
【答案】 D
【解析】 微生物通常优先利用单糖,培养微生物时一般用葡萄糖作为能源物质,所以使用蔗糖可以有效减少微生物的污染;在实际生产中,可以先配制浓缩液(母液),使用时取一定量的浓缩液通过稀释得到我们最终所需要的浓度,MS培养基、NAA溶液、6BA溶液均可配制成母液,以减少称量的误差;脱分化需要避光,接种好外植体的培养瓶应先置于18～22 ℃的培养箱中黑暗培养一段时间,以便更好地形成愈伤组织;移栽前先打开封口膜或瓶盖,让试管苗在培养箱中生长几日,用流水清洗掉根部培养基后,将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中,这是让幼苗逐步适应自然环境的过程。
4.(2025·厦门月考)植物细胞中的叶绿体和细胞核是两个相对独立的遗传体系,控制着许多优良性状,胞质杂交是植物体细胞杂交应用的一个重要方面。下图为将品种甲叶绿体中的优良基因导入品种乙的实验流程。下列说法错误的是(　　)
[A]过程①若在浓度较低的溶液中进行,细胞可能涨破
[B]过程②可以用高Ca2+—高pH溶液诱导品种甲和乙的原生质体进行融合
[C]过程③筛选同时具备叶绿体和细胞核的融合原生质体诱导再生细胞壁
[D]通过④获得的抗病品种丁能稳定遗传品种甲、乙的所有优良性状
【答案】 D
【解析】 植物细胞壁的成分是纤维素和果胶,题图中过程①是利用纤维素酶和果胶酶处理获得细胞原生质体的过程,所获得的原生质体若在低渗溶液中会吸水涨破,因此需在等渗或渗透压略高的溶液中进行;过程②即品种甲和乙的原生质体融合的过程,为促进原生质体的融合,可以用聚乙二醇(PEG)或高Ca2+—高pH溶液诱导;品种甲的原生质体含有叶绿体不含细胞核,品种乙(根尖细胞)含细胞核不含叶绿体,因此过程③筛选同时具备叶绿体和细胞核的融合原生质体诱导再生细胞壁;丁具备了品种乙的细胞核基因、细胞质基因以及品种甲的细胞质基因,但不具备甲的细胞核基因,因此可能不具有品种甲、乙的所有优良性状。
5.(2025·昆明检测)野生马铃薯品种的植株具有较强的抗病、抗虫、抗盐碱、抗寒能力,但块茎不能食用。科学家用野生马铃薯(二倍体)与栽培马铃薯(四倍体)的体细胞进行杂交,培育出了生存能力强的杂交系马铃薯(如图所示)。请据图分析并回答下列问题。
(1)①过程植物细胞原生质体的分离需经过酶解,其中“酶解”所用的酶应该包括　。
(2)②过程可用聚乙二醇(PEG)处理,其目的是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)请用文字和箭头表示出④⑤技术过程的实验流程:　　　　　　　　　　　　　　　。由此过程可以看出,植物细胞具有形成完整个体的潜能,这是　　　　　　　　 　　的表现。
(4)在培养基上培养一段时间后,原生质体会再生出细胞壁。可以通过　　　　　　　　　
实验来判断细胞壁是否已经再生。
(5)请说明运用植物体细胞杂交方法的优越性:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】 (1)纤维素酶、果胶酶　 (2)诱导原生质体融合　 (3)杂种细胞愈伤组织幼苗　植物细胞具有全能性　(4)植物细胞的质壁分离与复原　(5)利用本来存在生殖隔离的物种,培养出兼有两物种品质的优良品种,打破了生殖隔离,实现了远缘杂交育种
【解析】 (1)(2)植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶组成,因此可以用纤维素酶和果胶酶将其水解,得到原生质体,然后用化学法(如聚乙二醇)或物理法诱导原生质体融合,之后再生出新的细胞壁形成杂种细胞。(3)④⑤是杂种细胞经过脱分化、再分化形成幼苗的过程,体现了植物细胞具有全能性。(4)具有细胞壁、活的、成熟的植物细胞可以发生质壁分离与复原。(5)与传统杂交育种相比,植物体细胞杂交技术的优越性是打破了物种之间的生殖隔离,实现了远缘杂交育种。
　　不对称体细胞杂交是指利用射线破坏染色质的供体细胞,与未经射线照射的受体细胞融合,所得融合细胞含受体全部遗传物质及供体部分遗传物质。科研人员用大剂量的X射线处理拟南芥(2n=10)的原生质体,然后诱导其与柴胡(2n=12)的原生质体融合,最终获得不对称杂种植株。回答下列问题。
(1)为获得拟南芥和柴胡的原生质体,可将流水冲洗后的外植体用酒精(70%酒精)消毒,然后立即用无菌水冲洗,一般再用氯化汞溶液处理5 min后,立即用无菌水冲洗。消毒后的外植体用小刀切碎,放入含有纤维素酶和果胶酶的缓冲液中,以获得原生质体。
(2)可采用二乙酸荧光素(FAD)法测定原生质体活力,已知FAD本身无荧光,当其进入细胞后可被酯酶分解为无毒、具有荧光的物质,该荧光物质不能透过细胞膜,会留在细胞内发出荧光。据此应选择发出荧光的原生质体用于融合。
(3)获得的原生质体可使用PEG(或高Ca2+—高pH)(写出1种)等化学方法诱导融合。在杂种细胞形成杂种植株的过程中,需要避光培养的是脱分化阶段。
(4)科研人员对获得的部分植株细胞进行染色体观察、计数和DNA分子标记鉴定,统计结果如下表所示:
后代植 株类型 染色体数目、形态 DNA分子标记鉴定
甲 12,与柴胡染色体相似 含双亲DNA片段
乙 12,与柴胡染色体相似 无拟南芥DNA片段
丙 12,与柴胡染色体相似 含双亲DNA片段 和新的DNA片段
由表可知,后代植株中乙类型一定不是杂种植株。科研人员推测杂种植株的染色体主要由柴胡亲本来源的染色体组成,拟南芥亲本的遗传物质可能不是以染色体的形式存在于杂种植株细胞中,而是以DNA片段的方式整合进柴胡的基因组,做出以上推测的依据是甲、丙类型植株细胞的染色体与柴胡细胞中的染色体数目相同、形态相似,且含有双亲的DNA片段。
课时作业
(时间:30分钟　分值:57分)
第1～7题每题3分,第8～9题每题6分,共计33分。
基础对点练
知识点1　植物组织培养技术
1.下列有关植物细胞全能性的说法,错误的是(　　)
[A]体细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因
[B]高度分化的细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性
[C]植物细胞具有全能性是植物组织培养的理论基础
[D]配子不能表现出全能性的原因是它所含有的基因比体细胞减少一半
【答案】 D
【解析】 配子含有发育成完整个体所必需的全套基因,具有全能性,在一定条件下能表现出全能性。
2.(2025·青岛检测)在植物组织培养过程中,外植体经诱导产生丛芽和不定根,将幼苗转移至蛭石或珍珠岩等环境中,经炼苗和壮苗后再移栽入土。下列说法正确的是(　　)
[A]由外植体培养形成幼苗的过程中使用的培养基均需加入凝固剂
[B]对外植体消毒需要用次氯酸钠和体积分数为95%的酒精
[C]脱分化形成愈伤组织的过程,与基因的选择性表达无关
[D]启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素是生长素和赤霉素
【答案】 A
【解析】 植物组织培养过程中,使用的是固体培养基,诱导脱分化和再分化过程使用的培养基需加入琼脂等作为凝固剂;对外植体消毒一般用体积分数为70%的酒精和质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液,不是95%的酒精;脱分化形成愈伤组织的过程,细胞的形态、结构和功能发生改变,与基因的选择性表达有关;启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素是生长素和细胞分裂素,而不是赤霉素。
3.下列关于植物组织培养的叙述,错误的是(　　)
[A]培养基中添加蔗糖可以提供营养和调节渗透压
[B]过程甲、乙中生长素与细胞分裂素含量的比值相同
