4.2.1细胞工程简介

1、学习目标定位基础自主梳理知能创新导学【典例1】植物组织培养的过程可以归纳为：下列叙述错误的是A.的过程中，当细胞分裂素与生长素的浓度比低时，有利于根的发生B.植物组织培养所依据的原理是植物细胞的全能性C.过程指植物的营养生长和生殖生长阶段D.的外面包裹上人造种皮，就可获得人工种子 【规范解答】选C。本题考查植物组织培养技术的有关知识，分析如下：【互动探究】（1）过程是否需要光照？为什么？（2）脱分化形成的的特点是什么？提示：（1）不需要。过程是由离体的器官、组织或细胞分化形成愈伤组织的过程，因没有形成具根、茎、叶的植物体，因此不需要光照。（2）脱分化形成的愈伤组织细胞排列疏松而无规则，是高度液

2、泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。 【典例2】（2008北京高考）白菜、甘蓝均为二倍体，体细胞染色体数目分别为20、18。以白菜为母本、甘蓝为父本，经人工授粉后，将雌蕊离体培养，可得到“白菜甘蓝”杂种幼苗。请回答问题：（1）白菜和甘蓝是两个不同的物种，存在_隔离。自然条件下，这两个物种间不能通过_的方式产生后代。雌蕊离体培养获得“白菜甘蓝”杂种幼苗，所依据的理论基础是植物细胞具有_。（2）为观察“白菜甘蓝”染色体的数目和形态，通常取幼苗的_做临时装片，用_染料染色。观察、计数染色体的最佳时期是_。（3）二倍体“白菜甘蓝”的染色体数为_。这种植株通常不育，原因是减数分裂过程中_。为使其可育，可通过人

3、工诱导产生四倍体“白菜甘蓝”，这种变异属于_。 【思路点拨】本题考查对植物体细胞杂交这一技术手段的理解。【自主解答】（1）白菜、甘蓝是两个不同的物种。在自然条件下不能通过杂交的方式产生后代，存在着生殖隔离。（2）有丝分裂中期染色体形态比较固定，数目比较清晰，是观察、计数染色体的最佳时期；幼苗中细胞分裂活动最旺盛的部位是根尖的分生区，可作为观察的材料。实验室里，常用龙胆紫、醋酸洋红对染色体进行染色，便于观察。（3）人工授粉后的雌蕊进行离体培养后发育成杂种幼苗，得到的“白菜甘蓝”是异源二倍体，染色体数是2n=10+9=19，由于杂种体内没有同源染色体，在减数分裂时不能联会，不能形成正常的配子，通常

4、不育；可用秋水仙素处理使染色体数目加倍得到可育的四倍体“白菜甘蓝”。答案：（1）生殖杂交（有性生殖）全能性（2）根尖（茎尖）醋酸洋红（龙胆紫）有丝分裂中期（3）19没有同源染色体配对的现象 染色体变异 学业达标训练1.下列有关细胞工程的叙述不正确的是（ ）A.在细胞整体水平上定向改变遗传物质B.在细胞器水平上定向改变遗传物质C.在分子水平上定向改变细胞核的遗传物质D.在细胞整体水平上获得细胞产品【解析】选C。细胞工程技术是在细胞整体水平或细胞器水平上对细胞进行改造，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的技术，在分子水平上定向改造遗传物质属于基因工程。 2.能刺激愈伤组织形成的激素

5、是（ ）A.细胞分裂素和生长素B.赤霉素C.生长素和赤霉素D.细胞分裂素和乙烯【解析】选A。影响植物细胞脱分化产生愈伤组织的一个重要因素是植物激素，当细胞分裂素和生长素共同使用且浓度比为11时，能强烈地刺激愈伤组织的形成。3.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要( )A.具有完整细胞核的细胞B.离体状态C.导入外源基因D.一定的营养物质和激素【解析】选C。植物组织培养依据的原理是植物细胞的全能性。细胞的全能性是指一个细胞发育成一个完整个体的潜能，其根本原因是该细胞包含有该物种所特有的全套遗传物质。对于细胞而言，遗传物质主要集中在细胞核内。科学研究表明，植物细胞只有在脱离原来所在植物体的组

6、织或器官而处于离体状态时，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，才能表现出全能性。4.（2009吉林模拟）不使用植物组织培养技术的育种方法是（ ）A.花药离体培养获得单倍体植株B.秋水仙素处理萌发的种子或幼苗获得多倍体植株C.基因工程培育抗虫棉植株D.细胞工程培育“番茄马铃薯”杂种植株【解析】选B。选项A、C、D中都是利用体细胞获取完整植株的过程。而B选项中是利用种子中的受精卵或直接处理个体，不用植物组织培养，利用大田试种即可。5.（2009莱芜高二检测）设计植物体细胞杂交实验时，如果期望获得性状优良的作物新品种，不需要考虑的是( )A.亲本细胞的生殖隔离问题B.选择具有优良性状的亲本

