高中生物练习：植物细胞工程

第3课时植物细胞工程

【课标要求】1.阐明植物组织培养是在无菌和人工控制条件下，将离体植物体器官、组织和细

胞等培养在人工配制的培养基上，使其生成完整植株或使其细胞增殖并产生细胞代谢产物的

技术。2.概述植物体细胞杂交是将两个来自不同种植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并将

杂种细胞培育成新的植物体的技术。3.举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、育种等

方式有效提高了生产效率。4.活动：菊花的组织培养及幼苗的移栽。

考点一植物组织培养

■梳理归纳夯实必备知识

1.植物组织培养的原理

(1)理论基础：植物细胞具有全能性。

(2)植物组织培养的两种途径(器官发生途径和体细胞胚发生途径)

丽^脱分化|分生分J愈伤］再悭鳖五)~*再生

细胞|1细胞组织隔j胚状体植株

2.离体培养的条件

⑴无菌条件

①外植体表面需经追遵处理c常川的消毒剂是次氯酸钠或次氯酸钠钙、氯化汞和酒精C

②接种器具和培养基一般用高压蒸汽灭菌。

③接种室和操作台常用紫外灯照射灭菌。

④操作者要按照规范的无的操作流程,在超净工作台中进行外植体的消毒、切割和接种。

(2)营养条件：植物组织培养的培养基中通常含有水、无机盐、有机营养成分、琼脂、植物激

索等，逅整养基是目前使用最广泛的植物培养基。

①无机盐为植物提供必需的矿质元素。

②有机营养成分中含有糖类、氨基酸、维生素等物质。糖类既可以作为碳遮和能源物质，又

参与维持培养基的遂透压C蔗糖、葡萄糖和果糖是较好的碳源，其中蔗糖最为常用。维生素

往往以辅酹的形式参与细胞的蛋白质、脂质、糖代谢等重要活动。

(3)生长素类和细胞分裂素类物质用量的比例对植物细胞发育方向的影响

生长素类与细胞分裂素类物质的比值结果

比值大有利于损的形成

比值小有利于芽的形成

3.植物组织培养的应用

(1)快速繁殖植物

①初代培养和继代培养

初代培养是指从植物体上分离下来的外植体的第二次培养。将初代培养获得的培养物转移到

新的培养基上继续进行扩大培养称为继代培养。因为培养物可以不断继代培养,所以离体繁

殖速度比常规方法通常要快数万倍。

②植物克隆和克隆植物

离体繁殖主要以苴避宜为外植体，再生个体的遗传性与典一致，因此称为植物克隆.组

织培养再生的个体称为克隆植物，可以很好地保技品种的优良性状。

(2)用于植物脱毒

植物生长点附近的病毒浓度很低甚至无病毒。取植物的冬进行组织培养，获得脱病毒苗,

再用脱病毒苗进行繁殖,则种植的作物就不会或极少发生病毒。

(3)生产人工种子

①人工种子：将植物离体培养产生的体细胞胚、芽、愈伤组织等包埋在含有营养成分和保护

功能的物质中制成的。

人工种皮

体细胞胚

人工胚乳

②优点：不受季节限制,可以大量、快速繁殖优良品种。

⑷细胞代谢产物的工业化生产。

(5)作物新品种的培育«

①细胞会变隹的筛选。

②单倍体育种。

③转基因植物的克隆。

4.活动：菊花的组织培养及幼苗的移栽

(I)实验原理

球花茎段一发芽培养基(细胞分裂素/生长素的比值大)一丛状苗一生根培养基(一定浓度生长

素)一分株培养，使其生损一移至草炭土或蛭石中继续生长~苗健壮后可移栽定植。

(2)方法步骤

考向一植物组织培养的原理和应用

1.在植物组织培养再分化阶段中，逐渐改变培养基中植物激索X和植物激素Y的浓度比,

细胞群的变化情况如下图所示。若培养基中植物激素X的浓度为a、植物激素Y的浓度为a

+0.2,则细胞群分化的结果最可能是试管（）

