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第52讲 植物细胞工程
选择性必修3 生物技术与工程
第九单元 生物技术与工程
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。
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。
3．举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢物生产、育种等方式有效提高了生产效率。
一、细胞工程的概念
考点1 植物细胞工程的基本技术
二、植物细胞的全能性
1．概念：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生__________或分化成其他各种细胞的潜能。
2．在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会____________。
完整生物体
选择性地表达
三、植物组织培养技术
1．概念：将离体的________、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．原理：________________。
3．过程
植物器官
植物细胞的全能性
脱分化
再分化
4．探究·实践——菊花的组织培养
流水
酒精
消毒
无菌水
次氯酸钠
愈伤组织
封口膜
18～22 ℃
芽
生
生根
封口膜
消过毒
5．生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响
生长素/细胞分裂素 植物细胞的发育方向
比值高 有利于根的分化、抑制芽的形成
比值低 有利于芽的分化、抑制根的形成
比值适中 促进愈伤组织的形成
1．(人教版选择性必修3 P35－37探究·实践)菊花组织培养的再分化过程中，若愈伤组织在诱导生根的培养基中未形成根，但分化成了芽，其可能的原因是_________________________________________
__________________________________________________________。
提示：培养基中生长素用量和细胞分裂素用量的比值偏低
四、植物体细胞杂交技术
1．概念：将不同来源的__________，在一定条件下融合成________，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。
2．原理：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______。
植物体细胞
杂种细胞
流动性
全能性
3．操作过程
4．意义
植物体细胞杂交技术在打破________，实现____杂交育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。
纤维素酶
果胶酶
聚乙二醇融合法
高Ca2+—高pH融
合法
生殖隔离
远缘
2．(人教版选择性必修3 P38拓展应用)“番茄—马铃薯”杂种植株并未地上结番茄，地下长马铃薯，其原因是______________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________。
提示：遗传物质的表达相互干扰，使它们不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达
1．植物组织培养与植物体细胞杂交的比较
[深化拓展]
2．植物体细胞杂交和有性杂交的辨析
1．在蓝莓组织培养过程中，宜选用蓝莓成熟叶片为材料制备外植体。 ( )
提示：一般选用代谢旺盛、再生能力强的器官或组织为材料制备外植体。
2．提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根。 ( )
×
√
3．研究者通过体细胞杂交技术，探索利用条斑紫菜和拟线紫菜培育杂种紫菜。从食用紫菜的动物消化道内提取蛋白酶，用于去除细胞壁。 ( )
提示：紫菜细胞的细胞壁的主要成分含纤维素和果胶，用蛋白酶无法除去细胞壁。
4．植物组织培养中，培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压。 ( )
×
√
甲植株(2n＝18)具有由核基因控制的多种优良性状，远缘植株乙(4n＝32)的细胞质中存在抗除草剂基因，科研人员利用植物体细胞杂交技术培育具有抗除草剂性状的优良品种丙，途径如图所示。已知X射线处理会使细胞分裂功能丧失但不影响线粒体功能，丙烯酸异辛酯(IOA)处理会使线粒体失活，但不影响细胞分裂。
(1)利用植物体细胞杂交技术获得新植物体，利用的生物学原理是
___________________________________________________________。
提示：细胞膜的流动性和植物细胞的全能性
(2)③④分别表示的生理过程是______________________、__________。
提示：杂种细胞再生细胞壁 脱分化
(3)在细胞融合体系中，未融合的细胞不能形成愈伤组织，原因是什么？杂种植株丙抗除草剂基因不会通过花粉造成基因污染，原因是什么？
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________。
提示：甲原生质体用IOA处理后线粒体失活，细胞生命活动受限；乙原生质体经X射线处理后失去分裂能力。抗除草剂基因位于线粒体中，是细胞质基因，不会通过花粉遗传给后代
考向1 植物组织培养技术
1．(链接人教版选择性必修3 P35探究·实践)下列关于菊花组织培养的叙述，正确的是( )
A．用自然生长的茎进行组织培养须用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠混合液消毒
B．培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换
C．为防止杂菌污染，从接种外植体到生成试管苗尽量在同一个锥形瓶内完成
D．组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质，蛭石能提供生长支撑和促进植物生长
√
D [自然生长茎段的消毒属于外植体消毒，先用体积分数为70%的乙醇，然后用无菌水清洗，再用质量分数为5%左右的次氯酸钠消毒处理，最后再用无菌水清洗，A错误；培养瓶用专用封口膜封口的目的是防止杂菌污染，此操作并不影响气体交换，B错误；接种外植体到生成试管苗不能在同一个锥形瓶中完成，因为脱分化和再分化需要的条件以及培养基都不一样，C错误；组培苗生存能力较弱，需要进行锻炼，采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石保水透气，因此组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质，蛭石能提供生长支撑和促进植物生长，D正确。]
2．(链接人教版选择性必修3 P35探究·实践)某植物组织培养的最佳激素配比如表。下列叙述正确的是( )
组织培养阶段 细胞分裂素 浓度(μmol/L) 生长素浓度
(μmol/L)
Ⅰ——诱导形成 愈伤组织 m1 n1
Ⅱ——诱导形成 幼芽 m2 n2
Ⅲ——诱导生根 m3 n3
A．不同阶段m/n值是不同的，此值最大的阶段是Ⅲ阶段
B．在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段中只有阶段Ⅱ需要给予适当的自然光照
C．Ⅰ阶段时通常选择茎尖、幼叶等幼嫩部位作为外植体
D．用该技术进行细胞产物工厂化生产时激素配比最好为m2和n2
√
C [细胞分裂素用量比生长素用量(m/n值)，比值低时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值高时，有利于芽的分化、抑制根的形成；比值适中时，促进愈伤组织的形成，因此不同阶段m/n值是不同的，此值最大的阶段是Ⅱ阶段，A错误。Ⅰ过程为脱分化，Ⅱ、Ⅲ过程是形成幼芽、根的再分化过程，Ⅰ过程一般不需要光照，Ⅱ、Ⅲ过程需要光照，B错误。Ⅰ阶段时通常选择茎尖、幼叶等作为外植体，原因是茎尖、幼叶细胞分化程度低，容易诱导产生愈伤组织，C正确。用该技术进行细胞产物工厂化生产时激素配比最好为m1和n1，D错误。]
考向2 植物体细胞杂交技术
