高考生物一轮复习讲义：植物细胞工程（二）

第58课时植物细胞工程

1.阐明植物组织培养的原理和过程。2.概述植物体细胞杂交的原理和过程。

课标要求3.举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种等

方式有效提高了生产效率。

1.植物组织培养技术2022・辽宁・T142021・江苏-T52020•天津-T15

2023・广东-T122023•江苏-T132023•浙江1月选

考情分析2.植物体细胞杂交技术考-T242021.福建.T11

2020•北京-T132020•山东-T13

3.植物细胞工程的应用2023•山东・T14

考点一植物组织培养技术

■整合必备知识

1.细胞工程的概念

里理和克之细胞生物学、金王生物学和发育生物学

细

胞操作水平一细胞器水平、细胞或组织水平

工

程

且J获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品

2.植物细胞的全能性

定义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

原因生物体的每个细胞中都含有发育成完整个体所需的全套基因

体现利用植物的一片花瓣、一粒花粉，甚至一个细胞，都可以繁殖出新的植株

未表现及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在特定的时

原因间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达

表现条件离体、营养物质、激素、适宜的温度和pH

3.植物组织培养技术

⑴概念：将离体的植物器官、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)理论基础：植物细胞的全能性。

(3)基本过程

①脱分化：在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的结构和功能,

转变成未分化的细胞,进而形成愈伤组织的过程。

②愈伤组织：脱分化产生的不定形的薄壁组织团块。

③再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。

(4)探究实践一菊花的组织培养

夕卜

植一流水一"酒精消毒30s—*无菌水清洗

®冲洗僧相伯每80s2~3次

外植体

一体

消毒

无菌7%洗—次氯酸钠溶液处理3()min

2~3次

将外植体将外植体的用封口膜

切成0.5~1/3成/2插入或瓶盖封

接种卜-----------A---A

1cm长的诱导愈伤组盖瓶口，并

小段织的培养基中作好标记

置于18~15~20d长出芽后，再

22七的"后，转接转接到诱导生

培养卜

培养箱-到诱导生—壁的培养基上，

£培养荒的培养进一步诱导形

基上成试管苗

;移栽前先打开封口膜或瓶盖,让试管苗在

［上栽j培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的

一一\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

蒋幼苗移栽后「孱天加豪笄记温为潘鬲至

殳情况，适时浇水、施肥，直至开花

(5)植物激素在植物组织培养中的作用

生长素/细胞分裂素植物细胞的发育方向

高有利于根的分化、抑制荒的形成

低有利于芽的分化，抑制根的形成

适中促进愈伤组织的生长

【判断正误】

(1)实验中除外植体需要灭菌外，使用的培养基和所有的器械也都要灭菌(X)

提示外植体需要消毒处理，不能灭菌处理。

(2)愈伤组织是外植体经脱分化和再分化后形成的(X)

提示愈伤组织是外植体经脱分化过程形成的。

(3)无论脱分化还是再分化，过程中均需提供光照(X)

提示在脱分化阶段一般需要避光处理，再分化阶段需要光照处理。

(4)植物组织培养过程中生长素和细胞分裂素的比例始终不变(X)

提示植物激素中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，它们

的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向，植物组织培养过程中应根据需要调整生长素

和细胞分裂素的比例。

(5)同一株绿色开花植物不同部位的细胞经组织培养获得的植株基因型都是相同的(X)

提示同一株绿色开花植物体细胞和生殖细胞(花粉)经组织培养获得的植株基因型不同。

(6)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(V)

■提升关键能力

长春新碱(VCR)是夹竹桃科植物长春花中提取出的一种生物碱，具有高抗肿瘤活性。如图是

科研人员利用长春花的叶柄或嫩叶作为外植体得到再生植株的方法，分析并回答下列问题：

(1)选用叶柄或嫩叶作为外植体，其原因是什么？

提示叶柄或嫩叶分化程度低，全能性高，容易诱导形成愈伤组织，进而培养成完整植株。

(2)为什么说从繁殖方式上看，植物组织培养的繁殖方式是无性繁殖？

提示植物组织培养是在细胞有丝分裂和细胞分化的基础上实现的，此过程并没有生殖细胞

的产生，所以是无性繁殖。

(3)在植物组织培养的过程中，为什么要求无菌操作？

提示培养物一旦受到微生物的污染，这些微生物会和外植体争夺培养基中的营养物质，并

且产生大量对外植体有害的物质，导致外植体死亡。

■评价迁移应用

考向一植物组织培养技术

1.(2023•重庆，15)某小组以拟南芥原生质体为材料，研究了生长素(IAA)、组蛋白乙酰化及

R基因对原生质体形成愈伤组织的影响。野生型(WT)和R基因突变型(rr)的原生质体分别经

下表不同条件培养相同时间后，检测培养材料中R基因表达量，并统计愈伤组织形成率，结

果如图所示。据此推断，下列叙述正确的是()

