1、专题2 细胞工程第四十九课时植物细胞工程植物的组织培养考点一 植物组织培养【回扣教材】1植物组织培养的概念：植物组织培养就是在_和_条件下，将离体的_、_、_，培养在人工配制的_上，给予 _，诱 导 其 产 生 _、_，最终形成_。无菌人工控制植物器官组织细胞培养基适宜的培养条件愈伤组织丛芽完整的植株2植物组织培养的理论基础(原理)：_，即具有某种生物_的任何一个细胞，都具有发育成_的潜能。3植物组织培养的技术流程植物材料消毒接种到_诱导出_接种到_上_ _完整植株。植物细胞的全能性全部遗传信息完整生物体诱导培养基愈伤组织分化培养基幼苗【知识拓展】植物组织培养过程中注意的问题(1)取材：选取有
2、形成层的部位最容易诱导形成愈伤组织。(2)该过程繁殖方式为无性繁殖，细胞分裂方式为有丝分裂，包含脱分化和再分化两个阶段。(3)愈伤组织是脱分化形成的高度液泡化细胞(指细胞内有很多的小液泡)，故细胞内无叶绿体，不能进行光合作用，只能以现成有机物来提供物质和能量；其代谢方式为异养、需氧；该过程进行有丝分裂，故愈伤组织应是具有细胞周期的细胞；愈伤组织为脱分化后形成的细胞，为未分化的细胞(同受精卵一样，未分化)。(4)获取细胞产品的时期应为脱分化之后再分化之前的愈伤组织；制作人工种子需要再分化后形成的胚状体阶段。【典例精析】【例 1】下列关于植物组织培养的说法，错误的是()A在进行植物组织培养时，需要
3、适宜的温度、营养、氧气和 pHB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愈伤组织是一团无定型状态的薄壁细胞，处于未分化状态D通过平衡植物激素配比进行调控B【解析】在进行植物组织培养时，需要适宜的温度、营养、氧气和 pH，A 正确；二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到单倍体植株，此植株高度不育，因此不能稳定遗传，B 错误；愈伤组织是一团无定型状态的薄壁细胞，处于未分化状态，具有发育的全能性，C 正确；植物组织培养需要借助平衡植物激素配比进行调控，D 项正确。考点二 植物体细胞杂交技术和植物细胞工程的实际应用【回扣教材】1植物体细胞杂交技术的概念：植物体细胞杂交就是将不同种的植物_
4、，在一定条件下融合成_，并且把杂种细胞培育成_的技术。体细胞杂种细胞新的植物体2植物体细胞杂交技术的过程：融合包括膜融合和_，融合的标志是_。植物体细胞杂交技术的最终结果是获得_，而不是_。3 诱 导 融 合 的 方 法：物 理 法 包 括_等。化 学 法 一般 是 用_作为诱导剂。核融合再生出细胞壁杂种植株杂种细胞离心、振动、电激聚乙二醇(PEG)4植物体细胞杂交技术的意义：_。5植物细胞工程的实际应用(1)植物繁殖的新途径微型繁殖：是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，实际上是_生殖的一种。在繁殖的过程中，细胞进行_分裂，因此亲、子代细胞内DNA相同，具有相同的基因，因此能保证亲、子代
5、遗传特性不变。利用这种技术能高效快速实现种苗的大量繁殖。作物脱毒：由于植物_附近的病毒极少，甚至无病毒。由茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。用脱毒苗进行繁殖，种植的作物就不会或极少感染病毒。克服了生物远缘杂交的障碍无性有丝分生区人工种子：采用的还是微型繁殖的技术，但是只需培育得到_、_、_和_，包上_就可形成人工种子。人工种子与微型繁殖得到的幼苗一样能保持亲本的优良性状，另外还可不受气候、季节和地域的限制。(2)作物新品种的培育单 倍 体 育 种：优 点 是 后 代 无 性 状 分 离，后 代 都 是_，能够稳定遗传，明显_。单倍体育种从本质上说属于有性生殖，这一点
6、与微型繁殖有所区别。但单倍体育种首先要进行花药离体培养，采用的还是微型繁殖的技术，然后用_处理，获得纯合子。胚状体不定芽顶芽腋芽人工种皮纯合子缩短育种年限秋水仙素作物脱毒、人工种子、单倍体育种的培育过程均有采用微型繁殖的技术。突变体的利用：在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，因此容易受到_和_的影响而产生_。从这些产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的_，进而培育成新品种。(3)细胞产物的工厂化生产植物组织培养技术除了在农业上的应用外，还广泛应用于_的工厂化生产，这一应用只需培养到_阶段即可。常见的细胞产物有蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。培养条件外界压力突变
