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第39講　植物細胞工程
[課標內容]　1.闡明植物組織培養是在一定條件下,將離體植物器官、組織或細胞等在適宜的培養條件下誘導形成愈傷組織,并重新分化,最終形成完整植株的過程。2.概述植物體細胞雜交是將不同植物體細胞在一定條件下融合成雜種細胞,繼而培育成新植物體的技術。3.舉例說明植物細胞工程利用快速繁殖、脫毒、次生代謝物生產、育種方式等有效提高了生產效率。
微考點大突破
考點一　植物組織培養技術
　
1.細胞工程的概念
細胞工程是指應用細胞生物學、分子生物學和發育生物學等多學科的原理和方法,通過細胞器、細胞或組織水平上的操作,有目的地獲得特定的細胞、組織、器官、個體或其產品的一門綜合性的生物工程。
2.植物細胞的全能性
3.植物組織培養技術
(1)概念:將離體的__________等,培養在人工配制的培養基上,給予適宜的培養條件,誘導其形成__________的技術。
(2)理論基礎:植物細胞的__________。
(3)基本過程。
①脫分化:在一定的激素和營養等條件的誘導下,__________的細胞,失去其特有的結構和功能,轉變成未分化的細胞的過程。
②愈傷組織:未分化的細胞形成的不定形的薄壁組織團塊。
③再分化:愈傷組織重新分化形成__________等器官的過程。
提醒　①光照:在愈傷組織誘導階段,對有些植物來說,避光培養有利于細胞脫分化形成愈傷組織。當愈傷組織再分化出芽和葉時,一定要有光照,有利于葉片內葉綠素的合成。
②植物組織培養中所需的碳源一般為蔗糖,少數為葡萄糖和果糖,原因是蔗糖既可提供充足的碳源,又可維持相對適中的滲透壓,而葡萄糖和果糖在與蔗糖提供相同數量碳源的前提下,其造成的滲透壓可能過高。
(4)探究實踐——菊花的組織培養。
(5)植物激素在植物組織培養中的作用。
生長素/細胞分裂素 植物細胞的發育方向
大于1 有利于______的分化、抑制_______的形成
小于1 有利于_______的分化,抑制________的形成
等于1 促進__________的生長
簡記為:“高”根,“低”芽,“中”愈傷,如圖所示:
(1)將植物葉肉細胞中的葉綠體轉移到動物細胞中,不屬于細胞工程。(源自選擇性必修3 P31)()
(2)外植體用酒精消毒后,需要用流水沖洗后再用次氯酸鈉溶液進行消毒處理。(選擇性必修3 P36“探究·實踐”)()
(3)培養基添加生長素和細胞分裂素后,愈傷組織一定能發育成完整的植株。(選擇性必修3 P37“探究·實踐”)()
長春新堿(VCR)是夾竹桃科植物長春花中提取出來的一種生物堿,具有高抗腫瘤活性。如圖是科研人員利用長春花的葉柄或嫩葉作為外植體得到再生植株的方法,分析并回答下列問題:
(1)選用葉柄或嫩葉作為外植體,其原因是什么
答:____________________________________________。
(2)為什么說從繁殖方式上看,植物組織培養的繁殖方式是無性繁殖
答:____________________________________________。
(3)在植物組織培養的過程中,為什么要求無菌操作
答:____________________________________________。
能力　植物組織培養的過程分析(考查科學探究)
1.(2024·黑吉遼卷,T6)迷迭香酸具有多種藥理活性。進行工廠化生產時,先誘導外植體形成愈傷組織,再進行細胞懸浮培養獲得迷迭香酸,加入誘導劑茉莉酸甲酯可大幅提高產量。下列敘述錯誤的是(　　)
A.迷迭香頂端幼嫩的莖段適合用作外植體
B.誘導愈傷組織時需加入NAA和脫落酸
C.懸浮培養時需將愈傷組織打散成單個細胞或較小的細胞團
D.茉莉酸甲酯改變了迷迭香次生代謝產物的合成速率
2.(2025·長沙調研)紅豆杉被稱作“植物界的大熊貓”,紫杉醇是紅豆杉合成的一種次生代謝物,雖然具有高抗癌活性,但在植物體中含量極低。
(1)為取代從天然植株中提取紫杉醇的方式,可通過植物組織培養和植物細胞培養技術來獲取,其過程為:獲取紅豆杉外植體→消毒→誘導愈傷組織→細胞培養→提取紫杉醇。其中,獲取的外植體消毒后誘導出愈傷組織的過程稱為______________,在培養過程中主要添加__________這兩種植物激素并通過調整比例來調控其培育過程。
(2)靈芝誘導子可能通過介導植物的防御反應來促進紫杉醇合成,在最佳誘導條件下對紅豆杉進行細胞懸浮培養,結果如圖1。
圖1
PPO能催化酚類物質氧化,使其含量減少。PAL是紫杉醇形成途徑中的關鍵酶。經靈芝誘導子處理后,PAL活性與對照相比明顯上升。結合圖1,在圖2中的括號內填入“+”或“-”。
圖2
(3)過去普遍認為紫杉醇通過抑制有絲分裂來發揮抗癌作用。用標準劑量紫杉醇治療后對患者的乳腺癌細胞進行研究,結果如圖3。
圖3
[注]　有絲分裂指數代表細胞增殖的活躍程度。
以上實驗結果__________(填“支持”或“不支持”)傳統認知的紫杉醇抗癌機理,并說明理由:______________________________________。
(4)新的研究發現只有染色體不穩定性(簡稱“CIN”,即細胞分裂發生錯誤導致染色體不穩定)水平高的乳腺癌患者才對紫杉醇敏感,推測紫杉醇可能通過提高這類患者體內含多極紡錘體癌細胞的比例誘導癌細胞死亡。選擇一種藥物,結合必需的實驗材料和試劑,補充實驗進行驗證。
藥物a:能提高CIN水平,且抑制有絲分裂
藥物b:能提高CIN水平,但不能抑制有絲分裂
藥物c:不能提高CIN水平,但能抑制有絲分裂
將CIN水平低的乳腺癌細胞分為兩組。其中對照組的處理方式為適量的紫杉醇溶液,實驗組的處理方式為________________________________________。培養一段時間,結果顯示實驗組多極紡錘體癌細胞比例、癌細胞死亡率均高于對照組。
[注]　正常紡錘體是指固定于細胞兩極的紡錘體,多極紡錘體是指固定于細胞三、四或者更多個極的紡錘體。
考點二　植物體細胞雜交技術及植物細胞工程的應用
　
1.植物體細胞雜交
(1)概念:將不同來源的植物體細胞,在一定條件下融合成__________,并把雜種細胞培育成新植物體的技術。
(2)操作流程。
①去壁:對應圖中__________過程,即去除細胞壁,獲得具有活力的原生質體,用到的酶是__________。
②誘導融合:對應圖中__________過程。
ⅰ.原理:__________。
ⅱ.方法:物理法包括離心法、電融合法等;化學法包括__________(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等。
ⅲ.融合成功的標志:__________。
③培養:過程d是植物組織培養,其原理是__________。
(3)意義。
在打破__________,實現遠緣雜交育種,培育植物新品種等方面展示出獨特的優勢。
2.植物細胞工程的應用
(1)植物繁殖的新途徑。
(2)作物新品種的培育。
(3)細胞產物的工廠化生產。
提醒　①工廠化生產不一定要培養出植物體,一般培養到愈傷組織階段,從培養愈傷組織細胞的培養液中就可提取細胞產物。
②通過培養能夠產生對人們有利產物的細胞,從而獲得大量的細胞產物。目前獲得的產物主要有蛋白質、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。
(1)利用物理法或化學法,可以直接將兩個植物細胞進行誘導融合。(源自選擇性必修3 P37)()
(2)植物體細胞雜交技術打破了生殖隔離,實現遠緣雜交育種。(源自選擇性必修3 P38)()
(3)以莖尖為材料通過組織培養獲得的脫毒苗具有抗病毒的特點。(源自選擇性必修3 P40)()
(4)單倍體育種和突變體培育的遺傳學原理是一致的。(源自選擇性必修3 P40)()
(5)初生代謝和次生代謝在生物整個的生命過程中始終進行。(選擇性必修3 P41“相關信息”)()
1.脫毒苗和抗毒苗是一回事嗎 為什么
答:__________________________________________________________________。
2.不同物種之間存在著天然的生殖隔離,利用傳統的有性雜交的方法很難得到雜種后代。科學家采用體細胞雜交的方法得到了“番茄—馬鈴薯”雜種植株。以下為植物體細胞雜交技術流程圖,其中甲和乙分別表示兩種二倍體植物細胞,所含有的染色體組分別是AA和BB。
(1)將圖中的甲和乙兩種細胞去除細胞壁后誘導融合,若只考慮兩兩融合,可以形成哪幾種融合細胞 符合要求的雜種細胞是哪種
答:____________________________________________。
(2)二倍體番茄和二倍體馬鈴薯體細胞雜交得到的“番茄—馬鈴薯”有多少個染色體組,是幾倍體
答:______________________。
(3)從結果上看雜種植株在遺傳上有什么特點 從雜種植株的染色體組成上看屬于哪種變異類型
答:____________________________________________。
1.植物組織培養與植物體細胞雜交的比較
2.植物體細胞雜交和有性雜交的辨析
能力一　植物體細胞雜交過程分析(考查科學思維)
1.(2024·湖北卷,T11)植物甲抗旱、抗病性強,植物乙分蘗能力強、結實性好。科研人員通過植物體細胞雜交技術培育出兼有甲、乙優良性狀的植物丙,過程如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A.過程①中酶處理的時間差異,原因可能是兩種親本的細胞壁結構有差異
B.過程②中常采用滅活的仙臺病毒或PEG誘導原生質體融合
C.過程④和⑤的培養基中均需要添加生長素和細胞分裂素
D.可通過分析植物丙的染色體,來鑒定其是否為雜種植株