[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细胞核基因数目可能
不同
[D]过程乙的实质是基因的选择性表达
【答案】 B
【解析】 甲表示脱分化过程,乙表示再分化形成丛芽过程,两过程中生长素和细胞分裂素含量的比值不同;同一植株不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织细胞核基因数目不一定相同,如花粉细胞经培养形成的愈伤组织细胞的核基因数目只有体细胞的一半。
知识点2　植物体细胞杂交技术
4.设计植物体细胞杂交实验是为获得性状优良的新品种作物,通常不需要考虑的是(　　)
[A]选择具有优良性状的亲本
[B]选择去除细胞壁的酶
[C]亲本间存在的生殖隔离
[D]培养基中生长素和细胞分裂素的浓度及比例
【答案】 C
【解析】 植物体细胞杂交技术可打破生殖隔离,实现不同生物间的远缘杂交育种,故通常不需要考虑亲本间存在的生殖隔离。
5.(2025·开封检测)实验人员利用矮牵牛(2n=14)的红色花瓣细胞(液泡呈红色)与枸杞(4n=48)的叶肉细胞,制备了相应的原生质体,并诱导其融合,经筛选、培养获得杂种植株。下列有关叙述错误的是(　　)
[A]细胞壁会阻碍细胞膜的融合,故应先制备原生质体
[B]植物原生质体融合利用了细胞膜的选择透过性
[C]可利用光学显微镜观察、筛选出杂种原生质体
[D]若原生质体均为两两融合,则融合后的细胞中染色体数目不都为62条
【答案】 B
【解析】 细胞壁会阻碍细胞膜相互接触和融合,故应用酶去除细胞壁,以制备原生质体;植物原生质体融合利用了细胞膜的流动性;杂种原生质体同时含有红色液泡和叶绿体,所以可利用光学显微镜观察、筛选;若原生质体均为两两融合,则会形成3种细胞,即矮牵牛红色花瓣细胞自身融合的细胞、枸杞叶肉细胞自身融合的细胞以及杂种细胞,所以融合后的细胞中染色体数目为28条或96条或62条。
6.(2025·石景山期末)药用植物板蓝根(2n=14)具抗菌作用,某课题组将其与“华双3号”油菜(2n=38)进行体细胞杂交,以期获得抗病菌的油菜。下列叙述正确的是(　　)
[A]可以用盐酸和酒精混合配制的解离液获得原生质体
[B]融合原生质体再生出细胞壁是细胞融合成功的标志
[C]脱分化和再分化需分别添加细胞分裂素和生长素
[D]由杂种细胞培养获得的杂种植株都具有抗病菌的特点
【答案】 B
【解析】 解离液会杀死细胞,植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,因此在植物体细胞杂交过程中使用纤维素酶和果胶酶制备板蓝根和油菜的原生质体;融合原生质体再生出细胞壁是细胞融合成功的标志;脱分化和再分化过程中都需要添加细胞分裂素和生长素,只是两种激素的比例不同而已;杂种植株虽具有两亲本的遗传物质,但与抗病菌性状有关的基因是否表达还需进一步检测。
7.(2025·永州检测)花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病,野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化,并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合,以获得抗黑腐病杂种植株。流程如下图。下列分析正确的是(　　)
[A]①过程用胰蛋白酶处理细胞体现了酶的专一性
[B]用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体属于基因重组
[C]杂种细胞的特点是有叶绿体但丧失了再生能力
[D]一般先诱导愈伤组织生芽,再诱导其生根
【答案】 D
【解析】 ①过程是用酶解法获得原生质体的过程,该过程使用的酶是纤维素酶和果胶酶,因为植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,该过程体现了酶的专一性;用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化,属于染色体变异;杂种细胞的特点是有叶绿体且恢复再生能力,因为花椰菜根细胞的原生质体是完整的;植物组织培养过程中,一般将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上,长出芽后,再将其转接到诱导生根的培养基上,进一步诱导形成试管苗。
综合提升练
8.(2025·遵义检测)下图为利用大花杓兰地下芽实现濒危植物规模化培养过程,其中①～③代表培养流程。下列相关叙述错误的是(　　)
[A]大花杓兰地下芽外植体需用酒精和次氯酸钠溶液处理
[B]②过程为再分化,该过程的培养基成分与①过程不同
[C]③过程中将多个丛芽分割培养可提高快速繁殖的效率
[D]培养过程会发生基因重组,增加大花杓兰的遗传多样性
【答案】 D
【解析】 植物组织培养过程中,需用酒精和次氯酸钠溶液对外植体进行消毒处理;过程①为脱分化,过程②为再分化,这两个过程所需的培养基成分不同,主要是植物激素的比例不同;③过程中将多个丛芽分割培养,可使一个外植体培养出更多的植株,从而提高快速繁殖的效率;植物组织培养过程中,细胞进行的是有丝分裂,不会发生基因重组,基因重组一般发生在减数分裂过程中。
9.(2025·长沙检测)二倍体野生种马铃薯具有抗青枯病的特性,而栽培种(四倍体)不具有这种特性。下图表示利用野生种马铃薯培育抗青枯病新品种的过程。下列相关叙述错误的是(　　)
[A]正常情况下,体细胞杂种H为六倍体
[B]可用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁获得原生质体
[C]体细胞杂种H的形成过程中会出现愈伤组织
[D]利用品种R连续自交可得到纯合的抗青枯病植株
【答案】 D
【解析】 二倍体野生种马铃薯与栽培种(四倍体)体细胞杂交,正常情况下,体细胞杂种H为六倍体;植物细胞壁的主要成分为纤维素和果胶,可用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁获得原生质体;体细胞杂种H的形成过程中先形成杂种细胞,再将杂种细胞通过植物组织培养技术获得完整植株,故体细胞杂种H的形成过程中会出现愈伤组织;杂交品种R由四倍体和二倍体马铃薯杂交所得,为三倍体,一般无法产生正常配子,不能进行有性生殖,因此无法连续自交获得纯种。
10.(10分)(2025·福州检测)培养胡萝卜根组织可获得试管苗,获得试管苗的过程如图所示。回答下列问题。
(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株,这是因为植物细胞具有　　　　。
(2)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的　　　　过程,最终可形成试管苗。
(3)步骤⑥要进行照光培养,其作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)经组织培养得到的植株,一般可保持原品种的遗传特性,这种繁殖方式属于　　 　　繁殖。
【答案】 (每空2分)
(1)全能性　(2)诱导外植体(组织块)形成愈伤组织和诱导愈伤组织形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同　再分化　(3)诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用　(4)无性
【解析】 (1)用分化的植物细胞可以培养成完整的植株,这是因为植物细胞具有全能性。(2)步骤⑤(脱分化)的培养基是为了形成愈伤组织,步骤⑥(再分化)的培养基是为了形成芽和根并形成试管苗,而脱分化和再分化所需的生长素和细胞分裂素的比例不同,故从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的再分化过程,最终可形成试管苗。(3)步骤⑥要进行照光培养,其作用是有利于诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用。(4)经组织培养得到的植株,遗传物质一般不发生改变,可保持原品种的遗传特性,这种繁殖方式属于无性繁殖。