植物激素Y（mmol/L）

■用付RNO

03eRRO喇°未分化细胞群

愈伤组织

().1尺用o脸噌O

同细胞群分化出根

O.(B用。电噌喷

理细胞群分化出芽

。脸啮喷电

00.030.1(U1

植物激索X(mmol/L)A

答案C

2.通过植物组织培养技术，可以把外植体培养成胚状体，再包装人工种皮得到人工种子，如

图所示。人工种子可在适宜条件下萌发生长，下列相关叙述正确的是（）

人工种皮

胚状体

人工胚乳

A.人工种皮能够隔绝空气，有利于人工种子的储藏

B.人工胚乳的组成成分是植物激素e和无机盐

C.人工种子一般用离体的植物细胞通过组织培养技术获得

D.人工种子萌发长成植物幼体，体现了植物细胞的全能性

答案C

解析人工种皮是海藻酸4内等形成的多孔性载体，不能隔绝空气，A错误；人工种子的胚乳

中含有胚状体发育所需要的营养物质，包括无机营养和有机营养，也可添加农药和植物生长

调节剂，B错误；单个细庖经过植物组织培养形成胚状体，胚状体再形成植物，才能体现植

物细胞的全能性，D错误。

考向二菊花的组织培养及幼苗的移栽

X(2022.金华十校联考)问答以菊花茎段为材料进行组织培养的有关问题：

(I)在配制MS培养基时，通常先将各种药品配制成浓度为配方5〜1()倍的,这

样配制的主要优点是。(A.便于低温保存

B.延长使用时间C.降低称量误差D.减少杂菌污染)。从培养基的作用看，在MS培养

基中定量添加NAA后的培养基属于培养基。

(2)从自然界中获取的菊花茎段，须先用70%乙醇等进行消毒，最后用进行清洗。将

茎段插入培养基的过程须在中的酒精灯火焰旁进行，以保证无菌环境。

(3)从带芽的茎段上长出丛状苗(填“需要”或“不需要”)经历脱分化，长出的丛

状苗需后，再转入培养基中继续培养。

(4)实验中选用6-BA和NAA而不用植物中存在的天然激素的原因是

答案⑴母液C生根(2)无菌水超净工作台(3)不需要分株(4)6-BA和NAA

是人工合成激素，植物没有相关分解酶，作用时间长，效果明显

4.菊花组织培养的部分过程如下图所示。据图回答下列问题：

带nF而菊花卜①一原生质体旦新细胞一愈伤组织

幼苗茎从状苗-------------►新植株

⑴过程①利用__________(填“较高”或“较低”)渗透压，使原生质体产量大幅度提高，但

存活率却因此而降低，分析降低的原因可能是。过程②细胞壁形成

后，可逐渐渗透压。

(2)幼苗茎段带叶，就会带有,也就有了分生组织，所以不通过____________阶段

就可直接形成丛状苗。过程③应在(从具体功能角度)培养基中进行，

全过程对光照要求是O

A.早期每天24h光照，后期每天24h黑暗

B.每天一定时长的光照

C早期每天24h黑暗，后期每天24h光照

D.每天24h黑暗

答案(1)较高细胞过度失水损伤、死亡降低

⑵腋芽愈伤组织发芽B

考点二植物体细胞杂交

■梳理归纳夯实必备知识

1.原生质体获得的方法

⑴先在0.5〜0.6mol/L的甘露醇(或一定浓度的蔗糖)溶液环境(较高渗透压)下处理细胞，目的

是使细胞处于微弱的质壁分离状态,防止原生质体被破坏。

(2)再用纤维索酶和果胶陶混合液处理根尖、叶片、愈伤纽织或悬浮培养细胞，消化除去细胞

壁，获得球形原生质体。

2.植物体细胞杂交的过程

植物细胞A植物细胞B

去掉细胞壁——

原生质体A原生质体B

I_________________|

诱导［融合

融合的原生质体

［再生出细胞壁

杂种细胞

卜兑分化

愈伤组织

I再分化

杂种植株

