资源简介

第二节　通过体细胞杂交可获得新的植物体
学习目标
1.举例说明成功培养原生质体是植物体细胞杂交技术的基础。
2.举例说明由杂种细胞培育出的新植物体可能会具有新的特性。
一、成功培养原生质体是植物体细胞杂交技术的基础
1.植物体细胞杂交:是将两个来自不同种植物的体细胞融合成一个杂种细胞,并将杂种细胞培育成新的植物体的技术。
2.获得原生质体的具体方法
3.原生质体应用的意义
为植物细胞工程和基因工程的研究提供了先进的实验体系,具有重要的理论研究和实际应用价值。
【易错判断】
(1)没有坚硬致密的细胞壁的阻碍,植物细胞之间的融合才得以实现。(　√　)
(2)酶解细胞壁之前一般用较高渗透压溶液处理细胞,目的是使细胞暂时失活,以利于原生质体制备。(　×　)
提示:酶解细胞壁之前一般用较高渗透压溶液处理细胞,目的是使细胞处于微弱的质壁分离状态,以利于完整的原生质体的释放,防止原生质体被破坏。
(3)用酶解法获得的植物原生质体属于植物的原生质层。(　×　)
提示:原生质体是植物细胞去除细胞壁后剩余的部分;原生质层是指成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质。
二、由杂种细胞培育出的新植物体可能会具有新的特性
1.植物体细胞杂交的原理
植物体细胞杂交利用了细胞膜的流动性,杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。
2.植物体细胞杂交的过程
3.意义
通过植物体细胞杂交技术,克服远缘杂交的不亲和性,获得新品种。
4.植物体细胞杂交技术的实践应用
(1)通过原生质体融合已获得多种植物种间、属间甚至是科间的杂种细胞、愈伤组织,有些还进而分化成苗。
(2)人们在某些作物的野生种与栽培种之间的体细胞杂交方面,也进行了大量的研究,希望将野生种的抗虫、抗病毒等有益性状转移到栽培种中。
【易错判断】
(1)植物体细胞杂交的原理是细胞膜具有流动性,植物细胞具有全能性。(　√　)
(2)植物体细胞杂交需要用到果胶酶和纤维素酶。(　√　)
(3)植物体细胞杂交过程中,原生质体融合成功的标志是原生质体完全融合。(　×　)
提示:产生新的细胞壁是原生质体融合成功的标志。
(4)聚乙二醇是促细胞融合剂,可直接诱导植物细胞融合。(　×　)
提示:植物细胞不能直接融合,需先对植物细胞进行去除细胞壁处理。
任务1　分析植物体细胞杂交技术的实例,
概括植物体细胞杂交的实践过程
阅读下列材料,分析相关问题。
“白菜-甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种,它具有生长期短、耐热性强和易于储藏等优点。如图为某科研小组培育“白菜-甘蓝”的杂交过程示意图。
(1)该科研小组在用酶解法处理白菜和甘蓝细胞之前,需要先用较高渗透压的溶液处理,原因是使细胞处于微弱的质壁分离状态,有利于完整的原生质体的释放,防止原生质体被
破坏。
(2)该科研小组发现一种动物,利用其胃液处理植物细胞可以获得原生质体,请推测可能的原因是该动物胃液中可能含有纤维素酶和果胶酶,可以分解植物细胞壁获得原生质体。
(3)该科研小组通过酶解、离心等操作纯化得到了原生质体,其中影响原生质体分离的数量和质量的因素有酶解液中酶的浓度、酶解时间、离心力大小。
(4)植物原生质体融合过程常采用的物理方法有离心、振荡、电刺激。原生质体融合成功的标志是形成新的细胞壁。
(5)由图可知,植物体细胞杂交的最终目的是获得杂种植株。
(6)与杂交育种相比,植物体细胞杂交的显著特点是能克服远缘杂交的不亲和性,获得新
品种。
素养提升
植物体细胞杂交过程中杂种细胞类型及检测方法
(1)诱导产物(假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B)。
①未融合的细胞:A和B。
②两两融合的细胞:AA、BB和AB。
③多细胞融合体。
(2)检测方法:对诱导产物中的细胞进行植物组织培养,然后根据得到的植物性状进行判断。
①若只表现出一种植物的性状,说明是未融合细胞或同种细胞融合。
②若得到的是具有两种亲本性状的植物,说明是杂种细胞融合。
迁移应用
1.(会稽联盟高二期中)如图是通过植物体细胞杂交技术获得番茄-马铃薯植株的技术流程图,下列说法正确的是(　D　)
A.图中过程②表示再分化的过程
B.此过程不能体现植物细胞的全能性
C.植物体细胞融合完成的标志是原生质体融合
D.已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体,则番茄-马铃薯属于六倍体
解析:图中过程②表示人工诱导原生质体融合;该过程体现了植物细胞的全能性;植物体细胞融合完成的标志是形成新的细胞壁;由于番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体,因此植物体细胞杂交得到的“番茄-马铃薯”属于异源多倍体中的异源六倍体。
2.(环大罗山联盟高二期中)甲植物细胞核基因具有耐盐碱效应,乙植物细胞质基因具有高产效应。某研究小组用甲、乙两种植物细胞进行体细胞杂交相关研究。下列相关叙述错误的是(　C　)
A.酶解法获取原生质体时应置于较高渗透压溶液中
B.为了筛选融合细胞,应对原生质体乙的细胞核做失活处理
C.检测原生质体活力时可通过是否发生质壁分离为指标
D.为了便于观察细胞融合的状况,植株乙应该选择幼苗叶片
解析:酶解法获取原生质体时置于较高渗透压溶液中,使细胞处于微弱的质壁分离状态,有利于完整的原生质体的释放;由于甲植物细胞核基因具有耐盐碱效应,乙植物细胞质基因具有高产效应,在促使原生质体融合前,需对原生质体进行处理,分别使甲原生质体的细胞质和乙原生质体细胞核失活;原生质体无细胞壁,不能发生质壁分离,因此不能通过是否发生质壁分离来判断原生质体的活力;由题意可知,融合的是植株甲幼苗根细胞和植株乙的幼苗细胞,因此为了便于观察细胞融合状况可选择植株乙的幼苗叶片,因为含有叶绿体,便于观察。
任务2　辨析植物组织培养与植物体细胞杂交
结合教材相关内容,列表比较植物组织培养与植物体细胞杂交。
项目 植物组织培养 植物体细胞杂交
原理 细胞的全能性 细胞膜的流动性和细胞的全能性
过程
注意事项 选取根尖、茎尖、形成层部位等容易诱导形成愈伤组织 ①去除细胞壁的方法:酶解法(纤维素酶和果胶酶)。 ②人工诱导融合的方法:物理法、化学法
联系 植物组织培养是植物体细胞杂交的基础
素养提升
植物体细胞杂交和有性杂交的辨析
迁移应用