11.(14分)某研究人员设计了下列技术路线,以期获得甘蓝和萝卜体细胞杂交植株。请回答下列问题。
(1)制备原生质体时,常用两种酶处理,分别是　　　　　　　　。诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是　　　　　　。原生质体融合成功的标志是　　　　　　　　　　。图中X　　　　(填“含有”或“不含”)同源染色体。
(2)为诱导X产生不定芽,通常应在培养基中加入两类植物激素,其中起主要作用的是
　　　　　　　　。
(3)若想获得抗盐植株,可选用融合原生质体形成的愈伤组织作为人工诱变的材料,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,且需在　　　　　　　　的培养基中筛选。
【答案】 (每空2分)
(1)纤维素酶和果胶酶　PEG(聚乙二醇)　杂种细胞再生出细胞壁　含有　(2)细胞分裂素
(3)这些愈伤组织包含了两个物种的全部遗传信息,且具有全能性,具有分裂、分化能力,突变频率高　含较高浓度的NaCl
【解析】 (1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,所以制备原生质体时,需要用纤维素酶和果胶酶将细胞壁去除。诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是PEG(聚乙二醇)。原生质体融合成功的标志是杂种细胞再生出细胞壁;题图中X是愈伤组织,理论上具有甘蓝体细胞和萝卜体细胞的全部遗传物质,故含有同源染色体。(2)细胞分裂素有促进芽分化的作用,植物组织培养中常加入细胞分裂素和生长素,当生长素和细胞分裂素的比值低时,有利于芽的形成,所以起主要作用的是细胞分裂素。(3)由于融合的原生质体形成的愈伤组织具有分裂、分化能力,突变频率高,而且包含了两个物种的全部遗传信息,且具有全能性,所以可选用融合原生质体形成的愈伤组织作为人工诱变的材料。为获得抗盐植株,应用含较高浓度的NaCl培养基对杂种植株选择培养,生长良好的为抗盐植株。第2课时　植物细胞工程的应用
[学习目标]　1.通过对植物细胞工程应用实例的分析,了解这些应用涉及的技术流程和应用的优势。2.通过某种具体植物细胞代谢物提取分离的方法,了解细胞产物的工厂化生产途径。3.认同植物细胞工程在生产实践中具有重要的应用价值。
一、植物繁殖的新途径
1.快速繁殖
(1)快速繁殖技术:快速繁殖优良品种的植物组织培养技术,也叫作微型繁殖技术。
(2)特点。
①无性繁殖,保持优良品种的遗传特性。
②高效、快速地实现种苗的大量繁殖。
2.作物脱毒
提醒　经植物组织培养培育出的脱毒苗不抗病毒。“脱毒”与“抗病毒”的含义不同,前者为不含病毒或病毒含量很少,后者为能够抵抗病毒侵染。
二、作物新品种的培育
1.单倍体育种
(1)过程:花药(或花粉)离体培养→单倍体植株纯合二倍体植株。
(2)优点:
①后代是纯合子,能稳定遗传。
②明显缩短了育种年限。
(3)实例:如水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。
2.突变体的利用
三、细胞产物的工厂化生产
1.次生代谢物
(1)概念: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)作用: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
(1)生产技术手段:植物细胞培养,即在离体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。
(2)优点:不占用耕地;几乎不受季节、天气等的限制。
(3)实例:利用紫草细胞培养生产的紫草宁具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性;利用红豆杉细胞培养生产的紫杉醇具有高抗癌活性。
判断正误
(1)葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于微型繁殖。(　　)
【答案】 ×
【提示】 题述繁殖方式属于无性繁殖,不涉及植物组织培养,不属于微型繁殖。
(2)作物脱毒后不再感染病毒。(　　)
【答案】 ×
【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)二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到的植株自交不发生性状分离。(　　)
【答案】 ×
【提示】 二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到的是单倍体植株,高度不育,无法自交。
(4)单倍体育种和突变体育种的遗传学原理是一致的。(　　)
【答案】 ×
【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基因突变和植物细胞的全能性。
(5)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。(　　)
【答案】 ×
【提示】 紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种次生代谢物。
(6)植物细胞培养的原理是利用了植物细胞的全能性。(　　)
【答案】 ×
【提示】 植物细胞培养的原理是细胞增殖,未涉及植物细胞的全能性。
任务一　分析植物组织培养技术在植物繁殖中的应用
　　资料1:运用组织培养,一棵植株一年可以繁殖几万到几百万棵植株,而且可以保持优良品种的遗传特性。
资料2:病毒能引起多种植物病害,受害植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉等,而且大多没有有效的治疗办法,因此造成经济损失。病毒多集中在种子、老叶等器官中,在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少,在分生区几乎不含病毒。
(1)快速繁殖技术为什么能保持亲本的优良性状
【提示】 在快速繁殖过程中,细胞进行有丝分裂和分化,亲子代细胞内的遗传物质不变,因此能保持亲本的优良性状。
(2)作物脱毒材料为什么一般选择茎尖 如何获得脱毒苗
【提示】 植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒;获得脱毒苗的方法:切取一定大小的茎尖进行组织培养,再生的植株就有可能不带病毒,从而获得脱毒苗。
(3)快速繁殖中能否用花粉作为外植体 为什么
【提示】 不能;因为用花粉作为外植体会出现性状分离。
核心归纳
1.微型繁殖
(1)本质:微型繁殖只运用了植物组织培养技术,该过程只涉及有丝分裂,没有减数分裂,因而属于无性繁殖。
(2)特点:性状稳定,使用材料少,培养周期短,繁殖率高,便于自动化管理。
2.作物脱毒
(1)原因:病毒在作物体内逐年积累,会导致作物产量降低,品质变差。
(2)技术手段:顶端分生区组织培养技术。
典型例题
1.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幼苗再诱导染色体加倍
[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
【答案】 B