2.(2025·泰安模擬)紅豆杉能產生抗癌藥物紫杉醇。為了培育產生紫杉醇的柴胡,科研人員將紅豆杉(2n=24)與柴胡(2n=12)進行了不對稱體細胞雜交。用一定劑量的紫外線照射紅豆杉原生質體,破壞部分染色體,與未經紫外線照射的柴胡原生質體用化學誘導劑誘導融合,得到融合細胞。誘導融合后,科研人員只統計了7組染色體數目不大于24條的細胞,如表所示。紅豆杉和柴胡的親緣關系較遠,兩種植物細胞的染色體間排斥較為明顯。下列敘述不正確的是(　　)
材料 融合細胞組號
1 2 3 4 5 6 7
染色體 數/條 9~11 12 12~14 12~16 13 14 24
A.將紅豆杉愈傷組織和柴胡愈傷組織用纖維素酶和果膠酶分別處理,各自獲得有活力的原生質體
B.篩選的目標細胞不包括染色體數目大于24條的細胞,因為柴胡細胞染色體數為12條,并且紅豆杉細胞一個染色體組的染色體數為12條
C.判斷組號為3、4、5、6、7的細胞可能為雜交細胞,并進一步采用PCR方法鑒定這幾組細胞
D.應在能夠高效合成紫杉醇的雜種細胞中選擇紅豆杉核基因含量較高的雜種細胞進行培養
能力二　植物細胞工程的應用(考查社會責任)
3.(2023·廣東卷,T12)人參皂苷是人參的主要活性成分。科研人員分別誘導人參根與胡蘿卜根產生愈傷組織并進行細胞融合,以提高人參皂苷的產率。下列敘述錯誤的是(　　)
A.細胞融合前應去除細胞壁
B.高Ca2+—高pH溶液可促進細胞融合
C.融合的細胞即為雜交細胞
D.雜交細胞可能具有生長快速的優勢
4.(2025·廈門模擬)甲植物具有由核基因控制的多種優良性狀,遠緣植物乙的細胞質中存在抗除草劑基因。科研人員通過如圖所示途徑培育出具有抗除草劑性狀的優良品質丙。圖中字母表示過程、數字序號表示細胞。
下列相關敘述正確的是 (　　)
A.過程A應置于高滲溶液中處理,再將①②誘導融合成③
B.過程B無需篩選鑒定,形成雜種細胞后即可接種到培養基中
C.過程C、D采用固體培養基,添加激素的種類和比例相同
D.雜種植物丙為二倍體,有的配子不含抗除草劑基因
微真題重體悟
　
1.(2024·浙江1月選考,T8)山藥在生長過程中易受病毒侵害導致品質和產量下降。采用組織培養技術得到脫毒苗,可恢復其原有的優質高產特性,流程如圖。下列操作不可行的是(　　)
外植體→愈傷組織→叢生芽→試管苗
A.選擇芽尖作為外植體可減少病毒感染
B.培養基中加入抗生素可降低雜菌的污染
C.將叢生芽切割后進行繼代培養可實現快速繁殖
D.提高生長素和細胞分裂素的比值可促進愈傷組織形成從生芽
2.(2023·山東卷,T14)利用植物細胞培養技術在離體條件下對單個細胞或細胞團進行培養使其增殖,可獲得植物細胞的某些次生代謝物。下列說法正確的是(　　)
A.利用該技術可獲得某些無法通過化學合成途徑得到的產物
B.植物細胞體積小,故不能通過該技術進行其產物的工廠化生產
C.次生代謝物是植物所必需的,但含量少,應選擇產量高的細胞進行培養
D.該技術主要利用促進細胞生長的培養條件提高單個細胞中次生代謝物的含量
3.(2021·北京卷,T7)研究者擬通過有性雜交的方法將簇毛麥(2n=14)的優良性狀導入普通小麥(2n=42)中。用簇毛麥花粉給數以千計的小麥小花授粉,10天后只發現兩個雜種幼胚,將其離體培養,產生愈傷組織,進而獲得含28條染色體的大量雜種植株。下列敘述錯誤的是(　　)
A.簇毛麥與小麥之間存在生殖隔離
B.培養過程中幼胚細胞經過脫分化和再分化
C.雜種植株減數分裂時染色體能正常聯會
D.雜種植株的染色體加倍后能產生可育植株
4.(2022·重慶卷,T15)植物體細胞通常被誘導為愈傷組織后才能表現全能性。研究發現,愈傷組織的中層細胞是根或芽再生的源頭干細胞,其在不同條件下,通過基因的特異性表達調控生長素、細胞分裂素的作用,表現出不同的效應(如表)。已知生長素的生理作用大于細胞分裂素時有利于根的再生;反之,有利于芽的再生。下列推論不合理的是(　　)
條件 基因表達產物和相互作用 效應
① WOX5 維持未分化狀態
② WOX5+PLT 誘導出根
③ WOX5+ARR2,抑制ARR5 誘導出芽
A.WOX5失活后,中層細胞會喪失干細胞特性
B.WOX5+PLT可能有利于愈傷組織中生長素的積累
C.ARR5促進細胞分裂素積累或提高細胞對細胞分裂素的敏感性
D.體細胞中生長素和細胞分裂素的作用可能相互抑制
5.(2023·浙江1月選考,T24)甲植物細胞核基因具有耐鹽堿效應,乙植物細胞質基因具有高產效應。某研究小組用甲、乙兩種植物細胞進行體細胞雜交相關研究,基本過程包括獲取原生質體、誘導原生質體融合、篩選融合細胞、雜種植株再生和鑒定,最終獲得高產耐鹽堿再生植株。回答下列問題:
(1)根據研究目標,在甲、乙兩種植物細胞進行體細胞雜交前,應檢驗兩種植物的原生質體是否具備形成__________的能力。為了便于觀察細胞融合的狀況,通常用不同顏色的原生質體進行融合,若甲植物原生質體來自幼苗的根,則乙植物原生質體來自幼苗的__________。
(2)植物細胞壁的主要成分為__________和果膠,在獲取原生質體時,常采用相應的酶進行去壁處理。在原生質體融合前,需對原生質體進行處理,分別使甲原生質體和乙原生質體的__________失活。對處理后的原生質體在顯微鏡下用__________計數,確定原生質體密度。兩種原生質體1∶1混合后,通過添加適宜濃度的PEG進行融合;一定時間后,加入過量的培養基進行稀釋,稀釋的目的是____________________________________。
(3)將融合原生質體懸浮液和液態的瓊脂糖混合,在凝固前倒入培養皿,融合原生質體分散固定在平板中,并獨立生長、分裂形成愈傷組織。同一塊愈傷組織所有細胞源于________________________________________。下列各項中能說明這些愈傷組織只能來自雜種細胞的理由是__________(多選,填選項字母)。
A.甲、乙原生質體經處理后失活,無法正常生長、分裂
B.同種融合的原生質體因甲或乙原生質體失活而不能生長、分裂
C.培養基含有抑制物質,只有雜種細胞才能正常生長、分裂
D.雜種細胞由于結構和功能完整可以生長、分裂
(4)愈傷組織經__________可形成胚狀體或芽。胚狀體能長出__________,直接發育形成再生植株。
(5)用PCR技術鑒定再生植株。已知甲植物細胞核具有特異性DNA序列a,乙植物細胞質具有特異性DNA序列b;M1、M2為序列a的特異性引物,N1、N2為序列b的特異性引物。完善實驗思路:
①提取純化再生植株的總DNA,作為PCR擴增的__________。
②將DNA提取物加入PCR反應體系,______________為特異性引物,擴增序列a;用同樣的方法擴增序列b。
③得到的2個PCR擴增產物經__________后,若每個PCR擴增產物在凝膠中均出現了預期的__________個條帶,則可初步確定再生植株來自雜種細胞。
第39講　植物細胞工程
微考點·大突破
考點一
教材解讀
2.分化成其他各種細胞　生物體的每個細胞中都含有發育成完整個體所需的全套基因　激素　溫度和pH
3.(1)植物器官、組織或細胞　完整植株　(2)全能性　(3)植物器官、組織或細胞　愈傷組織　①已經分化　③芽、根　(4)①酒精　②酒精　次氯酸鈉　培養皿　生根　(5)根　芽　芽　根　愈傷組織
教材基礎辨析
　(1)×　(2)×　(3)×
教材素材拓展
提示　(1)葉柄或嫩葉分化程度低,全能性高,容易誘導形成愈傷組織,進而培養成完整植株
(2)植物組織培養是在細胞有絲分裂和細胞分化的基礎上實現的,此過程并沒有生殖細胞的產生,所以是無性繁殖
(3)培養物一旦受到微生物的污染,這些微生物會和外植體爭奪培養基中的營養物質,并且產生大量對外植體有害的物質,導致外植體死亡
能力提升
1.B　解析　迷迭香頂端幼嫩的莖段分裂旺盛,適合用作外植體,A項正確;誘導愈傷組織時需要加入適當比例的生長素和細胞分裂素,B項錯誤;植物細胞培養需在離體條件下,對單個植物細胞或細胞團進行培養使其增殖,C項正確;次生代謝不是生物生長所必需的,迷迭香酸是迷迭香的次生代謝產物,加入誘導劑茉莉酸甲酯可大幅提高產量,說明茉莉酸甲酯改變了迷迭香次生代謝產物的合成速率,D項正確。
2.答案　(1)脫分化　生長素和細胞分裂素
(2)
(3)不支持　紫杉醇處理后患者的有絲分裂指數高于對照組,說明紫杉醇并未抑制細胞的有絲分裂　(4)藥物b和等量紫杉醇溶液
解析　(1)獲取的外植體消毒后誘導出愈傷組織的過程稱為脫分化,在培養過程中主要添加生長素和細胞分裂素這兩種植物激素并通過調整比例來調控其培育過程。(2)由題圖可知,靈芝誘導子抑制PPO活性,PPO能催化酚類物質氧化使其含量減少,因而靈芝誘導子在一定范圍內能使酚類總量增加。PAL是紫杉醇形成途徑中的關鍵酶,經靈芝誘導子處理后,PAL活性與對照相比明顯上升,因此關系見答案圖。(3)由題圖可知,紫杉醇處理后患者的有絲分裂指數高于對照組,有絲分裂指數代表細胞增殖的活躍程度,說明紫杉醇并未抑制細胞的有絲分裂,以上實驗結果不支持紫杉醇通過抑制有絲分裂來發揮抗癌作用。(4)只有染色體不穩定性(CIN)水平高的乳腺癌患者才對紫杉醇敏感,推測紫杉醇可能通過提高這類患者體內含多極紡錘體癌細胞的比例誘導癌細胞死亡。紫杉醇不抑制有絲分裂,因此應選擇能提高CIN水平,但不能抑制有絲分裂的藥物b進行處理,對照組用適量的紫杉醇處理,實驗組使用藥物b和等量的紫杉醇處理,藥物b能提高CIN水平,增加細胞對紫杉醇的敏感性,誘導癌細胞死亡,對照組細胞CIN水平較低,細胞對紫杉醇的敏感性較低,癌細胞死亡數量少,因此培養一段時間,結果顯示實驗組多極紡錘體癌細胞比例、癌細胞死亡率均高于對照組。
考點二
教材解讀