(1)使原生质体融合的方法：电刺激、离心、振荡、聚乙二酌•等诱导V

(2)原理：原生质体融合利用了细胞膜的遮动性，杂种细胞发育成杂种植株利用了植物组胞的

全能性。

(3)意义：能克服远缘杂交的不亲和性,获得新品种。

■考向突破强化关键能力

考向植物体细胞杂交

1.马铃著四倍体栽培种没有育枯病的抗性基因，少数马铃著野生种存在背枯病的抗性基因。

由于核型等差异，野生种难以与四倍体马铃薯栽培种直接杂交繁育，为获得具有抗青枯病的

马铃薯栽培种，研究人员进行了植物体细胞杂交的实验研究（已知杂种细胞会发生部分染色体

缺失现象），过程如图所示。下列分析正确的是（）

A.在低渗溶液中，用酶解法处理a和b可以获得两种原生质体

B.过程①体现了生物膜的流动性，用染色体组型分析可筛选出杂种细胞c

C.过程②所配制的培养基中添加了比例适中的生长素类和赤霉素类植物生长调节物质

D.过程③为脱分化、再分化过程，可采用接种青枯病细菌鉴定植株的抗病性状

答案B

解析酶解法可用于去除细胞壁获得原生质体，但不能在低渗溶液中进行，否则原生质体会

吸水涨破，A错误；过程①代表原生质体的融合，利用了生物膜的流动性，杂种细胞c中染

色体是a细胞和b细胞染色体之和，所以用染色体组型分析可筛选出杂种细胞c,B正确：

过程②为脱分化，培养愈伤组织需要在培养基中添加比例适中的生长素类和细胞分裂素类植

物生长调节物质，C错误；过程③表示再分化，D错误。

2.实验人员利用矮牵牛（二倍体，2〃=14）的红色花瓣细胞（液泡呈红色）与枸杞（四倍体，4〃=

48）叶肉细胞，制备了相应的原生质体，并诱导其融合，经筛选、培养获得杂种植株，卜.列有

关叙述错误的是（）

A.获得该杂种植株时要考虑两种高等植物间的生殖隔离问题

B.可利用聚乙二醇等作为融合剂诱导原生质体融合

C.制备原生质体时需用t露醇或蔗糖维持较高渗透压，利于除去细胞壁

D.利用植物体细胞杂交技术得到的杂种植株属于异源六倍体

答案A

解析植物体细胞杂交获得杂种植株克服了远缘杂交的不亲和性，故获得该杂种植株时不用

考虑两种高等植物间的生殖隔离问题，A错误；诱导植物原生质体融合时，可以采用物理方

法（电刺激、离心、振荡等）和化学方法（聚乙二醇）,B正确：因本实验是用二倍体矮牵牛和四

倍体枸杞经体细胞融合而成，故利用植物体细胞杂交技术得到的杂种植株属于异源六倍体，

D正确。

重温高考真题演练

1.（2019・江苏，20）为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力，某研究小组的实验过

程如下图。下列叙述正确的是（）

悬浮原生质体愈伤组织丛生芽

A.过程①获得的原生质体需悬浮在30%蔗糖溶液中

B.过程②需提高生长素的比例以促进芽的分化

C.过程③需用秋水仙素处理诱导细胞壁再生

D.原生质体虽无细胞壁但仍保持细胞的全能性

答案D

解析原生质体在30%的蒸糖溶液中会失水皱缩，A错误；②诱导芽分化时，需要提高细胞

分裂素的比例，B错误；③可以表示诱导根的分化形成幼苗，此时细胞壁已经形成，C错误；

原生质体无细胞壁，但由于含有一整套的遗传物质，故具有全能性，D正确。

2.（2020.山东，13）两种远绥植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出。若其中一个细胞

的染色体在融合前由于某种原因断裂,形成的染色体片段在细胞融合后可能不会被全部排出，

未排山的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体上而留存在杂种细胞中。依据该原理.

