第51讲　植物细胞工程

第51讲植物细胞工程(1)阐明植物组织培养是在一定条件下，将离体植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，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种细胞，继而培育成新植物体的技术。(3)举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢物生产、育种方式有效提高了生产效率。课标内容1目

录植物组织培养技术23植物体细胞杂交技术及植物细胞工程的应用关键·真题必刷基础·精细梳理典例·精心深研考点一植物组织培养技术1.细胞工程的概念2.植物组织培养技术 (1)过程(如菊花的组织培养)次氯酸钠薄壁组织团块<>(2)植物激素在植物组织培养中的作用生长素/细胞分裂素植物组织的发育方向高有利于根的分化，抑制芽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形成简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤3.植物细胞的全能性分化成其他各种细胞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激素温度和pH①光照：在愈伤组织诱导阶段，对有些植物来说，避光培养有利于细胞脱分化形成愈伤组织。当愈伤组织再分化出芽和叶时，一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成。②植物组织培养中所需的碳源一般为蔗糖，原因是蔗糖既可提供充足的碳源，又可维持相对适中的渗透压。

(1)宜选用成熟叶片为材料制备外植体。(2022·辽宁卷，14D)(

)提示一般选择植物幼嫩的组织作为植物组织培养的外植体。(2)植物组织培养时，外植体须用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠的混合液消毒。(2022·浙江6月选考，23A)(

)提示外植体的消毒步骤为流水冲洗→70%酒精消毒30s→无菌水清洗2～3次→次氯酸钠溶液处理30min→无菌水清洗2～3次。××(3)提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根。(2021·江苏卷，5C)(

)(4)常用灭活的病毒诱导植物原生质体融合。(2020·山东卷，13C)(

)提示灭活病毒诱导法常用于动物细胞融合。√×考向

结合植物组织培养技术，考查科学探究1.(2023·广东六校联考)紫杉醇是一种高效抗癌药物。某团队研究了光照条件对红豆杉愈伤组织生长和紫杉醇含量的影响，实验结果如表所示。下列叙述正确的是(

)B培养条件接种干重(g·L－1)收获干重/(g·L－1)紫杉醇含量/%光照4.339.130.0070黑暗4.3812.100.0164A.愈伤组织生长体现了植物细胞的全能性B.愈伤组织的培养要在无菌条件下进行C.光照能促进愈伤组织生长并提高紫杉醇含量D.培养基中的有机物仅为愈伤组织提供能量解析

愈伤组织生长时主要进行的是细胞分裂，不能体现植物细胞的全能性，A错误；由表可知，两组接种干重相似，光照条件下收获干重和紫杉醇含量均低于黑暗条件下的，C错误；培养基中的有机物可以为植物细胞提供营养物质和能量，还可以调节渗透压等，D错误。C2.(2024·广东惠州调研)关于植物组织培养的再分化过程，说法错误的是(

)A.再分化过程中，不同细胞内合成了功能不同的特异性蛋白质B.脱分化与再分化过程所使用的培养基主要是激素浓度及用量比例的不同C.再分化过程在实验室或植物组织培养车间进行，需要避光处理D.再分化过程中，核遗传物质没有发生改变，但mRNA有变化解析再分化的本质就是细胞分化，分化的实质是细胞内的基因选择性表达，不同细胞内转录出不同的mRNA，合成了功能不同的特异性蛋白质，A、D正确；决定植物脱分化和再分化的关键因素是植物激素的浓度和用量比例，因此脱分化与再分化过程所使用的培养基主要是激素浓度及用量比例的不同，B正确；诱导愈伤组织期间一般不需要光照，但再分化过程将形成根和芽等营养器官，芽的形成需要一定的光照，同时叶绿素的形成过程也离不开光照，所以再分化过程需要光照，C错误。基础·精细梳理典例·精心深研考点二植物体细胞杂交技术及植物细胞工程的应用1.植物体细胞杂交技术无性生殖 (1)概念与原理不同来源杂种细胞新植物体流动性全能性(2)过程电融合离心聚乙二醇(PEG)融合高Ca2＋—高pH融合(3)意义在打破__________，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2.植物细胞工程的应用(1)植物繁殖的新途径①快速繁殖：高效、快速地实现种苗的大量繁殖，保持优良品种的__________。②作物脱毒：利用植物顶端________附近(如茎尖)进行组织培养获得脱毒苗。生殖隔离遗传特性分生区(2)作物新品种的培育缩短育种年限(3)细胞产物的工厂化生产①次生代谢物次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。在该过程中产生的一类小分子有机化合物就是次生代谢物，如酚类、萜类和含氮化合物等。②方法植物细胞培养③应用举例人参皂苷、紫杉醇的工厂化生产细胞团1.植物组织培养与植物体细胞杂交的比较2.植物体细胞杂交和有性杂交的辨析考向1

围绕植物体细胞杂交技术，考查科学思维1.(2024·西工大附中调研)科学家利用马铃薯和西红柿叶片分离原生质体并进行细胞杂交，最终获得了杂种植株，相关过程如图所示。有关分析正确的是(