3．(链接人教版选择性必修3 P37正文、P38图2-4)植物甲抗旱、抗病性强，植物乙分蘖能力强、结实性好。科研人员通过植物体细胞杂交技术培育出兼有甲、乙优良性状的植物丙，过程如下图所示。下列叙述错误的是( )
A．过程①中酶处理的时间差异，原因可能是两种亲本的细胞壁结构有差异
B．过程②中常采用灭活的仙台病毒或PEG诱导原生质体融合
C．过程④和⑤的培养基中均需要添加生长素和细胞分裂素
D．可通过分析植物丙的染色体，来鉴定其是否为杂种植株
√
B [酶解是为了去除植物细胞的细胞壁，过程①中酶处理的时间不同，原因可能是两种亲本的细胞壁结构有差异，A正确；过程②为原生质体的融合，常用PEG诱导原生质体融合，灭活的仙台病毒可诱导动物细胞融合，不能用于植物，B错误；过程④脱分化和过程⑤再分化的培养基中均需要添加生长素和细胞分裂素，但在两个过程中比例不同，C正确；可通过分析植物丙的染色体，来鉴定其是否为杂种植株，D正确。]
4．(链接人教版选择性必修3 P38图2-4、正文)科学家利用植物体细胞杂交技术诱导天竺葵原生质体和香茅草原生质体融合，培育出一种能散发出对人体无害的具特殊气味的驱蚊草。下列叙述正确的是
( )
A．采用同种胶原蛋白酶去除两种植物细胞壁
B．经过体细胞杂交得来的新植物体都不可育
C．该技术利用了细胞膜的选择透过性
D．该技术打破了物种界限，实现远缘杂交育种
√
D [植物细胞壁的成分主要是纤维素和果胶，应该用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，A错误；若两种原生质体的染色体组数都是偶数，经过体细胞杂交得来的新植物体有可能可育，B错误；该技术利用了细胞膜的流动性和植物细胞的全能性，C错误；该技术打破了生殖隔离，实现了远缘杂交育种，D正确。]
一、植物繁殖的新途径
考点2 植物细胞工程的应用
二、作物新品种的培育
1．(人教版选择性必修3 P40正文)单倍体植株是进行体细胞诱变和研究遗传突变的理想材料，其原因是____________________________
___________________________________________________________
__________________________________________________________。
提示：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
2．(人教版选择性必修3 P41正文)结合诱变育种，从细胞工程的角度出发，简述一种培养抗寒香蕉品种的方法及步骤：______________
___________________________________________________________
__________________________________________________________。
提示：体细胞诱变育种。利用诱变剂等方法使香蕉离体培养细胞产生突变，再利用植物组织培养技术发育成完整植株，然后筛选培育出抗寒品种
三、细胞产物的工厂化生产
1．初生代谢与次生代谢
初生代谢是生物生长和生存所____的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行着。初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等。次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的__________中，并在一定的环境和时间条件下才进行。
必需
组织或器官
2．过程
提醒：工厂化生产不一定要培养出植物体，一般培养到愈伤组织阶段，从培养愈伤组织细胞的培养液中就可提取细胞产物。
3．植物细胞培养：是指在____条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其____的技术。
离体
增殖
1．葡萄的扦插、石榴的压条繁殖方式属于微型繁殖。 ( )
提示：葡萄的扦插、石榴的压条繁殖方式不属于微型繁殖，微型繁殖是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
2．单倍体育种和突变体育种的原理相同。 ( )
提示：单倍体育种的原理是染色体变异，而突变体育种的原理是基因突变。
×
×
3．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。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。 ( )
提示：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。
4．利用植物细胞培养生产的紫草宁是世界首例药用植物细胞工程产品。 ( )
×
√
1．马铃薯栽培种的抗病性和抗逆性较差，野生马铃薯种的抗病性和抗逆性较好。利用野生马铃薯种，通过细胞工程改进马铃薯栽培种种质的思路是什么？
___________________________________________________________
__________________________________________________________。
提示：将野生马铃薯种细胞与马铃薯栽培种细胞融合，经植物组织培养技术培养成植株
2．传统生产紫杉醇的方法不利于对野生红豆杉的保护，我国科学家经过多年研究，筛选出了高产紫杉醇的细胞。请简要表述工业化生产紫杉醇的方法。
___________________________________________________________
___________________________________________________________。
提示：利用植物组织培养技术把离体的红豆杉细胞培养成愈伤组织，从中提取紫杉醇，进行加工生产
考向 植物细胞工程在生产实践中的应用
1．(链接人教版选择性必修3 P40图2-6、正文)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
√
D [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，A错误；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，B错误；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，C错误；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，D正确。]
2．(链接人教版选择性必修3 P40－41正文)运用植物细胞工程技术可以培育单倍体植株和进行细胞产物的工厂化生产。判断下列相关表述正确的是( )
A．用花药培养得到单倍体植株需要用到植物细胞融合技术来恢复细胞中染色体数
B．细胞产物的工厂化生产主要利用促进细胞生长的培养条件，提高了单个细胞中次生代谢物的含量
C．植物细胞培养的原理是利用了植物细胞一般具有全能性
D．突变体育种常用射线、化学物质等方法处理愈伤组织细胞
√
D [用花药培养得到单倍体植株需要用秋水仙素处理或低温诱导来恢复细胞中染色体数，A错误；细胞产物的工厂化生产是利用植物细胞培养来获得目标产物的过程，并不是提高单个细胞中次生代谢物的含量，B错误；植物细胞培养的原理是利用了细胞增殖，C错误；愈伤组织细胞分裂旺盛，因此突变体育种常用射线、化学物质等方法处理愈伤组织细胞，D正确。]
3．(链接人教版选择性必修3 P41正文)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
√
B [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，A正确；诱导愈伤组织时需加入NAA和细胞分裂素，B错误；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，以获得更多的营养物质和氧气，使其可以进一步分裂，C正确；加入诱导剂茉莉酸甲酯可大幅提高产量，推测茉莉酸甲酯改变了迷迭香次生代谢物(不是植物生长所必需的)的合成速率，D正确。]
体验真题 感悟高考 · 有章可循
√
1．(2024·浙江1月卷)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。下列操作不可行的是( )
