第1节 植物细胞工程
第1课时 植物细胞工程的基本技术
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。
知识点1 细胞工程的概念及植物组织培养技术
1．细胞工程
(1)概念：应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过________、______或__________上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
(2)分类：依据操作对象分为__________工程和__________工程。
2．细胞的全能性
(1)概念：细胞经分裂和分化后，仍然具有________________或____________________的潜能。
(2)生长发育过程中细胞没有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______________。
3．植物组织培养的概念
将______的植物器官、组织或细胞等，培养在__________________上，给予适宜的培养条件，诱导其形成__________的技术。
4．菊花的组织培养
(1)植物细胞全能性的表达过程
①脱分化：已经分化的细胞经过诱导后，失去其特有的____________，转变成未分化的细胞的过程。
②再分化：脱分化产生的__________能重新分化成______________的过程。
③激素的作用：植物激素中________和____________是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。
(2)操作流程
外植体的消毒：将流水充分冲洗后的外植体用______消毒30 s，然后立即用无菌水清洗2～3次，再用______________处理30 min后，立即用无菌水清洗2～3次。
↓
外植体的分割：用无菌滤纸吸去表面的水分，用解剖刀将外植体切成0.5～1 cm长的小段。
↓
接种：在____________旁，将外植体的1/3～1/2插入______________的培养基中。
↓
培养：将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18～22 ℃的________中培养。定期观察和记录__________的生长情况。
↓
转移培养：将生长良好的愈伤组织转接到__________的培养基上。长出芽后，再将其转接到__________的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
↓
移栽：将幼苗移植到消过毒的______________等环境中，待其长壮后再移栽入土。
在组织培养过程中，诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基的成分有什么不同？
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
基于对植物组织培养的认识，判断下列表述是否正确。
1．植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性。 ( )
2．脱分化和再分化是植物组织培养的重要过程。 ( )
3．在进行植物组织培养时，对外植体要进行灭菌处理。 ( )
4．在植物组织培养过程中需要给予光照，以诱导脱分化过程。 ( )
结合下图中植物组织培养过程中培养物的变化，思考回答下列问题。
1．请结合上图中植物组织的变化写出植物组织培养的基本流程。
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2．实验过程中为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3．高度分化的细胞是如何启动细胞分裂、脱分化和再分化的？
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4．诱导愈伤组织期间一般不需要光，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？
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
1．植物组织培养的理论基础：植物细胞的全能性。
2．植物组织培养的条件：(1)离体；(2)无菌；(3)培养基；(4)适宜的培养条件。
3．体现细胞全能性的条件
材料 离体的细胞、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
4．生长素用量与细胞分裂素用量的比值对植物细胞发育方向的影响
生长素用量与 细胞分裂素用量的比值 结果
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．如图是植物组织培养过程示意图，下列相关说法正确的是( )
A．上述植物组织培养过程依据的生物学原理是植物细胞具有全能性
B．需要对外植体进行严格的灭菌处理，以防止杂菌污染
C．外植体若是月季的花药，则图中的①过程需要光照
D．外植体若是菊花的根尖组织，因细胞中没有叶绿体，故培养成的新植株叶片无色
2．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需要用适宜浓度的酒精和次氯酸钠的混合液消毒
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．再生植株需要去除根部残留的培养基进行锻炼后才能移种大田
D．试管苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石带菌量低且营养丰富
知识点2 植物体细胞杂交技术
1．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。
2．过程
(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
①物理法：________法、______法等。
②化学法：_________________融合法、_______________融合法等。
3．意义