3.研究人员利用胡萝卜细胞质雄性不育变异体和染色体控制的卡那霉素抗性番茄,通过体细胞杂交获得卡那霉素抗性的雄性不育植株,其过程如图所示。下列叙述错误的是(　D　)
A.①可采用紫外线照射去核处理
B.甲是胡萝卜原生质体,含雄性不育基因
C.②过程加入聚乙二醇有利于去核的甲与乙融合
D.③、④经器官发生途径形成试管苗
解析:据图可知,①表示去核过程,紫外线可以破坏细胞核,所以该过程可用紫外线照射处理;该技术是利用胡萝卜细胞质雄性不育变异体和染色体控制的卡那霉素抗性番茄,通过体细胞杂交获得卡那霉素抗性的雄性不育植株,则甲表示胡萝卜原生质体,含雄性不育基因;②可表示细胞融合过程,该过程加入聚乙二醇有利于去核的甲与乙融合;③过程是再分化过程,④经体细胞胚发生途径形成试管苗。
4.疣粒野生稻对白叶枯病有较高抗性,但与栽培稻杂交后代高度不育,限制了野生稻的抗病基因向栽培稻转移。为解决该问题,科研人员通过施加大剂量的 X 射线(随机破坏染色体结构,使细胞不再分裂)和碘乙酰胺(使细胞质中的某些酶失活,细胞不再分裂)等措施获得抗病品系,该过程如图所示。下列叙述正确的是(　D　)
A.疣粒野生稻和栽培稻间不存在生殖隔离
B.过程①应通过选择培养基筛选得到原生质体 C
C.过程②发生脱分化,过程③中可能发生基因重组
D.此方法得到的再生植株不一定具有抗病性
解析:疣粒野生稻和栽培稻杂交后代高度不育,说明疣粒野生稻和栽培稻间存在生殖隔离;疣粒野生稻施加大剂量的 X 射线后不分裂,栽培稻施加碘乙酰胺后不分裂,因此单独的或同种细胞融合的不能生长繁殖,则一般培养基就能得到原生质体 C;过程③发生有丝分裂,而基因重组发生在减数分裂过程中;疣粒野生稻用 X 射线处理,依据的原理是基因突变,由于突变具有不定向性,因此此方法得到的再生植株不一定具有抗病性。
课堂小结
素养测练
对点达标练
题组一 　原生质体的获取
1.(台州十校高二期中)下列关于植物原生质体特点的叙述,错误的是(　D　)
A.容易摄取外来的遗传物质
B.有利于进行细胞融合,形成杂交细胞
C.与完整细胞一样具有全能性
D.不能再生细胞壁
解析:原生质体可作为遗传操作与生理生化研究的良好材料,是由于原生质体容易摄取外来的遗传物质;由于原生质体没有细胞壁,所以有利于进行细胞融合等操作;原生质体具有除细胞壁以外的细胞结构,且含有个体发育的全部基因,仍然具有发育成完整生物体的潜能,所以与完整细胞一样具有全能性;原生质体与完整细胞一样具有全能性,细胞中相关基因的表达使其仍可再生细胞壁,经诱导分化成完整植株。
2.下列关于制备烟草原生质体的说法,错误的是(　C　)
A.用于制备原生质体的烟草叶片应先进行消毒
B.纤维素酶和果胶酶的酶解时间会影响原生质体分离的数量和质量
C.原生质体活力可通过质壁分离与复原实验进行检查
D.分离出的烟草原生质体具有全能性,可用于植物体细胞杂交
解析:原生质体已经去除细胞壁,不能发生质壁分离和复原。
3.用酶解法制备烟草叶肉细胞的原生质体,过程如下:取无菌烟草幼叶,切成相同大小的小片,放入一定量的酶液,收集绿色的悬浮液,过滤、离心、洗涤,获得原生质体。下列有关原生质体制备的相关叙述错误的是(　B　)
A.酶解过程中可适当振荡,从而加速原生质体与叶小片的分离
B.离心后收集的原生质体要用清水洗涤干净后方可用于诱导融合
C.制备过程中,悬浮液绿色的深浅可作为观察酶解效果的指标之一
D.酶解法制备原生质体利用的是酶溶液对细胞壁成分的降解作用
解析:离心后收集的原生质体,不能用清水洗涤,以防其吸水导致无法维持正常形态。
题组二　植物体细胞杂交技术及应用
4.通过植物体细胞杂交获得一个杂种植株需要的步骤是(　A　)
A.分离原生质体→诱导原生质体融合→组织培养→得到杂种植株
B.分离原生质体→组织培养→原生质体融合→得到杂种植株
C.获取细胞→细胞融合→组织培养→得到杂种植株
D.获取细胞→原生质体直接融合→组织培养→得到杂种植株
解析:植物体细胞杂交过程中首先获得原生质体,其次是原生质体的融合,需要在人为诱导下完成,然后是组织培养,最后得到杂种植株。
5.科研人员利用植物体细胞杂交技术培育矮牵牛新品种,技术流程如图所示。下列叙述正确的是(　D　)
A.愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞分化形成的
B.获得的杂种植株都能表现双亲的优良性状
C.可用聚乙二醇诱导原生质体甲和乙的融合和细胞壁再生
D.用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以获得原生质体
解析:愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞脱分化形成的;由于基因的选择性表达和基因间的互作效应,获得的杂种植株不一定都能表现亲本的优良性状;可用聚乙二醇诱导原生质体甲和乙的融合,但不能诱导细胞壁的再生;由于植物细胞壁的成分主要是纤维素和果胶,故可以用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以获得原生质体。
6.(9+1联盟高三联考)某杂种植株的获取过程如图所示,下列叙述正确的是(　D　)
A.叶片消毒后需用流水冲洗,以避免消毒剂作用时间过长产生毒害
B.过程①中,应将叶片置于含有纤维素酶和果胶酶的低渗溶液中
C.过程③中,可以使用聚乙二醇或灭活的病毒诱导原生质体融合
D.过程④脱分化和再分化的培养基中生长素和细胞分裂素比例不同
解析:叶片经消毒后需用无菌水冲洗;应将叶片去除下表皮的一面朝下,置于较高渗透压溶液中,低渗溶液会使原生质体吸水涨破;通常用聚乙二醇诱导原生质体融合,灭活的病毒只能用于诱导动物细胞融合;植物激素中生长素和细胞分裂素的用量比例会影响细胞的发育方向,生长素与细胞分裂素用量比值适中时,促进愈伤组织的生长,生长素与细胞分裂素用量比值低时,有利于芽的分化,故脱分化和再分化的培养基中生长素和细胞分裂素比例不同。
7.(杭州高二期中)科学家用紫外线照射板蓝根原生质体,使其部分染色体丢失,将处理后的板蓝根原生质体与油菜原生质体融合,培育出了只含一条板蓝根染色体和油菜全部染色体的非对称杂种植株,该过程运用了非对称细胞融合技术。下列说法正确的是(　B　)
A.非对称细胞融合技术提高了植物细胞的全能性,属于细胞工程
B.非对称细胞融合技术降低了不同物种间基因表达的干扰程度
C.原生质体由细胞膜、液泡膜及两者之间的细胞质组成
D.融合原生质体需放在无菌水中培养,以防杂菌污染