【解析】 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;采用花粉粒组织培养获得单倍体幼苗再诱导染色体加倍,所获新植株的性状可能与亲本不同。
2.(2025·菏泽月考)茎尖超低温疗法是一种马铃薯脱毒的方法。以被马铃薯卷叶病毒(PLRV)感染的马铃薯试管苗为实验材料,选择不同大小的茎尖进行超低温处理、再生培养,检测再生植株的病毒保存率,结果如下表所示。下列说法错误的是(　　)
病毒感染类型 茎尖大小/mm 病毒保存率/%
PLRV 0.5 0
1.5 35
[A]再生培养需要用到植物组织培养技术
[B]再生培养时,诱导生根、生芽的培养基的激素含量有差异
[C]再生培养时,脱分化和再分化过程一般都需要光照
[D]与0.5 mm相比,用1.5 mm的茎尖进行超低温处理脱毒的效果较差
【答案】 C
【解析】 再生培养需要用到植物组织培养技术,需要经过脱分化和再分化处理;再生培养时,诱导生根、生芽的培养基的激素含量有差异,诱导生根的培养基中生长素含量相对较高;再生培养时,脱分化过程不需要光照,而再分化过程一般需要光照;与0.5 mm相比,用
1.5 mm的茎尖进行超低温处理后病毒保存率为35%,脱毒的效果较差。
任务二　分析植物细胞工程在作物新品种培育中的应用
　　资料1: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,因此单倍体是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。在单倍体育种领域,我国科学家做出了突出贡献,早在1974年就成功地培育出世界上第一个单倍体作物新品种——单育1号烟草。
资料2:下图为植物细胞工程中突变体的利用过程:
(1)用文字和箭头表示单倍体育种的过程。
【提示】
(2)单倍体育种的后代不一定(填“一定”或“不一定”)都是纯合子,举例说明:若基因型为AAaa的植株经单倍体育种形成的一种个体基因型为AAaa,其是杂合子。
(3)突变体育种的原理是基因突变和植物细胞的全能性。
(4)在培养至愈伤组织时进行诱变处理的原因是愈伤组织细胞分裂旺盛,且一直处于不断增殖的状态,此时易发生基因突变。
(5)诱导分化得到的突变体都可以利用吗 为什么
【提示】 大多数都不可以。因为基因突变可能破坏生物体与现有环境的协调关系,而对生物体有害;还有些基因突变既无害也无益,是中性的。
核心归纳
四种生物技术育种的比较
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 育种 基因突变、植物细胞的全能性 诱变处理后组织培养 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,杂种细胞组织培养 打破生殖隔离,实现远缘杂交
典型例题
3.离子束诱变育种是利用离子束处理植物的种子、细胞或其他器官等,诱发其产生遗传性改变,从而获得各种各样的变异类型,经人工选择培育新品种的方法。离子束处理具有生理损伤轻、突变频率高、突变范围广等优点。下列叙述正确的是(　　)
[A]离子束诱发基因突变只能发生在细胞分裂前的间期
[B]没有外界因素的诱发,细胞内的基因不发生突变
[C]离子束能诱导基因发生定向突变,获得较多的优良变异类型
[D]离子束诱变育种可以改变原有基因的结构而导致新品种出现
【答案】 D
【解析】 基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期,主要发生在细胞分裂前的间期,但也可以发生在其他时期;基因可以自发突变,外界因素可以提高基因突变的频率;基因突变是不定向的;离子束诱变育种可以使植物发生基因突变,改变原有基因结构,产生新的基因,导致新品种的出现。
4.花粉植株是体细胞遗传研究和突变育种的理想材料。培育四季橘(2n=18)花粉植株的过程如图所示。下列有关叙述错误的是(　　)
[A]花粉植株培育的原理是花粉粒细胞具有全能性,其技术是植物组织培养
[B]过程③是细胞再分化,诱导丛芽产生时应适当降低生长素与细胞分裂素的比值
[C]3种培养基均属于固体培养基,②过程需要在适宜的温度和避光条件下进行
[D]观察处于分裂中期的四季橘花粉植株根尖细胞,可观察到18条染色体
【答案】 D
【解析】 花粉粒细胞培育成单倍体植株,培育的原理是花粉粒细胞具有全能性,其技术是植物组织培养;过程②是脱分化形成愈伤组织的过程,一般需避光培养,过程③④分别是诱导生芽和诱导生根的再分化过程,故过程③应降低生长素与细胞分裂素的比值;观察处于分裂中期的四季橘花粉植株(单倍体)根尖细胞,可观察到9条染色体。
任务三　对比分析植物组织培养与植物细胞培养
　　紫杉醇是一种高效、低毒的天然抗癌药物,在临床上已被广泛用于乳腺癌、卵巢癌和肺癌的治疗,下图是通过植物细胞工程技术工厂化生产紫杉醇的途径。
(1)③过程是植物细胞培养过程,其原理是细胞增殖。
(2)生产紫杉醇的过程不能(填“能”或“不能”)体现植物细胞的全能性,理由是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,故并未体现植物细胞的全能性。
(3)与植物组织培养过程相比,植物细胞培养技术在生产中通常要培养到什么阶段
为什么
【提示】 愈伤组织阶段;因为此时细胞分裂能力旺盛,代谢快,有利于产物生成。
核心归纳
1.初生代谢与次生代谢的区别
2.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
典型例题
5.(2023·山东卷)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
【答案】 A
【解析】 有些产物不能或难以通过化学合成途径得到,故可利用该技术获得某些无法通过化学合成途径得到的产物;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;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物的产量;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,增加细胞数量,从而提高次生代谢物的含量,不能提高单个细胞中次生代谢物的含量。
6.(2025·昆明检测)紫草宁是一种紫红色萘醌类天然色素,具有抗菌、消炎、抗肿瘤等活性,主要在紫草根部产生。下图为紫草宁的提取流程图。下列有关叙述正确的是(　　)
[A]将灭菌处理后紫草外植体的1/3～1/2正向插入无菌的培养基中
[B]过程①的培养基中需添加生长素、细胞分裂素、蔗糖、蛋白质等
[C]利用上述方法获取紫草宁可以保护植物资源
[D]上述获取紫草宁的过程体现了植物细胞的全能性
【答案】 C
【解析】 外植体只需消毒,不能灭菌,灭菌之后外植体细胞就会死亡;①过程中所用的培养基能诱导外植体形成愈伤组织,植物细胞能吸收利用无机氮,培养植物细胞的培养基不需加入蛋白质;利用植物细胞培养的方法获取紫草宁不会大量破坏自然环境中的植物,可以保护植物资源;依据题图可以发现,该流程主要通过促进细胞增殖来提高紫草宁的产量,也就是依据细胞增殖的原理,而不是细胞的全能性。
随堂检测反馈
1.马铃薯利用它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。快速获得无病毒植株的最佳办法是(　　)
[A]选择优良品种进行杂交
[B]在田间喷洒消毒剂
[C]利用芽尖进行组织培养
[D]人工诱导基因突变
【答案】 C
【解析】 为快速获得无病毒植株,常采用茎尖或根尖作为外植体,原因是茎尖或根尖的病毒极少,甚至无病毒,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。
2.(2025·西安检测)如图表示应用植物组织培养技术培育优质玉米的过程,对此过程的描述,错误的是(　　)