7、C.亲本细胞的融合技术D.杂种细胞愈伤组织的诱导和再分化【解析】选A。植物体细胞的杂交，要考虑到如何融合，即技术问题。要选择相应所需性状的个体细胞作为材料。而杂交目的是为了获取杂种植株，所以要考虑愈伤组织的诱导和再分化，植物组织培养过程即无性繁殖过程，不用考虑生殖隔离问题，打破生殖隔离是体细胞杂交的优点。6.下面所示是植物组织培养的简略过程。请据此回答：脱分化再分化（1）表示_，它能被培养成的根本原因是_。（2）表示_，它的细胞特点是_。（3）若是花药，则是_，这项技术可用于_。（4）若是胡萝卜根尖细胞，则培养成的的叶片的颜色是_，这说明根尖细胞_。【解析】此题考查了对植物组织培养技术有关知识

8、的理解。植物组织培养必须用离体的植物细胞、组织或器官。因为细胞中含有本物种的全套遗传信息，因此可以培养成植株。答案：（1）离体的植物器官、组织、细胞或原生质体植物细胞具有全能性（2）愈伤组织无特定结构和功能、分裂旺盛、壁薄（3）单倍体植株单倍体育种（4）绿色含有表达叶绿体的基因素能综合检测一、选择题（本题包括12小题，每小题4分，共48分）1.下列关于细胞工程的叙述，错误的是（ ）A.细胞工程的理论基础是细胞生物学和分子生物学B.细胞工程的操作水平是分子水平C.植物细胞融合必须先制备原生质体D.植物组织培养的对象必须是离体的器官、组织或细胞【解析】选B。细胞工程的操作水平是细胞整体水平或细胞器

9、水平。细胞工程的理论基础是细胞生物学和分子生物学；植物细胞由于外有细胞壁，因此融合时，需先去除细胞壁，制得原生质体；植物组织培养的对象是离体的器官、组织或细胞。2.下列有关细胞全能性的叙述，不正确的是（ ）A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高B.生物体内细胞由于分化，全能性不能表达C.卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高D.植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性【解析】选C。分化是指在生物个体发育中，相同细胞的后代在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。由于高度分化的植物仍然具有发育成完整植株的能力，因此可将已分化的植物细胞进行离体培养，由单个细胞分裂

10、后形成愈伤组织，由愈伤组织再度分化为根、茎，再发育成完整植株。卵细胞已经有一定的分化，但其全能性依然很高。3.有关植物组织培养过程中细胞脱分化的说法，不正确的是( )A.已经分化的细胞失去特有的结构和功能而转变成未分化的细胞的过程B.已经分化的细胞转变成为具有分生能力的薄壁细胞，进而形成植物的愈伤组织的过程C.离体的植物组织在一定的培养条件下分化出根和芽的过程D.离体的植物组织在脱分化形成愈伤组织的过程中必须经过有关激素的诱导【解析】选C。脱分化过程是指细胞由分化状态回到未分化的状态，且具有持续分生能力，此过程需要相关激素的作用。4.图示为一人工种子。下列与人工种子培育过程有关的叙述中不正确的

11、是( )A.人工种子一般是用离体的植物细胞通过组织培养技术获得B.胚状体是由愈伤组织分化而成的，离体细胞只有形成愈伤组织，细胞才能表现出全能性C.同一批次的人工种子可以保证具有相同的基因型D.胚状体是由未分化的，具有分裂能力的细胞构成的【解析】选D。人工种子培育的理论基础是植物细胞的全能性，是利用植物组织培养的方法，使离体的植物组织经脱分化形成愈伤组织，再分化形成具有生根发芽能力的胚状结构，包裹上人造种皮制成的，这样同一批次的人工种子可以保证具有相同的基因型。5.(2009静安区高三检测)在植物细胞工程中，当原生质体融合成一个细胞后，需要诱导产生出细胞壁，参与这一过程的细胞器是( )A.叶绿体

12、、高尔基体B.线粒体、高尔基体C.叶绿体、线粒体D.线粒体、内质网【解析】选B。细胞壁的形成与高尔基体有关，同时需要线粒体为其提供能量。叶绿体是进行光合作用的场所；内质网是参与蛋白质运输和初加工的结构。6.在植物体细胞杂交过程中，常需要对制备的原生质体的生活状态及活力进行检测。下列实验中检测的依据最合适的是( )A.观察细胞周期的长短B.观察细胞质流动的速率C.观察质壁分离和复原的速率D.观察细胞结构是否完整【解析】选B。原生质体是指植物细胞除掉细胞壁后的原生质整体，细胞结构已经不完整，更不可能进行质壁分离和复原。A与B项均可行，但A项所需时间过长，故B是最合适的检测方法。7.在植物细胞工程的

