1、专题2 细胞工程2.1 植物细胞工程【高考目标导航】植物组织培养【基础知识梳理】一、细胞工程的概念 1、原理和方法：应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法2、操作水平：细胞水平或细胞器水平3、工程目的：按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品4、分类：根据操作对象不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程。二、植物细胞工程1、原理：细胞的全能型 概念：已分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能 原因：生物体的任一细胞都含有包含本物种的全部遗传信息 生物体上的细胞未表现出全能性，而是形成特定的组织器官，其原因是：细胞中的基因进行了选择性表达，使细胞分化成不同的组织和器官 表现出全能性的条件：脱
2、离母体，适宜的营养物质等条件全能性表达的难易程度：受精卵生殖细胞干细胞体细胞；植物细胞动物细胞2、植物组织培养技术（1）概念：在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织，丛芽，最终形成完整的植株。（2）过程：离体的植物器官、组织或细胞 愈伤组织 试管苗 植物体（3）用途：微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产。（4）地位：是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。3.植物体细胞杂交技术（1）概念：将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物
3、体的技术（2）过程：（3）诱导融合的方法：物理法包括离心、振动、电刺激等。化学法一般是用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂。（4）意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。三、植物细胞工程的实际应用1、植物繁殖的新途径（1）微型繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。特点：保持优良品种的遗传特性；高效快速的实现种苗的大量繁殖。（2）作物脱毒：选取作物无毒组织（如茎尖）进行组织培养，获得脱毒苗的技术。（3）人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。2、作物新品种的培育：单倍体育种和突变体的利用。3、细胞产物的工厂化生产：细胞产物有蛋白质、脂肪、糖类、药
4、物、香料、生物碱等。【要点名师透析】一、植物组织培养和植物体细胞杂交的比较名称植物组织培养植物体细胞杂交原理细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能性过程选材选材：选取根尖、茎尖、形成层部位、最容易诱导脱分化不同植物细胞融合后形成的杂种细胞技术操作脱分化、再分化等除脱分化、再分化外，还要用酶解法去除细胞壁，用一定的方法诱导细胞融合关系植物组织培养时植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂二、植物细胞工程的实际应用1、植物繁殖的新途径(1)微型繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。微型繁殖有两个优点：保持优良品种的遗传特性高效快速地实现种苗的大量繁殖(2)作物脱毒解决的
5、问题：无性繁殖的作物，感染的病毒在体内逐年积累，产量降低，品质变差。解决方法：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。理论基础：植物分生区附近病毒极少，甚至无病毒。成果：采用茎尖组织培养技术，已获得脱毒的马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝和香蕉等。(3)人工种子获取方法：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，用人工薄膜包装。解决的问题：a.一些植物繁殖周期长,数年后才能结出种子；b.有些作物优良杂种的后代因发生性状分离而丧失其优良特性；c.常规种子的生产受季节、气候和地域的限制，并且占用大量的土地。2、细胞产物的工厂化生产(1)细胞产物的种类：蛋白质