[A]试管苗形成过程必须在无菌条件下进行
[B]D试管中组织分化的调控与激素配比有关
[C]刚培育成的试管苗可用于推广种植
[D]在培养基中加入病原体的致病毒素,可筛选出抗病突变体
【答案】 C
【解析】 刚培育出的试管苗为单倍体植株,通常高度不育,需要进行人工诱导染色体数目加倍处理后,才能用于推广种植。
3.下图表示植物组织培养的大致过程,据此判断不正确的是(　　)
①②③④
[A]若①是二倍体植株的花粉,则④经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种
[B]若①是不同种植物体细胞融合的杂种细胞,则④可能出现双亲的遗传特性
[C]若①是具有杂种优势的农作物细胞,则用③进行繁育必会发生性状分离
[D]若①是人参细胞,对②进行扩大培养可以提高细胞产物人参皂苷的产量
【答案】 C
【解析】 若①是二倍体植株的花粉,则④是单倍体植株,其高度不育,但经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种;若①是来自不同植物体细胞融合的杂种细胞,则其含有两个亲本的遗传物质,所以④可能出现双亲的遗传特性;无性繁殖能保持亲本的优良性状,若用③进行无性繁殖,则不会发生性状分离;若①是人参细胞,则将其脱分化形成②愈伤组织,再进行扩大培养可提高细胞产物人参皂苷的产量。
4.(2025·清远期末)生物碱为铁皮石斛的次生代谢物。下图是以铁皮石斛为材料,培养类原球茎(简称PLBs, 类似愈伤组织)生产生物碱的实验流程。下列说法正确的是(　　)
[A]生物碱是铁皮石斛生长所必需的物质
[B]图中过程①为脱分化形成PLBs, 过程②为再分化生产生物碱
[C]培养高产细胞系应选择细胞数量/生物碱产量值大的PLBs
[D]该过程运用了植物细胞培养技术,原理是植物细胞增殖
【答案】 D
【解析】 生物碱是铁皮石斛的次生代谢物,不是细胞进行基本生命活动所必需的物质;题意显示PLBs类似愈伤组织,因此,图中过程①为脱分化形成PLBs,而过程②为植物细胞培养过程,不属于再分化;该实验目的是要生产生物碱,故需要选择生物碱产量/细胞数量的值大的PLBs作为高产细胞系;该过程中的PLBs类似愈伤组织,运用了植物细胞培养技术,原理是植物细胞增殖。
5.(2025·长沙月考)《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
【答案】 D
【解析】 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;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;生长素是由色氨酸经过一系列反应转变成的,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;应用樱桃细胞培养可工厂化生产次生代谢物——槲皮素。
　　紫杉醇是珍稀植物红豆杉体内的一种次生代谢物,具有良好的抗癌作用。植物细胞工程是生产紫杉醇的重要技术手段,图1表示两条技术路线,其中①②③表示过程。请回答下列问题。
图1
(1)技术路线1利用的原理为植物细胞的全能性;与从天然红豆杉植株中提取相比,图1所示技术的意义是有利于保护珍稀濒危野生红豆杉。
(2)①为脱分化过程,过程③需用果胶酶和纤维素酶处理后再制成细胞悬液进行培养。
(3)早期,人们普遍认为紫杉醇是通过抑制癌细胞的分裂来发挥抗癌作用的。为探究紫杉醇的作用机制,研究人员进行了一项临床实验,用标准剂量的紫杉醇对乳腺癌患者进行治疗,观测患者乳腺癌细胞的分裂情况,结果如图2。图示结果不支持(填“支持”或“不支持”)人们早期认知的紫杉醇抗癌机理,理由是紫杉醇处理后患者的有丝分裂指数高于对照组,说明紫杉醇并未抑制细胞有丝分裂。
图2
(4)实验还发现,紫杉醇能诱导细胞分裂中多极纺锤体的形成。为了进一步证实癌细胞对紫杉醇敏感性增强确实是由多极纺锤体的增加引起的,研究人员设计了三组实验,甲组:乳腺癌细胞悬液+紫杉醇;乙组:乳腺癌细胞悬液+紫杉醇+CW-069(在有丝分裂后期能增加多极纺锤体);丙组:乳腺癌细胞悬液+紫杉醇+逆转素(在有丝分裂后期能减少多极纺锤体),适宜条件下培养一段时间,检测每组中多极纺锤体癌细胞比例及癌细胞的死亡率。上述三组实验中,实验组是乙组、丙组,预期实验结果是与甲组相比,乙组多极纺锤体癌细胞比例及癌细胞的死亡率增加,而丙组下降。
课时作业
(时间:30分钟　分值:57分)
第1～7题每题3分,第8～9题每题6分,共计33分。
基础对点练
知识点1　植物繁殖的新途径
1.下列有关快速繁殖技术的说法错误的是(　　)
[A]可以保持亲代的优良性状
[B]可以高效、快速地培育植物种苗
[C]快速繁殖属于有性生殖
[D]快速繁殖已广泛应用于观赏植物、经济林木等的繁育
【答案】 C
【解析】 快速繁殖技术属于无性繁殖。
2.下列属于植物微型繁殖技术的是(　　)
[A]用兰花的芽尖组织培育成试管苗
[B]用嫁接的方法培育金叶水杉
[C]扦插的葡萄枝条长成新个体
[D]柳树芽发育成枝条
【答案】 A
【解析】 植物的微型繁殖技术是指用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。柳树芽发育成枝条属于生物个体发育的一部分;嫁接和扦插不需要采用植物组织培养技术。
3.(2025·安顺检测)生产实践中常利用植物的茎尖或芽尖进行脱毒苗的培育。某实验室利用草莓芽尖获得草莓脱毒苗的两条途径如图所示。下列说法错误的是(　　)
[A]上述过程利用了植物组织培养技术
[B]在诱导草莓芽尖生芽或生根的过程中发生了基因的选择性表达
[C]乙醇和次氯酸钠的处理是为了对草莓芽尖进行消毒
[D]甲培养基的生长素含量/细胞分裂素含量的值要大于乙培养基的
【答案】 D
【解析】 将草莓芽尖(外植体)培养形成脱毒苗利用了植物组织培养技术,体现了植物细胞的全能性;在诱导草莓芽尖生芽或生根的过程中发生了细胞分化,细胞分化的根本原因是基因的选择性表达;在进行植物组织培养时需要对外植体进行消毒,可以使用乙醇(70%)和次氯酸钠溶液;甲为诱导生芽培养基,培养基中生长素和细胞分裂素的比值较小,乙是诱导生根培养基,培养基中生长素和细胞分裂素的比值较大,因此甲培养基的生长素含量/细胞分裂素含量的值要小于乙培养基的。
知识点2　作物新品种的培育及细胞产物的工厂化生产
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]培养的细胞处于不断增殖的状态
[B]培养基营养丰富,易于植物生长
[C]纺锤丝的形成容易受抑制
[D]DNA复制容易受抑制
【答案】 A
【解析】 基因突变一般发生于分裂前的间期(DNA复制时),在植物组织培养过程中,由于培养的细胞处于不断增殖的状态,更容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变。
5.利用基因型为HhRr的玉米(2n=20)的幼苗茎尖细胞进行如图实验,下列相关分析错误的是(　　)
[A]植株A的体细胞内最多有4个染色体组
[B]植株A和植株B的基因型相同
[C]获得植株B的过程为单倍体育种,该过程涉及染色体变异和基因重组
[D]获得幼苗的①②过程都应用了植物组织培养技术
【答案】 B
【解析】 植株B是经单倍体育种获得的纯合子,与植株A的基因型不同。
6.中药藿香长期种植会出现种质退化、易感染病虫害等问题。为解决这些问题,研究者对组织培养过程中不同阶段的藿香进行了辐射处理(如图),以期获得性状优良的突变株。下列叙述不正确的是(　　)
[A]组织培养过程中细胞分裂旺盛,辐射处理易发生不定向突变
[B]过程①在接种前,外植体常用无水乙醇和次氯酸钠溶液消毒
[C]可通过接种相关病毒或病菌来筛选目标突变株
[D]筛选出目标突变株后可利用植物组织培养技术加快繁殖