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
D [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；将丛生芽切割后进行继代培养可实现快速繁殖，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。]
2．(2024·江苏卷)下图为植物原生质体制备、分离和检测的流程。下列相关叙述正确的是( )
A．步骤①添加盐酸以去除细胞壁
B．步骤②吸取原生质体放入无菌水中清洗
C．原生质体密度介于图中甘露醇和蔗糖溶液密度之间
D．台盼蓝检测后应选择蓝色的原生质体继续培养
√
C [步骤①添加纤维素酶或果胶酶去除细胞壁，其原理是酶的专一性，A错误；步骤②吸取原生质体放入等渗液中清洗，否则会导致原生质体吸水涨破，B错误；结合图示可知，原生质体处于甘露醇和蔗糖溶液之中，因而可推测原生质体的密度介于图中甘露醇和蔗糖溶液密度之间，C正确；台盼蓝检测后应选择无色的原生质体继续培养，染成蓝色的原生质体活性差或死亡，D错误。]
3．(2024·福建卷)中国水仙是一种三倍体观赏花卉。传统生产采用分球茎繁殖方式，不仅周期长、产率低、花色单调，还易积累病毒。下列措施无法达到改良目的的是( )
A．用水仙鳞片进行植物组织培养以提高产率
B．利用单倍体育种对中国水仙进行品种选育
C．选用水仙幼嫩组织作为外植体获得脱毒苗
D．通过基因工程技术引入外源基因改变花色
√
B [用水仙鳞片进行植物组织培养可以在短期内得到大量植株，可以提高产率，A正确；中国水仙是一种三倍体观赏花卉，其在形成配子时联会紊乱，不能形成正常的配子，不能进行单倍体育种，B错误；幼嫩组织几乎不含病毒，可选用水仙幼嫩组织作为外植体获得脱毒苗，C正确；生物的性状受基因的控制，可通过基因工程技术引入外源基因改变花色，D正确。]
4．(2024·安徽卷)植物细胞悬浮培养技术在生产中已得到应用。某兴趣小组尝试利用该技术培养胡萝卜细胞并获取番茄红素，设计了以下实验流程和培养装置(如图)，请同学们进行评议。下列评议不合理的是( )
A．实验流程中应该用果胶酶等处理愈伤组织，制备悬浮细胞
B．装置中的充气管应置于液面上方，该管可同时作为排气管
C．装置充气口需要增设无菌滤器，用于防止杂菌污染培养液
D．细胞培养需要适宜的温度，装置需增设温度监测和控制设备
√
B [植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，欲利用愈伤组织制备悬浮细胞，可用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织，A正确；装置中的充气管应置于液面下方，以利于培养液中的溶氧量的增加，该管不能同时作为排气管，B错误；为了防止杂菌污染培养液，装置充气口需要增设无菌滤器，C正确；细胞培养时需要保证适宜的温度，因此装置需增设温度监测和控制设备，D正确。]
1．(2024·广东广州一模)实验小组欲利用植物组织培养技术大量培养粉葛，下列操作不恰当的是( )
课时数智作业(五十二) 植物细胞工程
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
选项 步骤 具体操作
A 材料选择 选择粉葛幼嫩的芽叶作为外植体
B 外植体消毒 酒精消毒冲洗后，用次氯酸钠再次消毒
C 获得愈伤组织 遮光处理并提供适宜的营养物质
D 诱导生根 降低培养基中生长素与细胞分裂素的比值
D [利用植物组织培养技术大量繁殖植物体的过程中要选择幼嫩的芽叶作为外植体，因为其分化程度较低，全能性较高，容易诱导成功，A正确；植物组织培养过程中，对外植体进行消毒时要在酒精消毒冲洗后，用次氯酸钠再次消毒，B正确；获得愈伤组织过程需要遮光，因为光照会促进细胞分化，不利于形成愈伤组织，C正确；生长素能促进植物生根，因此降低培养基中生长素与细胞分裂素的比值不利于生根，应当提高该比值，D错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
2．(2024·北京卷)大豆叶片细胞的细胞壁被酶解后，可获得原生质体。以下对原生质体的叙述错误的是( )
A．制备时需用纤维素酶和果胶酶
B．膜具有选择透过性
C．可再生出细胞壁
D．失去细胞全能性
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
D [大豆叶片细胞是植物细胞，具有细胞壁，其细胞壁的成分是纤维素和果胶，所以制备原生质体时需用纤维素酶和果胶酶进行处理，A正确；生物膜的功能特点是具有选择透过性，所以膜具有选择透过性，B正确；原生质体可以再生出新的细胞壁，C正确；分离出的原生质体具有全能性，可用于植物体细胞杂交，为杂种植株的获得提供了理论基础，D错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
3．(2024·湖南长沙模拟)红豆杉(2n＝24)能产生具有高抗癌活性的紫杉醇，柴胡(2n＝12)生长迅速。红豆杉—柴胡是通过植物细胞工程培育的一种既能产生紫杉醇，又能迅速生长的杂交植株。部分培育过程如图所示。下列有关叙述正确的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
A．获得原生质体的过程需要用纤维素酶和胰蛋白酶去除细胞壁
B．过程①可用高Ca2+－高pH融合法诱导，利用了细胞膜的流动性
C．过程②的培养基中需添加适量的生长素类和赤霉素类植物生长调节剂
D．红豆杉—柴胡杂种植株是二倍体，能够产生可育配子
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
B [植物细胞壁的成分主要是纤维素和果胶，获得原生质体的过程需要用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞的细胞壁，A错误；过程①是诱导原生质体融合，可用高Ca2+－高pH融合法，利用了细胞膜的流动性，B正确；过程②为脱分化，该过程需要在培养基中添加适量的生长素类和细胞分裂素类植物生长调节剂，C错误；红豆杉—柴胡杂种植株是异源四倍体而不是二倍体，能够产生可育配子，D错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
4．(2024·广东梅州一模)骆驼蓬主要分布在干旱和半干旱地区，能防风固沙。骆驼蓬合成的多种生物碱具有抗肿瘤作用。科研人员利用骆驼蓬下胚轴进行育苗和生物碱提取，过程如下图所示。下列说法正确的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
A．下胚轴切段需用酒精和次氯酸钠进行灭菌处理
B．过程①和过程②分别发生了细胞的脱分化和再分化
C．由无毒下胚轴经组织培养获得的骆驼蓬无毒幼苗可抵抗病毒的侵染
D．骆驼蓬具有防风固沙的作用，体现了生物多样性的间接价值
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
D [下胚轴切段需用酒精和次氯酸钠进行消毒处理，非灭菌处理，A错误；过程①发生的是细胞的脱分化，过程②是愈伤组织的扩大培养，不是再分化过程，B错误；由无毒下胚轴经组织培养获得的骆驼蓬无毒幼苗只是不带病毒，并不是能抵抗病毒的侵染，C错误；骆驼蓬具有防风固沙的作用，这属于生态功能，体现了生物多样性的间接价值，D正确。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
5．(2024·广东东莞期末)科研人员研究了马铃薯茎尖切块大小对幼苗的脱毒率和成苗率的影响，结果如图。下列相关叙述正确的是
( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
A．需用酒精和次氯酸钠溶液对茎尖进行灭菌处理
B．茎尖切块依次经再分化和脱分化过程发育成脱毒苗
C．马铃薯的脱毒培养中茎尖切块的适宜大小为0.27 mm
D．上述培养过程获得的脱毒苗具有不被病毒侵染的能力
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