解析:非对称融合过程中部分染色体丢失(断裂),所以会降低植物细胞的全能性;非对称融合过程中部分染色体丢失,从而降低了不同物种间基因表达的干扰程度;原生质体是用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁后的部分,而由细胞膜、液泡膜及两者之间的细胞质组成的结构称为原生质层;原生质体放在无菌水中会吸水涨破,无法保持原生质体的完整性。
8.某科研团队采用原生质体不对称融合技术,将贡蕉抗枯萎病的性状整合到龙牙蕉品种中以培育抗病龙牙蕉。已知紫外线(UV)处理可随机破坏染色体结构,使其发生断裂、易位、染色体消除等,细胞不再持续分裂;碘乙酰胺(IOA)处理可使细胞质中某些酶失活,能量得不到供应,抑制细胞分裂。设计路线如图所示,下列叙述错误的是(　C　)
A.过程①常经酶解、离心纯化获得原生质体
B.过程②中异源融合的杂种细胞才能正常分裂
C.组培获得的试管苗需增强对高温的适应能力
D.抗病龙牙蕉植株中的染色体数目不一定相同
解析:植物细胞最外面是细胞壁,需要利用酶解法、离心纯化法获得原生质体;根据题目信息,利用UV和IOA单独处理均可抑制细胞分裂,但异源融合的细胞龙牙蕉可提供能量,贡蕉可提供染色体,导致可正常分裂;组培获得的试管苗无需增强对高温的适应能力,需要经过处理使其适应大田生活;根据题目信息,紫外线处理可随机破坏贡蕉的染色体结构,抗病龙牙蕉的植株细胞中,包含龙牙蕉的全部染色体,也包括贡蕉的部分未被破坏的染色体,故染色体数不一定相同。
9.(舟山高二月考)利用山金柑愈伤组织细胞(2n)和早花柠檬叶肉细胞(2n)进行体细胞杂交可以得到高品质、抗逆性强的杂种植株。如图是杂种植株的7组核DNA和线粒体DNA来源鉴定的结果。下列分析正确的是(　C　)
A.山金柑愈伤组织细胞没有细胞壁,早花柠檬叶肉细胞用酶解法去除细胞壁后就能与前者融合
B.过程中所用的酶需要先进行高压蒸汽灭菌
C.可通过观察融合后细胞的颜色进行初步筛选
D.杂种植株是四倍体,包含两种植物的遗传物质
解析:山金柑愈伤组织细胞的细胞壁薄,具有很强的分裂和再生能力,也需要用酶解法去除细胞壁;酶若经过高压蒸汽灭菌会因高温而失活;愈伤组织无色,叶肉细胞因为含有叶绿体为绿色,其中供体细胞特有的结构是叶绿体,可通过观察叶绿体的有无,即有无绿色作为初步筛选杂种细胞的标志;杂种植株核DNA与早花柠檬核DNA完全相同,而早花柠檬属于二倍体生物,故杂种植株应该是二倍体。
综合提升练
10.(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。
下列叙述正确的是(　B　)
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
解析:题干体现的是紫杉醇含量,没有体现对细胞增殖的影响;丙组的胞外紫杉醇浓度比乙组高,这说明丙组的培养方式能产生更多可提取的紫杉醇,有利于用发酵罐进行紫杉醇的生产;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;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,不能说明细胞壁完整有助于紫杉醇的合成与积累。
11.科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得了马铃薯番茄杂种植株,为了便于杂种细胞的筛选和鉴定,科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的原生质体膜上的蛋白质,其培育过程如图所示:
(1)植物体细胞杂交依据的生物学原理有 　。
(2)人工诱导原生质体融合的方法有物理法和化学法,其中常用的化学法是　　　　　　　　。在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察,根据原生质体膜表面荧光的不同可观察到　　　　种不同的原生质体(仅考虑两两融合),当观察到　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　时可判断该原生质体是由番茄原生质体和马铃薯原生质体融合而成的。
(3)过程③为　　　　　　　　,过程④中的培养基常添加的植物激素是　
　。
(4)若番茄细胞内有m条染色体,马铃薯细胞中含n条染色体,则“马铃薯番茄”细胞在有丝分裂后期含　　　　　　条染色体。
解析:(1)植物体细胞杂交是指将不同种的植物体细胞,在一定条件下诱导融合成杂种细胞,并把杂种细胞培育成杂种植株的技术,因此体现的生物学原理为细胞膜的流动性、植物细胞的全能性。
(2)人工诱导原生质体融合常用的化学法是用聚乙二醇处理。科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的原生质体膜上的蛋白质,因此在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察。膜表面发出不同荧光的原生质体有3种情况:发红色荧光的原生质体、发绿色荧光的原生质体、既有红色荧光又有绿色荧光的原生质体,所以当观察到融合的原生质体表面既有红色荧光又有绿色荧光时可判断出该原生质体是由番茄原生质体和马铃薯原生质体融合而成的。 (3)植物组织培养过程中杂种细胞通过脱分化形成愈伤组织,愈伤组织通过再分化形成植物体,所以过程③为脱分化。在植物组织培养过程中,其培养基中常添加的植物激素是生长素和细胞分裂素。(4)杂种细胞的染色体数为融合前两种细胞染色体数之和,即(m+n)条;杂种细胞在有丝分裂后期,着丝粒分裂,姐妹染色单体分开,导致杂种细胞中的染色体数目加倍为2(m+n)条。
答案:(1)细胞膜的流动性、植物细胞的全能性
(2)聚乙二醇诱导　3　融合的原生质体表面既有红色荧光又有绿色荧光
(3)脱分化　生长素和细胞分裂素
(4)2(m+n)
12.(钱塘联盟高二期中)为满足现如今药用及观赏市场对兰科植物高质量品种的需求,研究人员以斑叶兰茎段为外植体,建立了一套无菌再生体系,其培育过程如图所示。
(1)为实现无病毒斑叶兰的快速繁殖,科研人员一般会选择其中发育良好、无病虫害的
　　 　作为外植体,原因是该部位　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)外植体消毒时,先用75%乙醇处理30 s,再用流水冲洗后置于0.1%氯化汞溶液中处理,然后用　　　　多次冲洗,处理完后用灭菌纸吸干外植体备用。生根培养时,由于根系有　　　　　　　　的特点,故往往在培养基中加入0.15%黑色活性炭。