打破__________，实现远缘杂交育种。
基于对植物体细胞杂交技术的认识，判断下列表述是否正确。
1．植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是细胞壁阻碍了原生质体的融合。 ( )
2．植物原生质体融合的原理是植物细胞的全能性。 ( )
3．植物体细胞杂交过程中，细胞融合成功的标志是产生新的细胞壁。 ( )
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。
1．②过程和④⑤⑥过程依据的原理分别是什么？
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2．A原生质体与B原生质体融合后，有哪几种类型(只考虑两两融合)？而我们需要的是哪种类型？所以原生质体融合后，我们要进行怎样的处理？
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3．若A原生质体具有2n条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。B原生质体含有2m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：________；染色体组数：________；基因型：____________；属于可遗传变异类型中的________________。
4．科学家采用植物体细胞杂交的方法得到了“番茄—马铃薯”杂种植株，但这种植株并没有地上结番茄、地下长马铃薯。你如何解释这一现象？
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
植物体细胞杂交后代的遗传变化
体细胞杂交 P1：2n(Aabb)与P2：2m(ccDd)
生殖类型 无性生殖、育种过程中不遵循孟德尔定律
变异类型 染色体数目变异
染色体数 两亲本染色体数之和，即2n＋2m
染色体组数 两亲本染色体组数之和，即2＋2
基因组成 两亲本基因型之和，即AabbccDd
1．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。下列相关叙述正确的是( )
A．从食用紫菜的动物消化道内提取蛋白酶，用于去除细胞壁
B．原生质体需在低渗溶液中长期保存，以防止过度失水而死亡
C．检测原生质体活力时可用苯酚品红或甲紫溶液处理，活的原生质体被染色
D．聚乙二醇促进原生质体融合后，以叶绿体颜色等差异为标志可识别杂种细胞
2．如图表示利用植物体细胞杂交技术获得杂种植株白菜—甘蓝的过程，以下说法错误的是( )
A．①过程表示利用酶解法去除细胞壁获得原生质体的过程
B．②过程可用聚乙二醇诱导原生质体融合
C．③过程中高尔基体活动旺盛
D．最终获得的杂种植株体细胞内含19条染色体
1．核心概念
细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能，即细胞具有全能性。
2．结论语句
(1)植物组织培养的原理是植物细胞的全能性，主要过程包括脱分化和再分化。
(2)植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染，所有实验用具要严格灭菌，接种过程要进行严格的无菌操作。
(3)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。
(4)植物细胞融合依据的生物学原理是细胞膜的流动性，融合成功的标志是杂种细胞再生出细胞壁。
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部基因
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．植物细胞的全能性是植物组织培养的理论基础之一
D．从一粒玉米种子长成一棵植株体现了细胞具有全能性
2．下列关于“菊花的组织培养”实验的叙述，不正确的是( )
A．该实验的理论依据是植物细胞具有全能性
B．在本实验中，应将切好的外植体全部插入培养基中
C．实验过程中需要注意器械的灭菌和实验人员的无菌操作
D．整个培养过程需要适宜的温度和一定的营养条件
3．在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的( )
A．消毒、灭菌 B．适宜的温度
C．充足的光照 D．适宜的养料和激素
4．(2023·广东选择性考试)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
5．下图是植物体细胞杂交过程示意图，如果A、B植物均为二倍体，请据图分析回答下列问题。
(1)图中所示过程的原理有_____________________________________________。
(2)图中的①过程是___________________________________________________。
(3)植物体细胞融合成功的标志是_______________________________________，
其产生与细胞内的________(细胞器)有关。
(4)③和④过程分别是________和________过程。则该杂种植株有________个染色体组。
(5)该技术最显著的优势是____________________________________________。
第1课时 植物细胞工程的基本技术
知识点1
自主梳理
1．(1)细胞器 细胞 组织水平 (2)植物细胞 动物细胞 2．(1)产生完整生物体 分化成其他各种细胞 (2)选择性地表达 3．离体 人工配制的培养基 完整植株 4．(1)结构和功能 愈伤组织 芽、根等器官 生长素 细胞分裂素
(2)酒精 次氯酸钠溶液 酒精灯火焰 诱导愈伤组织 培养箱 愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 蛭石或珍珠岩
微思考
提示：三种培养基成分的不同是生长素和细胞分裂素的比例不同。
基础诊断
1．× 提示：具有某种生物全部遗传信息的细胞在离体的情况下才能表现出全能性。
2．√
3．× 提示：对外植体要进行消毒处理。
4．× 提示：植物组织培养过程中，脱分化过程一般是要求避光培养的。