将普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种，过程如下图所

示。下列说法错误的是（）

普通小①普通小麦

麦细胞*原生质体色杂种培杂种筛耐盐

中间偃麦旦_中间偃麦草/一细胞亲’植株远*小麦

草细胞*原生质体

不同剂取的②|

紫外线照射---------

A.过程①需使用纤维素酣和果胶酶处理细胞

B.过程②的目的是使中间偃麦草的染色体断裂

C.过程③中常用灭活的病毒诱导原生质体融合

D.耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段

答案C

解析植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，过程①常用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁获

得原生质体，A项正确：我外线属于诱发变异的物理因素，紫外线照射的目的是使中间堰麦

革的染色体断裂，B项正确；过程③为诱导植物原生质体融合，不用灭活的病毒诱导，C项

错误；普通小麦没有耐盐塞因，耐盐小麦的形成是将来自中间偃麦草的含有耐盐基因的染色

体片段整合到普通小麦染包体上的结果，D项正确。

3.（2019・全国1【，38）植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。回答下

列问题：

（1）植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比，这种微型繁殖技术的

特点有

____________________________________________（答出2点即可）。

人工种皮

胚状体

人工胚乳

（2）通过组织培养技术，可把植物组织细胞培养成胚状体：再通过人工种皮（人工薄膜）包装得

到人工种子（如图所示），这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。人工种皮具备透气性的作

用是o人工胚乳能够为胚状体生长提供所需的物质，因此应

含有植物激素、和等几类物质。

⑶用脱病毒苗进行繁殖，可以减少作物感染病毒。为了获得脱病毒苗，可以选取植物的

进行组织培养。

（4）植物组织培养技术可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目的基因的细胞培养

成一个完整植株的基本程序是（用流程图表示）。

答案（1）能保持植物原有的遗传特性，繁殖速度快（2）有利于胚状体进行呼吸作用矿质元

素糖（3）茎尖（4）含目的基因的细胞X愈伤组织也终小植株

4.（2015•浙江10月选考，32）科研人员拟将已知的花色基因（目的基因）转入矮牵牛的核基因

组中，培育新花色的矮牵牛。请回答：

（1）为了获得大量的目的基因，将其与含有抗生素抗性基因的质粒DNA形成重组DNA,再与

经________（A.氯化钙B.氯化钠C.蔗糖D.葡萄糖）处理的大肠杆菌液混合，使重组

DNA进入大肠杆菌。用的涂布器将稀释后的大肠杆菌液接种到含

有抗生素的固体培养基上，经培养形成,再进行鉴定和扩大培养。

⑵从扩大培养的大肠杆菌中提取含有目的基因的DNA,用分别切割含目的

基因的DNA和农杆菌的Ti质粒，然后用DNA连接前连接，形成重组DNA并导入农杆菌。

（3）取田间矮牵牛的幼嫩叶片，经自来水冲洗，先用70%浸泡，再用5%次氯酸钠浸

泡，最后用清洗，作为转基因的受体材料。