【答案】 B
【解析】 消毒通常使用体积分数为70%的酒精,不用无水乙醇。
7.(2024·黑吉辽卷)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物的合成速率
【答案】 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物的合成速率。
综合提升练
8.(2025·青岛期末)冰球子是一种多年生草本植物,具有清热解毒、消肿止痛的作用。植物组织培养技术可用于冰球子的快速繁殖。下列说法正确的是(　　)
[A]利用冰球子愈伤组织进行定向诱变可获得有用的突变体
[B]冰球子中含有的次生代谢物通常是基本生命活动所必需的
[C]冰球子外植体脱分化形成愈伤组织时需要光照和氧气
[D]可尝试大量培养冰球子细胞,实现其药用产物的工厂化生产
【答案】 D
【解析】 突变具有不定向性,所以不能定向诱变;次生代谢物通常不是基本生命活动所必需的,初生代谢物是基本生命活动所必需的;愈伤组织形成过程中通常不需要光照。
9.(2024·甘肃卷)兰州百合栽培过程中易受病毒侵染,造成品质退化。某研究小组尝试通过组织培养技术获得脱毒苗,操作流程如下图。下列叙述正确的是(　　)
[A]①为脱分化过程,1号培养基中的愈伤组织是排列规则的薄壁组织团块
[B]②为再分化过程,愈伤组织细胞分化时可能会发生基因突变或基因重组
[C]3号培养基用于诱导生根,其细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值大于1
[D]百合分生区附近的病毒极少,甚至无病毒,可以作为该研究中的外植体
【答案】 D
【解析】 在脱分化过程中,1号培养基中的愈伤组织是排列不规则的薄壁组织团块;愈伤组织细胞分化时可能会发生基因突变,但基因重组发生在减数分裂过程中,而愈伤组织细胞的分化过程是有丝分裂,所以不会发生基因重组;3号培养基用于诱导生根,其细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值应该小于1;百合分生区附近的病毒极少,甚至无病毒,因此可以作为该研究中的外植体。
10.(12分)(2025·永州检测)土地盐碱化不但造成了资源的破坏,农业生产的巨大损失,而且还对生态环境构成威胁。另外,盐碱化过程通常与荒漠化过程相伴生,甚至相互促进、相互转化。下图是培养耐盐植株的实验流程图。请回答下列问题。
(1)再分化形成根、芽的过程一般需要提供光照,原因是　　　　　　　　　　　　　　。
(2)用射线处理愈伤组织而不直接处理茎段的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。处理2中添加的物质X为　　　　。
(3)培育脱毒苗时,一般选择植物的　　　　　进行组织培养,理由是　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　。
(4)无菌技术也是成功诱导出耐盐植株的重要因素,因此培养基要用　　　　　　　　(填设备名称)进行灭菌。
【答案】 (每空2分)
(1)叶绿素的合成需要光照
(2)愈伤组织细胞分裂能力强,易诱发突变,而茎段细胞大多分裂能力弱,不易诱发突变　盐
(3)分生区组织　该部位携带病毒少或不携带病毒
(4)高压蒸汽灭菌锅
【解析】 (2)用射线处理愈伤组织而不直接处理茎段的原因是愈伤组织细胞分裂能力强,易诱发突变,而茎段细胞大多已经分化,不易诱导基因突变。处理2中添加的物质X为盐,目的是筛选出耐盐的愈伤组织,进而培育出耐盐植株。
11.(12分)(2025·昭通检测)紫花苜蓿是广泛利用的豆科牧草,但易使家畜患鼓胀病。百脉根富含单宁,单宁可与植物蛋白质结合,不引起家畜采食后鼓胀。为培育抗鼓胀病的苜蓿新品种,科研人员利用野生型清水紫花苜蓿和里奥百脉根为材料进行了实践研究。研究主要流程如图(注:IOA可抑制植物细胞呼吸第一阶段,R6G可阻止线粒体的呼吸作用)。
(1)该研究应用的生物技术所依据的原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)获得原生质体最常用的方法是酶解法,也就是在温和的条件下用　　　　　　　　　　分解植物的细胞壁。①过程的发生,必须进行人工诱导,人工诱导原生质体融合的物理方法有　　　　　　　　　　(答出1种)等。经过过程①,只有异源融合的原生质体能够存活的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)百脉根富含单宁,单宁不是百脉生长和生存所必需的产物,属于　　　　代谢物,在植物体内含量很低,化学合成困难。单宁因有收敛止血、抗氧化、抗菌等作用而被应用于各类产品,可利用　　　　　 　　技术工厂化生产单宁。该方法需要将百脉根细胞诱导成　　　　,再筛选出　　　　　　　　　　　　　　　进行培养。
【答案】 (除标注外,每空1分)
(1)细胞膜具有流动性、植物细胞具有全能性(2分)
(2)纤维素酶、果胶酶(2分)　电融合法、离心法　异源融合的原生质体才能完整进行有氧呼吸的三个阶段从而存活并恢复生长(2分)
(3)次生　植物细胞培养　愈伤组织　稳定高产单宁的细胞(2分)
【解析】 (1)原生质体融合的原理是细胞膜具有流动性;杂种细胞能够通过植物组织培养生长发育成杂种植株的原理是植物细胞具有全能性。
(2)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,故去除植物细胞壁可用纤维素酶和果胶酶进行酶解。人工诱导原生质体融合的物理方法有电融合法、离心法等。R6G可阻止线粒体的呼吸作用,IOA可抑制植物细胞呼吸第一阶段,用两种试剂分别处理两种植物的原生质体,分别阻断有氧呼吸的不同阶段,故只有异源融合的原生质体才能完整进行有氧呼吸的三个阶段。(共56张PPT)
第2课时　植物细胞工程的应用
1.通过对植物细胞工程应用实例的分析,了解这些应用涉及的技术流程和应用的优势。2.通过某种具体植物细胞代谢物提取分离的方法,了解细胞产物的工厂化生产途径。3.认同植物细胞工程在生产实践中具有重要的应用价值。
[学习目标]
预习案·自主学习
一、植物繁殖的新途径
1.快速繁殖
(1)快速繁殖技术:快速繁殖优良品种的 技术,也叫作微型繁殖技术。
(2)特点。
①无性繁殖,保持优良品种的 。
②高效、快速地实现种苗的 。
植物组织培养
遗传特性
大量繁殖
2.作物脱毒
顶端分生区
茎尖
提醒　经植物组织培养培育出的脱毒苗不抗病毒。“脱毒”与“抗病毒”的含义不同,前者为不含病毒或病毒含量很少,后者为能够抵抗病毒侵染。
二、作物新品种的培育
1.单倍体育种
花药
单倍体
(2)优点:
①后代是 ,能稳定遗传。
②明显缩短了 。
(3)实例:如水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。
纯合子
育种年限
2.突变体的利用
培养条件
诱变因素
射线、化学物质
产生突变
突变体
新品种
三、细胞产物的工厂化生产
1.次生代谢物
(1)概念:植物代谢会产生一些一般认为不是 的产物。
(2)作用:在植物 等方面发挥作用,也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
植物基本的生命活动所必需
抗病、抗虫
2.细胞产物的工厂化生产
(1)生产技术手段: ,即在离体条件下对
进行培养使其 的技术。
(2)优点:不占用 ;几乎不受 等的限制。
(3)实例:利用紫草细胞培养生产的 具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性;利用红豆杉细胞培养生产的 具有高抗癌活性。
植物细胞培养
单个植物细胞
或细胞团
增殖
耕地
季节、天气
紫草宁
紫杉醇
判断正误