1.(1)雜種細胞　(2)①a　纖維素酶和果膠酶　②b　ⅰ.細胞膜的流動性　ⅱ.聚乙二醇　ⅲ.再生出細胞壁　③植物細胞的全能性　(3)生殖隔離
2.(1)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　植物頂端分生區附近(如莖尖)　(2)染色體變異　單倍體　純合二倍體　①穩定遺傳　②育種的年限　③體細胞誘變　遺傳突變
基因突變　新基因　某些性狀　(3)必需　植物細胞培養　生產速度快
教材基礎辨析
　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×
教材素材拓展
1.提示　不是。脫毒苗是選擇植物的頂端分生區(如莖尖)進行組織培養而獲得的,屬于細胞工程的范疇;抗毒苗是把某抗病毒基因導入受體細胞中,并通過一定的方法培養形成的,屬于基因工程的范疇
2.提示　(1)可以形成3種融合細胞:甲甲、甲乙、乙乙。符合要求的是甲乙
(2)有四個染色體組,是四倍體
(3)從結果上看,雜種植株的遺傳物質來自兩個親本,具有雙親的遺傳性狀。從染色體組成上看屬于染色體數目變異
能力提升
1.B　解析　過程①為用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁,過程①中酶處理的時間差異,原因可能是兩種親本的細胞壁結構有差異,A項正確;過程②中常采用聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法、離心法等誘導原生質體融合,滅活的仙臺病毒常用于誘導動物細胞融合,B項錯誤;添加不同濃度的生長素和細胞分裂素能誘導愈傷組織的形成和分化,C項正確;可通過分析植物丙的染色體來鑒定其是否為雜種植株,D項正確。
2.D　解析　將紅豆杉愈傷組織和柴胡愈傷組織用纖維素酶和果膠酶分別處理,去掉細胞壁,可以獲得有活力的原生質體,A項正確;因為柴胡細胞染色體數為12條,并且紅豆杉細胞一個染色體組的染色體數為12條,目標是篩選得到具有紫杉醇合成基因的柴胡,所以此雜種細胞理論應該包含全部柴胡染色體和一套紅豆杉染色體(含有一個紫杉醇合成基因)即可,因此科研人員篩選的目標細胞不包括染色體數目大于24條的細胞,B項正確;柴胡細胞染色體數為12條,多余的染色體是其他細胞融合參與進去的,可判斷組號為3、4、5、6、7的細胞可能為雜交細胞,C項正確;紅豆杉和柴胡有遠緣雜交不親和障礙,兩種植物細胞的染色體間排斥較為明顯,應在能夠高效合成紫杉醇的雜交細胞中選擇紅豆杉核基因含量較低的雜交細胞進行培養,D項錯誤。
3.C　解析　植物細胞的細胞壁會阻礙細胞的融合,故植物細胞融合前應去除細胞壁,A項正確;誘導植物細胞原生質體融合的方法有物理法、化學法,化學法包括PEG融合法、高Ca2+—高pH融合法等,B項正確;細胞融合時既有同種細胞的融合,也有不同種細胞的融合,后者才是所需要的雜交細胞,C項錯誤;雜交細胞具有雙方的遺傳物質,可能具有胡蘿卜細胞生長快速的優勢,D項正確。
4.D　解析　過程A為去除細胞壁的過程,該過程應置于等滲溶液中處理,而后再利用誘導融合的方法將①②誘導融合成③,再生出細胞壁為雜種細胞,A項錯誤;過程B獲得的融合細胞未必都是由甲的細胞核和乙的細胞質融合形成的,因而需篩選鑒定,篩選出的雜種細胞即可接種到培養基中,B項錯誤;過程C、D分別為脫分化和再分化過程,這些過程需要在固體培養基中誘導產生,兩過程中添加激素的種類和比例不同,C項錯誤;由于乙的細胞核失活,雜種植物丙為二倍體,形成配子時,細胞質中的抗除草劑基因隨機分配,故有的配子不含抗除草劑基因,D項正確。
微真題·重體悟
1.D　解析　芽尖所含病毒少甚至不含病毒,利用芽尖組織培養可得到脫毒苗,A項正確;抗生素可以抑制雜菌生長,B項正確;將叢生芽切割后轉移到新的培養基上繼續進行擴大培養屬于繼代培養,使用此方法可以實現快速繁殖,C項正確;降低生長素和細胞分裂素的比值可促進叢生芽的形成,D項錯誤。
2.A　解析　某些次生代謝物合成過程很復雜,難以通過化學合成途徑得到,而利用植物細胞培養技術可獲得,A項正確;可以利用植物細胞培養技術大規模培養植物細胞,來大量獲取次生代謝物,B項錯誤;次生代謝物不是植物生長所必需的,含量很低,C項錯誤;該技術主要通過促進細胞增殖,以提高次生代謝物的產量,D項錯誤。
3.C　解析　簇毛麥與普通小麥是兩個物種,存在生殖隔離,A項正確;在將雜種幼胚離體培養時,幼胚先脫分化形成愈傷組織,繼而再分化出根、莖和葉,長成新植株,B項正確;形成的新植株含28條染色體,其中有7條染色體來自簇毛麥,有21條染色體來自普通小麥,在減數分裂過程中,染色體不能正常聯會,C項錯誤;雜種植株的染色體加倍后,每一條染色體都有與其相同的染色體,在減數分裂過程中,染色體可以正常聯會,進而產生可育后代,D項正確。
4.C　解析　據題表可知,WOX5能維持未分化狀態,若WOX5失活,中層細胞可能會喪失干細胞特性,A項不符合題意;由題干信息“已知生長素的生理作用大于細胞分裂素時有利于根的再生”,再結合題表可知,WOX5+PLT能誘導出根,推測WOX5+PLT可能有利于愈傷組織中生長素的積累,B項不符合題意;由題意可知,生長素的生理作用小于細胞分裂素時有利于芽的再生,再結合題表可知,抑制ARR5能誘導出芽,即ARR5被抑制時細胞分裂素的生理作用大于生長素的生理作用,故可推測ARR5抑制細胞分裂素積累或降低細胞對細胞分裂素的敏感性,C項符合題意;由題干信息可知,愈傷組織再生出芽或根取決于生長素與細胞分裂素的生理作用大小,推測體細胞中生長素和細胞分裂素的作用可能相互抑制,D項不符合題意。
5.答案　(1)再生植株　葉片　(2)纖維素　細胞質、細胞核　血細胞計數板　終止原生質體融合　(3)一個融合原生質體　ABD　(4)再分化　根和芽　(5)①模板　②M1、M2　③電泳　1
解析　(1)在甲、乙兩種植物細胞進行體細胞雜交前,應檢驗兩種植物的原生質體是否具備形成再生植株的能力。為了便于觀察細胞融合的狀況,通常用不同顏色的原生質體進行融合,若甲植物原生質體來自幼苗的根,則乙植物原生質體應來自幼苗的葉片(葉片細胞中含有葉綠體,葉片細胞的原生質體呈綠色)。(2)植物細胞壁的主要成分是纖維素和果膠。由于甲原生質體提供的是核基因,因此需使其細胞質失活;乙原生質體提供的是細胞質基因,因此需使其細胞核失活。可采用血細胞計數板對原生質體進行計數。加入過量的培養基可降低PEG濃度,終止原生質體融合。(3)由于融合原生質體分散固定在平板中,可獨立生長、分裂形成愈傷組織,因此同一塊愈傷組織所有細胞來源于一個融合原生質體。綜合分析可知,甲原生質體的細胞質失活,乙原生質體的細胞核失活,因此,未發生融合的甲、乙原生質體,以及同種融合[甲(乙)原生質體與甲(乙)原生質體融合]的原生質體無法生長、分裂,A、B兩項符合題意;雜種細胞的結構和功能完整,能夠進行生長、分裂,D項符合題意。(4)愈傷組織經再分化能形成胚狀體或芽。胚狀體能長出根和芽,直接發育形成再生植株。(5)①提取純化再生植株的總DNA,可作為PCR擴增的模板。②擴增序列a時所用的特異性引物是M1和M2。③PCR的擴增產物常用凝膠電泳進行鑒定。若在2個PCR擴增體系中能分別擴增出a序列和b序列,則將2個PCR擴增體系擴增的產物進行凝膠電泳后,可觀察到1個凝膠中含a序列對應的1個條帶,1個凝膠中含b序列對應的1個條帶。(共79張PPT)
第39講
第九單元　生物技術與工程
植物細胞工程
課
標
內
容
1.闡明植物組織培養是在一定條件下，將離體植物器官、組織或細胞等在適宜的培養條件下誘導形成愈傷組織，并重新分化，最終形成完整植株的過程。2.概述植物體細胞雜交是將不同植物體細胞在一定條件下融合成雜種細胞，繼而培育成新植物體的技術。3.舉例說明植物細胞工程利用快速繁殖、脫毒、次生代謝物生產、育種方式等有效提高了生產效率。
微考點 大突破
內容
索引
微真題 重體悟
考點一　植物組織培養技術
考點二　植物體細胞雜交技術及植物細胞工程的應用
考點一　植物組織培養技術
微考點/大突破
第一部分
1.細胞工程的概念
細胞工程是指應用細胞生物學、分子生物學和發育生物學等多學科的原理和方法，通過細胞器、細胞或組織水平上的操作，有目的地獲得特定的細胞、組織、器官、個體或其產品的一門綜合性的生物工程。
2.植物細胞的全能性
分化成其他各種細胞
生物體的每個細胞中都含有發育成完整個體所需的全套基因
激素
溫度和pH
3.植物組織培養技術
(1)概念：將離體的________________________等，培養在人工配制的培養基上，給予適宜的培養條件，誘導其形成_________的技術。
(2)理論基礎：植物細胞的________。
(3)基本過程。
植物器官、組織或細胞
完整植株
全能性
植物器官、組
織或細胞
愈傷
組織
①脫分化：在一定的激素和營養等條件的誘導下，___________的細胞，失去其特有的結構和功能，轉變成未分化的細胞的過程。
②愈傷組織：未分化的細胞形成的不定形的薄壁組織團塊。
③再分化：愈傷組織重新分化形成________等器官的過程。
已經分化
芽、根
提醒　①光照：在愈傷組織誘導階段，對有些植物來說，避光培養有利于細胞脫分化形成愈傷組織。當愈傷組織再分化出芽和葉時，一定要有光照，有利于葉片內葉綠素的合成。
②植物組織培養中所需的碳源一般為蔗糖，少數為葡萄糖和果糖，原因是蔗糖既可提供充足的碳源，又可維持相對適中的滲透壓，而葡萄糖和果糖在與蔗糖提供相同數量碳源的前提下，其造成的滲透壓可能過高。
(4)探究實踐——菊花的組織培養。
酒精
酒精
次氯酸鈉
培養皿
生根
(5)植物激素在植物組織培養中的作用。
生長素/細胞分裂素 植物細胞的發育方向
大于1 有利于____的分化、抑制____的形成
小于1 有利于____的分化，抑制____的形成
等于1 促進__________的生長
根
芽
芽
根