合作探究
1．提示：外植体愈伤组织芽、根等―→试管苗完整植株。
2．提示：避免杂菌与培养物竞争营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。
3．提示：是在一定的激素和营养等条件的诱导下启动的。
4．提示：后续培养过程中，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。
对点练习
1．A [外植体一般只消毒，不进行灭菌处理，以保持外植体的活性，B错误；①是脱分化过程，月季花药的脱分化过程不需要光照且应避光培养，当愈伤组织再分化形成芽和叶时才需要适当时间和强度的光照，C错误；菊花根尖组织中含有控制叶绿体形成的基因，在培养过程中，基因的选择性表达会使培养成的新植株叶片呈绿色，D错误。]
2．C [自然生长茎段的消毒属于外植体消毒，先用体积分数为70%的酒精消毒，用无菌水清洗，再用质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液处理，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，并不影响气体交换，B错误；试管苗生存能力较弱，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，蛭石不含营养，D错误。]
知识点2
自主梳理
1．不同来源 杂种细胞 新植物体 2.原生质体融合 细胞壁 脱分化 再分化 (1)纤维素酶和果胶酶 (2)电融合 离心 聚乙二醇(PEG) 高Ca2+—高pH 3．生殖隔离
基础诊断
1．√
2．× 提示：原生质体融合的原理是细胞膜的流动性。
3．√
合作探究
1．提示：②过程依据的原理是细胞膜的流动性；④⑤⑥过程依据的原理是植物细胞的全能性。
2．提示：有3种类型：AA、BB、AB。我们需要的是AB。要对融合后的原生质体进行筛选。
3．提示：2n＋2m 4个 AabbccDd 染色体数目变异
4．提示：生物体内基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，两种生物的基因结合到一个细胞中之后，不能按照原来的顺序表达了。
对点练习
1．D [从食用紫菜的动物消化道内提取蛋白酶，不能用于去除细胞壁，因为紫菜细胞的细胞壁成分中没有蛋白质，A错误；获得的原生质体若处在低渗溶液中，会吸水涨破，B错误；检测原生质体活力时可用台盼蓝染色，活的原生质体不能被染色，C错误；聚乙二醇作为诱导剂可促进原生质体融合，对于杂种细胞可以叶绿体颜色等差异为标志来进行识别，D正确。]
2．D [最终获得的杂种植株体细胞内含有两个亲本的全部遗传物质，即含有20＋18＝38条染色体，D错误。]
课堂检测素养测评
1．D [植物的体细胞具有发育成完整个体所必需的全部基因，即植物细胞的全能性，是植物组织培养的理论基础之一，A、C正确；高度分化的细胞只有处于离体状态且有适宜的生长条件时才有可能表现出全能性，B正确；从一粒玉米种子长成一棵植株是自然生长过程，不能体现植物细胞的全能性，D错误。]
2．B [在菊花的组织培养实验中，应将切好的外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中，B错误。]
3．C [形成愈伤组织需要在消毒、灭菌条件下进行，因为只有在消毒、灭菌条件下，才能保证培养出的组织、细胞避免感染，否则培养基内将长出许多微生物，与离体细胞争夺营养与生存空间，使其不能形成愈伤组织。由于此阶段形成的是愈伤组织，并没有形成具有根、茎、叶的植物体，因此不需要光照。]
4．C [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，A正确；人工诱导原生质体融合的方法有物理法和化学法，用高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合，B正确；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，C错误；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，D正确。]
5．解析：(1)植物体细胞杂交过程中有原生质体A和原生质体B的融合过程，其原理是细胞膜的流动性；将杂种细胞培育成新的个体，其原理是植物细胞的全能性。(2)图中的①过程是去除植物细胞壁，制备原生质体。(3)植物体细胞融合成功的标志是形成新的细胞壁，植物细胞壁的形成与高尔基体有关。(4)杂种细胞通过脱分化形成愈伤组织，经过再分化形成杂种植株。图中杂种植株是由两个二倍体细胞融合成的杂种细胞培育成的新个体，含有四个染色体组。(5)植物体细胞杂交可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育种。
答案：(1)细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 (2)(去壁)制备原生质体 (3)形成新的细胞壁 高尔基体 (4)脱分化 再分化 四 (5)打破生殖隔离，实现远缘杂交育种
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第1课时 植物细胞工程的基本技术
第2章 细胞工程
第1节 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。
课标要求
对应学生用书第32页
1．细胞工程
(1)概念：应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过________、______或__________上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
(2)分类：依据操作对象分为__________工程和__________工程。
知识点1 细胞工程的概念及植物组织培养技术
细胞器
细胞
组织水平
植物细胞
动物细胞
2．细胞的全能性
(1)概念：细胞经分裂和分化后，仍然具有________________或____________________的潜能。