7、突变体细胞产物愈伤组织【知识拓展】1植物体细胞杂交的原理：膜的流动性和细胞的全能性。2植物体细胞杂交技术的目的植物体细胞杂交的终点是培育成杂种植株，而不是形成杂种细胞就结束。杂种植株特征：具备两种植物的遗传特征，原因是杂种植株中含有两种植物的遗传物质。【典例精析】【例 2】如图为植物体细胞杂交过程，据图回答：(1)过程需要的酶有。(2)过程表示，通常用到的诱导剂是。(3)融合后的原生质体会生出细胞壁，新细胞壁的产生与细胞内的(细胞器)有关。(4)过程代表，过程代表，这项培育技术涉及到的原理是，其培养时选用的材料通常是分生组织，原因是。纤维素酶和果胶酶诱导原生质体融合PEG(聚乙二醇)高尔基体脱
8、分化再分化植物细胞的全能性全能性高，易培养形成愈伤组织(5)若番茄是二倍体，马铃薯是四倍体，此技术获得的杂种植株为倍体，若番茄细胞内含 A 条染色体，马铃薯细胞内含 B 条染色体，将番茄和马铃薯采用杂交育种方法培育(假设能成功)，得到的后代应含条染色体，还必须用来处理幼苗，才能得到可育的番茄马铃薯植株。六秋水仙素AB2【解析】(1)分析图形可知，过程是用酶解法获取原生质体，需要纤维素酶和果胶酶。(2)过程为诱导原生质体融合，常用 PEG 诱导。(3)植物细胞壁的形成与细胞内的高尔基体有关。(4)过程是脱分化，过程是再分化，植物组织培养的原理是植物细胞的全能性；培养时选用的材料通常是分生组织，原
9、因是全能性高，易培养形成愈伤组织。(5)若番茄是二倍体，马铃薯是四倍体，则获得的杂种植株为六倍体；若番茄细胞内含 A 条染色体，马铃薯细胞内含 B 条染色体，将番茄和马铃薯采用杂交育种方法培育得到的后代应含(AB)/2 条染色体，是不育植株，必须用秋水仙素来处理幼苗，使细胞内染色体数加倍，才能得到可育的番茄马铃薯植株。课时练习四十九一、选择题(每小题只有一个正确选项)1植物学家将胡萝卜的韧皮部细胞分离出来，将单个细胞放入特定培养基中培养，获得了许多完整的植株，这些植株的特点是()A彼此性状极为相似B都是单倍体植株C植株的变异频率较高D都是纯合体植株A【解析】这些完整的植物都是由单个韧皮部细胞通
10、过植物组织培养得到的，属于无性繁殖，因此彼此性状极为相似，A 正确；B、C、D 错误。2下面关于植物细胞工程的叙述，正确的是()A叶肉细胞已经高度分化，无法表现出全能性B叶肉细胞经再分化过程可形成愈伤组织C融合植物叶肉细胞时，应先去掉细胞膜D叶肉细胞离体培养时，可以表现出全能性D【解析】叶肉细胞已经高度分化，但在体外培养的条件下也能表现出全能性，A 错误；叶肉细胞经脱分化过程可形成愈伤组织，B 错误；融合植物叶肉细胞时，应先去掉细胞壁，C 错误；叶肉细胞离体培养时，可以表现出全能性，形成完整植株，D 正确。3某生物兴趣小组用芦荟新鲜茎的一部分作为材料进行组织培养，待愈伤组织能正常形成且继续长大
11、，正常根和芽却迟迟不能形成。你认为导致该情况出现的最可能的原因是()A葡萄糖、氨基酸等有机营养供应不足B培养环境光照、温度、pH 或氧气浓度不适宜C生长素和细胞分裂素比例不协调D无菌条件没有控制好C【解析】因为“愈伤组织能正常形成且继续长大”，说明培养基营养充足、环境条件适宜且没有受到杂菌污染；当生长素和细胞分裂素的比例达到一定值的时候，才能使愈伤组织分化出根和芽。4下图表示通过植物体细胞杂交技术培育番茄马铃薯的流程图。相关叙述错误的是()A图中至过程涉及细胞的分裂和分化，但不涉及减数分裂B过程常用的方法有电激、PEG 诱导和灭活病毒诱导C激素的浓度和比例可以调控过程中细胞的脱分化和再分化D该
12、技术尚未解决让杂种植株按人类需求表达性状的问题B【解析】分析题中流程图，是去壁；是促融；是生壁；是脱分化；是再分化。所以至过程涉及细胞的分裂和分化，但不涉及减数分裂，A 正确。植物原生质体融合的方法只有物理法(离心、振动、电激等)和化学法(常用 PEG)，没有生物法，B 错误。诱导植物细胞发生脱分化和再分化主要依靠植物激素的种类和适宜比例，C 正确。植物体细胞杂交技术实现了杂种植株的培育，但没有解决让杂种植株按人类需求表达性状的问题，D 正确。5某兴趣小组拟用组织培养繁殖一种名贵花卉，其技术路线为“取材消毒愈伤组织培养出芽生根移栽”。下列有关叙述，错误的是()A消毒的原则是既杀死材料表面的微生
