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第二章 細胞工程
第二節 植物細胞工程的應用
學習目標 學科核心素養
1.通過對植物細胞工程的應用實例的分
析，了解這些應用涉及的技術流程和應
用的優勢。
2.認同植物細胞工程在生產實踐中具有重
要的應用價值。 1.生命觀念——通過對人工種子的學習，
形成結構和功能相統一的觀點。
2.科學思維——通過比較單倍體育種和雜
交育種的過程與方法，培養利用邏輯思維
分析問題的能力。
教材預習·必備知識全過關
一、植物組織培養技術的應用
1. 人工種子
（1） 概念：將在植物組織培養中得到的________和具有養分的__________包埋在具
有保護功能的人工種皮中，在適宜的條件下能夠生根發芽的顆粒體。
胚狀體
人工胚乳
（2） 基本結構：
保護
胚狀體
無機鹽
蛋白質
（3） 生產過程：
① 植物組織培養獲得________。
② 人工種皮對胚狀體和人工胚乳的______。
胚狀體
包埋
（4） 優點：
①制種快。
② 制種不受______限制。
③ 人工胚乳可提供更好的______供應，還可提供相應成分增強抵抗疾病的能力。
季節
營養
2. 快速繁殖
概念 利用植物組織培養技術不僅可以保持優良植物品種的__________，而且可以實
現種苗的__________，植物組織培養技術也因此被稱為“快速繁殖技術”。在
進行植物組織培養的過程中，幼苗在實驗室的培養瓶中生長發育，所以又被稱
為“______________”
特點 ①保持優良植物品種的遺傳特性。
②繁殖速度____。
③不受季節和惡劣天氣的影響。
④可以進行全年連續生產，大大提高了__________
遺傳特性
快速繁殖
微型繁殖技術
快
生產效率
3. 培育脫毒植物
植物生長點
不穩定
活力下降
嘌呤和嘧啶類似物或抗生素
4. 種質保存
物質代謝和生命活動幾乎完全停止
不會引起遺傳性狀的改變
二、植物細胞培養技術的應用
1. 植物細胞代謝產物的工廠化生產
（1） 細胞代謝產物：植物生長到一定階段后，會通過代謝合成一些物質，它們可能
對該植物無明顯生理功能，也不是該植物____________所必需的，但這些植物細胞代
謝產物可能是珍貴的______等。
生長和繁殖
藥物
（2） 應用實例：
① 獲取許多重要的細胞代謝產物，如治療瘧疾的藥物——______；抗腫瘤藥物——
________。
② 成為工業化生產相關植物產品的有效途徑，如藥物——人參皂苷；食品添加劑—
—__________、甜味劑。
奎寧
紫杉醇
食用色素
③用于農副業生產，如大規模培養桑葉的葉肉細胞，可制作成家蠶的飼料。
（3） 優點：不僅______、______，而且不受季節、______等條件的限制。
快速
高效
環境
2. 單倍體育種
（1）原理:染色體變異。
（2） 優點：
①后代是純合子,能獲得具有穩定__________的優良品種。
②明顯縮短了育種的年限。
遺傳特性
（4） 過程：
離體培養
單倍體
染色體數目加倍
二倍體
① 成熟的花藥由________和________及其中的______等結構組成。
② 經過適當誘導，花粉可發育成______性的胚狀體或愈傷組織，最終形成________植株。
花藥壁
花粉囊
花粉
單倍
單倍體
秋水仙素溶液
愈傷組織
幼胚
染色體數目
二倍體
（4）實例：小麥、黑麥、玉米單倍體植株。
核心要點·能力素養全提升
要點一 植物細胞工程的應用
1.脫毒苗與抗毒苗
“脫毒”與“抗毒”不同，前者指的是本身病毒少，甚至無病毒，受病毒感染的機會
少，而后者指的是能抵抗病毒的感染。
2.比較兩種植物繁殖新途徑
繁殖新途徑 取材 優點 技術
快速繁殖（微型繁
殖） 取材廣泛 ①高效、快速地實現種苗的大量繁
殖；②保持優良品種的遺傳特性 植物組織
培養
作物脫毒 生長點部位 獲得高產、優質的無病毒植物
典例1 下列對植物繁殖的新途徑的理解，正確的是( )
B
A.微型繁殖技術是指植物體細胞雜交技術
B.馬鈴薯利用芽尖組織培養進行脫毒
C.人工種子的種皮由胚狀體生成
D.微型繁殖的優點有取材多、培養周期短、繁殖率高