编号原生质体培养条件

①WT培养基

②WT培养基+合适浓度的IAA

③rr培养基

④rr培养基+合适浓度的IAA

⑤WT培养基+组蛋白乙酰化抑制剂

A.组蛋白乙酰化有利于WT原生质体形成愈伤组织

B.R基因通过促进IAA的合成提高愈伤组织形成率

C.组蛋白乙酰化通过改变DNA碱基序列影响R基因表达量

D.若用IAA合成抑制剂处理WT原生质体，愈伤组织形成率将升高

答案A

解析①和③进行对比可以看出，R基因表达量高，愈伤组织形成率高，①和⑤对比可以看

出，使用组蛋白乙酰化抑制剂之后，R基因的表达量下降，愈伤组织的形成率也会降低，因

此推测组蛋白乙酰化有利于WT原生质体形成愈伤组织，A正确；图中数据无法得出R基因

是通过促进IAA的合成提高愈伤组织形成率的，B错误；①和②对比可以看出，IAA能够促

进愈伤组织的形成，因此若用IAA合成抑制剂处理WT原生质体，愈伤组织形成率将降低，

D错误。

2.（2022•辽宁，14）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醒类化合物，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

答案D

解析液泡中含有糖类、无机盐、色素和蛋白质等，其中的色素是水溶性色素，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

氧化成褐色醍类化合物，这一过程称为褐变”可知，在培养基中添加合适的抗氧化剂可以减

少褐变，C正确；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，D错误。

考点二植物体细胞杂交技术

■整合必备知识

1.过程

植物n①体A

细胞My

摘仆江①正在X合的懿s篇

细胞B\7原生质温原生质体细胞壁组织植株

体细赢诏植物组织培养

(1)过程①为去除细胞壁获得原生质体，用到的酶是纤维素酶和果胶酶O

(2)过程②为原生质体的融合,人工诱导的物理法包括电融合法、离心法等,化学法包括聚乙

二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等。

(3)过程③为融合的原生质体再生出细胞壁,这是原生质体融合成功的标志。

(4)过程④为脱分化,过程⑤为再分化。

2.概念

植物体细胞杂交是指将不同来源的植物体细胞,在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细

胞培育成新植物体的技术。

3.意义

植物体细胞杂交技术在打破生殖隔离,实现远缘杂交育种,培育植物新品种等方面展示出独

特的优势。

4.实例：白菜一甘蓝、普通小麦一长穗偃麦草、多种柑橘属不同种间的杂种植株。

5.局限性：目前有许多理论和技术未解决，还不能让杂种植物按照人们的需要表现出双亲的

性状。

【判断正误】

(1)利用物理法或化学法可以直接将两个植物细胞诱导融合(X)

提示诱导植物细胞融合前应先用酶解法去除细胞壁。

(2)用纤维素酶和果胶酶酶解法获得的植物原生质体失去了细胞全能性(X)

提示用纤维素酶和果胶酶酶解法获得的原生质体仍含有全套的遗传信息，仍具有全能性。

(3)细胞融合时不只形成杂种细胞，还形成同种细胞融合的细胞(V)

(4)杂种细胞再生出细胞壁说明植物体细胞诱导融合成功(V)

(5)形成杂种细胞就完成了植物体细胞杂交过程(X)

提示植物体细胞杂交是指将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把

杂种细胞培育成新植物体的技术。

■提升关键能力

不同物种之间存在着天然的生殖隔离，利用传统的有性杂交的方法很难得到杂种后代。科学

家采用体细胞杂交的方法得到了“番茄一马铃薯”杂种植株。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，所含有的染色体组分别是AA和BB。

