植物细胞工程的基本技术
（第一课时）
一、学习目标
1.理解细胞全能性的含义。
2.掌握植物组织培养的过程和条件。
二、重点难点
重点：
1.分析细胞具有全能性的原因。
2.了解植物组织培养的过程和条件。
难点：
了解脱分化、愈伤组织概念；知道植物激素的调控作用。
三、学习过程
【基础过关】
（一）细胞工程
1.概念：应用
和
的原理和方法，通过
或
上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的
或获得
的一门综合科学技术。
2.分类：根据操作对象不同，可分为
、
。
（二）植物细胞的全能性
1.植物细胞的基本结构包括
、
、
、
。
2.植物细胞主要的增殖方式是
，细胞分化是指
原因是
。
3.全能性是指
，表现为全能性的原因是
。
4.在理论上，生物的任何一个细胞都具有
，但在生物的生长发育过程中，细胞并不表现
，而是分化成各种
。
5.在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有
地表达出各种
，分化形成不同的细胞，从而构成生物体的不同
。
（三）植物组织培养技术
1.原理：植物细胞具有
，具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成
的潜能。
2.过程：离体植物的
_
组织幼根和芽或胚状体完整植株。
3.细胞脱分化：已
的细胞经过诱导后，失去其特有的
而转变成未分化细胞的过程。
4.植物组织培养：在
和
的条件下，将
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
、丛芽，最终形成完整植株。
（四）胡萝卜的组织培养实验
1.实验原理
生物体细胞一般都是由受精卵经过有丝分裂形成的，因而都含有该生物的全套的遗传信息，都具有发育成完整个体的潜能。因此，植物体的根、茎、叶细胞都具有
，在一定的营养和激素条件下，可以脱分化形成
。将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上，就可以诱导其再分化生成胚状体或丛芽，进而发育成
。
2.实验步骤
①将
用自来水充分洗净，削去外皮，并切成段。用酒精棉球擦手。
②在超净工作台（或接种箱）上将胡萝卜段用酒精溶液消毒30s后，立即用
清洗2～3次，再用
处理30min后，立即用无菌水清洗2～3次。
③用
的滤纸吸去胡萝卜段表面的水分。然后，在
的瓷砖上，用无菌的解剖刀将胡萝卜段切成1cm厚的横切片，再选取有
的部位，切取1cm左右的小块。
④将
接种到培养基上，用锡箔纸封盖瓶口，并用橡皮筋扎紧。然后，在培养瓶上贴上标签，写明材料名称、接种日期和小组号。
⑤将接种后的胡萝卜组织块，放在
恒温避光条件下培养。4天后，检查培养材料的污染情况；14天后，观察愈伤组织的生长状况。然后，在恒温箱中继续避光培养。在培养过程中，注意定期观察和记录愈伤组织的生长情况。
⑥培养一段时间后，将生长良好的
转接到分化培养基上，培养一段时间后，胡萝卜的愈伤组织就可以诱导出
。然后将试管苗移栽到大田，培养成
。
【课内探究】
（一）细胞工程与基因工程概念的比较
基因工程
细胞工程
工程原理
操作对象
操作水平
工程目的
（二）植物细胞的全能性
1.什么是全能性？
2.为什么已分化细胞还保持有全能性？
3.生物体内的细胞为什么不能表现出全能性？
（三）植物组织培养技术
阅读教材P34～35，总结并写出组织培养的基本过程：
（四）思考
1.什么是脱分化（含义和结果）？什么是再分化？
2.愈伤组织的特点是什么？
3.组织培养的一系列过程中都需要无菌操作，其重要性和必要性是什么？
4.总结出组织培养所需的条件有哪些。
（五）附参考资料
四、自主练习
1.组织培养的理论根据是（
）
A.培养基中营养物质全面
B.细胞的全能性
C.细胞的分裂
D.细胞的分化
2.在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，这是因为（
）
A.基因的表达有选择性
B.不同的细胞内基因不完全相同
C.细胞丧失了全能性
D.在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化
3.下列实例中能体现细胞全能性的是（
）
①用悬浮液培养胡萝卜单个细胞可形成可育的植株
②植物用种子繁殖后代
③用烟草组织培养的单个细胞形成可育的完整植株
A.①②
B.①③
C.②③
D.①②③