愈傷組織
簡記為：“高”根，“低”芽，“中”愈傷，如圖所示：

教材基礎辨析
(1)將植物葉肉細胞中的葉綠體轉移到動物細胞中，不屬于細胞工 程。(源自選擇性必修3 P31)( )
(2)外植體用酒精消毒后，需要用流水沖洗后再用次氯酸鈉溶液進行消毒處理。(選擇性必修3 P36“探究·實踐”)( )
(3)培養基添加生長素和細胞分裂素后，愈傷組織一定能發育成完整的植株。(選擇性必修3 P37“探究·實踐”)( )
×
×
×
教材素材拓展
長春新堿(VCR)是夾竹桃科植物長春花中提取出來的一種生物堿，具有高抗腫瘤活性。如圖是科研人員利用長春花的葉柄或嫩葉作為外植體得到再生植株的方法，分析并回答下列問題：
(1)選用葉柄或嫩葉作為外植體，其原因是什么
答：_______________________________________________________
_____________________。
(2)為什么說從繁殖方式上看，植物組織培養的繁殖方式是無性繁殖
答：_______________________________________________________
_____________________________________________。
葉柄或嫩葉分化程度低，全能性高，容易誘導形成愈傷組織，進而培養成完整植株
植物組織培養是在細胞有絲分裂和細胞分化的基礎上實現的，此過程并沒有生殖細胞的產生，所以是無性繁殖
(3)在植物組織培養的過程中，為什么要求無菌操作
答：_______________________________________________________
__________________________________________________________________。
培養物一旦受到微生物的污染，這些微生物會和外植體爭奪培養基中的營養物質，并且產生大量對外植體有害的物質，導致外植體死亡
能力　植物組織培養的過程分析(考查科學探究)
1.(2024·黑吉遼卷，T6)迷迭香酸具有多種藥理活性。進行工廠化生產時，先誘導外植體形成愈傷組織，再進行細胞懸浮培養獲得迷迭香 酸，加入誘導劑茉莉酸甲酯可大幅提高產量。下列敘述錯誤的是(　　)
A.迷迭香頂端幼嫩的莖段適合用作外植體
B.誘導愈傷組織時需加入NAA和脫落酸
C.懸浮培養時需將愈傷組織打散成單個細胞或較小的細胞團
D.茉莉酸甲酯改變了迷迭香次生代謝產物的合成速率
迷迭香頂端幼嫩的莖段分裂旺盛，適合用作外植體，A項正確；誘導愈傷組織時需要加入適當比例的生長素和細胞分裂素，B項錯誤；植物細胞培養需在離體條件下，對單個植物細胞或細胞團進行培養使其增殖，C項正確；次生代謝不是生物生長所必需 的，迷迭香酸是迷迭香的次生代謝產物，加入誘導劑茉莉酸甲酯可大幅提高產量，說明茉莉酸甲酯改變了迷迭香次生代謝產物的合成速率，D項正確。
解析
2.(2025·長沙調研)紅豆杉被稱作“植物界的大熊貓”，紫杉醇是紅豆杉合成的一種次生代謝物，雖然具有高抗癌活性，但在植物體中含量極低。
(1)為取代從天然植株中提取紫杉醇的方式，可通過植物組織培養和植物細胞培養技術來獲取，其過程為：獲取紅豆杉外植體→消毒→誘導愈傷組織→細胞培養→提取紫杉醇。其中，獲取的外植體消毒后誘導出愈傷組織的過程稱為____________，在培養過程中主要添加____________________這兩種植物激素并通過調整比例來調控其培育過程。
脫分化
生長素和細胞分裂素
(2)靈芝誘導子可能通過介導植物的防御反應來促進紫杉醇合成，在最佳誘導條件下對紅豆杉進行細胞懸浮培養，結果如圖1。
PPO能催化酚類物質氧化，使其含量減少。PAL是紫杉醇形成途徑中的關鍵酶。經靈芝誘導子處理后，PAL活性與對照相比明顯上升。結合圖1，在圖2中的括號內填入“+”或“-”。
-
-
+
(3)過去普遍認為紫杉醇通過抑制有絲分裂來發揮抗癌作用。用標準劑量紫杉醇治療后對患者的乳腺癌細胞進行研究，結果如圖3。

[注]　有絲分裂指數代表細胞增殖的活躍程度。
以上實驗結果________(填“支持”或“不支持”)傳統認知的紫杉醇抗癌機理，并說明理由：_________________________________________
________________________________________________________。
(4)新的研究發現只有染色體不穩定性(簡稱“CIN”，即細胞分裂發生錯誤導致染色體不穩定)水平高的乳腺癌患者才對紫杉醇敏感，推測紫杉醇可能通過提高這類患者體內含多極紡錘體癌細胞的比例誘導癌細胞死亡。選擇一種藥物，結合必需的實驗材料和試劑，補充實驗進行驗證。
不支持
紫杉醇處理后患者的有絲分裂指數高于對照組，說明紫杉醇并未抑制細胞的有絲分裂
藥物a：能提高CIN水平，且抑制有絲分裂
藥物b：能提高CIN水平，但不能抑制有絲分裂
藥物c：不能提高CIN水平，但能抑制有絲分裂
將CIN水平低的乳腺癌細胞分為兩組。其中對照組的處理方式為適量的紫杉醇溶液，實驗組的處理方式為_________________________。培養一段時間，結果顯示實驗組多極紡錘體癌細胞比例、癌細胞死亡率均高于對照組。
[注]　正常紡錘體是指固定于細胞兩極的紡錘體，多極紡錘體是指固定于細胞三、四或者更多個極的紡錘體。
藥物b和等量紫杉醇溶液
(1)獲取的外植體消毒后誘導出愈傷組織的過程稱為脫分化，在培養過程中主要添加生長素和細胞分裂素這兩種植物激素并通過調整比例來調控其培育過程。(2)由題圖可知，靈芝誘導子抑制PPO活性，PPO能催化酚類物質氧化使其含量減少，因而靈芝誘導子在一定范圍內能使酚類總量增加。PAL是紫杉醇形成途徑中的關鍵酶，經靈芝誘導子處理后，PAL活性與對照相比明顯上升，因此關系見答案圖。(3)由題圖可知，紫杉醇處理后患者的有絲分裂
解析
指數高于對照組，有絲分裂指數代表細胞增殖的活躍程度，說明紫杉醇并未抑制細胞的有絲分裂，以上實驗結果不支持紫杉醇通過抑制有絲分裂來發揮抗癌作用。(4)只有染色體不穩定性(CIN)水平高的乳腺癌患者才對紫杉醇敏感，推測紫杉醇可能通過提高這類患者體內含多極紡錘體癌細胞的比例誘導癌細胞死亡。紫杉醇不抑制有絲分裂，因此應選擇能提高CIN水平，但不能抑制有絲分裂的藥物b進行處理，對照組用適量的紫杉醇處理，實驗組使用
解析
藥物b和等量的紫杉醇處理，藥物b能提高CIN水平，增加細胞對紫杉醇的敏感性，誘導癌細胞死亡，對照組細胞CIN水平較低，細胞對紫杉醇的敏感性較低，癌細胞死亡數量少，因此培養一段時間，結果顯示實驗組多極紡錘體癌細胞比例、癌細胞死亡率均高于對照組。
解析
考點二　植物體細胞雜交技術及植物細胞
工程的應用
微考點/大突破
第一部分
1.植物體細胞雜交
(1)概念：將不同來源的植物體細胞，在一定條件下融合成_________
_____，并把雜種細胞培育成新植物體的技術。
(2)操作流程。
雜種細
胞
①去壁：對應圖中________過程，即去除細胞壁，獲得具有活力的原生質體，用到的酶是____________________。
②誘導融合：對應圖中________過程。
ⅰ.原理：_________________。
ⅱ.方法：物理法包括離心法、電融合法等；化學法包括___________
(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等。
ⅲ.融合成功的標志：______________。
③培養：過程d是植物組織培養，其原理是____________________。
a
纖維素酶和果膠酶
b
細胞膜的流動性
聚乙二醇
再生出細胞壁
植物細胞的全能性
(3)意義。
在打破__________，實現遠緣雜交育種，培育植物新品種等方面展示出獨特的優勢。
生殖隔離
2.植物細胞工程的應用
(1)植物繁殖的新途徑。
高效、快速地實現種苗的大量繁殖
保持優良品種的遺傳特性
植物頂端分生區附近(如莖尖)
(2)作物新品種的培育。
染色體變異
單倍體
純合二倍體
穩定遺傳
育種的年限
體細胞誘變
遺傳突
變
基因突變
新基因
某些性狀
(3)細胞產物的工廠化生產。
必需
植物細胞培養
生產速度快
提醒　①工廠化生產不一定要培養出植物體，一般培養到愈傷組織階段，從培養愈傷組織細胞的培養液中就可提取細胞產物。
②通過培養能夠產生對人們有利產物的細胞，從而獲得大量的細胞產物。目前獲得的產物主要有蛋白質、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。
教材基礎辨析
(1)利用物理法或化學法，可以直接將兩個植物細胞進行誘導融合。 (源自選擇性必修3 P37)( )
(2)植物體細胞雜交技術打破了生殖隔離，實現遠緣雜交育種。(源自選擇性必修3 P38)( )
(3)以莖尖為材料通過組織培養獲得的脫毒苗具有抗病毒的特點。(源自選擇性必修3 P40)( )
×
√
×
(4)單倍體育種和突變體培育的遺傳學原理是一致的。(源自選擇性必修3 P40)( )
(5)初生代謝和次生代謝在生物整個的生命過程中始終進行。(選擇性必修3 P41“相關信息”)( )
×
×
教材素材拓展
1.脫毒苗和抗毒苗是一回事嗎 為什么
答：_______________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________。
不是。脫毒苗是選擇植物的頂端分生區(如莖尖)進行組織培養而獲得的，屬于細胞工程的范疇；抗毒苗是把某抗病毒基因導入受體細胞中，并通過一定的方法培養形成的，屬于基因工程的范疇
2.不同物種之間存在著天然的生殖隔離，利用傳統的有性雜交的方法很難得到雜種后代。科學家采用體細胞雜交的方法得到了“番茄—馬鈴薯”雜種植株。以下為植物體細胞雜交技術流程圖，其中甲和乙分別表示兩種二倍體植物細胞，所含有的染色體組分別是AA和BB。