6、、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。(2)成功的实例：人参、三七、紫草和银杏的细胞产物都已实现了工厂化生产。【感悟高考真题】1、（2011江苏高考）下列有关植物组织培养的叙述，正确的是()A.愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞B.二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株C.用人工薄膜将胚状体、愈伤组织等分别包装可制成人工种子D.植物耐盐突变体可通过添加适量NaCl的培养基培养筛选而获得【解析】A项，愈伤组织细胞排列疏松而无规则，是一团无定形的薄壁细胞。B项，二倍体植株花粉经脱分化和再分化后形成单倍体植株，要得到稳定遗传的个体要用秋水仙素处理单倍体幼苗。C项，用人工薄膜将胚状体
7、、不定芽、顶芽和腋芽等分别包装可制成人工种子。D项，加适量NaCl的培养基是选择培养基。【答案】D2、（2010重庆高考）明党参是我国珍稀药用植物，对其进行保护性开发利用的方法有A设计细胞培养反应器，实现药用成分的工厂化生产B大量培养愈伤组织，直接提取药用成分C大规模栽培组织培养苗，获取药用成分D利用组织培养获得胚状体，制成人工种子【解析】本题考查了植物组织培养技术的应用。对明党参进行保护性开发可采用设计细胞培养反应器的方法，也可通过大量培养愈伤组织，直接提取，还可通过大量培育培养苗而获取药用成份，还可获取人工种子进行大面积种植，正确选项为ABCD。【答案】ABCD3、（2009全国高考）下列
8、关于植物体细胞杂交或植物细胞质遗传的叙述，错误的是A利用植物体细胞杂交技术可克服生殖隔离的限制，培育远缘杂种B不同种植物原生质体融合的过程属于植物体细胞杂交过程C两个不同品种的紫茉莉杂交，正交、反交所得F1的表现型一致D两个不同品种的紫茉莉杂交，F1的遗传物质来自母本的多于来自父本的【解析】植物体细胞杂交可以用两种不同的植物细胞，从而可克服生殖隔离的限制，植物体细胞杂交的过程，实际上是不同植物体细胞的原生质体融合的过程。紫茉莉枝叶的性状的遗传是细胞质遗传，两个不同品种的紫茉莉杂交，正交、反交所得F1的表现型应与母本一致，F1的遗传物质来自母本的多于来自父本的，因为受精卵中的细胞质几乎全部来自母
9、本。故C错误。【答案】C【考点模拟演练】一、选择题1、(2011南通模拟)下列有关植物体细胞杂交技术的描述，不正确的是()A利用植物体细胞杂交可以获得某种多倍体植株B获得原生质体的过程中需要纤维素酶和果胶酶C通常用聚乙二醇或灭活病毒诱导原生质体融合D可根据细胞中染色体数目和形态的差异来鉴定杂种细胞【解析】灭活病毒是诱导动物细胞融合的方法，而不能诱导植物细胞原生质体融合。【答案】C2、在科学技术飞速发展的今天，绝大部分生物技术已迅速转化为生产力，形成了新兴的生物工程新产业，下列关于植物细胞工程技术的研究成果及运用，正确的是()A利用组织培养技术培育脱毒苗，获得具有抗病毒的新品种B单倍体育种和多倍
10、体育种过程都需经过植物组织培养技术C利用植物体细胞杂交技术可培育出不可育的“番茄马铃薯”D植物组织培养是培育“番茄马铃薯”的技术基础【解析】脱毒苗不含病毒，但不具有抗病毒的能力。多倍体的培育过程和植物组织培养无关。通过体细胞杂交获得“番茄马铃薯”的过程中，首先是通过体细胞杂交获得杂种细胞，再通过植物组织培养才能得到“番茄马铃薯”个体，培育成的该个体属于异源四倍体，是可育的。【答案】D3、下图为将胡萝卜的离体组织在一定条件下培育形成试管苗的过程示意图。有关叙述正确的是()A利用此过程获得的试管苗可能为杂合子B过程中都会发生细胞的增殖和分化C多倍体植株的培育需经过如图所示过程D此过程依据的生物学原