4.在植物组织培养过程中，生长素和细胞分裂素的使用会影响实验结果。下列说法正确的是（
）
A.两种激素用量的比例影响实验结果
B.两种激素使用的先后顺序影响实验结果
C.两种激素使用时的浓度影响实验结果
D.以上说法全部正确
5.植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导的植物激素分别是（
）
①植物细胞的全能性
②离体的植物器官、组织或细胞
③产生根、芽
④生长素和细胞分裂素
⑤生长素和乙烯
⑥愈伤组织
⑦再分化
⑧脱分化
⑨植物体
A.①，②⑨⑧⑥⑦③，④
B.①，②⑦⑥⑧③⑨，⑤
C.①，⑥②⑨⑧③⑦，⑤
D.①，②⑧⑥⑦③⑨，④
6.在诱导离体胡萝卜韧皮部外植体形成幼苗的过程中，未表现的生命现象是（
）
A.细胞全能性
B.ATP的再生
C.线粒体数目增加
D.基因重组
7.关于细胞全能性的理解不确切的是
（
）
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的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，是植物细胞在一定条件下表现全能性的结果
D.通过动物细胞培养获得细胞株或细胞系，证明了动物体细胞也具有全能性
8.下列哪种细胞的全能性最容易得到表达（
）
A.青蛙的皮肤细胞
B.胡萝卜的韧皮部细胞
C.小白鼠的肝脏细胞
D.人皮肤的生发层细胞
9.下列关于植物组织培养的表述，错误的是（
）
A.外植体可以来自于植物的任何细胞
B.培养应在无菌条件下进行
C.以花粉作为外植体可得到单倍体植株
D.不同阶段的培养基中细胞分裂素和生长素的比例不同
10.下面关于植物细胞工程的叙述，正确的是（
）
①不同种植物叶肉细胞融合时，应先去掉细胞膜
②叶肉细胞脱分化后，可形成无定形状态的薄壁细胞
③叶肉细胞经过再分化过程，可形成愈伤组织
④叶肉细胞离体培养时，可以表现出细胞的全能性
A.①③
B.②④
C.①②④
D.①②③④
11.下图表示胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作接入试管后，在一定的条件下，形成试管苗的培育过程，请据图回答下列问题：
（1）要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括________和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和________两类植物激素。
（2）此过程依据的原理是__________。A和B阶段主要进行的分裂方式是________，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞________等。
（3）此过程要无菌操作，主要是指对________进行灭菌消毒。B阶段需要光照，原因是______________________________________________。
（4）试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因__________的结果。
12.我国植物学家将名贵兰花的茎尖细胞放入适宜的培养基中进行培养，最终发育成完整的新植株。请根据培养示意图回答：
（1）过程④和⑤要经过____________和______________________________。
（2）在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外，还需要在培养基中加入_____________。同时，在培养过程中，除必要的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程必须保证________________。
（3）从育种的角度来看，植物组织培养与有性繁殖相比，优势主要有哪些？（列举两条）
参考答案
基础过关
（一）1.细胞生物学
分子生物学
细胞水平
细胞器水平
遗传物质
细胞产品
2.植物细胞工程
动物细胞工程
（二）1.细胞壁
细胞膜
细胞质
细胞核
2.有丝分裂
在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程
在个体发育过程中，不同的细胞中遗传信息执行情况不同（或基因选择性表达）
3.具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能
每个细胞都含有该物种全部遗传信息