C [用酒精和次氯酸钠溶液对茎尖进行的是消毒处理，A错误；培育脱毒苗的过程中利用了植物组织培养技术，依次经过脱分化和再分化两个阶段，B错误；据图分析可知，茎尖外植体大小为0.27 mm时，脱毒率和成苗率均较高，因此马铃薯脱毒培养中茎尖外植体的适宜大小为0.27 mm，C正确；马铃薯茎尖病毒极少甚至无病毒，可利用马铃薯茎尖进行组织培养形成脱毒苗，但脱毒苗本身不具有抗病毒侵染的能力，D错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
6．(2024·广东珠海期末)芬兰国家技术研究中心近期利用“细胞农业”技术(即通过细胞扩大培养形成产物)，成功培育出第一杯“人造咖啡”。已知“人造咖啡”中含有咖啡因、单宁酸等植物基本生命活动的非必需物质，与普通咖啡几乎没有区别。下列关于“人造咖啡”的叙述，错误的是( )
A．“细胞农业”技术培育“人造咖啡”的原理是植物细胞具有全能性
B．利用“细胞农业”技术培育“人造咖啡”，可减少咖啡的种植面积
C．“人造咖啡”的生产过程中可采用液体悬浮培养，以增加其产量
D．“人造咖啡”中的咖啡因与单宁酸属于植物细胞的次生代谢物
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
√
A [利用“细胞农业”技术培育“人造咖啡”只是获得了大量植物细胞及其产物，没有发育成完整个体，也没有发育成其他各种细胞，不能体现细胞的全能性，A 错误；利用“细胞农业”技术培育“人造咖啡”可以不用种植咖啡树便能产生咖啡因，从而减少咖啡的种植面积，B 正确；液体悬浮培养可以增加细胞与培养液的接触面积，有利于细胞生长繁殖，从而增加“人造咖啡”的产量，C正确；“人造咖啡”中的咖啡因与单宁酸不是生物生长 所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才能产生，属于植物细胞的次生代谢物，D正确。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
7．(2024·广东广州期末)铁皮石斛是我国名贵中药，生物碱是其有效成分之一。应用组织培养技术培养铁皮石斛拟原球茎(简称PLBs，类似愈伤组织)生产生物碱的实验流程如下。下列分析错误的是
( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
A．选用分化程度低的新生营养芽可保证实验有较高的成功率
B．诱导新生营养芽变成PLBs的关键是适宜的植物激素和营养条件
C．PLBs增殖培养的目的是需要将PLBs再分化成铁皮石斛植株
D．实验需定期取样检测PLBs的重量和生物碱的含量
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
C [选用分化程度低的新生营养芽，其分裂能力旺盛且几乎不携带病毒，可保证实验有较高的成功率，A正确；只有提供适宜的植物激素和营养条件，才能诱导新生营养芽变成PLBs，B正确；PLBs增殖培养的目的是需要将PLBs增殖更多的PLBs以提取生物碱，C错误；实验目的是应用PLBs生产生物碱，因此实验需定期取样检测PLBs的重量和生物碱的含量，D正确。]
题号
1
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8．(2024·江西宜丰中学月考)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( )
A．原生质体由细胞膜、液泡膜及两者之间的细胞质组成
B．融合原生质体需放在无菌水中培养，以防杂菌污染
C．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
D．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
题号
1
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√
C [原生质体是植物细胞用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁后得到的部分，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，A错误；原生质体放在无菌水中会吸水涨破，应放到等渗的溶液中，保持原生质体的完整性，B错误；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，C正确；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，D错误。]
题号
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9．(2024·山东济南模拟)多倍体烟草与二倍体烟草相比具有遗传多样性高、适应性强等优点。利用两种二倍体烟草可培育出四倍体烟草，培育过程如图所示。下列叙述正确的是( )
题号
1
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A．若只发生两两融合，经b过程后溶液中的原生质体按染色体组成划分有3种类型
B．选择生长应在添加了生长素和细胞分裂素的选择培养基上完成
C．将杂种试管苗(作为接穗)嫁接到二倍体烟草(砧木)上，砧木的遗传物质会改变
D．杂种烟草的单倍体细胞中有21条染色体，减数分裂时可形成10个四分体
√
题号
1
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10
A [b过程是诱导原生质体融合，若只考虑两两融合，按染色体组成划分，经b过程后溶液中原生质体将有3种类型，A正确；要筛选出杂种细胞，应在选择培养基上进行，生长素和细胞分裂素的作用不是选择，B错误；嫁接是为了让砧木为接穗提供营养，接穗并不能改变砧木的遗传物质，C错误；杂种烟草的单倍体细胞中的染色体有9条来自兰斯多菲烟草，有12条来自光烟草，这21条染色体中不存在同源染色体，因此在减数分裂时不会形成四分体，D错误。]
题号
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10．(2024·广东中山期末)野生黑芥细胞核具有黑腐病抗性基因，花椰菜细胞质具有高产基因。某研究小组用野生黑芥、花椰菜两种植物细胞进行体细胞杂交，以获得高产抗黑腐病的杂种植株，流程如图1。采用特异性引物对花椰菜和野生黑芥的基因组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2是用该引物对双亲及再生植株1～4进行PCR 扩增的结果。下列分析正确的是( )
题号
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题号
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A．①过程所需的酶有纤维素酶和胶原蛋白酶
B．②过程之前要使野生黑芥原生质体的细胞核失活
C．据图2判断，再生植株1～4 中一定不是杂种植株的有 2、4
D．图2实验结果所涉及的生物技术有 DNA 的提取、PCR扩增、凝胶电泳等
题号
1
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√
D [过程①表示去除细胞壁获得原生质体，植物细胞壁的主要成分为纤维素和果胶，在获取植物细胞的原生质体时，常采用纤维素酶和果胶酶处理，A错误；野生黑芥细胞核具有黑腐病抗性基因，花椰菜细胞质具有高产基因，欲利用这两种材料获得高产抗黑腐病的杂种植株，在原生质体融合前，需对原生质体进行处理，分别使野生黑芥原生质体的细胞质和花椰菜原生质体的细胞核失活，使融合后的杂种植株具有野生黑芥的细胞核基因和花椰菜的细胞质基因，B错误；据图2判断，再生植株1～4 应该都属于杂种植株，因为它们的电泳条带中均包含花椰菜和野生黑芥的DNA片段，C错误；图2实验结果的获得需要用到的生物技术应该有 DNA 的提取、PCR扩增、凝胶电泳等，D正确。]
题号
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(教师用书独具)
1．(2024·吉林、黑龙江适应性测试)《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 [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，A正确；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外植体，B正确；生长素是由色氨酸经过一系列转变产生的，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，C正确；应用樱桃细胞培养可工厂化生产次生代谢物槲皮素，D错误。]