1.植物体细胞杂交实现的基础和植物组织培养的理论基础分别是什么？

提示分别是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。

2.将图中的甲和乙两种细胞去除细胞壁后诱导融合，若只考虑两两融合，可以形成哪几种融

合细胞？符合要求的杂种细胞是哪种？

提示可以形成3种融合细胞：甲甲、甲乙、乙乙。符合要求的是甲乙。

3.二倍体番茄和二倍体马铃薯体细胞杂交得到的“番茄一马铃薯”有多少个染色体组，是几

倍体？

提示有四个染色体组，是四倍体。

4.从结果上看杂种植株在遗传上有什么特点？从杂种植株的染色体组成上看属于哪种变异类

型？

提示从结果上看，杂种植株的遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传性状。从染色体组

成上看属于染色体数目变异。

■评价

考向二植物体细胞杂交技术

3.（2023・江苏，13）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

答案D

解析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

壁成分主要为纤维素和果胶，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，对于杂种细胞以叶绿体颜色等差异为标志来进行识别，D

正确。

4.（2021•福建，11）科研人员利用植物体细胞杂交技术培育矮牵牛新品种，技术流程示意图如

下。

下列叙述正确的是（）

A.愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞分化形成的

B.获得的杂种植株都能表现双亲的优良性状

C.可用聚乙二醇诱导原生质体甲和乙的融合和细胞壁再生

D.用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以获得原生质体

答案D

解析愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞脱分化形成的，A错误；由于基因的选择性表达和基因

间的互作效应，获得的杂种植株不一定能够表现亲本的优良性状，B错误；可用聚乙二醇诱

导原生质体甲和乙的融合，但不能诱导细胞壁的再生，C错误；由于植物细胞壁的成分主要

是纤维素和果胶，故可以用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以获得原生质体，D正确。

考点三植物细胞工程的应用

■整合必备知识

1.植物繁殖的新途径

—使用的技术：植物组织培养技术

一原理：植物细胞的全能性

快

速优（①高效、快速地实现种苗的大量繁殖

繁一点［②保持优良品种的遗传特性

殖

特点：使用材料少，培养周期短，繁殖率

一高，适合自动化管理，有利于进行工厂化

生产

一技术手段：植物组织培养技术

作

物_材料的选取：植物顶端分生区附近（如茎

脱

毒尖），此部分病毒极少，甚至无病毒

・优点：脱毒作物产量高，品质好

2.作物新品种的培育

原理：细胞的全能性和染色体变异

一

单

倍过程：花药（或花粉）工八单倍体植株

体

诱导

育+纯合二倍体植株

种染色体加倍

一

优点：①子代是能稳定遗传的纯合子;②极

大地缩短了育种的年限;③是进行体细胞诱

变育种和研究遗传突变的理想材料

原理：细胞的全能性和基因突变

突诱变处理

变

体“口心脱分愈伤生.〃筛选*「口.

的过程：外植体二仁组织一「突变体话膏•新品种

利

用诱导分化

优点：产生新基因,大幅度改良某些性状

3.细胞产物的工厂化生产

概念：不是植物基本的生命活动所艺

_次生代丁霞的产物，是一类小分子有机化合物

一

细谢物种类：酚类、箱类和含氮化合物等

胞L

产

物-生产的技术手段：植物细胞培养技术

的

工

厂

化-优点：生产速度快

生

产

一—实例：人参、三七、紫草和红豆杉的细胞产物都

"已实现了工厂化生产

【提醒】初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行

着，例如，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

组织和器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。

【判断正误】

（1）植物微型繁殖运用了植物组织培养技术，可快速繁殖良种植物（v）

（2）葡萄的杆插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于微型繁殖（X）

提示葡萄的抨插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于无性繁殖，不需要利用植物组

织培养技术，故不属于微型繁殖。

（3）利用组织培养技术培育脱毒苗，获得抗病毒的新物种（X）

提示植物顶端分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒。因此，切取一定大小的茎尖

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，不能获得抗病毒的新物种。

（4）二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的纯合子（X）

提示二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到单倍体幼苗，再经过秋水仙素诱导后得到

稳定遗传的纯合子。

（5）利用组织培养技术产生突变体，可直接培育出具有优良性状的新品种（X）

提示基因突变是不定向的，故利用组织培养技术产生突变体，还需要进行筛选，才能培育

出具有优良性状的新品种。

（6）紫草宁是从紫草细胞中提取的一种药物和色素，具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性（V）