4.发育成完整植株的潜力
全能性
组织和器官
5.选择性
蛋白质
组织和器官
（三）1.全能性
完整生物体
2.器官、组织、细胞
愈伤
3.分化
结构和功能
4.无菌
人工控制条件
离体
愈伤组织
（四）1.全能性
愈伤组织
完整的植株
2.①胡萝卜根
②无菌水
次氯酸钠溶液
③无菌
消毒
形成层
④胡萝卜组织块
⑤23～26℃
⑥愈伤组织
试管苗
正常植株
课内探究
（一）细胞工程与基因工程概念的比较
基因工程
细胞工程
工程原理
基因重组
细胞生物学和分子生物学
操作对象
基因
细胞或细胞器
操作水平
分子水平
细胞或细胞器水平
工程目的
定向改造生物的遗传性状
按照人们意愿改变细胞内遗传物质或获得细胞产品
（二）植物细胞的全能性
1.全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。
2.细胞分化是基因选择性表达的结果，不改变细胞中遗传物质的组成。所以，已分化的细胞仍然含有该生物的全部遗传信息。
3.在生物体内，由于基因的选择性表达，细胞不能表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官。
（三）植物组织培养技术
1.离体植物的器官、组织或细胞
愈伤组织幼芽或胚状体
完整植株。
（四）思考
1.脱分化是指已分化的细胞经诱导后，失去特有的结构与功能转变成末分化细胞的过程。其结果是产生愈伤组织。
再分化是指脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化成根或芽等器官的过程。
2.愈伤组织的特点有：高度液泡化；排列疏松无规则；无定形状态的薄壁细胞。
3.植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以在上面迅速生长，所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡。
4.所需条件有：离体；无菌环境；充足营养；激素（生长素和细胞分裂素）；适宜的外界环境（温度、pH、光照等）。
自主练习
1.B
2.A
3.B
4.D
5.D
6.D
7.D
8.B
9.A
10.B
11.（1）无机物
生长素
（2）细胞的全能性
有丝分裂
分化
（3）培养基
芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件
（4）选择性表达
12.（1）细胞分裂
细胞（组织）分化、组织器官的形成（逐渐发育成为新的植物体）
（2）植物激素（植物激素类似物）
无菌
（3）能保持母本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能培养无病毒植物。（回答任意两条即可）植物细胞工程的基本技术
（第二课时）
一、学习目标
1.知道植物体细胞杂交技术的原理。
2.描述植物体细胞杂交技术的流程。
3.说出植物体细胞杂交技术的意义。
二、重点难点
重点：植物体细胞杂交技术的流程。
难点：植物体细胞杂交的原理；原生质体融合的方法。
三、学习过程
【回顾旧知】
1.植物细胞的基本结构包括
、
、
、
。
2.植物细胞壁的主要成分是
、
。
3.下图表示胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下，形成试管苗的培育过程，请据图回答下列问题：
（1）要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括________和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和________两类植物激素。
（2）此过程依据的原理是________________。A和B阶段主要进行的分裂方式是________，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞________等。
（3）此过程需要无菌操作，是指接种、培养等各环节需在________________进行。B阶段需要光照，原因是________________________________________________________。
（4）试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因
的结果。
【预习新知】
1.概念：不同种植物的
，在一定条件下融合成
，并把杂种细胞培育成新的