⑷将消毒后的矮牵牛叶片剪成小片，在含有目的基因的农杆菌溶液中浸泡后，取出并转移至

加有适当配比生长调节剂的MS培养基（含蔗糖、琼脂和抗牛.素，下同）上，使小叶先脱分化

形成o再将其转移至另一培养基诱导形成芽，芽切割后转移至________（A.LB培养

基B.MS培养基+适宜浓度NAAC.MS培养基+适宜浓度BAD.NAA/BA个于1

的MS培养基）上生根，形成完整植株。

（5）取出试管苗，在适宜的光照、温度和80%以上的等条件下进行炼苗。提取叶片组织

的DNA,采用PCR技术目的基因，鉴定目的基因是否成功导入。

⑹为判断本研究是否达到预期目的，可比较转基因植株和非转基因植株的性

状。

答案（1）A灭菌涂布菌落（2）限制性内切核酸的（3）酒精无菌水（4）愈伤组织

B⑸湿度扩增⑹花色

课时精练

一、选择题

1.（2022•杭州期中）下图为“番茄一马铃薯”的培育过程示意图，下列有关叙述正确的是

（）

A.获得a、b细胞需要用纤维素酶和果胶酶处理

B.诱导a、b细胞融合的化学试剂一般用秋水仙素

C.a、b细胞融合为c细胞的原理是细胞膜具有选择透过性

D.d、e、f过程表示植物的组织培养过程，e、f分别为脱分化和再分化

答案A

解析植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，去除细胞壁获得a、b细胞需要用纤维素酶和

果胶晦处理，A正确；诱导a、b细胞融合的化学试剂一般用聚乙二醇，B错误；a、b细胞

融合为c细胞依据的原理是细胞膜的流动性，C错误；d、e、f过程表示植物的组织培养过程，

d、e分别为脱分化和再分化，D错误。

2.科研人员通过人工授粉实现白菜（2〃=20）和紫甘蓝⑵=18）的种间杂交，将获得的幼胚经

离体培养得到幼苗甲，再用秋水仙素处理甲的顶芽获得幼苗乙。下列叙述正确的是（）

A.将幼苗甲培育成幼苗乙的遗传学原理是基因重组

B.杂交得到幼苗甲表明白菜和紫甘蓝之间没有生殖隔离

C.幼苗甲体细胞中染色体数目发生改变属于不可遗传的变异

D.幼苗乙长大成熟后细胞减数分裂中可以形成19个四分体

答案D

解析根据题意分析，幼苗乙是由幼苗甲经过秋水仙素处理诱导加倍获得的，其原理是染色

体数目的变异，A错误；幼苗甲中分别含有白菜和紫甘蓝中的一个染色体组，不含同源染电

体，高度不育，说明白菜茄紫甘蓝之间存在生殖隔离，B错误。

3.驱蚊草含有香茅醛，能散发出一种特殊的柠檬型香气，从而达到驱蚊且对人体无害的效果。

驱蚊草是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而成的。卜.列关于驱蚊

草培育的叙述，错误的是（）

A.驱蚊草培育中所利用技术的优点是打破生殖隔离，实现远缘杂交育种

B.驱蚊草培育过程要用到纤维素酶、果胶酶等试剂制备原生质体

C.驱蚊草培育过程不同于植物组织培养，无细胞脱分化和再分化的过程

D.驱蚊草培育利用了植物体细胞杂交技术，育种原理是染色体数目变异

答案C

解析驱蚊草采用了植物体细胞杂交技术，其优点是能克服远缘杂交的不亲和性，A正确；

要获得天竺葵和香茅草的原生质体，需要采用酶解法，即用纤维素酶、果胶酶溶解植物细胞

的细胞壁，以获得原生质体，B正确；驱蚊草培育过程需要采用植物组织培养技术，因此有

细胞脱分化形成愈伤组织后再分化形成试管苗的过程，C错误；驱蚊草培育利用了植物体细

胞杂交技术，杂种植株中含有两种植物的染色体，故驱蚊草的育种原理是染色体数目变异，

D正确。

4.为了说明生长素和细胞分裂素在植物组织培养中的相互作用，用烟草的愈伤组织做了如下