■提升关键能力

过去主要从天然植物中提取长春新碱（VCR）,但是它们在植物体中的含量极其微小，化学合

成也不太理想，故VCR原料短缺、价格奇高，所以批量化生产迫在眉睫。

（1）完善细胞产物工厂化生产的流程：

（2）要提取细胞产物应培养到什么阶段？

提示要提取细胞产物，应培养到愈伤组织阶段。

■评价

考向三植物细胞工程的应用

5.（2023•山东，14）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。下列说法正确的是（）

A.利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物

B.植物细胞体积小，故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产

C.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

D.该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量

答案A

解析分析题意可知，可通过该技术进行植物细胞产物的工厂化生产，B错误；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，C

错误；细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞分裂的培养条件，增加细胞数量，提高次

生代谢物的含量，但不能提高单个细胞中次生代谢物的含量，D错误。

6.（2024・武汉高三模拟）超低温冷冻脱毒法是先用超低温对细胞进行选择性破坏，再用组织培

养技术获得脱毒植株的方法。以马铃薯茎尖为材料，采用超低温冷冻脱毒法可获得脱毒苗。

下列叙述错误的是（）

A.用茎尖能够获得脱毒苗的原因是植物顶端分生区病毒极少甚至无病毒

B.经超低温冷冻脱毒培养的马铃薯比未脱毒的马铃薯抗病毒能力更强

C.该技术利用了茎尖分生组织无成熟液泡不易形成冰晶的特性

D.与传统茎尖培养脱毒相比，该方法取材时不受茎尖长度的限制

答案B

解析经超低温冷冻脱毒培养的马铃薯只是脱毒，并没有获得抗病毒的能力，B错误；与传

统茎尖培养脱毒相比，该方法取材不受茎尖长度限制，传统茎尖培养脱毒法切取茎尖的大小

与脱毒效果直接相关，茎尖越小，去除病毒机会越大，而超低温冷冻脱毒法是通过超低温处

理，大多数细胞都受到了损伤而死亡，存活下来的仅有生长点的分生组织细胞，D正确。

五分钟查落实

1.（选择性必修3P34）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，这是因

为在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达。

2.（选择性必修3P35）植物组织培养是指将离体的植物器官、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。

3.（选择性必修3P35）脱分化：在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其

特有的结构和功能，转变成未分化的细胞的过程。

4.（选择性必修3P35）再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。

5.（选择性必修3P”）植物体细胞杂交技术在打破生殖隔离,实现远缘杂交育种,培育植物新

品种等方面展示出独特的优势。

6.（选择性必修3P37）人工诱导植物原生质体融合的方法基本可以分为两大类——物理法和化

学法。物理法包括电融合法、离心法等;化学法包括聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+—高pH

融合法等。

7.（选择性必修3PQ植物细胞培养是指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其

增殖的技术。

8.离体的拟南芥根段在适宜条件下可以培育出完整的植株，说明植物细胞具有全能性。在组

织培养过

程中，根段细胞经过脱分化形成愈伤组织,此后调整培养基中细胞分裂素与生长素的比例可

诱导愈伤组织分化。

9.（2020•北京，20节选）在愈伤组织生芽过程中，CK通过ARRs（A）基因和WUS（W）基因起作

用。为探讨A基因与W基因的关系，将A基因功能缺失突变体（突变体a）和野生型的愈伤组

织分别置于CK与生长素比例高的（高CK）培养基中诱导生芽，在此过程中测定W基因的表

达量。图中，野生型的W基因表达量与高CK诱导时间的关系是随着高CK诱导时间的延长,

野生型的W基因表达量显著升高。分析图中结果可得出的结论是：在高CK诱导下A基因促

进W基因表达。得出结论的依据为：与野生型相比，随着高CK诱导时间的延长，突变体的

W基因表达量低于野生型。

咽

沟16

爬

女12

要

8

s

g

l

4

ff史l

0

d

时间/

诱导

高CK

练

课时精

题

选择

一、

）

（

确的是

，正

叙述

养的

织培

花组

于菊

列关

1.下

织培养

植物组

易进行

物也容

殖的植

无性繁

易进行

A.容

丰富

石营养

因是蛭

培的原

蛭石栽

前先用

栽入土

管苗移

B.试

消毒

混合液

酸钠的

和次氯

的酒精

宜浓度

须用适

织培养

进行组

长的茎

自然生

C.用

体交换

外的气

止瓶内

入并阻

杂菌侵

止外界

口可防

口膜封

专用封

养瓶用

D.培

A

答案

,

水透气

蛭石保

原因是

基质的

为栽培

蛭石作

，采用

锻炼

要进行

弱，需

力较

存能

苗生

试管

解析

精消

70%酒

段用