的技术。
2.过程
离体的细胞不同细胞_____原生质体融合→
→杂种植株
3.植物体细胞杂交步骤
（1）去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体，目前最常用的去细胞壁的方法是
，也就是在温和条件下用
去除植物细胞的细胞壁。这依据的是酶的
特点。
（2）人工诱导原生质体融合的方法基本可以分为两大类，即
和
法。物理方法有：
、
、
等促使原生质体融合。化学法是用
作为诱导剂来诱导融合。融合后再生出
是融合完成的标志。
（3）用植物组织培养方法对杂种细胞进行培育，可得到杂种植株。
【课内探究】
1.番茄和马铃薯是两个不同的物种，用有性杂交的方法是否可以创造出地上长番茄地下结马铃薯的“超级作物”呢？
2.植物组织培养技术是一种无性繁殖方式，其不改变生物的遗传物质，那么用无性繁殖的方法是否可以创造出“超级作物”呢？
3.观察教材P36图片，思考以下几个问题：
①把番茄和马铃薯的体细胞进行杂交，首先遇到的第一个障碍是什么？如何在不破坏细胞活性的前提下温和地去除障碍？
②什么是原生质体？其与原生质层有何区别？
③原生质体的融合首先是什么融合？应用了什么原理？
④人工诱导原生质体融合的方法有哪些？
⑤原生质体融合完成的标志是什么？
⑥如果只考虑两两融合，融合后形成的杂种细胞有几种类型？应做何种处理？
⑦得到杂种细胞后，如何处理使其发育成为杂种植株？请你写出该过程图示。
4.根据植物体细胞杂交技术的概念进行总结：
关键步骤——①
；②
。
技术原理——①
；②
。
融合方法——①
；②
。
实现目的——
。
5.植物体细胞杂交技术的重大意义是什么？
流程模式图：
四、自主练习
1.植物体细胞融合完成的标志是（
）
A.产生新的细胞壁
B.细胞膜发生融合
C.细胞质发生融合
D.细胞核发生融合
2.用不同种植物的两个体细胞融合成一个杂种细胞的过程。该过程是指（
）
A.不同植物的精子和卵细胞的融合
B.不同植物的原生质体的融合
C.完整的两个体细胞的融合
D.植物花粉细胞的两两融合
3.植物体细胞杂交尚未解决的问题有（
）
A.去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体
B.将杂种细胞培育成植株
C.让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状
D.尚未培育出杂种植物
4.与传统的有性杂交法相比，植物体细胞杂交的最大优点是（
）
A.可使两个亲本的优良性状组合到一起
B.可以克服远缘杂交不亲和的障碍
C.可以培育出高产性状明显的新品种
D.可以降低生成成本，提高接济效益
5.植物体细胞杂交的目的是（
）
A.用酶解法去掉细胞壁分离出有活力的原生质体
B.以人工诱导法使两个不同植物的原生质体融合
C.用植物组织培养法培养融合的原生质体得到杂种植株
D.通过以上三者来完成
6.（多选）有关原生质体的下列叙述中，正确的是（
）
A.组成原生质体的主要生命物质是蛋白质和核酸
B.原生质体包括细胞膜、液泡膜及两者之间的原生质
C.被脱掉细胞壁的植物裸露细胞是原生质体
D.原生质体只能用于植物细胞工程
7.植物M与N有性杂交不亲和，但科学家设法获得了两者的杂种植株。科学家最可能使用的方法是
（
）
A.将M嫁接到N上，或将N嫁接到M上
B.利用植物体细胞杂交工程技术手段，培养成一个杂种植株
C.将M的花粉授给N，再将所得种子培养成植株
D.将M和N的花粉分别进行离体培养获得单倍体植株，再让两种单倍体植株相互授粉，将获得的种子培养成植株
8.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香茅醛，能散发出一种特殊的达到驱蚊且对人体无害的效果。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、振动、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葵和香茅草杂交而获得是因为不同物种间存在生殖隔离
9.A种植物的细胞和B种植物细胞的结构如下图所示（仅显示细胞核），将A、B两种植物细胞去掉细胞壁后，诱导二者的原生质体融合，形成单核的杂种细胞，若经过组织培养后得到了杂种植株，则该杂种植株是（
）
A.二倍体；基因型是DdYyRr
B.三倍体；基因型是DdYyRr
C.四倍体；基因型是DdYyRr
D.四倍体；基因型是DdddYYyyRRrr