的实验。下列四组实验中，培养基中细胞分裂素中等量，生长素较少的一组是（）

ABCD

答案A

解析当生长素比例偏高时，有利于根的形成；当细胞分裂素比例偏高时，有利于芽的分化。

A项图示显示培养基有利于芽的分化，A符合题意。

5.某生物兴趣小组成员以西瓜5天龄幼苗子叶（了•叶尚未完全展开且颜色为淡绿色）为外植体

进行相关研究，得到如图所示实验结果。下列相关叙述错误的是（）

-

5(

A.实验开始前应对幼苗子叶和MS培养基进行灭菌处理

B.与愈伤组织细胞相比，胚状体细胞已经分化

C.暗处理时间长短对细胞脱分化率影响不大，但影响再分化率

D.结果表明西瓜子叶诱导形成胚状体的最适暗处理时间是1〜2周

答案A

解析该实验的外植体（幼苗子叶）需要消毒处理，而不是灭菌，灭菌会使得外植体死亡而无

法培养出愈伤组织和胚状体，A错误。

6.（2022・东阳期末）下图表示利用棉花叶肉细胞原生质体培养进行遗传改良的过程，据图分析

不正确的是（）

紫外线照射

I③

■花叶①一原生②愈伤④.枳季一棉花

肉细胞一质体一"组织一侬,牙一幼苗

A.①过程为除去细胞壁，可获得球形的原生质体

B.③过程能定向诱导原生质体产生优良性状的突变

C.②过程中叶肉细胞失去了其特有的结构和功能

D.④过程需用适宜配比的生长素和细胞分裂素处理

答案B

解析基因突变是多方向性的，③过程不能定向诱导原生质体产生优良性状的突变，B错误；

②表示脱分化形成愈伤组织的过程，叶肉细胞失去了原来特有的结构和功能，C正确；④表

才再分化过程，决定植物脱分化和再分化的因素是植物濠素（生长素和细胞分裂素）的比例，D

正确。

7.紫杉醇是一种抗癌药物，主要从红豆杉树皮和树叶中分离提取。目前采用物理或化学方法

将红豆杉愈伤组织固定在一定空间内，实现紫杉醇的规模化生产是提高紫杉醇产率、保护稀

缺资源红豆杉、解决紫杉醇药源紧缺的一种有效方法。下列相关叙述正确的是（）

A.通过植物组织培养诱导红豆杉再分化形成愈伤组织时，需生长素和细胞分裂素配合使用

B.采用植物细胞工程技术大规模生产紫杉醇时，应选用以糖类作碳源的液体培养基

C.大规模培养红豆杉愈伤组织时需要以牛肉膏、蛋白陈等含氮有机物充当氮源

D.用液体培养基培养固定在•定空间内的愈伤组织生产紫杉醇时，不需要通入无菌空气

答案B

解析通过植物组织培养诱导红豆杉脱分化形成愈伤组织，A错误；采用植物细胞工程技术

大规模生产紫杉醉时，应选用以糖类作碳源的液体培养基，便于收集表达产物，B正确：大

规模培养红豆杉愈伤组织时需要以含藏无机盐充当乱源，C错误；用液体培养基培养圄定在

一定空间内的愈伤组织生产紫杉醇时，需要通入无菌空气,利于细胞进行有氧呼吸，D错误。

8.下图表示利用植物组织培养技术培育耐盐石楠植株的流程。下列相关叙述错误的是（）

处理1：先用

石楠愈伤.射线照射一挑选生长的耐盐石

茎段―»组织处理2：后在培养床愈伤组织一楠植株

中加入物质X

A.由植物茎段培育出愈伤组织需要激素的诱导

B.用y射线照射愈伤组织的目的是获得突变体

C.在培养基中加入的物质X可能是NaCl

D.处理后，所挑选获得的牛•长的愈伤组织的遗传物质没有发生改变

答案D

解析处理1中的用y射线照射是为了诱导基因突变，获得突变体，遗传物质发生了改变，

D错误。

二、非选择题

9.为探究某种植物愈伤组织的培养条件，某研究小组配制了含有两种浓度NAA的培养基，

然后接种初始重量相同的幼苗子叶切块并分别培养在光照及黑暗条件下，一段时间后，测量

愈伤组织的生长量，结果如图,据图I口1答下列问题：