(1)將圖中的甲和乙兩種細胞去除細胞壁后誘導融合，若只考慮兩兩融合，可以形成哪幾種融合細胞 符合要求的雜種細胞是哪種
答：_______________________________________________________
_____。
可以形成3種融合細胞：甲甲、甲乙、乙乙。符合要求的是甲乙
(2)二倍體番茄和二倍體馬鈴薯體細胞雜交得到的“番茄—馬鈴薯”有多少個染色體組，是幾倍體
答：____________________________________________________。
(3)從結果上看雜種植株在遺傳上有什么特點 從雜種植株的染色體組成上看屬于哪種變異類型
答：_______________________________________________________
_____________________________________________。
有四個染色體組，是四倍體
從結果上看，雜種植株的遺傳物質來自兩個親本，具有雙親的遺傳性狀。從染色體組成上看屬于染色體數目變異
1.植物組織培養與植物體細胞雜交的比較
2.植物體細胞雜交和有性雜交的辨析
能力一　植物體細胞雜交過程分析(考查科學思維)
1.(2024·湖北卷，T11)植物甲抗旱、抗病性強，植物乙分蘗能力強、結實性好。科研人員通過植物體細胞雜交技術培育出兼有甲、乙優良性狀的植物丙，過程如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A.過程①中酶處理的時間差異，原因可能是兩種親本的細胞壁結構有差異
B.過程②中常采用滅活的仙臺病毒或PEG誘導原生質體融合
C.過程④和⑤的培養基中均需要添加生長素和細胞分裂素
D.可通過分析植物丙的染色體，來鑒定其是否為雜種植株
過程①為用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁，過程①中酶處理的時間差異，原因可能是兩種親本的細胞壁結構有差異，A項正確；過程②中常采用聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法、離心法等誘導原生質體融合，滅活的仙臺病毒常用于誘導動物細胞融合，B項錯誤；添加不同濃度的生長素和細胞分裂素能誘導愈傷組織的形成和分化，C項正確；可通過分析植物丙的染色體來鑒定其是否為雜種植株，D項正確。
解析
2.(2025·泰安模擬)紅豆杉能產生抗癌藥物紫杉醇。為了培育產生紫杉醇的柴胡，科研人員將紅豆杉(2n=24)與柴胡(2n=12)進行了不對稱體細胞雜交。用一定劑量的紫外線照射紅豆杉原生質體，破壞部分染色體，與未經紫外線照射的柴胡原生質體用化學誘導劑誘導融合，得到融合細胞。誘導融合后，科研人員只統計了7組染色體數目不大于24條的細胞，如表所示。紅豆杉和柴胡的親緣關系較遠，兩種植物細胞的染色體間排斥較為明顯。下列敘述不正確的是( )
材料 融合細胞組號
1 2 3 4 5 6 7
染色體 數/條 9~11 12 12~14 12~16 13 14 24
A.將紅豆杉愈傷組織和柴胡愈傷組織用纖維素酶和果膠酶分別處理,各自獲得有活力的原生質體
B.篩選的目標細胞不包括染色體數目大于24條的細胞，因為柴胡細胞染色體數為12條，并且紅豆杉細胞一個染色體組的染色體數為12條
C.判斷組號為3、4、5、6、7的細胞可能為雜交細胞，并進一步采用PCR方法鑒定這幾組細胞
D.應在能夠高效合成紫杉醇的雜種細胞中選擇紅豆杉核基因含量較高的雜種細胞進行培養
將紅豆杉愈傷組織和柴胡愈傷組織用纖維素酶和果膠酶分別處理,去掉細胞壁，可以獲得有活力的原生質體，A項正確；因為柴胡細胞染色體數為12條，并且紅豆杉細胞一個染色體組的染色體數為12條，目標是篩選得到具有紫杉醇合成基因的柴胡，所以此雜種細胞理論應該包含全部柴胡染色體和一套紅豆杉染色體(含有一個紫杉醇合成基因)即可，因此科研人員篩選的目標細胞不包括染色體數目大于24條的細胞，B項正確；柴胡細胞染色體數為12條,
解析
多余的染色體是其他細胞融合參與進去的，可判斷組號為3、4、
5、6、7的細胞可能為雜交細胞，C項正確；紅豆杉和柴胡有遠緣雜交不親和障礙，兩種植物細胞的染色體間排斥較為明顯，應在能夠高效合成紫杉醇的雜交細胞中選擇紅豆杉核基因含量較低的雜交細胞進行培養，D項錯誤。
解析
能力二　植物細胞工程的應用(考查社會責任)
3.(2023·廣東卷，T12)人參皂苷是人參的主要活性成分。科研人員分別誘導人參根與胡蘿卜根產生愈傷組織并進行細胞融合，以提高人參皂苷的產率。下列敘述錯誤的是(　　)
A.細胞融合前應去除細胞壁
B.高Ca2+—高pH溶液可促進細胞融合
C.融合的細胞即為雜交細胞
D.雜交細胞可能具有生長快速的優勢
植物細胞的細胞壁會阻礙細胞的融合，故植物細胞融合前應去除細胞壁，A項正確；誘導植物細胞原生質體融合的方法有物理 法、化學法，化學法包括PEG融合法、高Ca2+—高pH融合法等，B項正確；細胞融合時既有同種細胞的融合，也有不同種細胞的融合，后者才是所需要的雜交細胞，C項錯誤；雜交細胞具有雙方的遺傳物質，可能具有胡蘿卜細胞生長快速的優勢，D項正確。
解析
4.(2025·廈門模擬)甲植物具有由核基因控制的多種優良性狀，遠緣植物乙的細胞質中存在抗除草劑基因。科研人員通過如圖所示途徑培育出具有抗除草劑性狀的優良品質丙。圖中字母表示過程、數字序號表示細胞。
下列相關敘述正確的是(　　)
A.過程A應置于高滲溶液中處理，再將①②誘導融合成③
B.過程B無需篩選鑒定，形成雜種細胞后即可接種到培養基中
C.過程C、D采用固體培養基，添加激素的種類和比例相同
D.雜種植物丙為二倍體，有的配子不含抗除草劑基因
過程A為去除細胞壁的過程，該過程應置于等滲溶液中處理，而后再利用誘導融合的方法將①②誘導融合成③，再生出細胞壁為雜種細胞，A項錯誤；過程B獲得的融合細胞未必都是由甲的細胞核和乙的細胞質融合形成的，因而需篩選鑒定，篩選出的雜種細胞即可接種到培養基中，B項錯誤；過程C、D分別為脫分化和再分化過程，這些過程需要在固體培養基中誘導產生，兩過程中添加激素的種類和比例不同，C項錯誤；由于乙的細胞核失活，雜種植物丙為二倍體，形成配子時，細胞質中的抗除草劑基因隨機分配，故有的配子不含抗除草劑基因，D項正確。
解析
微真題/重體悟
第二部分
1.(2024·浙江1月選考，T8)山藥在生長過程中易受病毒侵害導致品質和產量下降。采用組織培養技術得到脫毒苗，可恢復其原有的優質高產特性，流程如圖。下列操作不可行的是(　　)
外植體→愈傷組織→叢生芽→試管苗
A.選擇芽尖作為外植體可減少病毒感染
B.培養基中加入抗生素可降低雜菌的污染
C.將叢生芽切割后進行繼代培養可實現快速繁殖
D.提高生長素和細胞分裂素的比值可促進愈傷組織形成從生芽
芽尖所含病毒少甚至不含病毒，利用芽尖組織培養可得到脫毒 苗，A項正確；抗生素可以抑制雜菌生長，B項正確；將叢生芽切割后轉移到新的培養基上繼續進行擴大培養屬于繼代培養，使用此方法可以實現快速繁殖，C項正確；降低生長素和細胞分裂素的比值可促進叢生芽的形成，D項錯誤。
解析
2.(2023·山東卷，T14)利用植物細胞培養技術在離體條件下對單個細胞或細胞團進行培養使其增殖，可獲得植物細胞的某些次生代謝 物。下列說法正確的是(　　)
A.利用該技術可獲得某些無法通過化學合成途徑得到的產物
B.植物細胞體積小，故不能通過該技術進行其產物的工廠化生產
C.次生代謝物是植物所必需的，但含量少，應選擇產量高的細胞進行培養
D.該技術主要利用促進細胞生長的培養條件提高單個細胞中次生代謝物的含量
某些次生代謝物合成過程很復雜，難以通過化學合成途徑得到，而利用植物細胞培養技術可獲得，A項正確；可以利用植物細胞培養技術大規模培養植物細胞，來大量獲取次生代謝物，B項錯誤；次生代謝物不是植物生長所必需的，含量很低，C項錯誤；該技術主要通過促進細胞增殖，以提高次生代謝物的產量，D項錯誤。
解析
3.(2021·北京卷，T7)研究者擬通過有性雜交的方法將簇毛麥(2n=14)的優良性狀導入普通小麥(2n=42)中。用簇毛麥花粉給數以千計的小麥小花授粉，10天后只發現兩個雜種幼胚，將其離體培養，產生愈傷組織，進而獲得含28條染色體的大量雜種植株。下列敘述錯誤的是(　　)
A.簇毛麥與小麥之間存在生殖隔離
B.培養過程中幼胚細胞經過脫分化和再分化
C.雜種植株減數分裂時染色體能正常聯會
D.雜種植株的染色體加倍后能產生可育植株
簇毛麥與普通小麥是兩個物種，存在生殖隔離，A項正確；在將雜種幼胚離體培養時，幼胚先脫分化形成愈傷組織，繼而再分化出根、莖和葉，長成新植株，B項正確；形成的新植株含28條染色體，其中有7條染色體來自簇毛麥，有21條染色體來自普通小 麥，在減數分裂過程中，染色體不能正常聯會，C項錯誤；雜種植株的染色體加倍后，每一條染色體都有與其相同的染色體，在減數分裂過程中，染色體可以正常聯會，進而產生可育后代，D項正確。
解析
4.(2022·重慶卷，T15)植物體細胞通常被誘導為愈傷組織后才能表現全能性。研究發現，愈傷組織的中層細胞是根或芽再生的源頭干細胞，其在不同條件下，通過基因的特異性表達調控生長素、細胞分裂素的作用，表現出不同的效應(如表)。已知生長素的生理作用大于細胞分裂素時有利于根的再生；反之，有利于芽的再生。下列推論不合理的是(　　)
A.WOX5失活后，中層細胞會喪失干細胞特性
B.WOX5+PLT可能有利于愈傷組織中生長素的積累
C.ARR5促進細胞分裂素積累或提高細胞對細胞分裂素的敏感性
D.體細胞中生長素和細胞分裂素的作用可能相互抑制
條件 基因表達產物和相互作用 效應
① WOX5 維持未分化狀態
② WOX5+PLT 誘導出根