13、物，又减少消毒剂对细胞的伤害B在愈伤组织培养中加入细胞融合的诱导剂，可获得染色体加倍的细胞C出芽是细胞再分化的结果，受基因选择性表达的调控D生根时，培养基通常应含 萘乙酸等生长素类调节剂B【解析】消毒是杀死有害微生物，其原则是既杀死材料表面的微生物，又减少消毒剂对细胞的伤害，A 正确；在愈伤组织培养中加入秋水仙素，因为没有去除细胞壁，不可获得染色体加倍的细胞，B 错误；出芽是细胞再分化的结果，受基因选择性表达的调控，C 正确；生根时，培养基通常应含 萘乙酸等生长素类调节剂，D 正确。6为了培育菊花新品种，科学家利用二倍体野生夏菊和六倍体栽培秋菊进行杂交，培育过程如图所示。下列有关叙述正确的是(
14、)A野生夏菊和栽培秋菊自然杂交后是四倍体，属于同一物种B过程常选择酶解法去壁，一般在低渗溶液中进行C过程有关的细胞器只有高尔基体比较活跃Dd 植株含有 8 个染色体组，是可育的，此育种方法的原理是染色体变异，能克服远缘杂交不亲和的障碍D【解析】夏菊和秋菊二者存在生殖隔离，二者属于不同物种。酶解后原生质体没有细胞壁，在低渗溶液中会出现吸水涨破的现象。过程属于形成新细胞壁的过程，细胞中线粒体和高尔基体都比较活跃。d植株属于杂种植株，含有亲本夏菊和秋菊的遗传物质。7人工种子是人们模仿天然种子结构制造出来的生命有机体，它能像天然种子一样萌发生长。人工种子的核心部分胚状体可以由悬浮培养的芽尖细胞得到，也
15、可以通过试管培养的花粉或胚囊获得，由此人们把胚状体分为“体细胞胚”和“花粉胚”。请据此判断下列说法中不正确的是()A人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结籽困难、发芽率低等问题B培育胚状体利用了植物组织培养技术C同一种植物“体细胞胚”和“花粉胚”的染色体组的数目比为 11D该项技术的成功应用反映了细胞的全能性C【解析】根据题意可知体细胞胚是由植物的体细胞经脱分化和再分化形成的，而花粉胚是由花粉(经减数分裂形成)经脱分化和再分化形成的，因此，同一种植物的体细胞胚和花粉胚的染色体组的数目比是21，C 项错误；人工种子具有很多优点，如解决有些作物品种繁殖能力差、结籽困难、发芽率低等问题，A 项正
16、确；胚状体的形成是离体的细胞经脱分化和再分化形成的(即植物组织培养技术)，B 项正确；植物组织培养的理论依据是细胞的全能性，D 项正确。8下列有关植物体细胞杂交技术的叙述，错误的是()A需要在无菌环境条件下，且培养基中需要加入植物激素B需要纤维素酶和果胶酶处理以获得原生质体C植物体细胞杂交技术的原理是基因重组D利用植物体细胞杂交可以获得多倍体植株C【解析】植物体细胞杂交技术需要在无菌环境条件下，且培养基中需要加入植物激素，A 正确；需要纤维素酶和果胶酶处理以获得原生质体，B 正确；植物体细胞杂交技术的原理是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性，C 错误；利用植物体细胞杂交可以获得多倍体植株，D 正
17、确。9下列关于植物体细胞杂交的叙述，错误的是()A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B原生质体仍具有再生细胞壁，连续分裂并长成完整植株的能力C参与杂种细胞的细胞壁形成的细胞器主要是线粒体和核糖体D植物体细胞杂交技术可克服不同种植物之间的不亲和障碍C【解析】A.植物体细胞杂交包括去除细胞壁、原生质体融合、再生细胞壁和植物组织培养，A 正确；B.原生质体含有此生物的全部遗传物质，依然具有细胞全能性，即具有再生细胞壁、进行连续分裂并长成完整植株的能力，B正确；C.与细胞壁形成有关的细胞器有线粒体和高尔基体，C 错误；D.植物体细胞杂交技术可以克服远源杂交不亲和的障碍，培育作物新品种方