(3)研究人员为筛选斑叶兰的最佳培养条件,探究了不同外界因素对其组培扩繁的影响。下表是光照强度对斑叶兰外植体生长情况的影响结果。结果显示光照强度越高,诱导斑叶兰根芽生长的效果越好,但当光照强度高于　　　lx时,植株污染和　　　的程度开始出现显著增加,说明光照强度的增强也会诱发　　　　　　的积累。植物组织培养要进行照光培养,照光的作用是　 　。
光照强 度/lx 芽长 度/cm 根长 度/cm 成活数 褐变 程度
500 1.80 1.10 2 +++
800 2.00 1.20 3 +++
1 000 2.20 2.00 5 ++
1 200 3.10 2.30 15 ++
1 500 3.00 2.80 16 +
1 800 3.20 3.00 17 +
2 000 3.30 3.20 14 ++
2 300 3.40 3.30 10 +++
注:“+”越多,褐变程度越深。
(4)当生根苗长到7～8 cm高,叶子2～4片,根3～4条,长度2.5～3.5 cm时,可移至培养室外锻炼2～4 d,再打开瓶盖进行适应2～3 d。炼苗的作用是　 。
炼苗结束后,对斑叶兰根部的　　　　进行清洗完后即可进行移栽。
(5)斑叶兰作为国家二级保护植物,除了观赏价值和药用价值,还具备改善室内空气质量的作用。因此期望通过　　　　　　　　　　技术,先用　　　　法获得某种蔬菜细胞和斑叶兰细胞的　　　　　,再进行融合并培养后获得杂种植株,使蔬菜中也能表现出斑叶兰的优质特性。
解析:(1)为实现无病毒斑叶兰的快速繁殖,科研人员一般会选择其中发育良好、无病虫害的茎尖作为外植体,原因是该部位不含病毒或病毒较少。
(2)植物组织培养应注意无菌操作,外植体消毒时,先用75%乙醇处理30 s,再用流水冲洗后置于0.1%氯化汞溶液中处理,然后用无菌水多次冲洗; 由于根系有吸附有害物质的特点,而活性炭可以吸附培养基中的有害物质,包括琼脂中所含的杂质、外植体在培养过程中分泌的酚、醌类等对外植体自身有害的物质,故往往在培养基中加入0.15%黑色活性炭,利于组织培养的成功。
(3)结合表格可知,在一定范围内,光照强度越高,诱导斑叶兰根芽生长的效果越好,但当光照强度高于2 000 lx时,植株污染和褐变程度显著增加,说明光照强度的增强也会诱发有害物质的积累;植物组织培养要进行照光培养,照光的作用是诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用。
(4)组培苗移栽以前要炼苗,炼苗的作用是提高试管苗对外部环境的适应能力;经过炼苗的幼苗移栽到实验室外前需要洗苗,目的是洗掉根部的琼脂,以免琼脂发霉引起烂根。
(5)植物的体细胞杂交是将不同植物的细胞通过细胞融合技术形成杂种细胞,进而利用植物的组织培养将杂种细胞培育成杂种植株,利用该技术时,可先用酶解法(用纤维素酶和果胶酶)去除细胞壁,获得某种蔬菜细胞和斑叶兰细胞的原生质体,再进行融合并培养后获得杂种植株,使蔬菜中也能表现出斑叶兰的优质特性。
答案:(1)茎尖　含有的病毒少或基本不含病毒
(2)无菌水　吸附(有害)物质　(3)2 000　褐变
有害物质　诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用　(4)提高试管苗对外部环境的适应能力　琼脂　(5)植物体细胞杂交　酶解　原生质体
13.(浙江1月选考节选)甲植物细胞核基因具有耐盐碱效应,乙植物细胞质基因具有高产效应。某研究小组用甲、乙两种植物细胞进行体细胞杂交相关研究,基本过程包括获取原生质体、诱导原生质体融合、筛选融合细胞、杂种植株再生和鉴定,最终获得高产耐盐碱再生植株。回答下列问题。
(1)根据研究目标,在甲、乙两种植物细胞进行体细胞杂交前,应检验两种植物的原生质体是否具备　　　　的能力。为了便于观察细胞融合的状况,通常用不同颜色的原生质体进行融合,若甲植物原生质体采用幼苗的根为外植体,则乙植物可用幼苗的　　　 　为外植体。
(2)植物细胞壁的主要成分为　　　　和果胶,在获取原生质体时,常采用相应的酶进行去壁处理。在原生质体融合前,需对原生质体进行处理,分别使甲原生质体和乙原生质体的
　　　　　　　　失活。对处理后的原生质体在显微镜下用　　　　　　　计数,确定原生质体密度。两种原生质体1∶1混合后,通过添加适宜浓度的PEG进行融合;一定时间后,加入过量的培养基进行稀释,稀释的目的是　 　。
(3)将融合原生质体悬浮液和液态的琼脂糖混合,在凝固前倒入培养皿,融合原生质体分散固定在平板中,并独立生长、分裂形成愈伤组织。同一块愈伤组织所有细胞源于　　　　　　　　　　　　　　　　。下列各项中能说明这些愈伤组织只能来自杂种细胞的理由是哪几项 　　　　(A.甲、乙原生质体经处理后失活,无法正常生长、分裂　B.同种融合的原生质体因甲或乙原生质体失活而不能生长、分裂　C.培养基含有抑制物质,只有杂种细胞才能正常生长、分裂　D.杂种细胞由于结构和功能完整可以生长、分裂)。
(4)愈伤组织经　　　　　可形成胚状体或芽。胚状体能长出　　　　　,直接发育形成再生植株。
解析:(1)目标是要得到再生植株,因此需检测原生质体是否具备再生植株的能力。用不同颜色的原生质体进行融合,甲选择的是根,乙选有叶绿体的叶片。
(2)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处理植物细胞,进而获得原生质体;题中信息给出,甲植物细胞核基因有耐盐碱效应,乙植物细胞质基因具有高产效应,因此分别使甲的细胞质和乙的细胞核失活;对于获得的原生质体可在显微镜下用血细胞计数板进行计数,确定原生质体密度。加入适宜浓度的PEG进行融合,一段时间后原生质体应已完成融合,再加过量培养基稀释,从而降低PEG的浓度,以终止原生质体融合。
(3)因甲的细胞质和乙的细胞核失活,无法正常生长、分裂,同种融合的原生质体也因失活无法正常生长、分裂;甲、乙融合后的原生质体具有完整的结构,可正常生长、分裂。
(4)愈伤组织未分化,发育成胚状体或芽为再分化;胚状体长出根和芽再发育成植株。
答案:(1)再生植株　叶片
(2)纤维素　细胞质、细胞核　血细胞计数板　终止原生质体融合
(3)一个融合的原生质体　ABD
(4)再分化　根和芽第二节　通过体细胞杂交可获得新的植物体
素养测练
对点达标练
题组一 　原生质体的获取
1.(台州十校高二期中)下列关于植物原生质体特点的叙述,错误的是(　D　)
A.容易摄取外来的遗传物质