③ WOX5+ARR2，抑制ARR5 誘導出芽
據題表可知，WOX5能維持未分化狀態，若WOX5失活，中層細胞可能會喪失干細胞特性，A項不符合題意；由題干信息“已知生長素的生理作用大于細胞分裂素時有利于根的再生”，再結合題表可知，WOX5+PLT能誘導出根，推測WOX5+PLT可能有利于愈傷組織中生長素的積累，B項不符合題意；由題意可知，生長素的生理作用小于細胞分裂素時有利于芽的再生，再結合題表可知，抑制ARR5能誘導出芽，即ARR5被抑制時細胞分裂素的生理作用
解析
大于生長素的生理作用，故可推測ARR5抑制細胞分裂素積累或降低細胞對細胞分裂素的敏感性，C項符合題意；由題干信息可 知，愈傷組織再生出芽或根取決于生長素與細胞分裂素的生理作用大小，推測體細胞中生長素和細胞分裂素的作用可能相互抑 制，D項不符合題意。
解析
5.(2023·浙江1月選考，T24)甲植物細胞核基因具有耐鹽堿效應，乙植物細胞質基因具有高產效應。某研究小組用甲、乙兩種植物細胞進行體細胞雜交相關研究，基本過程包括獲取原生質體、誘導原生質體融合、篩選融合細胞、雜種植株再生和鑒定，最終獲得高產耐鹽堿再生植株。回答下列問題：
(1)根據研究目標，在甲、乙兩種植物細胞進行體細胞雜交前，應檢驗兩種植物的原生質體是否具備形成_________的能力。為了便于觀察細胞融合的狀況，通常用不同顏色的原生質體進行融合，若甲植物原生質體來自幼苗的根，則乙植物原生質體來自幼苗的______。
再生植株
葉片
(2)植物細胞壁的主要成分為________和果膠，在獲取原生質體時，常采用相應的酶進行去壁處理。在原生質體融合前，需對原生質體進行處理，分別使甲原生質體和乙原生質體的________________失活。對處理后的原生質體在顯微鏡下用______________計數，確定原生質體密度。兩種原生質體1∶1混合后，通過添加適宜濃度的PEG進行融合；一定時間后，加入過量的培養基進行稀釋，稀釋的目的是____________________。
纖維素
細胞質、細胞核
血細胞計數板
終止原生質體融合
(3)將融合原生質體懸浮液和液態的瓊脂糖混合，在凝固前倒入培養皿，融合原生質體分散固定在平板中，并獨立生長、分裂形成愈傷組織。同一塊愈傷組織所有細胞源于__________________。下列各項中能說明這些愈傷組織只能來自雜種細胞的理由是________(多 選，填選項字母)。
一個融合原生質體
ABD
A.甲、乙原生質體經處理后失活，無法正常生長、分裂
B.同種融合的原生質體因甲或乙原生質體失活而不能生長、分裂
C.培養基含有抑制物質，只有雜種細胞才能正常生長、分裂
D.雜種細胞由于結構和功能完整可以生長、分裂
(4)愈傷組織經________可形成胚狀體或芽。胚狀體能長出_______，直接發育形成再生植株。
再分化
根和芽
(5)用PCR技術鑒定再生植株。已知甲植物細胞核具有特異性DNA序列a，乙植物細胞質具有特異性DNA序列b；M1、M2為序列a的特異性引物，N1、N2為序列b的特異性引物。完善實驗思路：
①提取純化再生植株的總DNA，作為PCR擴增的________。
②將DNA提取物加入PCR反應體系，____________為特異性引物，擴增序列a；用同樣的方法擴增序列b。
③得到的2個PCR擴增產物經________后，若每個PCR擴增產物在凝膠中均出現了預期的________個條帶，則可初步確定再生植株來自雜種細胞。
模板
M1、M2
電泳
1
(1)在甲、乙兩種植物細胞進行體細胞雜交前，應檢驗兩種植物的原生質體是否具備形成再生植株的能力。為了便于觀察細胞融合的狀況，通常用不同顏色的原生質體進行融合，若甲植物原生質體來自幼苗的根，則乙植物原生質體應來自幼苗的葉片(葉片細胞中含有葉綠體，葉片細胞的原生質體呈綠色)。(2)植物細胞壁的主要成分是纖維素和果膠。由于甲原生質體提供的是核基因，因此需使其細胞質失活；乙原生質體提供的是細胞質基因，因此需使
解析
其細胞核失活。可采用血細胞計數板對原生質體進行計數。加入過量的培養基可降低PEG濃度，終止原生質體融合。(3)由于融合原生質體分散固定在平板中，可獨立生長、分裂形成愈傷組織，因此同一塊愈傷組織所有細胞來源于一個融合原生質體。綜合分析可知，甲原生質體的細胞質失活，乙原生質體的細胞核失活，因此，未發生融合的甲、乙原生質體，以及同種融合[甲(乙)原生質體與甲(乙)原生質體融合]的原生質體無法生長、分裂，A、B兩
解析
項符合題意；雜種細胞的結構和功能完整，能夠進行生長、分 裂，D項符合題意。(4)愈傷組織經再分化能形成胚狀體或芽。胚狀體能長出根和芽，直接發育形成再生植株。(5)①提取純化再生植株的總DNA，可作為PCR擴增的模板。②擴增序列a時所用的特異性引物是M1和M2。③PCR的擴增產物常用凝膠電泳進行鑒 定。若在2個PCR擴增體系中能分別擴增出a序列和b序列，則將2個PCR擴增體系擴增的產物進行凝膠電泳后，可觀察到1個凝膠中含a序列對應的1個條帶，1個凝膠中含b序列對應的1個條帶。
解析課時微練(三十九)　植物細胞工程
　
一、選擇題:本題共10小題,在每小題給出的四個選項中,只有一項是符合題目要求的
1.(2023·河北卷,T13)植物細胞懸浮培養是將單個細胞或細胞團進行液體培養增殖的技術。下列敘述錯誤的是(　　)
A.植物細胞懸浮培養的培養基須經無菌處理
B.經纖維素酶和果膠酶充分處理后,植物細胞團分散為單個完整的懸浮細胞
C.為使懸浮細胞正常生長,培養基須保持適當的溫度、pH和滲透壓
D.利用懸浮培養技術生產次生代謝物,可減少植物資源的消耗
2.(2023·江蘇卷,T13)研究者通過體細胞雜交技術,探索利用條斑紫菜和擬線紫菜培育雜種紫菜。下列相關敘述正確的是(　　)
A.從食用紫菜的動物消化道內提取蛋白酶,用于去除細胞壁
B.原生質體需在低滲溶液中長期保存,以防止過度失水而死亡
C.檢測原生質體活力時可用苯酚品紅或甲紫溶液處理,活的原生質體被染色
D.聚乙二醇促進原生質體融合后,以葉綠體顏色等差異為標志可識別雜種細胞
3.(2022·遼寧卷,T14)藍莓細胞富含花青素等多酚類化合物。在藍莓組織培養過程中,外植體切口處細胞被破壞,多酚類化合物被氧化成褐色醌類化合物,這一過程稱為褐變。褐變會引起細胞生長停滯甚至死亡,導致藍莓組織培養失敗。下列敘述錯誤的是(　　)
A.花青素通常存在于藍莓細胞的液泡中
B.適當增加培養物轉移至新鮮培養基的頻率以減少褐變
C.在培養基中添加合適的抗氧化劑以減少褐變
D.宜選用藍莓成熟葉片為材料制備外植體
4.(2024·甘肅卷,T15)蘭州百合栽培過程中易受病毒侵染,造成品質退化。某研究小組嘗試通過組織培養技術獲得脫毒苗,操作流程如圖。下列敘述正確的是(　　)
A.①為脫分化過程,1號培養基中的愈傷組織是排列規則的薄壁組織團塊
B.②為再分化過程,愈傷組織細胞分化時可能會發生基因突變或基因重組
C.3號培養基用于誘導生根,其細胞分裂素濃度與生長素濃度的比值大于1
D.百合分生區附近的病毒極少,甚至無病毒,可以作為該研究中的外植體
5.(2020·山東卷,T13)兩種遠緣植物的細胞融合后會導致一方的染色體被排出。若其中一個細胞的染色體在融合前由于某種原因斷裂,形成的染色體片段在細胞融合后可能不會被全部排出,未排出的染色體片段可以整合到另一個細胞的染色體上而留存在雜種細胞中。依據該原理,將普通小麥與耐鹽性強的中間偃麥草進行體細胞雜交獲得了耐鹽小麥新品種,過程如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A.過程①需使用纖維素酶和果膠酶處理細胞
B.過程②的目的是使中間偃麥草的染色體斷裂
C.過程③中常用滅活的病毒誘導原生質體融合
D.耐鹽小麥的染色體上整合了中間偃麥草的染色體片段
6.(2025·石家莊模擬)青霉菌(真菌)發酵為高耗氧過程,透明顫菌(細菌)可通過在低氧條件下高表達血紅蛋白以促進氧氣供應和增強細胞呼吸。如圖為將透明顫菌的血紅蛋白引入青霉菌的方案示意圖。下列說法錯誤的是(　　)
A.處理①②中都可以用溶菌酶去除細胞壁
B.處理③可用電融合法或者聚乙二醇融合法
C.處理④需將融合細胞接種在缺乏甲硫氨酸和精氨酸的培養基上
D.為驗證方案是否成功可在低氧條件下培養雜種菌株并檢測其密度
7.(2025·武漢聯考)如圖是玉米育種過程示意圖,下列敘述正確的是(　　)
A.過程①和②都需要固體培養基,培養過程中都不需要避光
B.過程②和③為單倍體育種,單倍體植株B矮小且高度不育
C.植株A盛花期遇強降雨,噴灑適宜濃度IAA不能減少損失
D.若植株A的基因型為AaBb,則植株B的基因型有4種
8.(2025·宜春模擬)利用山金柑愈傷組織細胞(2N)和早花檸檬葉肉細胞(2N)進行體細胞雜交可以得到高品質的雜種植株。如圖是對某雜種植株核DNA和線粒體DNA的來源進行鑒定的結果。下列分析正確的是(　　)
A.該實驗中,誘導原生質體融合有多種手段,包括物理法、化學法和滅活病毒誘導法
B.細胞融合后獲得的融合原生質體需放在無菌蒸餾水中以防雜菌污染
C.可通過比較融合后細胞的顏色進行初步篩選
D.雜種細胞經過組織培養得到的雜種植株是多倍體
9.(2025·西安模擬)不對稱體細胞雜交法可以將一個親本的部分染色體或染色體上的某些片段轉移到另一個親本的體細胞內,獲得不對稱雜種植株。大劑量的X射線能隨機破壞染色體結構,使其發生斷裂、易位、染色體消除等。下列敘述正確的是(　　)
A.獲取親本原生質體時,需在蔗糖濃度低于細胞液濃度的緩沖液中進行
B.可用X射線照射、高Ca2+—高pH處理等方式誘導兩親本原生質體融合
C.與轉基因技術相比,該法可轉移控制優良性狀的多基因甚至是未知基因
D.不對稱體細胞雜交法存在的變異是定向的,不需對雜種植株進行大量篩選