2．(2024·山西名校模拟)小麦(6n＝42，异源六倍体)赤霉病是由赤霉菌侵染引起的小麦病害，具有全球性，可严重影响小麦的产量和品质，培育抗赤霉病小麦新品种是控制小麦赤霉病危害的重要途径。科研人员采用诱导体细胞无性系变异、花药离体培养、小麦与玉米杂交培育单倍体等方法在抗赤霉病小麦育种中取得了重大进展。请回答下列问题：
(1)在植物组织培养中，脱分化和再分化过程中产生的变异称作无性系变异，利用此阶段的材料诱导突变体的原因是________________
________________________，容易受到培养条件和诱变因素的影响而发生突变。为确定获得的愈伤组织或胚状体是否具有赤霉病抗性，可采用的方法是_____________________________________________
__________________________________________________________。
此阶段的细胞一
用赤霉菌侵染获得的愈伤组织或胚状体，观察愈伤组织或胚状体的生长状况
直处于不断增殖的状态
(2)脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)是赤霉菌侵染小麦后产生的次生代谢物，次生代谢物是一类__________(填“大分子”或“小分子”)有机物。研究发现，DON是赤霉菌在小麦组织中扩展的必需物质，且DON浓度越高，赤霉菌的扩展速度越快。某实验小组欲以不能产生DON的赤霉菌为材料进行实验验证上述结论，则该实验中的自变量应为_________________________。
小分子
是否添加DON和DON浓度
(3)通过花药离体培养进行单倍体育种已经成功用于小麦赤霉病抗性的遗传改良。由于小麦的单倍体植株中含有3个染色体组且_______
___________________________________________________________
__________________________________________________________，
可以表现出染色体上特定基因控制的性状，因此，通过________________________________________，可获得能稳定遗传的具有赤霉病抗性的个体。
染色体
秋水仙素
都是同源染色体中的一条，都只含有成对基因中的一个，单个存在，没有显隐性的干扰
(低温)处理，诱导染色体数目加倍
(4)研究发现，小麦与玉米(2n＝20)杂交后，在最初的3次细胞分裂中，来自玉米花粉的染色体被逐渐排除，则这3次细胞分裂所产生子细胞的染色体数目范围是__________；由此可获得小麦单倍体胚，小麦单倍体胚经植物组织培养可获得完整植株。在培养过程中，从激素的角度分析，培养基中____________________________等可直接影响植物细胞的发育方向。小麦单倍体胚能生长、发育成完整植株的根本原因是____________________________________。
21～31
生长素和细胞分裂素的比值
单倍体胚含有本物种全套的遗传信息
[解析] (1)植物组织培养过程中，细胞一直处于不断增殖的状态，容易受到培养条件和诱变因素的影响而发生突变；为确定获得的愈伤组织或胚状体是否具有赤霉病抗性，可采用的方法是用赤霉菌侵染获得的愈伤组织或胚状体，观察愈伤组织或胚状体的生长状况。(2)次生代谢物是一类小分子有机物；由题意可知该实验的自变量为是否添加DON和DON浓度。(3)由于小麦的单倍体植株中含有3个染色体组且染色体都是同源染色体中的一条，都只含有成对基因中的一个，单个存在，没有显隐性的干扰，可以表现出染色体上特定基因控制的性状，因此，通过秋水仙素(低温)处理，诱导染色体数目
加倍，可获得能稳定遗传的具有赤霉病抗性的个体。(4)小麦与玉米(2n＝20)杂交后，获得的杂种细胞染色体数目为31条，其中21条来源于小麦，10条来源于玉米，在最初的3次细胞分裂中，来自玉米花粉的染色体被逐渐排除，10条来源于玉米的染色体可能陆续排除，所以这3次细胞分裂所产生子细胞的染色体数目范围应当是21～31，在培养过程中，从激素的角度分析，培养基中生长素和细胞分裂素的比值可直接影响植物细胞的发育方向，如生长素和细胞分裂素的比值接近1，诱导发育成愈伤组织；生长素和细胞分裂素的比值小于1，诱导生芽；生长素和细胞分裂素的比值大于1，诱导生根。小麦单倍体胚能生长、发育成完整植株的根本原因是单倍体胚含有本物种全套的遗传信息。
谢 谢 ！第52讲 植物细胞工程
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。 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。 3．举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢物生产、育种等方式有效提高了生产效率。
考点1 植物细胞工程的基本技术
一、细胞工程的概念
二、植物细胞的全能性
1．概念：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生________________或分化成其他各种细胞的潜能。
2．在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会____________。
三、植物组织培养技术
1．概念：将离体的____________、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．原理：____________________。
3．过程
4．探究·实践——菊花的组织培养
5．生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响
生长素/细胞分裂素 植物细胞的发育方向
比值高 有利于根的分化、抑制芽的形成
比值低 有利于芽的分化、抑制根的形成
比值适中 促进愈伤组织的形成
1．(人教版选择性必修3 P35－37探究·实践)菊花组织培养的再分化过程中，若愈伤组织在诱导生根的培养基中未形成根，但分化成了芽，其可能的原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
四、植物体细胞杂交技术
1．概念：将不同来源的______________，在一定条件下融合成____________，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。
2．原理：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____________。
3．操作过程
4．意义
植物体细胞杂交技术在打破____________，实现________杂交育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。
2．(人教版选择性必修3 P38拓展应用)“番茄—马铃薯”杂种植株并未地上结番茄，地下长马铃薯，其原因是___________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
[深化拓展]
1．植物组织培养与植物体细胞杂交的比较
2．植物体细胞杂交和有性杂交的辨析
1．在蓝莓组织培养过程中，宜选用蓝莓成熟叶片为材料制备外植体。 ( )
2．提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根。 ( )
3．研究者通过体细胞杂交技术，探索利用条斑紫菜和拟线紫菜培育杂种紫菜。从食用紫菜的动物消化道内提取蛋白酶，用于去除细胞壁。 ( )
4．植物组织培养中，培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压。 ( )
甲植株(2n＝18)具有由核基因控制的多种优良性状，远缘植株乙(4n＝32)的细胞质中存在抗除草剂基因，科研人员利用植物体细胞杂交技术培育具有抗除草剂性状的优良品种丙，途径如图所示。已知X射线处理会使细胞分裂功能丧失但不影响线粒体功能，丙烯酸异辛酯(IOA)处理会使线粒体失活，但不影响细胞分裂。
(1)利用植物体细胞杂交技术获得新植物体，利用的生物学原理是