B.有利于进行细胞融合,形成杂交细胞
C.与完整细胞一样具有全能性
D.不能再生细胞壁
解析:原生质体可作为遗传操作与生理生化研究的良好材料,是由于原生质体容易摄取外来的遗传物质;由于原生质体没有细胞壁,所以有利于进行细胞融合等操作;原生质体具有除细胞壁以外的细胞结构,且含有个体发育的全部基因,仍然具有发育成完整生物体的潜能,所以与完整细胞一样具有全能性;原生质体与完整细胞一样具有全能性,细胞中相关基因的表达使其仍可再生细胞壁,经诱导分化成完整植株。
2.下列关于制备烟草原生质体的说法,错误的是(　C　)
A.用于制备原生质体的烟草叶片应先进行消毒
B.纤维素酶和果胶酶的酶解时间会影响原生质体分离的数量和质量
C.原生质体活力可通过质壁分离与复原实验进行检查
D.分离出的烟草原生质体具有全能性,可用于植物体细胞杂交
解析:原生质体已经去除细胞壁,不能发生质壁分离和复原。
3.用酶解法制备烟草叶肉细胞的原生质体,过程如下:取无菌烟草幼叶,切成相同大小的小片,放入一定量的酶液,收集绿色的悬浮液,过滤、离心、洗涤,获得原生质体。下列有关原生质体制备的相关叙述错误的是(　B　)
A.酶解过程中可适当振荡,从而加速原生质体与叶小片的分离
B.离心后收集的原生质体要用清水洗涤干净后方可用于诱导融合
C.制备过程中,悬浮液绿色的深浅可作为观察酶解效果的指标之一
D.酶解法制备原生质体利用的是酶溶液对细胞壁成分的降解作用
解析:离心后收集的原生质体,不能用清水洗涤,以防其吸水导致无法维持正常形态。
题组二　植物体细胞杂交技术及应用
4.通过植物体细胞杂交获得一个杂种植株需要的步骤是(　A　)
A.分离原生质体→诱导原生质体融合→组织培养→得到杂种植株
B.分离原生质体→组织培养→原生质体融合→得到杂种植株
C.获取细胞→细胞融合→组织培养→得到杂种植株
D.获取细胞→原生质体直接融合→组织培养→得到杂种植株
解析:植物体细胞杂交过程中首先获得原生质体,其次是原生质体的融合,需要在人为诱导下完成,然后是组织培养,最后得到杂种植株。
5.科研人员利用植物体细胞杂交技术培育矮牵牛新品种,技术流程如图所示。下列叙述正确的是(　D　)
A.愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞分化形成的
B.获得的杂种植株都能表现双亲的优良性状
C.可用聚乙二醇诱导原生质体甲和乙的融合和细胞壁再生
D.用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以获得原生质体
解析:愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞脱分化形成的;由于基因的选择性表达和基因间的互作效应,获得的杂种植株不一定都能表现亲本的优良性状;可用聚乙二醇诱导原生质体甲和乙的融合,但不能诱导细胞壁的再生;由于植物细胞壁的成分主要是纤维素和果胶,故可以用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以获得原生质体。
6.(9+1联盟高三联考)某杂种植株的获取过程如图所示,下列叙述正确的是(　D　)
A.叶片消毒后需用流水冲洗,以避免消毒剂作用时间过长产生毒害
B.过程①中,应将叶片置于含有纤维素酶和果胶酶的低渗溶液中
C.过程③中,可以使用聚乙二醇或灭活的病毒诱导原生质体融合
D.过程④脱分化和再分化的培养基中生长素和细胞分裂素比例不同
解析:叶片经消毒后需用无菌水冲洗;应将叶片去除下表皮的一面朝下,置于较高渗透压溶液中,低渗溶液会使原生质体吸水涨破;通常用聚乙二醇诱导原生质体融合,灭活的病毒只能用于诱导动物细胞融合;植物激素中生长素和细胞分裂素的用量比例会影响细胞的发育方向,生长素与细胞分裂素用量比值适中时,促进愈伤组织的生长,生长素与细胞分裂素用量比值低时,有利于芽的分化,故脱分化和再分化的培养基中生长素和细胞分裂素比例不同。
7.(杭州高二期中)科学家用紫外线照射板蓝根原生质体,使其部分染色体丢失,将处理后的板蓝根原生质体与油菜原生质体融合,培育出了只含一条板蓝根染色体和油菜全部染色体的非对称杂种植株,该过程运用了非对称细胞融合技术。下列说法正确的是(　B　)
A.非对称细胞融合技术提高了植物细胞的全能性,属于细胞工程
B.非对称细胞融合技术降低了不同物种间基因表达的干扰程度
C.原生质体由细胞膜、液泡膜及两者之间的细胞质组成
D.融合原生质体需放在无菌水中培养,以防杂菌污染
解析:非对称融合过程中部分染色体丢失(断裂),所以会降低植物细胞的全能性;非对称融合过程中部分染色体丢失,从而降低了不同物种间基因表达的干扰程度;原生质体是用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁后的部分,而由细胞膜、液泡膜及两者之间的细胞质组成的结构称为原生质层;原生质体放在无菌水中会吸水涨破,无法保持原生质体的完整性。
8.某科研团队采用原生质体不对称融合技术,将贡蕉抗枯萎病的性状整合到龙牙蕉品种中以培育抗病龙牙蕉。已知紫外线(UV)处理可随机破坏染色体结构,使其发生断裂、易位、染色体消除等,细胞不再持续分裂;碘乙酰胺(IOA)处理可使细胞质中某些酶失活,能量得不到供应,抑制细胞分裂。设计路线如图所示,下列叙述错误的是(　C　)
A.过程①常经酶解、离心纯化获得原生质体
B.过程②中异源融合的杂种细胞才能正常分裂
C.组培获得的试管苗需增强对高温的适应能力
D.抗病龙牙蕉植株中的染色体数目不一定相同
解析:植物细胞最外面是细胞壁,需要利用酶解法、离心纯化法获得原生质体;根据题目信息,利用UV和IOA单独处理均可抑制细胞分裂,但异源融合的细胞龙牙蕉可提供能量,贡蕉可提供染色体,导致可正常分裂;组培获得的试管苗无需增强对高温的适应能力,需要经过处理使其适应大田生活;根据题目信息,紫外线处理可随机破坏贡蕉的染色体结构,抗病龙牙蕉的植株细胞中,包含龙牙蕉的全部染色体,也包括贡蕉的部分未被破坏的染色体,故染色体数不一定相同。
9.(舟山高二月考)利用山金柑愈伤组织细胞(2n)和早花柠檬叶肉细胞(2n)进行体细胞杂交可以得到高品质、抗逆性强的杂种植株。如图是杂种植株的7组核DNA和线粒体DNA来源鉴定的结果。下列分析正确的是(　C　)
A.山金柑愈伤组织细胞没有细胞壁,早花柠檬叶肉细胞用酶解法去除细胞壁后就能与前者融合
B.过程中所用的酶需要先进行高压蒸汽灭菌
C.可通过观察融合后细胞的颜色进行初步筛选
D.杂种植株是四倍体,包含两种植物的遗传物质