18、面取得的重大突破，D 正确。10植株甲是二倍体水稻，利用植株甲获得了植株乙，而后利用植株甲和乙又获得植株丙和丁。培养过程如图所示。下列有关叙述正确的是()A用秋水仙素处理植株甲的雌蕊柱头可获得植株乙B植株丙与植株丁的体细胞中染色体组的数目相同C植株丁的花药离体培养可得到植株丙D获得植株丙和植株丁的过程都属于有性生殖C【解析】用秋水仙素处理植株甲萌发的种子或幼苗可得到植株乙；图示丙植株体细胞中染色体组数应为 3，而丁植株体细胞中染色体组数应为 6；获得植株丙的过程为有性生殖，获得植株丁的过程为无性生殖。11小麦是世界最主要的粮食作物之一，纹枯病是小麦的三大病害之首，一种野生山羊草具有纹枯病的抗性
19、基因。现用一定剂量的紫外线处理山羊草原生质体，破坏其所有的细胞核，且使染色体片段化，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，与完整的小麦原生质体触合，以获得抗纹枯病的杂种植株，流程如下图。下列相关叙述中错误的是()AA过程利用了酶的专一性原理，获取的原生质体应培养在 0.9%的生理盐水中B过程利用了膜的流动性原理，同时含有叶绿体和细胞核是筛选杂种细胞的标志C过程利用了细胞的全能性原理，该过程中需用不同激素不同浓度的培养基培养D过程利用了生物大分子杂交原理进行筛选，最后还需用纹枯病菌感染进行鉴定【解析】过程获取原生质体需用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞的细胞壁，为保持原生质体的形态
20、，应将获取的原生质体放在等渗溶液中，以免失水皱缩或吸水涨破。0.9%的生理盐水是人体细胞的等渗溶液，并不一定是植物细胞的等渗溶液，A 项错误；过程表示促融过程，由于山羊草幼叶的叶肉细胞原生质体无核(被破坏)而有叶绿体，小麦幼根细胞的原生质体无叶绿体而有细胞核，故同时含有叶绿体和细胞核的原生质体才是杂种细胞，B 项正确；过程为植物组织培养技术，在其脱分化及再分化过程中，生长素和细胞分裂素的浓度配比是不相同的，C 项正确；在过程中，要筛选出含有抗病基因的杂种植株，需用 DNA 分子杂交、DNARNA 分子杂交、抗原抗体杂交等生物大分子杂交技术，最后还需用纹枯病菌感染进行接种实验，以做最后的个体水平
21、的鉴定，D项正确。12如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，相关叙述正确的是()A该途径依据的原理是植物细胞具有全能性B过程中需控制好培养基中植物激素的比例C过程需用一定浓度的胰蛋白酶处理愈伤组织D过程需使用固体培养基，有利于细胞增殖及细胞分泌物提取B【解析】细胞的全能性是指最后发育成完成个体，而图示表示的是获得细胞产物，A 错误；在植物组织培养过程中，培养基中需要加入生长素和细胞分裂素，B 正确；胰蛋白酶是用于将动物组织分散成单个细胞使用的物质，C 错误；过程应该用液体培养基，D错误。13右图为细胞融合的简略过程(只考虑两个细胞的融合)。若 A、B 分别是基因型为 Hhrr、hhRr
22、的两个烟草品种的花粉，且这两对基因分别位于两对同源染色体上，由于一对隐性纯合基因(rr 或 hh)的作用，在光照强度大于 800 lx 时，都不能增殖。下列叙述中正确的是()实验开始时必须用纤维素酶和果胶酶除去不利于原生质体融合的物质 实验中除了杂种细胞外，还有5 种融合细胞 要想从融合细胞的培养液中分离出基因型为 HhRr 的杂种细胞，可在大于 800 lx 光照下培养，收集增殖分化的细胞团 要想从融合细胞的培养液中分离出基因型为 HhRr 或 Hhrr 的杂种细胞，可在大于800 lx 光照下培养，收集增殖分化的细胞团 从理论上分析考虑，将融合细胞的培养液放在大于 800 lx 光照下培养
23、，有 5 种融合细胞不能增殖分化AB CDD【解析】实验开始时必须用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁，有利于原生质体融合。实验中除了杂种细胞外，还有两种融合细胞，即同种花粉细胞的融合。在大于 800 lx 光照下培养，含隐性纯合基因(rr 或 hh)的是同种花粉的融合体，不能生长，只有基因型为HhRr 的杂种细胞才能增殖。二、非选择题14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 1 所示，其中表示过程，英文字母表示细胞、组织或植株。育种工作者还利用番茄进行了如下三组实验如图 2。据图回答下列问题：图 1 图 2(1)实现过程的技术是