10.(2025·連云港質檢)科研人員研究了不同濃度的聚乙二醇(PEG)對沙打旺和紫花苜蓿原生質體融合率的影響,實驗結果如圖。異源融合率是指不同種的原生質體發生融合的概率,已知PEG濃度較高時對細胞具有毒害作用。下列相關敘述不正確的是(　　)
A.除了用PEG誘導融合之外還可用電融合法、離心法、高Ca2+—高pH融合法等
B.可利用不同缺陷型的突變體細胞之間的互補作用將雜種細胞篩選出來
C.本實驗中,不同PEG濃度下同源融合率均大于異源融合率
D.實驗結果顯示誘導紫花苜蓿與沙打旺原生質體融合的最佳PEG濃度為40%
二、非選擇題
11.(2020·天津卷,T15)某植物有A、B兩品種。科研人員在設計品種A組織培養實驗時,參照品種B的最佳激素配比(如表)進行預實驗。
品種B組織 培養階段 細胞分裂素 濃度(μmol/L) 生長素濃度 (μmol/L)
Ⅰ　誘導形成愈傷組織 m1 n1
Ⅱ　誘導形成幼芽 m2 n2
Ⅲ　誘導生根 m3 n3
據表回答下列問題:
(1)Ⅰ階段時通常選擇莖尖、幼葉等作為外植體,原因是________________________________________。
(2)在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ階段中發生基因選擇性表達的是_______階段。
(3)為確定品種A的Ⅰ階段的最適細胞分裂素濃度,參照品種B的激素配比(m1>2.0),以0.5 μmol/L為梯度,設計5個濃度水平的實驗,細胞分裂素最高濃度應設為_________μmol/L。
(4)Ⅲ階段時,科研人員分別選用濃度低于或高于n3 μmol/L的生長素處理品種A幼芽都能達到最佳生根效果,原因是處理幼芽時,選用低濃度生長素時的處理方法為____________,選用高濃度生長素時的處理方法為___________________。
(5)在_______階段用秋水仙素對材料進行處理,最易獲得由單個細胞形成的多倍體。
12.(科學探究)甜葉菊為多年生菊科草本植物,所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右,現在使用的甜菊糖甙,就是以甜葉菊的外植體為原料,運用現代生物技術提取、精制而成的一種純天然的卡路里低、甜度高的新型高檔甜味劑。回答下列問題:
外植體 愈傷組織 甜味菊植株 甜味菊葉片 提取甜菊糖 精制甜菊糖甙
(1)植物組織培養過程中,啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關鍵激素是__________________________。
(2)過程②需要給予適當光照的原因是____________________________________________________________________。
(3)經研究發現甜葉菊田間蚜蟲喜聚集于植株新芽、刺吸汁液,受害葉片卷曲、畸形,造成甜葉菊嚴重減產。某科研人員從蘇云金桿菌中獲取Bt抗蟲蛋白基因,并將其導入甜葉菊葉肉細胞,培育出抗蟲的甜葉菊,過程如圖。
①通過PCR擴增Bt抗蟲蛋白基因時,通常選擇下列_______(填選項字母)組合作為引物對。
A.5'—CTACTG—3'和5'—ATCCGC—3'
B.5'—CTACTG—3'和5'—GCGGAT—3'
C.5'—CAGTAG—3'和5'—ATCCGC—3'
D.5'—GTCATC—3'和5'—ATGGCG—3'
②培養基A和培養基B分別添加的抗生素是__________________________,從篩選結果分析,含有Bt抗蟲蛋白基因的菌落是_______,原因是____________________________________________________________________。
課時微練(三十九)　植物細胞工程
1.B　解析　為防止雜菌污染,植物細胞懸浮培養中的外植體需要消毒,培養基及培養器具需要滅菌處理,A項正確;纖維素酶和果膠酶處理后,植物細胞去除細胞壁,獲得原生質體,B項錯誤;由于植物細胞的次生代謝物含量很低,從植物組織中提取會大量破壞植物資源,利用植物細胞懸浮培養技術生產次生代謝物,可減少對植物資源的消耗,D項正確。
2.D　解析　紫菜細胞壁的主要成分為多糖(纖維素、果膠),蛋白酶不能用于去除細胞壁,A項錯誤;原生質體沒有細胞壁,獲得的原生質體若處在低滲溶液中,會吸水漲破,B項錯誤;苯酚品紅或甲紫溶液主要用于染色體的染色,檢測原生質體活力時常用臺盼藍染色,活的原生質體不能被染色,C項錯誤;兩種紫菜細胞的葉綠體顏色不同,聚乙二醇作為誘導劑可促進原生質體融合,對于雜種細胞可以葉綠體顏色等差異為標志來進行識別,D項正確。
易錯警示　題中所述兩種紫菜的葉綠體因色素的含量不同而呈現不同的顏色,故可在顯微鏡下觀察葉綠體的顏色來識別雜種細胞。
3.D　解析　花青素等多酚類化合物通常存在于植物細胞的液泡中,在不同pH條件下使花和果實呈現不同的顏色,A項正確;在組織培養過程中,適當增加培養物轉移至新鮮培養基的頻率,可以剔除易褐變的細胞,減輕多酚類物質對培養物的毒害作用,B項正確;培養基中添加合適的抗氧化劑可以抑制多酚類化合物被氧化成褐色醌類化合物,從而減少褐變,C項正確;藍莓成熟葉片分化程度高,不易脫分化,D項錯誤。
4.D　解析　在脫分化過程中,1號培養基中的愈傷組織是排列不規則的薄壁組織團塊,A項錯誤;愈傷組織細胞分化時可能會發生基因突變,但基因重組發生在減數分裂過程中,而愈傷組織細胞的形成過程是有絲分裂,所以不會發生基因重組,B項錯誤;3號培養基用于誘導生根,其細胞分裂素濃度與生長素濃度的比值應該小于1,C項錯誤;百合分生區附近的病毒極少,甚至無病毒,因此可以作為該研究中的外植體,D項正確。
易錯警示　器官發生途徑和體細胞胚發生途徑
器官發生途徑為外植體→愈傷組織→激素誘導出組織器官(可以先誘導出芽,再誘導出根)→完整植株;體細胞胚發生途徑為外植體→愈傷組織→激素誘導出胚狀體→完整植株。
5.C　解析　分析題圖可知,①過程是去除植物細胞的細胞壁,該過程需要使用纖維素酶和果膠酶處理細胞,A項正確;結合題干信息分析,過程②的目的是使中間偃麥草原生質體中的染色體發生斷裂,斷裂后的染色體片段可能保留在雜種植株中,從而可能培養出耐鹽小麥,B項正確;過程③是原生質體融合的過程,而滅活的病毒用于動物細胞融合,C項錯誤;結合題干信息和題圖中②的處理,可推斷耐鹽小麥的染色體上整合了中間偃麥草的染色體片段,D項正確。
6.A　解析　透明顫菌屬于細菌,細胞壁的成分主要是肽聚糖,可用溶菌酶去除細胞壁,但青霉菌是真菌,細胞壁成分主要是幾丁質,不能用溶菌酶去除細胞壁,A項錯誤;處理③可用物理法電融合法或化學法聚乙二醇等誘導融合,B項正確;處理④在缺乏甲硫氨酸和精氨酸的培養基上培養融合細胞,能夠生長的即為雜種菌株,C項正確;青霉菌(真菌)發酵為高耗氧過程,透明顫菌(細菌)可通過在低氧條件下高表達血紅蛋白以促進氧氣供應和增強細胞呼吸,為驗證方案是否成功可在低氧條件下培養雜種菌株并檢測其密度,D項正確。
7.C　解析　過程①是芽尖細胞植物組織培養獲得幼苗1,過程②是花藥離體培養獲得幼苗2,兩個培養過程中培養初期都需避光,A項錯誤;單倍體育種包括花藥離體培養、秋水仙素處理等步驟,B項錯誤;植株A盛花期遇強降雨,影響授粉,不能產生種子,噴灑適宜濃度IAA也不能產生種子,不能減少損失,C項正確;若植株A的基因型為AaBb,兩對基因不一定位于兩對同源染色體上,則植株B的基因型不一定為4種,D項錯誤。
8.C　解析　該實驗中,誘導原生質體融合有多種手段,包括物理法、化學法,滅活病毒用于誘導動物細胞融合,A項錯誤;細胞融合后獲得的融合原生質體需放在無菌的等滲的甘露醇溶液中以防雜菌污染,同時防止原生質體吸水漲破,B項錯誤;愈傷組織細胞不含葉綠體,葉肉細胞含有葉綠體,所以可通過比較融合后細胞的顏色進行初步篩選,C項正確;雜種植株的核基因來自早花檸檬,經過組織培養得到的雜種植株是二倍體,D項錯誤。
9.C　解析　獲取親本原生質體時,需在蔗糖濃度等于(或略大于)細胞液濃度的緩沖液中進行,若在低濃度的蔗糖溶液中進行,會導致原生質體吸水漲破,A項錯誤。X射線照射不能誘導兩親本原生質體融合,B項錯誤。不對稱體細胞雜交法可以將一個親本的部分染色體或染色體上的某些片段轉移到另一個親本的體細胞內,因此與轉基因技術相比,在向目標生物轉移外源基因方面,不對稱體細胞雜交技術的優點在于可轉移控制優良性狀的多基因甚至是未知基因;缺點在于只能在植物之間進行,并且變異具有不定向性,需大量篩選,C項正確、D項錯誤。
10.D　解析　同源融合率=總融合率-異源融合率,分析題圖可知,不同PEG濃度下同源融合率均大于異源融合率,C項正確;實驗結果顯示誘導紫花苜蓿與沙打旺原生質體融合的最佳PEG濃度是35%,因為該濃度下總融合率較低,但異源融合率高,同時PEG濃度相對較低,對細胞的毒害作用較小,D項錯誤。
11.答案　(1)細胞分化程度低,容易誘導產生愈傷組織　(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
(3)m1+1.0　(4)浸泡法(長時間處理)　沾蘸法(短時間處理)　(5)Ⅰ
解析　(1)在植物組織培養時,一般選莖尖、幼葉等作為外植體的原因是這些部位的細胞分化程度低,容易誘導其脫分化形成愈傷組織。(2)細胞分化的實質是基因的選擇性表達,在形成愈傷組織、幼芽、根的過程中都有細胞分化,所以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ階段都發生了基因的選擇性表達。(3)為了確定品種A的Ⅰ階段細胞分裂素的最適濃度,以品種B的激素配比為參照,m1>2.0,以0.5 μmol/L為梯度設計5個濃度水平實驗,即m1-1.0、m1-0.5、m1、m1+0.5、m1+1.0,所以最高濃度為m1+1.0。(4)生長素處理幼芽生根的方法有很多,比較簡單的兩類方法是浸泡法和沾蘸法,前者是把幼芽浸泡在配好的生長素溶液中,要求生長素溶液的濃度較低;后者是要求幼芽在濃度較高的生長素溶液中蘸一下,處理時間較短。(5)秋水仙素誘導多倍體的原理主要是抑制紡錘體的形成,導致染色體不能移向兩極,從而引起染色體數目加倍,形成多倍體。Ⅰ階段形成愈傷組織的過程中細胞發生了脫分化,分裂能力較強,所以更易獲得多倍體。