(1)葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于微型繁殖。
(　　)
×
【提示】 题述繁殖方式属于无性繁殖,不涉及植物组织培养,不属于微型繁殖。
(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)二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到的植株自交不发生性状分离。
(　　)
【提示】 二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到的是单倍体植株,高度不育,无法自交。
×
(4)单倍体育种和突变体育种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基因突变和植物细胞的全能性。
(5)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】 紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种次生代谢物。
(6)植物细胞培养的原理是利用了植物细胞的全能性。(　　)
×
【提示】 植物细胞培养的原理是细胞增殖,未涉及植物细胞的全能性。
探究案·互动探究
任务一　分析植物组织培养技术在植物繁殖中的应用
资料1:运用组织培养,一棵植株一年可以繁殖几万到几百万棵植株,而且可以保持优良品种的遗传特性。
资料2:病毒能引起多种植物病害,受害植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉等,而且大多没有有效的治疗办法,因此造成经济损失。病毒多集中在种子、老叶等器官中,在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少,在分生区几乎不含病毒。
(1)快速繁殖技术为什么能保持亲本的优良性状
【提示】 在快速繁殖过程中,细胞进行有丝分裂和分化,亲子代细胞内的遗传物质不变,因此能保持亲本的优良性状。
(2)作物脱毒材料为什么一般选择茎尖 如何获得脱毒苗
【提示】 植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒;获得脱毒苗的方法:切取一定大小的茎尖进行组织培养,再生的植株就有可能不带病毒,从而获得脱毒苗。
(3)快速繁殖中能否用花粉作为外植体 为什么
【提示】 不能;因为用花粉作为外植体会出现性状分离。
「核心归纳」
1.微型繁殖
(1)本质:微型繁殖只运用了植物组织培养技术,该过程只涉及有丝分裂,没有减数分裂,因而属于无性繁殖。
(2)特点:性状稳定,使用材料少,培养周期短,繁殖率高,便于自动化管理。
2.作物脱毒
(1)原因:病毒在作物体内逐年积累,会导致作物产量降低,品质变差。
(2)技术手段:顶端分生区组织培养技术。
「典型例题」
1.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幼苗再诱导染色体加倍
[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
B
【解析】 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;采用花粉粒组织培养获得单倍体幼苗再诱导染色体加倍,所获新植株的性状可能与亲本不同。
2.(2025·菏泽月考)茎尖超低温疗法是一种马铃薯脱毒的方法。以被马铃薯卷叶病毒(PLRV)感染的马铃薯试管苗为实验材料,选择不同大小的茎尖进行超低温处理、再生培养,检测再生植株的病毒保存率,结果如下表所示。下列说法错误的是(　　)
C
病毒感染类型 茎尖大小/mm 病毒保存率/%
PLRV 0.5 0
1.5 35
[A]再生培养需要用到植物组织培养技术
[B]再生培养时,诱导生根、生芽的培养基的激素含量有差异
[C]再生培养时,脱分化和再分化过程一般都需要光照
[D]与0.5 mm相比,用1.5 mm的茎尖进行超低温处理脱毒的效果较差
【解析】 再生培养需要用到植物组织培养技术,需要经过脱分化和再分化处理;再生培养时,诱导生根、生芽的培养基的激素含量有差异,诱导生根的培养基中生长素含量相对较高;再生培养时,脱分化过程不需要光照,而再分化过程一般需要光照;与0.5 mm相比,用1.5 mm的茎尖进行超低温处理后病毒保存率为35%,脱毒的效果较差。
任务二　分析植物细胞工程在作物新品种培育中的应用
资料1: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,因此单倍体是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。在单倍体育种领域,我国科学家做出了突出贡献,早在1974年就成功地培育出世界上第一个单倍体作物新品种——单育1号烟草。
资料2:下图为植物细胞工程中突变体的利用过程:
(1)用文字和箭头表示单倍体育种的过程。
【提示】
(2)单倍体育种的后代 (填“一定”或“不一定”)都是纯合子,举例说明:
。
(3)突变体育种的原理是 。
(4)在培养至愈伤组织时进行诱变处理的原因是
。
不一定
若基因型为AAaa的植株经单倍体育种形成的一种个体基因型为
AAaa,其是杂合子
基因突变和植物细胞的全能性
愈伤组织细胞分裂旺盛,
且一直处于不断增殖的状态,此时易发生基因突变
(5)诱导分化得到的突变体都可以利用吗 为什么
【提示】 大多数都不可以。因为基因突变可能破坏生物体与现有环境的协调关系,而对生物体有害;还有些基因突变既无害也无益,是中性的。
「核心归纳」
四种生物技术育种的比较
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 育种 基因突变、植物细胞的全能性 诱变处理后组织培养 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,杂种细胞组织培养 打破生殖隔离,实现远缘杂交
「典型例题」
3.离子束诱变育种是利用离子束处理植物的种子、细胞或其他器官等,诱发其产生遗传性改变,从而获得各种各样的变异类型,经人工选择培育新品种的方法。离子束处理具有生理损伤轻、突变频率高、突变范围广等优点。下列叙述正确的是(　　)
[A]离子束诱发基因突变只能发生在细胞分裂前的间期
[B]没有外界因素的诱发,细胞内的基因不发生突变
[C]离子束能诱导基因发生定向突变,获得较多的优良变异类型
[D]离子束诱变育种可以改变原有基因的结构而导致新品种出现
D
【解析】 基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期,主要发生在细胞分裂前的间期,但也可以发生在其他时期;基因可以自发突变,外界因素可以提高基因突变的频率;基因突变是不定向的;离子束诱变育种可以使植物发生基因突变,改变原有基因结构,产生新的基因,导致新品种的出现。
4.花粉植株是体细胞遗传研究和突变育种的理想材料。培育四季橘(2n=18)花粉植株的过程如图所示。下列有关叙述错误的是(　　)
[A]花粉植株培育的原理是花粉粒细胞具有全能性,其技术是植物组织培养
[B]过程③是细胞再分化,诱导丛芽产生时应适当降低生长素与细胞分裂素的比值
[C]3种培养基均属于固体培养基,②过程需要在适宜的温度和避光条件下进行
[D]观察处于分裂中期的四季橘花粉植株根尖细胞,可观察到18条染色体
D
【解析】 花粉粒细胞培育成单倍体植株,培育的原理是花粉粒细胞具有全能性,其技术是植物组织培养;过程②是脱分化形成愈伤组织的过程,一般需避光培养,过程③④分别是诱导生芽和诱导生根的再分化过程,故过程③应降低生长素与细胞分裂素的比值;观察处于分裂中期的四季橘花粉植株(单倍体)根尖细胞,可观察到9条染色体。