24、，在此之前使用酶处理细胞以除去细胞壁。过程原生质体经过再生，与此密切相关的细胞器为。(2)过程后，在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的存在，这一特征可作为初步筛选杂种细胞的标志。(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。原生质体融合纤维素酶和果胶细胞壁高尔基体叶绿体mn单(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)若杂种植株在有丝分裂过程中，仅保留番茄的染色体而马铃薯的染色体会不断丢失
25、，采用特异性引物对番茄和马铃薯基因组 DNA 进行 PCR 扩增，得到两亲本的差异性条带，可用于杂种植株的鉴定。图 3是用该引物对双亲及 4 棵再生植株 14 进行 PCR 扩增的结果。据图判断，再生植株 14 中一定是杂种植株的有(多选)。图 3用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗1、2、4(6)图 2过程培育植物体 A 主要应用了技术。(7)用红果多室(Yymm)番茄植株的花粉进行、有关实验，则过程中，培育植物体 B 的方法()称为。植物体 C 的基因型有。(细胞 A 为两两融合细胞，写出具体的基因型)(8)三种育种得到的植物体 A、B、C 中一定为纯合体的是。植物组织培养单倍体育种YYmm或Y
26、ymm或yymm植物体B【解析】(1)图中的 a、b 分别是番茄和马铃薯的原生质体，故采用的技术是原生质体融合；除去植物细胞壁的酶是纤维素酶和果胶酶；过程为再生新的细胞壁，高尔基体与细胞壁的形成有关。(2)过程后，在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的叶绿体，就可以筛选杂种细胞。(3)植物体细胞杂交获得的杂种植株染色体数目是两种植物染色体数目之和，即 mn；配子发育成的植株一定是单倍体。(4)若 a、b 都是番茄细胞，得到的杂种植株实际上相当于番茄的染色体数目加倍的植株，因此另一种得到这样植株的方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。(5)根据图谱，番茄含有碱基对为 300 和 600 的DNA
27、片段，马铃薯含有碱基对为 1 000、1 300 和 1 500的片段，再生植株 3，只含有长度为 300 和 600 的片段，与番茄一致，1、2、4 既含有番茄的 DNA 片段，又含有马铃薯的 DNA 片段，为杂种植株。(6)图 2培育植物体采用了植物组织培养技术。(7)利用植物的花粉进行培养，属于单倍体育种，用红果多室(Yymm)番茄植株的花粉进行、有关实验，则过程中，从花粉形成幼苗 B 所进行的细胞分裂方式是有丝分裂。过程中植物体 C 的基因型YYmm 或 Yymm 或 yymm。(8)三种育种得到的植物体 A、B、C 中一定为纯合体的是只有植物体 B，因为植物体 B 是经过秋水仙素处理
28、，基因加倍。15下图为两个种间植物细胞融合和再生植株示意图。请据图回答：(一八表示各主要步骤)(1)从步骤一到步骤二是植物细胞形成的阶段，其关键技术是。原生质体细胞壁的去除(2)从步骤二到步骤三一般要用作为促融剂。(3)在形成再生植株的过程中，与组织培养有相似之处的步骤是，理由是。(4)步骤八表示选择体细胞杂种植株，杂种植株在形态上表现为，其根本原因是。(5)该项研究解决了育种过程中的什么问题？。聚乙二醇(PEG)六七都有形成愈伤组织、转移愈伤组织到新的培养基培养成杂种植株的过程同时具有双亲的特性具有双亲细胞的全部遗传物质远缘杂交不亲和的问题【解析】(1)植物细胞融合由于细胞壁的阻隔难以进行，所以要先用纤维素酶和果胶酶将细胞壁降解，分离得到原生质体。(2)细胞融合难以自发进行，需用物理或化学方法诱导融合。常用的物理方法有显微操作、电激、离心、振动等，化学方法常用聚乙二醇(PEG)作为促融剂。(3)六七为杂种细胞分裂、分化形成愈伤组织后形成杂种植株的过程，这与组织培养是相同的。(4)选育的杂种植株具备双亲的遗传特性，因为它结合了双亲的遗传物质。(5)植物体细胞杂交主要克服了远缘杂交不亲和的障碍，对培育作物新品种有重要意义。