11、理是细胞膜具有流动性【解析】植物的组织培养过程是无性繁殖的过程，如果离体的组织来自纯合子，将来得到的试管苗是纯合子，如果离体的组织来自杂合子，将来得到的试管苗是杂合子；为脱分化；为再分化，脱分化过程没有细胞的分化；用秋水仙素处理萌发的种子和幼苗培养就可获得多倍体植株，不需组织培养过程；植物组织培养技术的理论基础是细胞的全能性而不是细胞膜流动性。【答案】A4、下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是()A培养基中添加蔗糖的目主要的是提供营养B培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化C离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织D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
12、织基因和染色体数均相同【解析】采用绿色开花植物的生殖器官部位如花药进行培养获得的愈伤组织的基因只有体细胞的一半。【答案】D5、如下图为“白菜甘蓝”杂种植株的培育过程。下列说法正确的是()A图示“白菜甘蓝”植株不能结籽B愈伤组织的代谢类型是自养需氧型C上述过程中包含着有丝分裂、细胞分化和减数分裂等过程D“白菜甘蓝”杂种植株具有的性状是基因选择性表达的结果【解析】白菜和甘蓝都是二倍体，它们的体细胞杂交后培育的“白菜甘蓝”杂种植株中2个染色体组来自白菜，2个染色体组来自甘蓝，因此“白菜甘蓝”属于异源四倍体，是可育的，能结籽；愈伤组织不能进行光合作用产生有机物，因此愈伤组织的代谢类型是异养需氧型；上述
13、过程包括去壁、原生质体融合、植物组织培养等过程，其结果是形成“白菜甘蓝”幼苗，并未发育到性成熟个体，因此整个过程中有有丝分裂和细胞分化，没有减数分裂过程；对个体来说，任何性状都是基因选择性表达的结果。【答案】D6、科学家把天竺葵的原生质体和香茅草的原生质体进行诱导融合，培育出的驱蚊草含有一种能驱蚊且对人体无害的香茅醛。下列关于驱蚊草培育的叙述中，错误的是()A驱蚊草的培育属于细胞工程育种，其优点是能克服远源杂交不亲和的障碍B驱蚊草培育过程要用到纤维素酶、果胶酶、PEG等试剂或离心、振荡、电刺激等方法C驱蚊草培育过程是植物体细胞杂交，不同于植物组织培养，无愈伤组织和试管苗形成D驱蚊草不能通过天竺
14、葵和香茅草杂交而获得是因为不同物种间存在生殖隔离【解析】植物体细胞杂交获得杂种植株的优点是克服远缘杂交不亲和的障碍。具体的方法是，先进行植物体细胞杂交，再对融合后的细胞进行组织培养。【答案】C7、下列对于细胞全能性的理解，错误的是()A大量的科学事实证明，高度分化的植物体细胞仍具有全能性B细胞内含有个体发育所需全部基因是细胞具有全能性的内在条件C通过植物组织培养得到的试管苗或人工种子，是植物细胞在一定条件下表现出全能性的结果D通过动物细胞培养可以获得细胞株或细胞系，表明动物体细胞也具有全能性【解析】细胞的全能性是指已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能，动物细胞培养获得细胞株或细胞系只是细胞分
15、裂的结果，而不一定得到了生物个体。【答案】D8、下列对植物组织培养过程中脱分化的叙述，正确的是()A植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞的过程B体内未分化的细胞在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程C高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程D愈伤组织分裂和分化，产生胚状体的过程【解析】本题考查植物组织培养过程与特点，是一道容易的基础题。只要理解脱分化的概念就不难作答。脱分化是指离体的植物器官、组织或细胞(即高度分化的细胞)经细胞分裂产生愈伤组织的过程；愈伤组织分裂、分化产生胚状体的过程为再分化。植物体的分生组织产生新细胞的过程为细胞分裂，而不是脱分化，因为细胞未分化且不是离体状
16、态；而B项则为分化，即不是脱分化，也不等同于再分化。若对脱分化与细胞分裂、再分化与分化的概念与特征不能准确区分，就容易出错。【答案】C9、下列关于植物体细胞杂交或植物细胞质遗传的叙述，错误的是()A利用植物体细胞杂交技术可克服生殖隔离的限制，培育远源杂种B不同种植物原生质体融合的过程属于植物体细胞杂交过程C两个不同品种的紫茉莉杂交，正交、反交所得F1的表现型一致D两个不同品种的紫茉莉杂交，F1的遗传物质来自母本的多于来自父本的【解析】植物体细胞杂交利用细胞膜的流动性使不同物种的两个细胞的原生质体融合在一起，经组织培养形成杂种植株，克服了不同物种之间的生殖隔离，A、B选项正确；紫茉莉枝条颜色的遗