解析:山金柑愈伤组织细胞的细胞壁薄,具有很强的分裂和再生能力,也需要用酶解法去除细胞壁;酶若经过高压蒸汽灭菌会因高温而失活;愈伤组织无色,叶肉细胞因为含有叶绿体为绿色,其中供体细胞特有的结构是叶绿体,可通过观察叶绿体的有无,即有无绿色作为初步筛选杂种细胞的标志;杂种植株核DNA与早花柠檬核DNA完全相同,而早花柠檬属于二倍体生物,故杂种植株应该是二倍体。
综合提升练
10.(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。
下列叙述正确的是(　B　)
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
解析:题干体现的是紫杉醇含量,没有体现对细胞增殖的影响;丙组的胞外紫杉醇浓度比乙组高,这说明丙组的培养方式能产生更多可提取的紫杉醇,有利于用发酵罐进行紫杉醇的生产;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;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,不能说明细胞壁完整有助于紫杉醇的合成与积累。
11.科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得了马铃薯番茄杂种植株,为了便于杂种细胞的筛选和鉴定,科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的原生质体膜上的蛋白质,其培育过程如图所示:
(1)植物体细胞杂交依据的生物学原理有 　。
(2)人工诱导原生质体融合的方法有物理法和化学法,其中常用的化学法是　　　　　　　　。在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察,根据原生质体膜表面荧光的不同可观察到　　　　种不同的原生质体(仅考虑两两融合),当观察到　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　时可判断该原生质体是由番茄原生质体和马铃薯原生质体融合而成的。
(3)过程③为　　　　　　　　,过程④中的培养基常添加的植物激素是　
　。
(4)若番茄细胞内有m条染色体,马铃薯细胞中含n条染色体,则“马铃薯番茄”细胞在有丝分裂后期含　　　　　　条染色体。
解析:(1)植物体细胞杂交是指将不同种的植物体细胞,在一定条件下诱导融合成杂种细胞,并把杂种细胞培育成杂种植株的技术,因此体现的生物学原理为细胞膜的流动性、植物细胞的全能性。
(2)人工诱导原生质体融合常用的化学法是用聚乙二醇处理。科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的原生质体膜上的蛋白质,因此在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察。膜表面发出不同荧光的原生质体有3种情况:发红色荧光的原生质体、发绿色荧光的原生质体、既有红色荧光又有绿色荧光的原生质体,所以当观察到融合的原生质体表面既有红色荧光又有绿色荧光时可判断出该原生质体是由番茄原生质体和马铃薯原生质体融合而成的。 (3)植物组织培养过程中杂种细胞通过脱分化形成愈伤组织,愈伤组织通过再分化形成植物体,所以过程③为脱分化。在植物组织培养过程中,其培养基中常添加的植物激素是生长素和细胞分裂素。(4)杂种细胞的染色体数为融合前两种细胞染色体数之和,即(m+n)条;杂种细胞在有丝分裂后期,着丝粒分裂,姐妹染色单体分开,导致杂种细胞中的染色体数目加倍为2(m+n)条。
答案:(1)细胞膜的流动性、植物细胞的全能性
(2)聚乙二醇诱导　3　融合的原生质体表面既有红色荧光又有绿色荧光
(3)脱分化　生长素和细胞分裂素
(4)2(m+n)
12.(钱塘联盟高二期中)为满足现如今药用及观赏市场对兰科植物高质量品种的需求,研究人员以斑叶兰茎段为外植体,建立了一套无菌再生体系,其培育过程如图所示。
(1)为实现无病毒斑叶兰的快速繁殖,科研人员一般会选择其中发育良好、无病虫害的
　　 　作为外植体,原因是该部位　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)外植体消毒时,先用75%乙醇处理30 s,再用流水冲洗后置于0.1%氯化汞溶液中处理,然后用　　　　多次冲洗,处理完后用灭菌纸吸干外植体备用。生根培养时,由于根系有　　　　　　　　的特点,故往往在培养基中加入0.15%黑色活性炭。
(3)研究人员为筛选斑叶兰的最佳培养条件,探究了不同外界因素对其组培扩繁的影响。下表是光照强度对斑叶兰外植体生长情况的影响结果。结果显示光照强度越高,诱导斑叶兰根芽生长的效果越好,但当光照强度高于　　　lx时,植株污染和　　　的程度开始出现显著增加,说明光照强度的增强也会诱发　　　　　　的积累。植物组织培养要进行照光培养,照光的作用是　 　。
光照强 度/lx 芽长 度/cm 根长 度/cm 成活数 褐变 程度
500 1.80 1.10 2 +++
800 2.00 1.20 3 +++
1 000 2.20 2.00 5 ++
1 200 3.10 2.30 15 ++
1 500 3.00 2.80 16 +
1 800 3.20 3.00 17 +
2 000 3.30 3.20 14 ++
2 300 3.40 3.30 10 +++
注:“+”越多,褐变程度越深。
(4)当生根苗长到7～8 cm高,叶子2～4片,根3～4条,长度2.5～3.5 cm时,可移至培养室外锻炼2～4 d,再打开瓶盖进行适应2～3 d。炼苗的作用是　 。
炼苗结束后,对斑叶兰根部的　　　　进行清洗完后即可进行移栽。
(5)斑叶兰作为国家二级保护植物,除了观赏价值和药用价值,还具备改善室内空气质量的作用。因此期望通过　　　　　　　　　　技术,先用　　　　法获得某种蔬菜细胞和斑叶兰细胞的　　　　　,再进行融合并培养后获得杂种植株,使蔬菜中也能表现出斑叶兰的优质特性。
解析:(1)为实现无病毒斑叶兰的快速繁殖,科研人员一般会选择其中发育良好、无病虫害的茎尖作为外植体,原因是该部位不含病毒或病毒较少。
(2)植物组织培养应注意无菌操作,外植体消毒时,先用75%乙醇处理30 s,再用流水冲洗后置于0.1%氯化汞溶液中处理,然后用无菌水多次冲洗; 由于根系有吸附有害物质的特点,而活性炭可以吸附培养基中的有害物质,包括琼脂中所含的杂质、外植体在培养过程中分泌的酚、醌类等对外植体自身有害的物质,故往往在培养基中加入0.15%黑色活性炭,利于组织培养的成功。