。
(2)③④分别表示的生理过程是 、 。
(3)在细胞融合体系中，未融合的细胞不能形成愈伤组织，原因是什么？杂种植株丙抗除草剂基因不会通过花粉造成基因污染，原因是什么？
。
植物组织培养技术
1．(链接人教版选择性必修3 P35探究·实践)下列关于菊花组织培养的叙述，正确的是( )
A．用自然生长的茎进行组织培养须用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠混合液消毒
B．培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换
C．为防止杂菌污染，从接种外植体到生成试管苗尽量在同一个锥形瓶内完成
D．组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质，蛭石能提供生长支撑和促进植物生长
2．(链接人教版选择性必修3 P35探究·实践)某植物组织培养的最佳激素配比如表。下列叙述正确的是( )
组织培养阶段 细胞分裂素 浓度(μmol/L) 生长素浓度 (μmol/L)
Ⅰ——诱导形成 愈伤组织 m1 n1
Ⅱ——诱导形成 幼芽 m2 n2
Ⅲ——诱导生根 m3 n3
A．不同阶段m/n值是不同的，此值最大的阶段是Ⅲ阶段
B．在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段中只有阶段Ⅱ需要给予适当的自然光照
C．Ⅰ阶段时通常选择茎尖、幼叶等幼嫩部位作为外植体
D．用该技术进行细胞产物工厂化生产时激素配比最好为m2和n2
植物体细胞杂交技术
3．(链接人教版选择性必修3 P37正文、P38图2-4)植物甲抗旱、抗病性强，植物乙分蘖能力强、结实性好。科研人员通过植物体细胞杂交技术培育出兼有甲、乙优良性状的植物丙，过程如下图所示。下列叙述错误的是( )
A．过程①中酶处理的时间差异，原因可能是两种亲本的细胞壁结构有差异
B．过程②中常采用灭活的仙台病毒或PEG诱导原生质体融合
C．过程④和⑤的培养基中均需要添加生长素和细胞分裂素
D．可通过分析植物丙的染色体，来鉴定其是否为杂种植株
4．(链接人教版选择性必修3 P38图2-4、正文)科学家利用植物体细胞杂交技术诱导天竺葵原生质体和香茅草原生质体融合，培育出一种能散发出对人体无害的具特殊气味的驱蚊草。下列叙述正确的是( )
A．采用同种胶原蛋白酶去除两种植物细胞壁
B．经过体细胞杂交得来的新植物体都不可育
C．该技术利用了细胞膜的选择透过性
D．该技术打破了物种界限，实现远缘杂交育种
考点2 植物细胞工程的应用
一、植物繁殖的新途径
二、作物新品种的培育
1．(人教版选择性必修3 P40正文)单倍体植株是进行体细胞诱变和研究遗传突变的理想材料，其原因是_______________________________________________
____________________________________________________________________。
2．(人教版选择性必修3 P41正文)结合诱变育种，从细胞工程的角度出发，简述一种培养抗寒香蕉品种的方法及步骤：___________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
三、细胞产物的工厂化生产
1．初生代谢与次生代谢
初生代谢是生物生长和生存所____________的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行着。初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等。次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的____________中，并在一定的环境和时间条件下才进行。
2．过程
外植体愈伤组织细胞悬液细胞产物
工厂化生产不一定要培养出植物体，一般培养到愈伤组织阶段，从培养愈伤组织细胞的培养液中就可提取细胞产物。
3．植物细胞培养：是指在__________条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其__________的技术。
1．葡萄的扦插、石榴的压条繁殖方式属于微型繁殖。 ( )
2．单倍体育种和突变体育种的原理相同。 ( )
3．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。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。 ( )
4．利用植物细胞培养生产的紫草宁是世界首例药用植物细胞工程产品。 ( )
1．马铃薯栽培种的抗病性和抗逆性较差，野生马铃薯种的抗病性和抗逆性较好。利用野生马铃薯种，通过细胞工程改进马铃薯栽培种种质的思路是什么？
。
2．传统生产紫杉醇的方法不利于对野生红豆杉的保护，我国科学家经过多年研究，筛选出了高产紫杉醇的细胞。请简要表述工业化生产紫杉醇的方法。
。
植物细胞工程在生产实践中的应用
1．(链接人教版选择性必修3 P40图2-6、正文)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
2．(链接人教版选择性必修3 P40－41正文)运用植物细胞工程技术可以培育单倍体植株和进行细胞产物的工厂化生产。判断下列相关表述正确的是( )
A．用花药培养得到单倍体植株需要用到植物细胞融合技术来恢复细胞中染色体数
B．细胞产物的工厂化生产主要利用促进细胞生长的培养条件，提高了单个细胞中次生代谢物的含量
C．植物细胞培养的原理是利用了植物细胞一般具有全能性
D．突变体育种常用射线、化学物质等方法处理愈伤组织细胞
3．(链接人教版选择性必修3 P41正文)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
1．(2024·浙江1月卷)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。下列操作不可行的是( )
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
2．(2024·江苏卷)下图为植物原生质体制备、分离和检测的流程。下列相关叙述正确的是( )
A．步骤①添加盐酸以去除细胞壁
B．步骤②吸取原生质体放入无菌水中清洗
C．原生质体密度介于图中甘露醇和蔗糖溶液密度之间
D．台盼蓝检测后应选择蓝色的原生质体继续培养
3．(2024·福建卷)中国水仙是一种三倍体观赏花卉。传统生产采用分球茎繁殖方式，不仅周期长、产率低、花色单调，还易积累病毒。下列措施无法达到改良目的的是( )
A．用水仙鳞片进行植物组织培养以提高产率
B．利用单倍体育种对中国水仙进行品种选育
C．选用水仙幼嫩组织作为外植体获得脱毒苗
D．通过基因工程技术引入外源基因改变花色
4．(2024·安徽卷)植物细胞悬浮培养技术在生产中已得到应用。某兴趣小组尝试利用该技术培养胡萝卜细胞并获取番茄红素，设计了以下实验流程和培养装置(如图)，请同学们进行评议。下列评议不合理的是( )
A．实验流程中应该用果胶酶等处理愈伤组织，制备悬浮细胞
B．装置中的充气管应置于液面上方，该管可同时作为排气管
C．装置充气口需要增设无菌滤器，用于防止杂菌污染培养液
D．细胞培养需要适宜的温度，装置需增设温度监测和控制设备
[夯实必备知识]自主诊断
考点1
二、1．完整生物体 2．选择性地表达
三、1．植物器官 2．植物细胞的全能性 3．脱分化 再分化 4．流水 酒精消毒 无菌水 次氯酸钠 愈伤组织 封口膜 18～22 ℃ 生芽 生根 封口膜 消过毒
四、1．植物体细胞 杂种细胞 2．流动性 全能性 3．纤维素酶 果胶酶 聚乙二醇融合法 高Ca2+—高pH融合法 4．生殖隔离 远缘
考点2
三、1．必需 组织或器官 3．离体 增殖
第52讲 植物细胞工程
考点1
教材隐性知识
1．提示：培养基中生长素用量和细胞分裂素用量的比值偏低
2．提示：遗传物质的表达相互干扰，使它们不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达
澄清概念
1．×提示：一般选用代谢旺盛、再生能力强的器官或组织为材料制备外植体。
2．√
3．×提示：紫菜细胞的细胞壁的主要成分含纤维素和果胶，用蛋白酶无法除去细胞壁。
4．√
达成学科素养
提示：(1)细胞膜的流动性和植物细胞的全能性