(2)生长发育过程中细胞没有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______________。
3．植物组织培养的概念
将______的植物器官、组织或细胞等，培养在__________________上，给予适宜的培养条件，诱导其形成__________的技术。
产生完整生物体
分化成其他各种细胞
选择性地表达
离体
人工配制的培养基
完整植株
4．菊花的组织培养
(1)植物细胞全能性的表达过程
①脱分化：已经分化的细胞经过诱导后，失去其特有的____________，转变成未分化的细胞的过程。
②再分化：脱分化产生的__________能重新分化成______________的过程。
③激素的作用：植物激素中________和____________是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。
结构和功能
愈伤组织
芽、根等器官
生长素
细胞分裂素
(2)操作流程
外植体的消毒：将流水充分冲洗后的外植体用______消毒30 s，然后立即用无菌水清洗2～3次，再用______________处理30 min后，立即用无菌水清洗2～3次。
↓
外植体的分割：用无菌滤纸吸去表面的水分，用解剖刀将外植体切成0.5～1 cm长的小段。
↓
酒精
次氯酸钠溶液
接种：在____________旁，将外植体的1/3～1/2插入
______________的培养基中。
↓
培养：将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18～22 ℃的________中培养。定期观察和记录__________的生长情况。
↓
酒精灯火焰
诱导愈伤组织
培养箱
愈伤组织
转移培养：将生长良好的愈伤组织转接到__________的培养基上。长出芽后，再将其转接到__________的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
↓
移栽：将幼苗移植到消过毒的______________等环境中，待其长壮后再移栽入土。
诱导生芽
诱导生根
蛭石或珍珠岩
在组织培养过程中，诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基的成分有什么不同？
提示：三种培养基成分的不同是生长素和细胞分裂素的比例不同。
基于对植物组织培养的认识，判断下列表述是否正确。
1．植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性。
( )
提示：具有某种生物全部遗传信息的细胞在离体的情况下才能表现出全能性。
3．在进行植物组织培养时，对外植体要进行灭菌处理。 ( )
提示：对外植体要进行消毒处理。
×
×
2．脱分化和再分化是植物组织培养的重要过程。 ( )
√
4．在植物组织培养过程中需要给予光照，以诱导脱分化过程。
( )
提示：植物组织培养过程中，脱分化过程一般是要求避光培养的。
×
结合下图中植物组织培养过程中培养物的变化，思考回答下列问题。
1．请结合上图中植物组织的变化写出植物组织培养的基本流程。
提示：外植体愈伤组织芽、根等―→试管苗完整植株。
2．实验过程中为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？
提示：避免杂菌与培养物竞争营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。
3．高度分化的细胞是如何启动细胞分裂、脱分化和再分化的？
提示：是在一定的激素和营养等条件的诱导下启动的。
4．诱导愈伤组织期间一般不需要光，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？
提示：后续培养过程中，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。
深化归纳
1．植物组织培养的理论基础：植物细胞的全能性。
2．植物组织培养的条件：(1)离体；(2)无菌；(3)培养基；(4)适宜的培养条件。
3．体现细胞全能性的条件
材料 离体的细胞、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
4．生长素用量与细胞分裂素用量的比值对植物细胞发育方向的影响
生长素用量与 细胞分裂素用量的比值 结果
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
对点练习
1．如图是植物组织培养过程示意图，下列相关说法正确的是( )
A．上述植物组织培养过程依据的生物学原理是植物细胞具有全能性
B．需要对外植体进行严格的灭菌处理，以防止杂菌污染
C．外植体若是月季的花药，则图中的①过程需要光照
D．外植体若是菊花的根尖组织，因细胞中没有叶绿体，故培养成的新植株叶片无色
√
A [外植体一般只消毒，不进行灭菌处理，以保持外植体的活性，B错误；①是脱分化过程，月季花药的脱分化过程不需要光照且应避光培养，当愈伤组织再分化形成芽和叶时才需要适当时间和强度的光照，C错误；菊花根尖组织中含有控制叶绿体形成的基因，在培养过程中，基因的选择性表达会使培养成的新植株叶片呈绿色，D错误。]
2．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需要用适宜浓度的酒精和次氯酸钠的混合液消毒
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．再生植株需要去除根部残留的培养基进行锻炼后才能移种大田
D．试管苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石带菌量低且营养丰富
√
C [自然生长茎段的消毒属于外植体消毒，先用体积分数为70%的酒精消毒，用无菌水清洗，再用质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液处理，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，并不影响气体交换，B错误；试管苗生存能力较弱，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，蛭石不含营养，D错误。]