17、传为细胞质遗传，正交、反交的结果是不同的，F1的遗传物质中细胞核遗传物质一半来自母本，一半来自父本，细胞质遗传物质几乎全部来自母本，D选项正确，C选项错误。【答案】C10、下面是关于植物组织培养及应用的示意图，关于此生物技术叙述合理的是()A利用植物组织培养技术制造人工种子，应选用图a中的B利用物理或化学的手段诱导阶段细胞发生基因突变，培育突变新品种的效果最好C通常人工种子中被包入的固氮菌在生态系统中属于消费者D人工种子中的胚状体与正常种子中的胚都是新个体的幼体，都只具有一个亲本的遗传物质【答案】A11、图为植物组织培养的基本过程，则制作人工种子和生产治疗烫伤、割伤的药物紫草素，应分别选用编号
18、()A B C D 【解析】制作人工种子选用胚状体；生产紫草素，利用大量紫草细胞代谢产物。【答案】B12、现有甲、乙两种植物(均为二倍体纯种)，其中甲种植物的光合作用能力高于乙种植物，但乙种植物很适宜在盐碱地种植，且相关性状均为核基因控制。要利用甲、乙两种植物的优势，培育出高产、耐盐的植株，有多种生物技术手段可以利用。下列所采用的技术手段中，不可行的是()A利用植物体细胞杂交技术，可获得满足要求的四倍体杂种目的植株B将乙种植物耐盐基因导入到甲种植物的受精卵中，可培育出目的植株C两种植物杂交后，得到的F1再利用单倍体育种技术，可较快获得纯种的目的植株D诱导两种植物的花粉融合，并培育成幼苗，幼苗用
19、秋水仙素处理，可培育出目的植株【解析】两种植物存在着生殖隔离，无法完成杂交，即使能够杂交，所得F1也不能产生正常可育的配子，因而不能用于单倍体育种。【答案】C13、(2011石家庄质检)下列四个选项中没有采用植物组织培养技术的是()A采用花药离体培养得到单倍体植株B用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗得到多倍体植株C人工种子的培育过程D运用细胞工程培育“番茄马铃薯”杂种植株【解析】用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗得到多倍体植株属于多倍体育种，该过程处理的是植物的雏体或幼苗，处理对象为独立的个体，无需再进行组织培养。【答案】B14、(2011聊城模拟)下列有关细胞工程的叙述中，正确的是()A植物细胞工程
20、中，融合叶肉细胞时，应先去掉细胞膜，制备原生质体B植物体细胞杂交培育出的新品种一定不是单倍体C植物细胞工程中，叶肉细胞经再分化过程可形成愈伤组织D单克隆抗体制备过程，采用不经过免疫的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合从而获得杂交瘤细胞【答案】B15、下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是()A培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压B培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化C离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织D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基因相同【解析】此题考查学生对植物组织培养技术的掌握。培养基中加入蔗糖的目的一方面可以提供营养，另一方面可以
21、调节渗透压；在整个组织培养过程中影响再分化的关键是生长素和细胞分裂素的使用比例和使用顺序；组织培养过程中的第一个关键环节是脱分化，从而形成愈伤组织；组织培养的对象既可以是体细胞也可以是生殖细胞，因此获得的愈伤组织的基因组成不一定相同。【答案】D二、非选择题16、科学家用植物细胞杂交方法，将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合，成功地培育出了“番茄马铃薯”杂种植株(如图)，其中表示过程，英文字母表示细胞、组织或植株。据图回答下列问题：(1)实现过程的技术是_，在此之前使用_酶处理细胞以除去细胞壁。如果将已除去壁的植物细胞放入等渗溶液中，细胞是何形状？_。过程如放在神舟六号飞船上则更易进行，这是因