(2)杂种细胞再生细胞壁 脱分化
(3)甲原生质体用IOA处理后线粒体失活，细胞生命活动受限；乙原生质体经X射线处理后失去分裂能力。抗除草剂基因位于线粒体中，是细胞质基因，不会通过花粉遗传给后代
评价迁移应用
1．D [自然生长茎段的消毒属于外植体消毒，先用体积分数为70%的乙醇，然后用无菌水清洗，再用质量分数为5%左右的次氯酸钠消毒处理，最后再用无菌水清洗，A错误；培养瓶用专用封口膜封口的目的是防止杂菌污染，此操作并不影响气体交换，B错误；接种外植体到生成试管苗不能在同一个锥形瓶中完成，因为脱分化和再分化需要的条件以及培养基都不一样，C错误；组培苗生存能力较弱，需要进行锻炼，采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石保水透气，因此组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质，蛭石能提供生长支撑和促进植物生长，D正确。]
2．C [细胞分裂素用量比生长素用量(m/n值)，比值低时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值高时，有利于芽的分化、抑制根的形成；比值适中时，促进愈伤组织的形成，因此不同阶段m/n值是不同的，此值最大的阶段是Ⅱ阶段，A错误。Ⅰ过程为脱分化，Ⅱ、Ⅲ过程是形成幼芽、根的再分化过程，Ⅰ过程一般不需要光照，Ⅱ、Ⅲ过程需要光照，B错误。Ⅰ阶段时通常选择茎尖、幼叶等作为外植体，原因是茎尖、幼叶细胞分化程度低，容易诱导产生愈伤组织，C正确。用该技术进行细胞产物工厂化生产时激素配比最好为m1和n1，D错误。]
3．B [酶解是为了去除植物细胞的细胞壁，过程①中酶处理的时间不同，原因可能是两种亲本的细胞壁结构有差异，A正确；过程②为原生质体的融合，常用PEG诱导原生质体融合，灭活的仙台病毒可诱导动物细胞融合，不能用于植物，B错误；过程④脱分化和过程⑤再分化的培养基中均需要添加生长素和细胞分裂素，但在两个过程中比例不同，C正确；可通过分析植物丙的染色体，来鉴定其是否为杂种植株，D正确。]
4．D [植物细胞壁的成分主要是纤维素和果胶，应该用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，A错误；若两种原生质体的染色体组数都是偶数，经过体细胞杂交得来的新植物体有可能可育，B错误；该技术利用了细胞膜的流动性和植物细胞的全能性，C错误；该技术打破了生殖隔离，实现了远缘杂交育种，D正确。]
考点2
教材隐性知识
1．提示：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
2．提示：体细胞诱变育种。利用诱变剂等方法使香蕉离体培养细胞产生突变，再利用植物组织培养技术发育成完整植株，然后筛选培育出抗寒品种
澄清概念
1．×提示：葡萄的扦插、石榴的压条繁殖方式不属于微型繁殖，微型繁殖是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
2．×提示：单倍体育种的原理是染色体变异，而突变体育种的原理是基因突变。
3．×提示：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。
4．√
达成学科素养
1．提示：将野生马铃薯种细胞与马铃薯栽培种细胞融合，经植物组织培养技术培养成植株
2．提示：利用植物组织培养技术把离体的红豆杉细胞培养成愈伤组织，从中提取紫杉醇，进行加工生产
评价迁移应用
1．D [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，A错误；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，B错误；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，C错误；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，D正确。]
2．D [用花药培养得到单倍体植株需要用秋水仙素处理或低温诱导来恢复细胞中染色体数，A错误；细胞产物的工厂化生产是利用植物细胞培养来获得目标产物的过程，并不是提高单个细胞中次生代谢物的含量，B错误；植物细胞培养的原理是利用了细胞增殖，C错误；愈伤组织细胞分裂旺盛，因此突变体育种常用射线、化学物质等方法处理愈伤组织细胞，D正确。]
3．B [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，A正确；诱导愈伤组织时需加入NAA和细胞分裂素，B错误；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，以获得更多的营养物质和氧气，使其可以进一步分裂，C正确；加入诱导剂茉莉酸甲酯可大幅提高产量，推测茉莉酸甲酯改变了迷迭香次生代谢物(不是植物生长所必需的)的合成速率，D正确。]
体验真题
1．D [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；将丛生芽切割后进行继代培养可实现快速繁殖，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。]
2．C [步骤①添加纤维素酶或果胶酶去除细胞壁，其原理是酶的专一性，A错误；步骤②吸取原生质体放入等渗液中清洗，否则会导致原生质体吸水涨破，B错误；结合图示可知，原生质体处于甘露醇和蔗糖溶液之中，因而可推测原生质体的密度介于图中甘露醇和蔗糖溶液密度之间，C正确；台盼蓝检测后应选择无色的原生质体继续培养，染成蓝色的原生质体活性差或死亡，D错误。]
3．B [用水仙鳞片进行植物组织培养可以在短期内得到大量植株，可以提高产率，A正确；中国水仙是一种三倍体观赏花卉，其在形成配子时联会紊乱，不能形成正常的配子，不能进行单倍体育种，B错误；幼嫩组织几乎不含病毒，可选用水仙幼嫩组织作为外植体获得脱毒苗，C正确；生物的性状受基因的控制，可通过基因工程技术引入外源基因改变花色，D正确。]
4．B [植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，欲利用愈伤组织制备悬浮细胞，可用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织，A正确；装置中的充气管应置于液面下方，以利于培养液中的溶氧量的增加，该管不能同时作为排气管，B错误；为了防止杂菌污染培养液，装置充气口需要增设无菌滤器，C正确；细胞培养时需要保证适宜的温度，因此装置需增设温度监测和控制设备，D正确。]
11 / 11课时数智作业(五十二) 植物细胞工程
1．(2024·广东广州一模)实验小组欲利用植物组织培养技术大量培养粉葛，下列操作不恰当的是( )
选项 步骤 具体操作
A 材料选择 选择粉葛幼嫩的芽叶作为外植体
B 外植体消毒 酒精消毒冲洗后，用次氯酸钠再次消毒
C 获得愈伤组织 遮光处理并提供适宜的营养物质
D 诱导生根 降低培养基中生长素与细胞分裂素的比值
2．(2024·北京卷)大豆叶片细胞的细胞壁被酶解后，可获得原生质体。以下对原生质体的叙述错误的是( )
A．制备时需用纤维素酶和果胶酶
B．膜具有选择透过性
C．可再生出细胞壁
D．失去细胞全能性
3．(2024·湖南长沙模拟)红豆杉(2n＝24)能产生具有高抗癌活性的紫杉醇，柴胡(2n＝12)生长迅速。红豆杉—柴胡是通过植物细胞工程培育的一种既能产生紫杉醇，又能迅速生长的杂交植株。部分培育过程如图所示。下列有关叙述正确的是( )
A．获得原生质体的过程需要用纤维素酶和胰蛋白酶去除细胞壁
B．过程①可用高Ca2+－高pH融合法诱导，利用了细胞膜的流动性
C．过程②的培养基中需添加适量的生长素类和赤霉素类植物生长调节剂
D．红豆杉—柴胡杂种植株是二倍体，能够产生可育配子
4．(2024·广东梅州一模)骆驼蓬主要分布在干旱和半干旱地区，能防风固沙。骆驼蓬合成的多种生物碱具有抗肿瘤作用。科研人员利用骆驼蓬下胚轴进行育苗和生物碱提取，过程如下图所示。下列说法正确的是( )
A．下胚轴切段需用酒精和次氯酸钠进行灭菌处理
B．过程①和过程②分别发生了细胞的脱分化和再分化
C．由无毒下胚轴经组织培养获得的骆驼蓬无毒幼苗可抵抗病毒的侵染
D．骆驼蓬具有防风固沙的作用，体现了生物多样性的间接价值
5．(2024·广东东莞期末)科研人员研究了马铃薯茎尖切块大小对幼苗的脱毒率和成苗率的影响，结果如图。下列相关叙述正确的是( )