10.科学家们将番茄细胞和马铃薯细胞融合，成功地培育出了“番茄—马铃薯”杂种植株，但它并没有在地上结番茄、地下结马铃薯。下列说法哪项是错误的（
）
A.进行植物细胞融合必须先制备原生质体
B.番茄和马铃薯属于同一个物种
C.植物体细胞杂交过程需要植物组织培养技术做支持
D.这种“番茄—马铃薯”很可能是可育的
11.据图回答下列问题：
（1）过程①②是用
处理细胞的细胞壁，后经③过程诱导原生质体融合，实际融合的过程中原生质体可能会形成
种细胞团（只考虑两个细胞融合的情况）。④是
的过程，与此过程密切相关的细胞器是
。
（2）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，此时体细胞中含有
条染色体。
（3）若图中番茄是二倍体，马铃薯是四倍体，则杂种植株为
倍体。
12.下图为植物体细胞杂交过程示意图，据图回答：
（1）步骤①是去掉
，使植物细胞成为
，最常用的方法是
。
（2）步骤②一般常用的化学试剂是
，目的是
。
（3）在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段是
，其中步骤④相当于
，步骤⑤相当于
。
（4）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株，使两株植物的性状能够在新的植物体上有所表现，其根本原因是
。
（5）从理论上讲，杂种植株的育性为_________。若运用传统有性杂交方法能否实现？_________。理由是
。因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于
。
（6）利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种的过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？为什么？
参考答案
回顾旧知
1.细胞壁
细胞膜
细胞质
细胞核
2.纤维素
果胶
3.（1）无机物
生长素
（2）植物细胞全能性
有丝分裂
分化
（3）酒精灯旁（或超净台中）
芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件
（4）选择性表达
预习新知
1.体细胞
杂种细胞
植物体
2.原生质体
杂种细胞
3.（1）酶解法
纤维素酶和果胶酶
专一性
（2）物理
化学
离心
振动
电激
聚乙二醇（PEG）
细胞壁
课内探究
1.由于不同物种间存在生殖隔离，所以不能用有性杂交的方法创造出番茄—马铃薯的“超级作物”。
2.利用植物组织培养不改变培养的细胞遗传物质的特点，如果在培养之前设法使番茄和马铃薯的遗传物质相加在一个细胞内，然后对其进行组织培养，这样就可以得到兼有两个物种性状的“超级作物”了。
3.①面临的第一个障碍是细胞壁的存在；用机械破碎细胞壁的方法会使细胞丧失活性，而利用酶的专一性，利用纤维素酶和果胶酶就可以温和地去除细胞壁。
②原生质体是去除细胞壁后依然保持细胞活性的结构，而原生质层是指包含细胞膜、液泡膜以及两膜之间的细胞质，不去除细胞壁同样有原生质层的存在。
③原生质体的融合首先是细胞膜的融合，融合时依据的原理是细胞膜的流动性。
④人工诱导原生质体融合的方法有物理法和化学法，前者主要有离心、振动和电激，后者主要是利用聚乙二醇（PEG）使细胞融合。
⑤融合完成的标志是再生出新的细胞壁，这样的细胞称为杂种细胞。
⑥3种，即番茄—番茄、番茄—马铃薯、马铃薯—马铃薯。得到的三种细胞需要进行筛选处理。
⑦需要将杂种细胞进行植物组织培养；杂种细胞
愈伤组织胚状体或丛芽杂种植株。
4.步骤：①植物体细胞的融合；②植物组织培养。
原理：①细胞膜的流动性；②植物细胞的全能性。
方法：①物理法；②化学法。
目的：培育杂种植株。
5.意义是克服了不同物种间远缘杂交不亲和的障碍。但是目前仍有许多理论和技术问题没有解决，离推广应用仍有一定距离。
自主练习
1.A
2.B
3.C
4.B
5.D
6.AC
7.B
8.C
9.C
10.B
11.（1）纤维素酶、果胶酶
3
再生壁
高尔基体
（2）（A+B）/2
秋水仙素
A+B
（3）六
12.（1）细胞壁
原生质体
酶解法
（2）聚乙二醇
诱导原生质体融合
（3）组织培养
脱分化
再分化
（4）杂种细胞具有两个亲本的遗传物质
（5）可育
不能
因为不同生物之间存在生殖隔离
克服远缘杂交不亲和的障碍
（6）不遵循，因为生物在进行有性生殖过程中才遵循孟德尔的遗传定律，而植物体细胞杂交不属于有性生殖。