22、为_。与过程密切相关的具有单层膜结构的细胞器为_。(2)在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，依据的原理是_，其中过程相当于_过程，涉及的分裂方式为_。(3)若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞含n条染色体，则“番茄马铃薯”细胞内含_条染色体；若杂种细胞培育成为“番茄马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培育得到的植株属于_倍体植株。(4)如果形成c细胞的a、b细胞都是番茄细胞，那么更简单的得到番茄植株f的处理方法是_。5若将该方案用在SARS研究和治疗上，则从理论上讲c细胞的制备可采用_细胞和_的融合。如果分析出了所产生抗体的氨基酸序列，则可采用_方法，以_为原料合成出该SARS抗
23、体的基因。【解析】1、植物细胞杂交工程首先应该用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，然后是两种原生质体融合，原生质体放在等渗溶液中，细胞呈现圆球形；过程是细胞壁再生的过程，与此有关的细胞器为高尔基体。2、杂种细胞培育成为杂种植株依据的原理是细胞的全能性，杂种细胞的组织培养过程要经过脱分化和再分化过程，在植物组织培养过程中不涉及减数分裂，只有有丝分裂。(3)若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞含n条染色体，则产生的“番茄马铃薯”细胞所含的染色体为二者的数目之和，即为mn条染色体，属于异源四倍体。该杂种植株的花粉经离体培育得到的植株虽然含有2个染色体组，由于是由配子发育而来，自然是单倍体。(4)如果杂种细
24、胞的两个细胞为同一种生物细胞，要获得多倍体的更好方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，用植物细胞杂交技术反而麻烦多了。(5)制备单克隆抗体需要用经过免疫的B淋巴细胞如SARS患者或康复者的B淋巴细胞和小鼠骨髓瘤细胞融合，制成杂交廇细胞。如果分析出了所产生抗体的氨基酸序列，则可采用化学合成方法，以脱氧核苷酸为原料合成该SARS抗体的基因。【答案】(1)原生质体融合纤维素酶和果胶呈圆球形飞船上无重力干扰更易进行细胞的融合高尔基体(2)细胞的全能性脱分化有丝分裂(3)(mn)单(4)用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗(5)小鼠的骨髓瘤SARS患者或康复者的B淋巴细胞化学合成脱氧核苷酸17、玉米是雌雄同株
25、异化的单子叶植物，是生产和科研的好材料。现有两个玉米品种，其基因型分别为yyRr和Yyrr。科学家将它们的花粉除去细胞壁后进行原生质体融合，再把这些融合细胞进行组织培养，培育出了玉米新品种。(1)上述育种方法采用了_技术，其生物学原理是_。这项研究的意义是_。(2)在组织培养的培养基中除了必要的营养物质外，还必须添加_。培养过程中，融合细胞首先通过细胞分裂形成_，这个过程叫做_。(3)在植物组织培养一段时间后，发现不同细胞所含蛋白质种类和数量有明显差异，其原因是_。(4)两个品种的花粉进行原生质体融合后，可产生_种基因型的融合细胞(仅考虑两两融合)，这些融合细胞再经过组织培养可以得到_种不同于
26、亲本表现型的玉米新品种。【解析】利用两个植物细胞融合培育新植株的技术为植物体细胞杂交，该技术可解决不同物种间因存在生殖隔离而不能自然杂交的问题。在细胞分化过程中，由于细胞内基因的选择性表达，合成了不同种类的蛋白质。植株yyRr可产生基因组成为yR和yr两种花粉，植株Yyrr可产生基因组成为Yr和yr两种花粉，考虑同种和不同花粉间的两两融合，可获得6种基因组成的融合细胞，即yyRR、yyrr、YYrr、yyRr、YyRr、Yyrr，这些细胞经过培养后得到的新品种中，共有四种表现型，其中有2种与亲本不同。【答案】(1)植物体细胞杂交生物膜的流动性和细胞的全能性克服远缘杂交不亲和的障碍(2)植物激素(细胞分裂素和生长素)愈伤组织脱分化(去分化)(3)基因选择性表达的结果(4)62