1．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。
知识点2 植物体细胞杂交技术
不同来源
杂种细胞
新植物体
2．过程
(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
①物理法：________法、______法等。
②化学法：_________________融合法、_______________融合法等。
3．意义
打破__________，实现远缘杂交育种。
纤维素酶和果胶酶
电融合
离心
聚乙二醇(PEG)
高Ca2+—高pH
生殖隔离
基于对植物体细胞杂交技术的认识，判断下列表述是否正确。
1．植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是细胞壁阻碍了原生质体的融合。 ( )
2．植物原生质体融合的原理是植物细胞的全能性。 ( )
√
×
提示：原生质体融合的原理是细胞膜的流动性。
3．植物体细胞杂交过程中，细胞融合成功的标志是产生新的细胞壁。 ( )
√
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。
1．②过程和④⑤⑥过程依据的原理分别是什么？
提示：②过程依据的原理是细胞膜的流动性；④⑤⑥过程依据的原理是植物细胞的全能性。
2．A原生质体与B原生质体融合后，有哪几种类型(只考虑两两融合)？而我们需要的是哪种类型？所以原生质体融合后，我们要进行怎样的处理？
提示：有3种类型：AA、BB、AB。我们需要的是AB。要对融合后的原生质体进行筛选。
3．若A原生质体具有2n条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。B原生质体含有2m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：________；染色体组数：________；基因型：____________；属于可遗传变异类型中的________________。
提示：2n＋2m 4个 AabbccDd 染色体数目变异
4．科学家采用植物体细胞杂交的方法得到了“番茄—马铃薯”杂种植株，但这种植株并没有地上结番茄、地下长马铃薯。你如何解释这一现象？
提示：生物体内基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，两种生物的基因结合到一个细胞中之后，不能按照原来的顺序表达了。
深化归纳
植物体细胞杂交后代的遗传变化
体细胞杂交 P1：2n(Aabb)与P2：2m(ccDd)
生殖类型 无性生殖、育种过程中不遵循孟德尔定律
变异类型 染色体数目变异
染色体数 两亲本染色体数之和，即2n＋2m
染色体组数 两亲本染色体组数之和，即2＋2
基因组成 两亲本基因型之和，即AabbccDd
对点练习
1．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。下列相关叙述正确的是( )
A．从食用紫菜的动物消化道内提取蛋白酶，用于去除细胞壁
B．原生质体需在低渗溶液中长期保存，以防止过度失水而死亡
C．检测原生质体活力时可用苯酚品红或甲紫溶液处理，活的原生质体被染色
D．聚乙二醇促进原生质体融合后，以叶绿体颜色等差异为标志可识别杂种细胞
√
D [从食用紫菜的动物消化道内提取蛋白酶，不能用于去除细胞壁，因为紫菜细胞的细胞壁成分中没有蛋白质，A错误；获得的原生质体若处在低渗溶液中，会吸水涨破，B错误；检测原生质体活力时可用台盼蓝染色，活的原生质体不能被染色，C错误；聚乙二醇作为诱导剂可促进原生质体融合，对于杂种细胞可以叶绿体颜色等差异为标志来进行识别，D正确。]
2．如图表示利用植物体细胞
杂交技术获得杂种植株白菜
—甘蓝的过程，以下说法错
误的是( )
A．①过程表示利用酶解法去除细胞壁获得原生质体的过程
B．②过程可用聚乙二醇诱导原生质体融合
C．③过程中高尔基体活动旺盛
D．最终获得的杂种植株体细胞内含19条染色体
√
D [最终获得的杂种植株体细胞内含有两个亲本的全部遗传物质，即含有20＋18＝38条染色体，D错误。]
1．核心概念
细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能，即细胞具有全能性。
2．结论语句
(1)植物组织培养的原理是植物细胞的全能性，主要过程包括脱分化和再分化。
(2)植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染，所有实验用具要严格灭菌，接种过程要进行严格的无菌操作。
(3)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。
(4)植物细胞融合依据的生物学原理是细胞膜的流动性，融合成功的标志是杂种细胞再生出细胞壁。
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部基因
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．植物细胞的全能性是植物组织培养的理论基础之一
D．从一粒玉米种子长成一棵植株体现了细胞具有全能性
课堂检测 素养测评
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D [植物的体细胞具有发育成完整个体所必需的全部基因，即植物细胞的全能性，是植物组织培养的理论基础之一，A、C正确；高度分化的细胞只有处于离体状态且有适宜的生长条件时才有可能表现出全能性，B正确；从一粒玉米种子长成一棵植株是自然生长过程，不能体现植物细胞的全能性，D错误。]
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2．下列关于“菊花的组织培养”实验的叙述，不正确的是( )
A．该实验的理论依据是植物细胞具有全能性
B．在本实验中，应将切好的外植体全部插入培养基中
C．实验过程中需要注意器械的灭菌和实验人员的无菌操作
D．整个培养过程需要适宜的温度和一定的营养条件
√