(3)结合表格可知,在一定范围内,光照强度越高,诱导斑叶兰根芽生长的效果越好,但当光照强度高于2 000 lx时,植株污染和褐变程度显著增加,说明光照强度的增强也会诱发有害物质的积累;植物组织培养要进行照光培养,照光的作用是诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用。
(4)组培苗移栽以前要炼苗,炼苗的作用是提高试管苗对外部环境的适应能力;经过炼苗的幼苗移栽到实验室外前需要洗苗,目的是洗掉根部的琼脂,以免琼脂发霉引起烂根。
(5)植物的体细胞杂交是将不同植物的细胞通过细胞融合技术形成杂种细胞,进而利用植物的组织培养将杂种细胞培育成杂种植株,利用该技术时,可先用酶解法(用纤维素酶和果胶酶)去除细胞壁,获得某种蔬菜细胞和斑叶兰细胞的原生质体,再进行融合并培养后获得杂种植株,使蔬菜中也能表现出斑叶兰的优质特性。
答案:(1)茎尖　含有的病毒少或基本不含病毒
(2)无菌水　吸附(有害)物质　(3)2 000　褐变
有害物质　诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用　(4)提高试管苗对外部环境的适应能力　琼脂　(5)植物体细胞杂交　酶解　原生质体
13.(浙江1月选考节选)甲植物细胞核基因具有耐盐碱效应,乙植物细胞质基因具有高产效应。某研究小组用甲、乙两种植物细胞进行体细胞杂交相关研究,基本过程包括获取原生质体、诱导原生质体融合、筛选融合细胞、杂种植株再生和鉴定,最终获得高产耐盐碱再生植株。回答下列问题。
(1)根据研究目标,在甲、乙两种植物细胞进行体细胞杂交前,应检验两种植物的原生质体是否具备　　　　的能力。为了便于观察细胞融合的状况,通常用不同颜色的原生质体进行融合,若甲植物原生质体采用幼苗的根为外植体,则乙植物可用幼苗的　　　 　为外植体。
(2)植物细胞壁的主要成分为　　　　和果胶,在获取原生质体时,常采用相应的酶进行去壁处理。在原生质体融合前,需对原生质体进行处理,分别使甲原生质体和乙原生质体的
　　　　　　　　失活。对处理后的原生质体在显微镜下用　　　　　　　计数,确定原生质体密度。两种原生质体1∶1混合后,通过添加适宜浓度的PEG进行融合;一定时间后,加入过量的培养基进行稀释,稀释的目的是　 　。
(3)将融合原生质体悬浮液和液态的琼脂糖混合,在凝固前倒入培养皿,融合原生质体分散固定在平板中,并独立生长、分裂形成愈伤组织。同一块愈伤组织所有细胞源于　　　　　　　　　　　　　　　　。下列各项中能说明这些愈伤组织只能来自杂种细胞的理由是哪几项 　　　　(A.甲、乙原生质体经处理后失活,无法正常生长、分裂　B.同种融合的原生质体因甲或乙原生质体失活而不能生长、分裂　C.培养基含有抑制物质,只有杂种细胞才能正常生长、分裂　D.杂种细胞由于结构和功能完整可以生长、分裂)。
(4)愈伤组织经　　　　　可形成胚状体或芽。胚状体能长出　　　　　,直接发育形成再生植株。
解析:(1)目标是要得到再生植株,因此需检测原生质体是否具备再生植株的能力。用不同颜色的原生质体进行融合,甲选择的是根,乙选有叶绿体的叶片。
(2)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处理植物细胞,进而获得原生质体;题中信息给出,甲植物细胞核基因有耐盐碱效应,乙植物细胞质基因具有高产效应,因此分别使甲的细胞质和乙的细胞核失活;对于获得的原生质体可在显微镜下用血细胞计数板进行计数,确定原生质体密度。加入适宜浓度的PEG进行融合,一段时间后原生质体应已完成融合,再加过量培养基稀释,从而降低PEG的浓度,以终止原生质体融合。
(3)因甲的细胞质和乙的细胞核失活,无法正常生长、分裂,同种融合的原生质体也因失活无法正常生长、分裂;甲、乙融合后的原生质体具有完整的结构,可正常生长、分裂。
(4)愈伤组织未分化,发育成胚状体或芽为再分化;胚状体长出根和芽再发育成植株。
答案:(1)再生植株　叶片
(2)纤维素　细胞质、细胞核　血细胞计数板　终止原生质体融合
(3)一个融合的原生质体　ABD
(4)再分化　根和芽(共33张PPT)
第二节　通过体细胞杂交
可获得新的植物体
[学习目标]
1.举例说明成功培养原生质体是植物体细胞杂交技术的基础。
2.举例说明由杂种细胞培育出的新植物体可能会具有新的特性。
知识梳理
一、成功培养原生质体是植物体细胞杂交技术的基础
1.植物体细胞杂交:是将两个来自 植物的体细胞融合成一个杂种细胞,并将杂种细胞培育成新的植物体的技术。
不同种
2.获得原生质体的具体方法
较高渗透
压溶液
纤维素酶和果胶酶
3.原生质体应用的意义
为植物细胞工程和 的研究提供了先进的实验体系,具有重要的理论研究和实际应用价值。
基因工程
【易错判断】
(1)没有坚硬致密的细胞壁的阻碍,植物细胞之间的融合才得以实现。(　　)
(2)酶解细胞壁之前一般用较高渗透压溶液处理细胞,目的是使细胞暂时失
活,以利于原生质体制备。(　 　)
√
×
提示:酶解细胞壁之前一般用较高渗透压溶液处理细胞,目的是使细胞处于微弱的质壁分离状态,以利于完整的原生质体的释放,防止原生质体被破坏。
(3)用酶解法获得的植物原生质体属于植物的原生质层。(　 　)
×
提示:原生质体是植物细胞去除细胞壁后剩余的部分;原生质层是指成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质。
二、由杂种细胞培育出的新植物体可能会具有新的特性
1.植物体细胞杂交的原理
植物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 。
流动性
全能性
2.植物体细胞杂交的过程
酶解
电刺激
聚乙
二醇
细胞壁
杂种
3.意义
通过植物体细胞杂交技术, ,获得新品种。
4.植物体细胞杂交技术的实践应用
(1)通过原生质体融合已获得多种植物种间、属间甚至是科间的杂种细胞、
,有些还进而 。
(2)人们在某些作物的野生种与 之间的体细胞杂交方面,也进行了大量的研究,希望将野生种的抗虫、 等有益性状转移到栽培种中。
克服远缘杂交的不亲和性
愈伤组织
分化成苗
栽培种
抗病毒
【易错判断】
(1)植物体细胞杂交的原理是细胞膜具有流动性,植物细胞具有全能性。
(　 　)
(2)植物体细胞杂交需要用到果胶酶和纤维素酶。(　 )