13、技术中，无需激素调节的是( )A.组织培养中促使细胞脱分化B.制备原生质体时去除细胞壁C.组织培养中促使细胞再分化D.促使融合细胞形成愈伤组织【解析】选B。制备原生质体时去除细胞壁，常用纤维素酶和果胶酶等分解细胞壁，不需激素调节；而植物组织培养过程中，细胞脱分化和再分化都需要细胞分裂素和生长素等激素的调控。融合细胞形成愈伤组织是细胞脱分化过程。8.（2008江苏高考）下列关于植物组织培养技术的叙述中，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

14、不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因型相同【解析】选D。植物组织培养技术既可对植物体细胞进行组织培养，也可对生殖细胞进行组织培养。假设某植株的基因型为Aa，取根尖细胞离体培养形成的新植株基因型仍为Aa;若取该植株花药细胞离体培养，形成的新植株的基因型为A或a。9.某组织培养实验室的愈伤组织被真菌严重污染，为查找污染原因设计了4个实验，实验条件除图示外其他均相同。下面四个曲线图表示实验结果，据图不能得出的初步结论是（ ）A.污染主要原因不是培养基灭菌时间短B.污染主要来源于组织培养所用的离体组织C.调节培养基pH能解决污染问题D.调节培养温度不能解决污染问题【解析】选C。本题考查植物组织培养的

15、外部条件，由图中曲线可知：延长培养基灭菌时间、改变培养基pH、调节培养温度，污染率都在90%左右，没有明显改变，然而随着对离体组织灭菌时间的延长，污染率迅速下降，可见污染主要是由离体组织引起的，故选项C的说法是错误的。10.通过植物组织培养技术繁育农作物，其优点不包括（ ）A.加快繁育速度B.保持亲本优良性状C.培育出无病毒植株D.改变植物的基因型【解析】选D。植物组织培养可以在短期内获取大量植株，繁育速度快。若用茎尖为原材料进行培养可获取无病毒植株，培养过程为有丝分裂，属于无性生殖，会保持亲本的性状，不会改变植物的基因型。11.(2009济宁模拟)如图为植物组织培养的基本过程，则制作人工种子

16、，及生产治疗烫伤、割伤的药物紫草素，应分别选用( )A.、B.、C.、D.、【解析】选B。人工种子是指已分化的胚状体等用合适的人造种皮进行包裹,所以应为再分化后的,而获取产物紫草素则培养到具有产生此物质的细胞群体即可，无需获得植株。12.如图为植物细胞融合及组织培养过程示意图。下列说法不正确的是（ ）A.植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍B.杂种细胞经过和过程可以培育成杂种植株说明杂种细胞具有全能性C.尽管愈伤组织可以进行光合作用，但其培养基中仍需要糖类、氨基酸等有机营养D.若A的基因型为Rr，B的基因型为Yy，则最终形成的杂种植株的基因型为RrYy【解析】选C。本题考查植

17、物组织培养和植物体细胞杂交。植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍；杂种细胞经过脱分化和再分化过程可以培育成杂种植株，说明杂种细胞具有全能性。愈伤组织没有形成叶绿体，不能进行光合作用，所以其培养基中需要糖类、氨基酸等有机营养；若A的基因型为Rr，B的基因型为Yy，则最终形成的杂种植株的基因型为RrYy。 二、非选择题（本题包括3小题，共52分）13.（19分）（2009南京模拟）通过植物组织培养技术可以快速繁殖、生产药物及培育无病毒的植物等。据图甲、表乙回答问题：图甲植物组织培养过程表乙：植物的花芽分别在含有不同比例的吲哚乙酸和细胞分裂素的培养基中的生长状况(1)离体的植物器官

18、、组织或细胞能够被培养成新的植物体的原因是_。(2)用植物组织培养方法诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状体结构，若包裹上人造种皮，制成人工种子，可能解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。胚状体来源于离体的植物体细胞，其形成过程中要经过的生理变化大体上是图甲中 _和 _过程，在此过程中被培养的细胞始终受_的调节（ 填序号）。（3）应用植物组织培养技术培养茎尖或根尖组织可获得无病毒植株，其原因是_。（4）从表乙的实验结果可看出：吲哚乙酸和细胞分裂素是实验中的两种重要物质。其中，新芽形成必需的条件是_；而在培养形成完整新个体过程中，对它们的调控关键是_。【解析】（1）由离体