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B [在菊花的组织培养实验中，应将切好的外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中，B错误。]
3．在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的( )
A．消毒、灭菌 B．适宜的温度
C．充足的光照 D．适宜的养料和激素
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C [形成愈伤组织需要在消毒、灭菌条件下进行，因为只有在消毒、灭菌条件下，才能保证培养出的组织、细胞避免感染，否则培养基内将长出许多微生物，与离体细胞争夺营养与生存空间，使其不能形成愈伤组织。由于此阶段形成的是愈伤组织，并没有形成具有根、茎、叶的植物体，因此不需要光照。]
4．(2023·广东选择性考试)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
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C [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，A正确；人工诱导原生质体融合的方法有物理法和化学法，用高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合，B正确；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，C错误；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，D正确。]
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5．下图是植物体细胞杂交过程示意图，如果A、B植物均为二倍体，请据图分析回答下列问题。
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(1)图中所示过程的原理有__________________________________。
(2)图中的①过程是____________________。
(3)植物体细胞融合成功的标志是_________________，
其产生与细胞内的________(细胞器)有关。
(4)③和④过程分别是________和________过程。则该杂种植株有_____个染色体组。
(5)该技术最显著的优势是________________________________。
细胞膜的流动性、植物细胞的全能性
(去壁)制备原生质体
形成新的细胞壁
高尔基体
脱分化
再分化
四
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种
[解析] (1)植物体细胞杂交过程中有原生质体A和原生质体B的融合过程，其原理是细胞膜的流动性；将杂种细胞培育成新的个体，其原理是植物细胞的全能性。(2)图中的①过程是去除植物细胞壁，制备原生质体。(3)植物体细胞融合成功的标志是形成新的细胞壁，植物细胞壁的形成与高尔基体有关。(4)杂种细胞通过脱分化形成愈伤组织，经过再分化形成杂种植株。图中杂种植株是由两个二倍体细胞融合成的杂种细胞培育成的新个体，含有四个染色体组。(5)植物体细胞杂交可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育种。
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课时分层作业(5)
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植物细胞工程的基本技术
（WORD版）
巩固课堂所学 · 激发学习思维
夯实基础知识 · 熟悉命题方式
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THANKS课时分层作业(5) 植物细胞工程的基本技术
题组一 细胞的全能性和植物组织培养技术
1．植物细胞表现全能性的必要条件是( )
A．给予适宜的营养和外界条件
B．导入其他植物细胞的基因
C．脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件
D．将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内
2．下列关于影响植物组织培养的因素的叙述，错误的是( )
A．幼嫩组织较成熟组织易培养成功
B．给离体幼茎消毒需要用到次氯酸钠溶液
C．植物组织培养需要适宜的温度环境
D．生长素与细胞分裂素的含量之比较高时，有利于芽的形成
3．植物组织培养过程中，无菌操作步骤至关重要。下列关于无菌操作的叙述，错误的是( )
A．不耐高温的植物激素需过滤除菌后才能添加到已灭菌的培养基中
B．超净工作台可用紫外线消毒，镊子、剪刀可灼烧灭菌
C．植物材料用次氯酸钠溶液消毒后接种到培养基中
D．玻璃培养皿常采用干热灭菌法灭菌
4．培养胡萝卜根组织可获得试管苗，其过程如图所示。下列叙述不正确的是( )
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
A．用胡萝卜根段培养成试管苗，体现了细胞的全能性
B．⑤⑥过程所需的生长素和细胞分裂素的比例不同
C．⑤→⑥过程中愈伤组织在同一培养基上生根发芽形成试管苗
D．经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的遗传特性
5．菊花的组织培养的大致过程如图所示，请据图回答下列问题。
(1)菊花组织培养过程中，启动细胞分裂、B__________(填名称)、C________(填名称)的关键激素是____________和____________。通过B过程产生的愈伤组织细胞与枝条韧皮部细胞的形态结构______(填“相同”或“不同”)，其根本原因是__________________________________________________________________。
(2)实验中要注意无菌操作，所以要对外植体、超净工作台等消毒，对______________等灭菌，接种操作必须在____________旁进行。