A．需用酒精和次氯酸钠溶液对茎尖进行灭菌处理
B．茎尖切块依次经再分化和脱分化过程发育成脱毒苗
C．马铃薯的脱毒培养中茎尖切块的适宜大小为0.27 mm
D．上述培养过程获得的脱毒苗具有不被病毒侵染的能力
6．(2024·广东珠海期末)芬兰国家技术研究中心近期利用“细胞农业”技术(即通过细胞扩大培养形成产物)，成功培育出第一杯“人造咖啡”。已知“人造咖啡”中含有咖啡因、单宁酸等植物基本生命活动的非必需物质，与普通咖啡几乎没有区别。下列关于“人造咖啡”的叙述，错误的是( )
A．“细胞农业”技术培育“人造咖啡”的原理是植物细胞具有全能性
B．利用“细胞农业”技术培育“人造咖啡”，可减少咖啡的种植面积
C．“人造咖啡”的生产过程中可采用液体悬浮培养，以增加其产量
D．“人造咖啡”中的咖啡因与单宁酸属于植物细胞的次生代谢物
7．(2024·广东广州期末)铁皮石斛是我国名贵中药，生物碱是其有效成分之一。应用组织培养技术培养铁皮石斛拟原球茎(简称PLBs，类似愈伤组织)生产生物碱的实验流程如下。下列分析错误的是( )
A．选用分化程度低的新生营养芽可保证实验有较高的成功率
B．诱导新生营养芽变成PLBs的关键是适宜的植物激素和营养条件
C．PLBs增殖培养的目的是需要将PLBs再分化成铁皮石斛植株
D．实验需定期取样检测PLBs的重量和生物碱的含量
8．(2024·江西宜丰中学月考)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( )
A．原生质体由细胞膜、液泡膜及两者之间的细胞质组成
B．融合原生质体需放在无菌水中培养，以防杂菌污染
C．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
D．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
9．(2024·山东济南模拟)多倍体烟草与二倍体烟草相比具有遗传多样性高、适应性强等优点。利用两种二倍体烟草可培育出四倍体烟草，培育过程如图所示。下列叙述正确的是( )
A．若只发生两两融合，经b过程后溶液中的原生质体按染色体组成划分有3种类型
B．选择生长应在添加了生长素和细胞分裂素的选择培养基上完成
C．将杂种试管苗(作为接穗)嫁接到二倍体烟草(砧木)上，砧木的遗传物质会改变
D．杂种烟草的单倍体细胞中有21条染色体，减数分裂时可形成10个四分体
10．(2024·广东中山期末)野生黑芥细胞核具有黑腐病抗性基因，花椰菜细胞质具有高产基因。某研究小组用野生黑芥、花椰菜两种植物细胞进行体细胞杂交，以获得高产抗黑腐病的杂种植株，流程如图1。采用特异性引物对花椰菜和野生黑芥的基因组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2是用该引物对双亲及再生植株1～4进行PCR 扩增的结果。下列分析正确的是( )
A．①过程所需的酶有纤维素酶和胶原蛋白酶
B．②过程之前要使野生黑芥原生质体的细胞核失活
C．据图2判断，再生植株1～4 中一定不是杂种植株的有 2、4
D．图2实验结果所涉及的生物技术有 DNA 的提取、PCR扩增、凝胶电泳等
课时数智作业(五十二)
1．D [利用植物组织培养技术大量繁殖植物体的过程中要选择幼嫩的芽叶作为外植体，因为其分化程度较低，全能性较高，容易诱导成功，A正确；植物组织培养过程中，对外植体进行消毒时要在酒精消毒冲洗后，用次氯酸钠再次消毒，B正确；获得愈伤组织过程需要遮光，因为光照会促进细胞分化，不利于形成愈伤组织，C正确；生长素能促进植物生根，因此降低培养基中生长素与细胞分裂素的比值不利于生根，应当提高该比值，D错误。]
2．D [大豆叶片细胞是植物细胞，具有细胞壁，其细胞壁的成分是纤维素和果胶，所以制备原生质体时需用纤维素酶和果胶酶进行处理，A正确；生物膜的功能特点是具有选择透过性，所以膜具有选择透过性，B正确；原生质体可以再生出新的细胞壁，C正确；分离出的原生质体具有全能性，可用于植物体细胞杂交，为杂种植株的获得提供了理论基础，D错误。]
3．B [植物细胞壁的成分主要是纤维素和果胶，获得原生质体的过程需要用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞的细胞壁，A错误；过程①是诱导原生质体融合，可用高Ca2+－高pH融合法，利用了细胞膜的流动性，B正确；过程②为脱分化，该过程需要在培养基中添加适量的生长素类和细胞分裂素类植物生长调节剂，C错误；红豆杉—柴胡杂种植株是异源四倍体而不是二倍体，能够产生可育配子，D错误。]
4．D [下胚轴切段需用酒精和次氯酸钠进行消毒处理，非灭菌处理，A错误；过程①发生的是细胞的脱分化，过程②是愈伤组织的扩大培养，不是再分化过程，B错误；由无毒下胚轴经组织培养获得的骆驼蓬无毒幼苗只是不带病毒，并不是能抵抗病毒的侵染，C错误；骆驼蓬具有防风固沙的作用，这属于生态功能，体现了生物多样性的间接价值，D正确。]
5．C [用酒精和次氯酸钠溶液对茎尖进行的是消毒处理，A错误；培育脱毒苗的过程中利用了植物组织培养技术，依次经过脱分化和再分化两个阶段，B错误；据图分析可知，茎尖外植体大小为0.27 mm时，脱毒率和成苗率均较高，因此马铃薯脱毒培养中茎尖外植体的适宜大小为0.27 mm，C正确；马铃薯茎尖病毒极少甚至无病毒，可利用马铃薯茎尖进行组织培养形成脱毒苗，但脱毒苗本身不具有抗病毒侵染的能力，D错误。]
6．A [利用“细胞农业”技术培育“人造咖啡”只是获得了大量植物细胞及其产物，没有发育成完整个体，也没有发育成其他各种细胞，不能体现细胞的全能性，A 错误；利用“细胞农业”技术培育“人造咖啡”可以不用种植咖啡树便能产生咖啡因，从而减少咖啡的种植面积，B 正确；液体悬浮培养可以增加细胞与培养液的接触面积，有利于细胞生长繁殖，从而增加“人造咖啡”的产量，C正确；“人造咖啡”中的咖啡因与单宁酸不是生物生长 所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才能产生，属于植物细胞的次生代谢物，D正确。]
7．C [选用分化程度低的新生营养芽，其分裂能力旺盛且几乎不携带病毒，可保证实验有较高的成功率，A正确；只有提供适宜的植物激素和营养条件，才能诱导新生营养芽变成PLBs，B正确；PLBs增殖培养的目的是需要将PLBs增殖更多的PLBs以提取生物碱，C错误；实验目的是应用PLBs生产生物碱，因此实验需定期取样检测PLBs的重量和生物碱的含量，D正确。]
8．C [原生质体是植物细胞用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁后得到的部分，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，A错误；原生质体放在无菌水中会吸水涨破，应放到等渗的溶液中，保持原生质体的完整性，B错误；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，C正确；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，D错误。]
9．A [b过程是诱导原生质体融合，若只考虑两两融合，按染色体组成划分，经b过程后溶液中原生质体将有3种类型，A正确；要筛选出杂种细胞，应在选择培养基上进行，生长素和细胞分裂素的作用不是选择，B错误；嫁接是为了让砧木为接穗提供营养，接穗并不能改变砧木的遗传物质，C错误；杂种烟草的单倍体细胞中的染色体有9条来自兰斯多菲烟草，有12条来自光烟草，这21条染色体中不存在同源染色体，因此在减数分裂时不会形成四分体，D错误。]
10．D [过程①表示去除细胞壁获得原生质体，植物细胞壁的主要成分为纤维素和果胶，在获取植物细胞的原生质体时，常采用纤维素酶和果胶酶处理，A错误；野生黑芥细胞核具有黑腐病抗性基因，花椰菜细胞质具有高产基因，欲利用这两种材料获得高产抗黑腐病的杂种植株，在原生质体融合前，需对原生质体进行处理，分别使野生黑芥原生质体的细胞质和花椰菜原生质体的细胞核失活，使融合后的杂种植株具有野生黑芥的细胞核基因和花椰菜的细胞质基因，B错误；据图2判断，再生植株1～4 应该都属于杂种植株，因为它们的电泳条带中均包含花椰菜和野生黑芥的DNA片段，C错误；图2实验结果的获得需要用到的生物技术应该有 DNA 的提取、PCR扩增、凝胶电泳等，D正确。]
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