)AA.过程①应将叶片上表皮向上，置于含纤维素酶和果胶酶的等渗或略高渗溶液中B.过程②中的原生质体由细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质构成C.④过程可用高Ca2＋—低pH融合法，目的是促进原生质体融合D.⑤进行脱分化和再分化过程，杂种植株一定具有马铃薯和西红柿的优良性状解析①过程为去除细胞壁以获得原生质体，应将叶片下表皮的一面朝下(能与溶液接触)，原生质体没有细胞壁，为避免原生质体吸水破裂，将叶片置于含纤维素酶和果胶酶的等渗或略高渗溶液中，A正确；原生质层是由细胞膜、液泡膜以及这两层膜之间的细胞质组成的，B错误；诱导原生质体融合的化学包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法等，C错误；由于杂种细胞基因的表达会相互影响等，获得的杂种植株不一定能够表现亲本的优良性状，D错误。B2.(2024·广东六校联考)某研究人员设计了下列技术路线，以期获得甘蓝和萝卜体细胞杂交植株。下列说法错误的是(

)A.细胞融合过程涉及膜的流动性，常用聚乙二醇融合法、电融合法等诱导原生质体融合B.原生质体融合成功的标志是细胞核相融合C.为诱导融合原生质体产生不定芽，通常会在培养基中加入两类植物激素D.植物体细胞杂交可以实现远缘杂交育种解析细胞融合的原理是细胞膜具有流动性，诱导原生质体融合的方法有聚乙二醇融合法、电融合法等，A正确；原生质体融合成功的标志是新的细胞壁形成，B错误；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、用量的比例等都会影响植物细胞的发育方向，当生长素和细胞分裂素的比值低时，有利于芽的形成，C正确；植物体细胞杂交可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，D正确。C考向2结合植物细胞工程的应用，考查科学思维能力3.(2024·河南名校联盟)为拯救珍稀植物红豆杉，并同时获得高抗癌活性物质——紫杉醇，科研小组设计了如图所示的实验流程。下列相关叙述正确的是(

)A.诱导红豆杉茎尖经过再分化过程形成愈伤组织B.整个培养过程中生长素和细胞分裂素的比例固定不变C.用液体培养基扩大培养愈伤组织生产紫杉醇时，通常要通入无菌空气D.同一植株不同部位的组织细胞经诱导培养获得的植株基因型一定相同解析诱导红豆杉茎尖经过脱分化过程形成愈伤组织，A错误；培养基中生长素和细胞分裂素的比例会影响细胞分化的方向，整个培养过程中生长素和细胞分裂素的比例不是固定不变的，B错误；用液体培养基扩大培养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，C正确；同一植株不同部位的组织细胞经诱导培养获得的植株基因型不一定相同，如用花粉粒培养获得的愈伤组织细胞内染色体数目是正常体细胞的一半，D错误。关键·真题必刷1.(2023·广东卷，12)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.融合的细胞即为杂种细胞D.杂种细胞可能具有生长快速的优势C解析在细胞融合前，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种细胞，C错误；杂种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。D2.(2022·浙江6月选考，23)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培须用适宜浓度的乙醇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.组培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D.不带叶片的菊花茎切段可以通过器官发生的途径形成完整的菊花植株解析自然生长茎段的消毒属于外植体消毒，先用70%酒精消毒30s，再用无菌水清洗，然后用5%次氯酸钠消毒处理，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；组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石比较松软，持水性也较好，有利于幼苗的生根和叶片的生长，C错误；不带叶片的菊花茎切段可通过植物组织培养分化出芽和根这种器官发生的途径形成完整的菊花植株，D正确。3.(2022·辽宁卷，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D解析花青素是水溶性色素，主要存在于蓝莓细胞的液泡中，A正确；适当增加培养物转移至新鲜培养基的频率，以及时清除多酚类化合物被氧化成的褐色醌类化合物，以减少褐变，B正确；接种外植体时，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，因为幼嫩叶片细胞分裂旺盛、易培养，D错误。4.(2023·重庆卷，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，据此判断，下列叙述正确的是(

)A编号原生质体培养条件①WT培养基②WT培养基＋合适浓度的IAA③rr培养基④rr培养基＋合适浓度的IAA⑤WT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解析

分析图表信息，①②对照，说明IAA会促进野生型R基因表达量，进而提高愈伤组织形成率。③④对照，说明在不存在R基因时，IAA对突变型愈伤组织形成率几乎没有影响。①⑤对照，说明组蛋白乙酰化抑制剂会抑制R基因的表达，进而预测其抑制WT原生质体愈伤组织的形成，即组蛋白乙酰化会促进WT原生质体形成愈伤组织。根据以上分析，A正确，B、D错误；组蛋白乙酰化属于表观遗传的机制之一，其本身不会改变DNA的碱基序列，C错误。5.(2023·新课标卷，35)根瘤菌与豆科植物之间是互利共生关系，根瘤菌侵入豆科植物根内可引起根瘤的形成，根瘤中的根瘤菌具有固氮能力。为了寻找抗逆性强的根瘤菌，某研究小组做了如下实验：从盐碱地生长的野生草本豆科植物中分离根瘤菌；选取该植物的茎尖为材料，通过组织培养获得试管苗(生根试管苗)；在实验室中探究试管苗根瘤中所含根瘤菌的固氮能力。回答下列问题： (1)从豆科植物的根瘤中分离根瘤菌进行培养，可以获得纯培养物，此实验中的纯培养物是________________________________________________________。由一个根瘤菌繁殖所获得的根瘤菌群体脱分化再分化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(3)研究小组用上述获得的纯培养物和试管苗为材料，研究接种到试管苗上的根瘤菌是否具有固氮能力，其做法是将生长在培养液中的试管苗分成甲、乙两组，甲组中滴加根瘤菌菌液，让试管苗长出根瘤。然后将甲、乙两组的试管苗分别转入________的培养液中培养，观察两