(3)外植体一般选择未开花的幼嫩枝条，原因是___________________________ ___________________________________________________________________。
接种时将外植体的1/3～1/2插入诱导________的培养基中，然后将接种后的培养瓶置于________(温度)的培养箱中培养。接种时要注意外植体的方向，不要________。
(4)从B过程到C过程需要更换新的培养基，其原因是_____________________ _____________________________________________________________________；
C过程要进行光照培养，其作用是_______________________________________ ___________________________________________________________________。
(5)试管苗在移栽入土前需要进行哪些处理工作？
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
题组二 植物体细胞杂交技术
6．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
7．为培育富含β-胡萝卜素的“黄金大米”，科研人员提出了利用植物体细胞杂交技术，将玉米细胞和水稻细胞融合为杂种细胞，其方案如下图所示。下列叙述错误的是( )
A．步骤①需要使用纤维素酶和果胶酶处理以获得原生质体
B．通过步骤②处理后得到的两两融合原生质体类型可能有3种
C．细胞再生细胞壁后转移到悬浮液中培养获得愈伤组织
D．诱导愈伤组织一般不需要光照，而幼苗的培育过程需要光照
8．如图是“白菜—甘蓝”的培育过程示意图，请据图回答下列问题。
(1)为了得到原生质体需先用________和________来处理白菜细胞和甘蓝细胞。
(2)诱导原生质体融合的方法有多种，常用的物理方法有________________等，原生质体融合完成的标志是______________________________________________。
(3)通常情况下，白菜和甘蓝有性杂交是不能成功的，原因是_____________________________________________________________________。
植物体细胞杂交技术和传统杂交技术相比，其优点是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
9．植物体细胞杂交技术可克服种间生殖隔离。应用该技术获得“番茄—马铃薯”杂种植株，拓展了植物的种质资源。下列叙述正确的是( )
A．植物细胞壁的水解需要纤维素酶和几丁质酶
B．愈伤组织是由已分化的细胞所构成的细胞团
C．杂种细胞的染色体数一定是原细胞染色体数的2倍
D．“番茄—马铃薯”杂种植株未表现出亲本的所有性状
10．(2022·辽宁选择性考试)蓝莓细胞富含花青素等多酚类化合物。在蓝莓组织培养过程中，外植体切口处细胞被破坏，多酚类化合物被氧化成褐色醌类化合物，这一过程称为褐变。褐变会引起细胞生长停滞甚至死亡，导致蓝莓组织培养失败。下列叙述错误的是( )
A．花青素通常存在于蓝莓细胞的液泡中
B．适当增加培养物转移至新鲜培养基的频率以减少褐变
C．在培养基中添加合适的抗氧化剂以减少褐变
D．宜选用蓝莓成熟叶片为材料制备外植体
11．马铃薯抗病(A)对易感病(a)为显性，块茎大(B)对块茎小(b)为显性。现利用品系甲(Aabb)和品系乙(aaBb)培育抗病块茎大的新品种。科学家利用了以下两种途径进行培育。下列有关叙述错误的是( )
A．目标品系M和目标品系N的染色体组数相同
B．目标品系M和目标品系N体细胞内的核DNA数相同
C．目标品系M和目标品系N的相关基因组成相同
D．目标品系M和目标品系N的表型不一定相同
12．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
13．野生黑芥具有黑腐病的抗性基因，花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病。利用相关工程技术可以获得抗黑腐病杂种黑芥—花椰菜植株。用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，流程如下图。请据图回答下列问题。
(1)该过程用到的细胞工程技术有____________、________________。
(2)过程①所需的酶是________________，过程②中PEG的作用是________________，经过过程②后，需筛选出融合的杂种细胞，显微镜下观察融合的活细胞中有黑芥叶肉细胞的________(填写细胞器名称)存在可作为初步筛选杂种细胞的标志。
(3)原生质体经过细胞壁再生，进而脱分化形成________。
(4)若分析再生植株的染色体变异类型，应剪取再生植株和双亲植株的根尖，制成装片，在显微镜下观察并比较染色体的____________。将杂种植株栽培在含________的环境中，可筛选出具有高抗性的杂种植株。
课时分层作业(5)
1 2 3 4 6 7 9 10 11 12
C D C C C C D D C B
5．(1)脱分化 再分化 生长素 细胞分裂素 不同 基因的选择性表达 (2)培养基和器械 酒精灯火焰 (3)幼嫩枝条生理状况好，容易诱导脱分化和再分化 愈伤组织 18～22 ℃ 倒插 (4)诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同 诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用 (5)移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土
8．(1)纤维素酶 果胶酶 (2)电融合法、离心法 杂种细胞再生出新的细胞壁 (3)存在生殖隔离 能够打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种