任务三　对比分析植物组织培养与植物细胞培养
紫杉醇是一种高效、低毒的天然抗癌药物,在临床上已被广泛用于乳腺癌、卵巢癌和肺癌的治疗,下图是通过植物细胞工程技术工厂化生产紫杉醇的途径。
(1)③过程是 过程,其原理是 。
(2)生产紫杉醇的过程 (填“能”或“不能”)体现植物细胞的全能性,理由是
。
(3)与植物组织培养过程相比,植物细胞培养技术在生产中通常要培养到什么阶段 为什么
植物细胞培养
细胞增殖
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,故并未体现植物细胞的全能性
【提示】 愈伤组织阶段;因为此时细胞分裂能力旺盛,代谢快,有利于产物生成。
「核心归纳」
1.初生代谢与次生代谢的区别
2.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
「典型例题」
5.(2023·山东卷)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
【解析】 有些产物不能或难以通过化学合成途径得到,故可利用该技术获得某些无法通过化学合成途径得到的产物;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;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物的产量;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,增加细胞数量,从而提高次生代谢物的含量,不能提高单个细胞中次生代谢物的含量。
6.(2025·昆明检测)紫草宁是一种紫红色萘醌类天然色素,具有抗菌、消炎、抗肿瘤等活性,主要在紫草根部产生。下图为紫草宁的提取流程图。下列有关叙述正确的是(　　)
[A]将灭菌处理后紫草外植体的1/3～1/2正向插入无菌的培养基中
[B]过程①的培养基中需添加生长素、细胞分裂素、蔗糖、蛋白质等
[C]利用上述方法获取紫草宁可以保护植物资源
[D]上述获取紫草宁的过程体现了植物细胞的全能性
C
【解析】 外植体只需消毒,不能灭菌,灭菌之后外植体细胞就会死亡;①过程中所用的培养基能诱导外植体形成愈伤组织,植物细胞能吸收利用无机氮,培养植物细胞的培养基不需加入蛋白质;利用植物细胞培养的方法获取紫草宁不会大量破坏自然环境中的植物,可以保护植物资源;依据题图可以发现,该流程主要通过促进细胞增殖来提高紫草宁的产量,也就是依据细胞增殖的原理,而不是细胞的全能性。
思维导图
随堂检测反馈
1.马铃薯利用它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。快速获得无病毒植株的最佳办法是(　　)
[A]选择优良品种进行杂交
[B]在田间喷洒消毒剂
[C]利用芽尖进行组织培养
[D]人工诱导基因突变
C
【解析】 为快速获得无病毒植株,常采用茎尖或根尖作为外植体,原因是茎尖或根尖的病毒极少,甚至无病毒,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。
2.(2025·西安检测)如图表示应用植物组织培养技术培育优质玉米的过程,对此过程的描述,错误的是(　　)
[A]试管苗形成过程必须在无菌条件下进行
[B]D试管中组织分化的调控与激素配比有关
[C]刚培育成的试管苗可用于推广种植
[D]在培养基中加入病原体的致病毒素,可筛选出抗病突变体
C
【解析】 刚培育出的试管苗为单倍体植株,通常高度不育,需要进行人工诱导染色体数目加倍处理后,才能用于推广种植。
3.下图表示植物组织培养的大致过程,据此判断不正确的是(　　)
C
[A]若①是二倍体植株的花粉,则④经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种
[B]若①是不同种植物体细胞融合的杂种细胞,则④可能出现双亲的遗传特性
[C]若①是具有杂种优势的农作物细胞,则用③进行繁育必会发生性状分离
[D]若①是人参细胞,对②进行扩大培养可以提高细胞产物人参皂苷的产量
【解析】 若①是二倍体植株的花粉,则④是单倍体植株,其高度不育,但经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种;若①是来自不同植物体细胞融合的杂种细胞,则其含有两个亲本的遗传物质,所以④可能出现双亲的遗传特性;无性繁殖能保持亲本的优良性状,若用③进行无性繁殖,则不会发生性状分离;若①是人参细胞,则将其脱分化形成②愈伤组织,再进行扩大培养可提高细胞产物人参皂苷的产量。
4.(2025·清远期末)生物碱为铁皮石斛的次生代谢物。下图是以铁皮石斛为材料,培养类原球茎(简称PLBs, 类似愈伤组织)生产生物碱的实验流程。下列说法正确的是(　　)
[A]生物碱是铁皮石斛生长所必需的物质
[B]图中过程①为脱分化形成PLBs, 过程②为再分化生产生物碱
[C]培养高产细胞系应选择细胞数量/生物碱产量值大的PLBs
[D]该过程运用了植物细胞培养技术,原理是植物细胞增殖
D
【解析】 生物碱是铁皮石斛的次生代谢物,不是细胞进行基本生命活动所必需的物质;题意显示PLBs类似愈伤组织,因此,图中过程①为脱分化形成PLBs,而过程②为植物细胞培养过程,不属于再分化;该实验目的是要生产生物碱,故需要选择生物碱产量/细胞数量的值大的PLBs作为高产细胞系;该过程中的PLBs类似愈伤组织,运用了植物细胞培养技术,原理是植物细胞增殖。
5.(2025·长沙月考)《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
D
【解析】 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;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;生长素是由色氨酸经过一系列反应转变成的,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;应用樱桃细胞培养可工厂化生产次生代谢物——槲皮素。
联系实际 迁移应用
紫杉醇是珍稀植物红豆杉体内的一种次生代谢物,具有良好的抗癌作用。植物细胞工程是生产紫杉醇的重要技术手段,图1表示两条技术路线,其中①②③表示过程。请回答下列问题。
图1
(1)技术路线1利用的原理为 ;与从天然红豆杉植株中提取相比,图1所示技术的意义是 。
(2)①为 过程,过程③需用 酶处理后再制成细胞悬液进行培养。
图1
植物细胞的全能性
有利于保护珍稀濒危野生红豆杉
脱分化
果胶酶和纤维素
(3)早期,人们普遍认为紫杉醇是通过抑制癌细胞的分裂来发挥抗癌作用的。为探究紫杉醇的作用机制,研究人员进行了一项临床实验,用标准剂量的紫杉醇对乳腺癌患者进行治疗,观测患者乳腺癌细胞的分裂情况,结果如图2。图示结果 (填“支持”或“不支持”)人们早期认知的紫杉醇抗癌机理,理由是
。
不支持
图2
紫杉醇处理后患者的有丝分裂指数高于对照组,说明紫杉醇并未
抑制细胞有丝分裂
(4)实验还发现,紫杉醇能诱导细胞分裂中多极纺锤体的形成。为了进一步证实癌细胞对紫杉醇敏感性增强确实是由多极纺锤体的增加引起的,研究人员设计了三组实验,甲组:乳腺癌细胞悬液+紫杉醇;乙组:乳腺癌细胞悬液+紫杉醇+CW-069(在有丝分裂后期能增加多极纺锤体);丙组:乳腺癌细胞悬液+紫杉醇+逆转素(在有丝分裂后期能减少多极纺锤体),适宜条件下培养一段时间,检测每组中多极纺锤体癌细胞比例及癌细胞的死亡率。上述三组实验中,实验组是 ,预期实验结果是
。
乙组、丙组
与甲组相比,乙组多极纺锤体
癌细胞比例及癌细胞的死亡率增加,而丙组下降

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