(3)植物体细胞杂交过程中,原生质体融合成功的标志是原生质体完全融合。(　 　)
√
√
×
提示:产生新的细胞壁是原生质体融合成功的标志。
(4)聚乙二醇是促细胞融合剂,可直接诱导植物细胞融合。(　 　)
×
提示:植物细胞不能直接融合,需先对植物细胞进行去除细胞壁处理。
任务突破
任务1　分析植物体细胞杂交技术的实例,
概括植物体细胞杂交的实践过程
阅读下列材料,分析相关问题。
“白菜-甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种,它具有生长期短、耐热性强和易于储藏等优点。如图为某科研小组培育“白菜-甘蓝”的杂交过程示意图。
(1)该科研小组在用酶解法处理白菜和甘蓝细胞之前,需要先用较高渗透压的溶液处理,原因是
。
(2)该科研小组发现一种动物,利用其胃液处理植物细胞可以获得原生质体,请推测可能的原因是
。
(3)该科研小组通过酶解、离心等操作纯化得到了原生质体,其中影响原生质体分离的数量和质量的因素有
。
使细胞处于微弱的质壁分离状态,有利于完整的原生
质体的释放,防止原生质体被破坏
该动物胃液中可能含有纤维素酶和果胶酶,可以分解
植物细胞壁获得原生质体
酶解液中酶的浓度、酶解时间、离心力
大小
(4)植物原生质体融合过程常采用的物理方法有 。原生质体融合成功的标志是 。
(5)由图可知,植物体细胞杂交的最终目的是 。
(6)与杂交育种相比,植物体细胞杂交的显著特点是
,获得新品种。
离心、振荡、电刺激
形成新的细胞壁
获得杂种植株
能克服远缘杂交的
不亲和性
[素养提升]
植物体细胞杂交过程中杂种细胞类型及检测方法
(1)诱导产物(假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B)。
①未融合的细胞:A和B。
②两两融合的细胞:AA、BB和AB。
③多细胞融合体。
(2)检测方法:对诱导产物中的细胞进行植物组织培养,然后根据得到的植物性状进行判断。
①若只表现出一种植物的性状,说明是未融合细胞或同种细胞融合。
②若得到的是具有两种亲本性状的植物,说明是杂种细胞融合。
[迁移应用]
1.(会稽联盟高二期中)如图是通过植物体细胞杂交技术获得番茄-马铃薯植株的技术流程图,下列说法正确的是(　 　)
A.图中过程②表示再分化的过程
B.此过程不能体现植物细胞的全能性
C.植物体细胞融合完成的标志是原生质体融合
D.已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体,则番茄-马铃薯属于六倍体
D
解析:图中过程②表示人工诱导原生质体融合;该过程体现了植物细胞的全能性;植物体细胞融合完成的标志是形成新的细胞壁;由于番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体,因此植物体细胞杂交得到的“番茄-马铃薯”属于异源多倍体中的异源六倍体。
2.(环大罗山联盟高二期中)甲植物细胞核基因具有耐盐碱效应,乙植物细胞质基因具有高产效应。某研究小组用甲、乙两种植物细胞进行体细胞杂交相关研究。下列相关叙述错误的是(　 　)
A.酶解法获取原生质体时应置于较高渗透压溶液中
B.为了筛选融合细胞,应对原生质体乙的细胞核做失活处理
C.检测原生质体活力时可通过是否发生质壁分离为指标
D.为了便于观察细胞融合的状况,植株乙应该选择幼苗叶片
C
解析:酶解法获取原生质体时置于较高渗透压溶液中,使细胞处于微弱的质壁分离状态,有利于完整的原生质体的释放;由于甲植物细胞核基因具有耐盐碱效应,乙植物细胞质基因具有高产效应,在促使原生质体融合前,需对原生质体进行处理,分别使甲原生质体的细胞质和乙原生质体细胞核失活;原生质体无细胞壁,不能发生质壁分离,因此不能通过是否发生质壁分离来判断原生质体的活力;由题意可知,融合的是植株甲幼苗根细胞和植株乙的幼苗细胞,因此为了便于观察细胞融合状况可选择植株乙的幼苗叶片,因为含有叶绿体,便于观察。
任务2　辨析植物组织培养与植物体细胞杂交
结合教材相关内容,列表比较植物组织培养与植物体细胞杂交。
项目 植物组织培养 植物体细胞杂交
原理 细胞的 细胞膜的 和细
胞的
全能性
流动性
全能性
过程
脱分化
再分化
愈伤组织
注意 事项 选取根尖、茎尖、形成层部位等容易诱导形成愈伤组织 ①去除细胞壁的方法:酶解法
( )。
②人工诱导融合的方法:物理法、化学法
联系 植物组织培养是植物体细胞杂交的基础
纤维素酶和果胶酶
[素养提升]
植物体细胞杂交和有性杂交的辨析
[迁移应用]
3.研究人员利用胡萝卜细胞质雄性不育变异体和染色体控制的卡那霉素抗性番茄,通过体细胞杂交获得卡那霉素抗性的雄性不育植株,其过程如图所示。下列叙述错误的是(　 　)
A.①可采用紫外线照射去核处理
B.甲是胡萝卜原生质体,含雄性不育基因
C.②过程加入聚乙二醇有利于去核的甲与乙融合
D.③、④经器官发生途径形成试管苗
D
解析:据图可知,①表示去核过程,紫外线可以破坏细胞核,所以该过程可用紫外线照射处理;该技术是利用胡萝卜细胞质雄性不育变异体和染色体控制的卡那霉素抗性番茄,通过体细胞杂交获得卡那霉素抗性的雄性不育植株,则甲表示胡萝卜原生质体,含雄性不育基因;②可表示细胞融合过程,该过程加入聚乙二醇有利于去核的甲与乙融合;③过程是再分化过程,④经体细胞胚发生途径形成试管苗。
4.疣粒野生稻对白叶枯病有较高抗性,但与栽培稻杂交后代高度不育,限制了野生稻的抗病基因向栽培稻转移。为解决该问题,科研人员通过施加大剂量的 X 射线(随机破坏染色体结构,使细胞不再分裂)和碘乙酰胺(使细胞质中的某些酶失活,细胞不再分裂)等措施获得抗病品系,该过程如图所示。下列叙述正确的是(　 　)
A.疣粒野生稻和栽培稻间不存在生殖隔离
B.过程①应通过选择培养基筛选得到原生质体 C
C.过程②发生脱分化,过程③中可能发生基因重组
D.此方法得到的再生植株不一定具有抗病性
D
解析:疣粒野生稻和栽培稻杂交后代高度不育,说明疣粒野生稻和栽培稻间存在生殖隔离;疣粒野生稻施加大剂量的 X 射线后不分裂,栽培稻施加碘乙酰胺后不分裂,因此单独的或同种细胞融合的不能生长繁殖,则一般培养基就能得到原生质体 C;过程③发生有丝分裂,而基因重组发生在减数分裂过程中;疣粒野生稻用 X 射线处理,依据的原理是基因突变,由于突变具有不定向性,因此此方法得到的再生植株不一定具有抗病性。
课堂小结

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