13．(1)植物组织培养 植物体细胞杂交 (2)纤维素酶和果胶酶 促进(或诱导)原生质体的融合 叶绿体 (3)愈伤组织 (4)形态和数目 黑腐病菌
1．C [高度分化的植物细胞处于离体状态时，在一定的营养物质和外界条件下才能表现全能性。]
2．D [幼嫩组织细胞的分化程度较成熟组织细胞的低，因此幼嫩组织较成熟组织易培养成功，A正确；植物组织培养时需要用体积分数为70%的酒精和质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液对离体幼茎进行消毒，B正确；植物组织培养需要适宜的温度环境，C正确；生长素与细胞分裂素的含量之比较高时，有利于根的形成，D错误。]
3．C [对不耐高温的植物激素除菌时无法用高压蒸汽灭菌法，可以用滤膜过滤除菌，再添加到已灭菌的培养基中，A正确；接种室和超净工作台等，可用紫外线进行消毒，镊子、剪刀等金属器具可灼烧灭菌，B正确；植物组织培养中的外植体用体积分数为70%的酒精和质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液进行消毒，外植体取出后，在无菌水中清洗了消毒液后才能接种到培养基中，C错误；玻璃培养皿常采用干热灭菌法灭菌，D正确。]
4．C [愈伤组织应先转移到诱导生芽的培养基上，长出芽后，再转移到诱导生根的培养基上，进一步形成试管苗。]
5．(1)菊花组织培养过程中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化(B)和再分化(C)的关键激素。愈伤组织细胞与枝条韧皮部细胞的形态结构不同，其根本原因是基因的选择性表达。(2)实验中要注意无菌操作，所以要对外植体、超净工作台等消毒，对培养基和器械等灭菌，接种操作必须在酒精灯火焰旁进行。(3)幼嫩枝条生理状况好，容易诱导脱分化和再分化，因此外植体一般选择未开花的幼嫩枝条。接种时将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中，然后将接种后的培养瓶置于18～22 ℃ 的培养箱中培养。接种时要注意外植体的方向，不要倒插。(4)B过程(诱导愈伤组织形成)和C过程(诱导愈伤组织分化形成试管苗)所需的生长素和细胞分裂素的比例不同，故从B过程到C过程需要更换新的培养基。诱导愈伤组织分化形成试管苗期间要给予适当光照，其可诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用。(5)试管苗在移栽入土前需要进行的具体处理工作为：移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。
6．C [植物体细胞杂交不需要考虑亲本间是否存在生殖隔离。]
7．C [步骤①是获得植物细胞的原生质体，需要用纤维素酶和果胶酶将细胞壁分解，A正确；步骤②中常用PEG诱导原生质体融合，若只考虑两两融合的情况，则步骤②处理后得到的融合原生质体类型可能有3种，B正确；细胞再生细胞壁后转移到固体培养基中培养获得愈伤组织，C错误；诱导愈伤组织一般不需要光照，而幼苗的培育过程需要光照，因为叶绿素的合成需要光照，D正确。]
8．(1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，根据酶的专一性原理，可采用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。(2)诱导原生质体融合的方法包括：物理法(电融合法、离心法等)和化学法(聚乙二醇融合法、高Ca2+—高pH融合法等)；原生质体融合完成的标志是杂种细胞再生出新的细胞壁。(3)通常情况下，由于白菜和甘蓝之间存在生殖隔离，因此白菜和甘蓝有性杂交是不能成功的；植物体细胞杂交技术和传统杂交技术相比，其优点是能够打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。
9．D [植物细胞有细胞壁，细胞壁阻碍细胞的杂交，由于植物细胞壁的成分主要是纤维素和果胶，根据酶的专一性原理，在进行体细胞杂交之前，必须先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体，A错误；愈伤组织是由已分化的细胞经过脱分化，即失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞，进而形成不定形的薄壁组织团块，B错误；杂种细胞的染色体数不一定是原细胞染色体数的2倍，C错误；生物体中基因的作用是相互的，且基因控制相关性状，“番茄—马铃薯”杂种植株未表现出亲本的所有性状与基因无法有序表达有关，D正确。]
10．D [液泡中含有糖类、无机盐、色素和蛋白质等，其中的色素是指水溶性色素，如花青素，A正确；适当增加培养物转移至新鲜培养基的频率可减少氧化剂的浓度，从而减少褐变，B正确；根据题干信息“在蓝莓组织培养过程中，外植体切口处细胞被破坏，多酚类化合物被氧化成褐色醌类化合物，这一过程称为褐变”可知，在培养基中添加合适的抗氧化剂以减少褐变，C正确；宜选用蓝莓幼嫩叶片为材料制备外植体，因为幼嫩的植物组织分生能力强，且褐变程度低，D错误。]
11．C [目标品系M和目标品系N都为四倍体，染色体组数相同，A正确；目标品系M和目标品系N都为四倍体，二者的体细胞内的核DNA数相同，B正确；根据题意分析，目标品系M有纯合子也有杂合子，而目标品系N是杂合子，二者相关基因组成不一定相同，二者的表型也不一定相同，C错误、D正确。]
12．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。]
13．(1)分析题图可知，该过程用到的细胞工程技术有植物组织培养、植物体细胞杂交。(2)经过过程②(原生质体融合)后，需要筛选出融合的杂种细胞，可以通过观察杂种细胞是否含有黑芥叶肉细胞的绿色的叶绿体来进行判断。(3)原生质体经过细胞壁再生，进而脱分化形成愈伤组织。(4)若分析再生植株的染色体变异类型(包括结构变异和数目变异)，应剪取再生植株和双亲植株的根尖，制成装片，在显微镜下观察并比较染色体的形态和数目。将杂种植株栽培在含黑腐病菌的环境中，只有具有抗性的植株才能够存活，从而将具有高抗性的杂种植株筛选出来。
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