19、细胞到一个完整个体充分体现了细胞的全能性。（2）胚状体是已分化的结构，经过了脱分化和再分化这两个过程，由表乙可知它们均受植物激素的调节。（3）茎尖或根尖很少被病毒感染，甚至无病毒，培养过程也是在无菌条件下进行的，所以可获得无病毒植株。（4）由表乙可以看出D组有利于芽的分化，吲哚乙酸浓度远低于细胞分裂素浓度，而C组有利于根的分化，吲哚乙酸浓度远高于细胞分裂素浓度，说明细胞分化不仅与激素种类有关，而且与浓度有关。答案：（1）植物细胞具有全能性（2）脱分化再分化 植物激素（3）植物的茎尖或根尖很少被病毒感染，甚至无病毒（4）细胞分裂素的浓度大于吲哚乙酸的浓度调控好不同培养期的培养基中细胞分裂素与吲哚

20、乙酸的浓度及其比例14.（18分）科学家利用细胞工程培育了“白菜甘蓝”杂种植株，如图所示，请据图回答下列问题：（1）图C表示_；杂种细胞D生成的标志是_。（2）由D形成F的过程所依据的原理是_，从本质上讲，“白菜甘蓝”杂种植株具有的性状是_的结果。（3）若“白菜甘蓝”杂种植株为四倍体，则该植株的花粉经离体培养得到的植株是_倍体。（4）“白菜甘蓝”杂种植株的食用部分是叶，但叶又易受昆虫危害而影响产量，科学家又利用基因工程培育出带有抗虫基因的“白菜甘蓝”植株，请你设计实验，检测此植株的抗虫基因是否表达。取昆虫幼虫放到带有抗虫基因的“白菜甘蓝”植株甲上，再取等量生活状态基本一致的昆虫幼虫放在_植株乙

21、上。适宜条件下培养一段时间后，分别观察_的生活情况。若_，说明甲植株的抗虫基因未得到表达；若_，说明甲植株的抗虫基因得到表达。【解析】（1）植物体细胞融合应先去除细胞壁，然后再诱导原生质体融合，并诱导形成新的细胞壁，再通过植物组织培养发育成完整植株。（2）DF的过程说明细胞具有全能性，杂种植物具有的性状是基因选择性表达的结果。（3）凡是由未受精的配子发育而成的个体都是单倍体。（4）应注意实验设计的对照原则、等量原则及单一变量原则。答案：（1）原生质体的融合 形成新的细胞壁（2）细胞的全能性基因选择性表达（3）单（4）长势相似的普通“白菜甘蓝”昆虫幼虫甲、乙植株上昆虫幼虫均正常生活 甲植株上昆虫

22、幼虫死亡，乙植株上昆虫幼虫正常生活（、其他答案合理也可）实验探究15.（15分）“人工种子”是人们模仿天然种子的结构制造出来的生命有机体，它能像种子一样萌发生长，长成植物。人工种子的核心部件是个被外层胶质包埋的具有类似于胚功能的胚状体。胚状体不同于一般的种子胚，它是由非合子细胞分化形成的类似于胚的结构物，胚状体在一定的条件下，可以通过胚胎发育过程形成植株。根据上述材料分析：（1）材料中胚状体的培育利用了_技术，该项技术的成功体现了细胞的_性。（2）包埋胚状体的胶质可看成自然种子的哪部分结构？_。（3）请简要归纳由“离体细胞”进行操作获得胚状体的过程：_。（4）目前，各国已着手将“人工种子”市场

23、化、商品化，请分析有何实际意义。【解析】（1）人工种子是利用植物组织培养技术获得的具有正常发育能力的材料，外面包被着特定的物质，在适宜的条件下可以发芽成苗的植物幼体。该项技术的成功应用体现了植物细胞的全能性。（2）胚状体外层包裹的胶质可看成自然种子中提供营养的胚乳或子叶。（3）离体细胞经植物组织培养获得胚状体的过程可描述为：（4）用植物组织培养技术制作人工种子其优点是：可以完全保持优良品种的遗传特性，生产上不受限制，便于贮藏和运输。答案：（1）植物组织培养全能（2）提供营养的胚乳或子叶（4）可用于苗木的快速繁殖，无病毒植株的培育，解决有些作物繁殖力差、结子困难或发芽率低等问题。教师备课资源1.

24、下列有关植物细胞全能性的叙述中，正确的是( )A.植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全部基因B.高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性C.蚕豆叶肉细胞脱分化形成的愈伤组织细胞没有全能性D.植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所含基因不同【解析】选B。细胞的全能性是指高度分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能。高度分化的植物细胞，只有在离体的情况下，给予适宜的营养、激素等条件才能表现出全能性。蚕豆叶肉细胞脱分化形成的愈伤组织细胞，其遗传物质没有发生变化，仍然具有全能性。2.植物体细胞杂交过程是（ ）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.通过以上三项来完成【解析】选D。植物体细胞杂交过程实际上是不同植物体细胞原生质体融合的过程，融合后形成的杂种细胞进一步