[解析] 微型繁殖技術是指植物組織培養技術，A項錯誤；進行植物微型繁殖時常采用莖尖或根尖作為外植體，原因是莖尖或根尖病毒極少，因此切取一定大小的莖尖或根尖進行組織培養，再生的植株就可能不帶病毒，B項正確；人工種子的種皮是人工合成的，C項錯誤；微型繁殖的優點有取材少、培養周期短、繁殖率高，D項錯誤。
對點演練1 下列關于快速繁殖鐵皮石斛的敘述，錯誤的是( )
A
A.切取一定大小的鐵皮石斛莖尖進行組織培養，可獲得抗病毒苗
B.對鐵皮石斛的愈傷組織進行工廠化培養，可獲得其細胞代謝產物
C.快速繁殖過程中，一般需用植物激素先誘導生芽，再誘導生根
D.在鐵皮石斛的快速繁殖過程中，不是每個細胞都表現出全能性
[解析] 一定大小的鐵皮石斛莖尖的病毒極少，甚至無病毒，用其進行組織培養，可獲得脫毒苗，但不是抗病毒苗，A項錯誤。
ABD
A.脫毒苗培育過程的原理是植物細胞具有全能性
B.脫毒苗培育過程需經歷脫分化和再分化兩個階段
C.脫分化和再分化的培養基成分是相同的，但兩個階段光照條件不同
D.培育脫毒苗應選用生長點部位，因為該部位分裂旺盛，所含的病毒少
[解析] 脫毒苗的培育采用了植物組織培養技術，該技術的原理是植物細胞具有全能性，A項正確；脫毒苗培育過程是植物組織培養的過程，需經過脫分化和再分化兩個階段，B項正確；植物組織培養中脫分化和再分化的培養基中植物激素的含量不同，C項錯誤；由于生長點部位細胞分裂旺盛，所含的病毒少，因此可用生長點部位（如芽尖）進行植物組織培養，從而獲得脫毒苗，D項正確。
要點二 植物細胞培養技術的應用
1.植物組織培養和植物細胞培養
類型 植物組織培養 植物細胞培養
利用原理 細胞全能性 細胞增殖
培養對象 離體的植物器官、組織、細
胞或原生質體 由愈傷組織分散得到的懸浮細胞
類型 植物組織培養 植物細胞培養
培養過程
培養目的 獲得植物幼苗 獲得細胞產物
二者的關系 ①植物組織培養是植物細胞培養的基礎；②它們都屬于植物細胞
工程的范疇
續表
2.幾種育種方法的比較
育種方法 原理 過程 優點
快速繁殖 細胞的全能性 脫分化、再分化 保持優良品種的遺傳
特性
單倍體育種 細胞的全能性、染色
體變異 花藥離體培養、秋水仙
素誘導染色體數目加倍 明顯縮短育種年限
植物體細胞雜
交 細胞質膜的流動性、
細胞的全能性 原生質體融合、雜種細
胞組織培養 打破生殖隔離，實現
遠緣雜交
典例2 [2023江蘇鹽城阜寧中學高二質量檢測]利用植物細胞培養技術從紅豆杉細胞中
提取抗癌物質——紫杉醇，不需要進行的是( )
D
A.選取合適的外植體并要進行快速消毒
B.培養基中加入適量的蔗糖，以提供營養并維持滲透壓
C.控制植物激素的種類和含量，誘導產生愈傷組織
D.選擇適當的分化培養基培育紅豆杉幼苗
[解析] 培育紅豆杉幼苗，常用的培養基有脫分化培養基、生芽培養基、生根培養基，D項錯誤。
對點演練3 紫草素具有抗菌、消炎效果，通過植物組織培養技術培養出愈傷組織，從
愈傷組織的細胞中提取紫草素，大大加快了紫草素的生產進程。下列敘述正確的是
( )
C
A.紫草離體的葉片滅菌后可做外植體
B.愈傷組織通過減數分裂進行細胞增殖
C.破碎愈傷組織細胞能提高紫草素的提取率
D.愈傷組織生產紫草素體現了細胞的全能性
[解析] 紫草離體的葉片消毒后可做外植體，A項錯誤；愈傷組織細胞不能進行減數分裂，其通過有絲分裂進行細胞增殖，B項錯誤；破碎愈傷組織細胞能提高紫草素的提取率，C項正確；細胞的全能性是指細胞經分裂和分化后，仍然具有產生完整生物體或分化成其他各種細胞的潛能，愈傷組織生產紫草素不能體現細胞的全能性，D項錯誤。
C
A
A.多次重復①過程可獲得不含有毒物質的脫毒苗
B.所得植株A、植株B和植株C的基因型彼此不同
C.花粉離體培養形成幼苗2需經脫分化和再分化
D.此實驗證明玉米體細胞和生殖細胞都具有全能性
[解析] 芽尖細胞含有的病毒較少，所以多次重復①過程可獲得不含病毒的脫毒苗，A項錯誤。
B
[解析] 過程②是愈傷組織進行再分化的過程，植株A是由花藥離體培養獲得的單倍體，B項錯誤。
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