12.答案　(1)細胞分裂素和生長素　(2)葉綠素的合成需要光照
(3)①B　②潮霉素、氨芐青霉素　2、4　導入重組質粒的農桿菌能在含有潮霉素的培養基上生長,但不能在含有氨芐青霉素的培養基上生長
解析　(1)啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關鍵激素是細胞分裂素和生長素。(2)過程②需要給予適當光照的原因是葉綠素的合成需要光照。(3)①題圖所示堿基序列磷酸端為5'端,羥基端為3'端,在進行PCR操作時,根據圖中兩端序列,通常選擇5'—GCGGAT—3'(上面鏈的引物)和5'—CTACTG—3'(下面鏈的引物)作為引物對,B項符合題意。②重組質粒因插入Bt抗蟲蛋白基因使氨芐青霉素抗性基因被破壞,含重組質粒的農桿菌不能在含氨芐青霉素培養基中生長,而含有一般質粒和重組質粒的農桿菌都可以在含潮霉素培養基中生長,故培養基A和培養基B分別添加的抗生素是潮霉素和氨芐青霉素;2、4菌落能在培養基A中生長不能在培養基B中生長,原因是導入重組質粒的農桿菌能在含有潮霉素的培養基上生長,但不能在含有氨芐青霉素的培養基上生長。(共40張PPT)
植物細胞工程
課時微練(三十九)
一、選擇題：本題共10小題，在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的
1.(2023·河北卷，T13)植物細胞懸浮培養是將單個細胞或細胞團進行液體培養增殖的技術。下列敘述錯誤的是( )
A.植物細胞懸浮培養的培養基須經無菌處理
B.經纖維素酶和果膠酶充分處理后，植物細胞團分散為單個完整的懸浮細胞
C.為使懸浮細胞正常生長，培養基須保持適當的溫度、pH和滲透壓
D.利用懸浮培養技術生產次生代謝物，可減少植物資源的消耗
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為防止雜菌污染，植物細胞懸浮培養中的外植體需要消毒，培養基及培養器具需要滅菌處理，A項正確；纖維素酶和果膠酶處理后，植物細胞去除細胞壁，獲得原生質體，B項錯誤；由于植物細胞的次生代謝物含量很低，從植物組織中提取會大量破壞植物資源，利用植物細胞懸浮培養技術生產次生代謝物，可減少對植物資源的消耗，D項正確。
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2.(2023·江蘇卷，T13)研究者通過體細胞雜交技術，探索利用條斑紫菜和擬線紫菜培育雜種紫菜。下列相關敘述正確的是( )
A.從食用紫菜的動物消化道內提取蛋白酶，用于去除細胞壁
B.原生質體需在低滲溶液中長期保存，以防止過度失水而死亡
C.檢測原生質體活力時可用苯酚品紅或甲紫溶液處理，活的原生質體被染色
D.聚乙二醇促進原生質體融合后，以葉綠體顏色等差異為標志可識別雜種細胞
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紫菜細胞壁的主要成分為多糖(纖維素、果膠)，蛋白酶不能用于去除細胞壁，A項錯誤；原生質體沒有細胞壁，獲得的原生質體若處在低滲溶液中，會吸水漲破，B項錯誤；苯酚品紅或甲紫溶液主要用于染色體的染色,檢測原生質體活力時常用臺盼藍染色，活的原生質體不能被染色，C項錯誤；兩種紫菜細胞的葉綠體顏色不同，聚乙二醇作為誘導劑可促進原生質體融合，對于雜種細胞可以葉綠體顏色等差異為標志來進行識別，D項正確。
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易錯警示　題中所述兩種紫菜的葉綠體因色素的含量不同而呈現不同的顏色，故可在顯微鏡下觀察葉綠體的顏色來識別雜種細胞。
3.(2022·遼寧卷，T14)藍莓細胞富含花青素等多酚類化合物。在藍莓組織培養過程中，外植體切口處細胞被破壞，多酚類化合物被氧化成褐色醌類化合物，這一過程稱為褐變。褐變會引起細胞生長停滯甚至死亡，導致藍莓組織培養失敗。下列敘述錯誤的是( )
A.花青素通常存在于藍莓細胞的液泡中
B.適當增加培養物轉移至新鮮培養基的頻率以減少褐變
C.在培養基中添加合適的抗氧化劑以減少褐變
D.宜選用藍莓成熟葉片為材料制備外植體
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花青素等多酚類化合物通常存在于植物細胞的液泡中，在不同pH條件下使花和果實呈現不同的顏色，A項正確；在組織培養過程中，適當增加培養物轉移至新鮮培養基的頻率，可以剔除易褐變的細胞，減輕多酚類物質對培養物的毒害作用，B項正確；培養基中添加合適的抗氧化劑可以抑制多酚類化合物被氧化成褐色醌類化合物,從而減少褐變，C項正確；藍莓成熟葉片分化程度高，不易脫分化，D項錯誤。
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A.①為脫分化過程，1號培養基中的愈傷組織是排列規則的薄壁組織團塊
B.②為再分化過程，愈傷組織細胞分化時可能會發生基因突變或基因重組
C.3號培養基用于誘導生根，其細胞分裂素濃度與生長素濃度的比值大于1
D.百合分生區附近的病毒極少，甚至無病毒，可以作為該研究中的外植體
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在脫分化過程中，1號培養基中的愈傷組織是排列不規則的薄壁組織團塊，A項錯誤；愈傷組織細胞分化時可能會發生基因突變，但基因重組發生在減數分裂過程中，而愈傷組織細胞的形成過程是有絲分裂，所以不會發生基因重組，B項錯誤；3號培養基用于誘導生根，其細胞分裂素濃度與生長素濃度的比值應該小于1，C項錯誤；百合分生區附近的病毒極少，甚至無病毒，因此可以作為該研究中的外植體，D項正確。
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易錯警示　器官發生途徑和體細胞胚發生途徑
器官發生途徑為外植體→愈傷組織→激素誘導出組織器官(可以先誘導出芽，再誘導出根)→完整植株；體細胞胚發生途徑為外植體→愈傷組織→激素誘導出胚狀體→完整植株。
5.(2020·山東卷，T13)兩種遠緣植物的細胞融合后會導致一方的染色體被排出。若其中一個細胞的染色體在融合前由于某種原因斷裂，形成的染色體片段在細胞融合后可能不會被全部排出，未排出的染色體片段可以整合到另一個細胞的染色體上而留存在雜種細胞中。依據該原理，將普通小麥與耐鹽性強的中間偃麥草進行體細胞雜交獲得了耐鹽小麥新品種，過程如圖所示。下列說法錯誤的是( )
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A.過程①需使用纖維素酶和果膠酶處理細胞
B.過程②的目的是使中間偃麥草的染色體斷裂
C.過程③中常用滅活的病毒誘導原生質體融合
D.耐鹽小麥的染色體上整合了中間偃麥草的染色體片段
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分析題圖可知，①過程是去除植物細胞的細胞壁，該過程需要使用纖維素酶和果膠酶處理細胞，A項正確；結合題干信息分析，過程②的目的是使中間偃麥草原生質體中的染色體發生斷裂，斷裂后的染色體片段可能保留在雜種植株中，從而可能培養出耐鹽小麥，B項正確；過程③是原生質體融合的過程，而滅活的病毒用于動物細胞融合,C項錯誤；結合題干信息和題圖中②的處理，可推斷耐鹽小麥的染色體上整合了中間偃麥草的染色體片段，D項正確。
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6.(2025·石家莊模擬)青霉菌(真菌)發酵為高耗氧過程，透明顫菌(細菌)可通過在低氧條件下高表達血紅蛋白以促進氧氣供應和增強細胞呼吸。如圖為將透明顫菌的血紅蛋白引入青霉菌的方案示意圖。下列說法錯誤的是( )
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A.處理①②中都可以用溶菌酶去除細胞壁
B.處理③可用電融合法或者聚乙二醇融合法
C.處理④需將融合細胞接種在缺乏甲硫氨酸和精氨酸的培養基上
D.為驗證方案是否成功可在低氧條件下培養雜種菌株并檢測其密度
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透明顫菌屬于細菌，細胞壁的成分主要是肽聚糖，可用溶菌酶去除細胞壁，但青霉菌是真菌，細胞壁成分主要是幾丁質，不能用溶菌酶去除細胞壁，A項錯誤；處理③可用物理法電融合法或化學法聚乙二醇等誘導融合，B項正確；處理④在缺乏甲硫氨酸和精氨酸的培養基上培養融合細胞，能夠生長的即為雜種菌株，C項正確；青霉菌(真菌)發酵為高耗氧過程，透明顫菌(細菌)可通過在低氧條件下高表達血紅蛋白以促進氧氣供應和增強細胞呼吸,為驗證方案是否成功可在低氧條件下培養雜種菌株并檢測其密度,D項正確。
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7.(2025·武漢聯考)如圖是
玉米育種過程示意圖，下
列敘述正確的是( )
A.過程①和②都需要固體
培養基，培養過程中都不
需要避光
B.過程②和③為單倍體育種，單倍體植株B矮小且高度不育
C.植株A盛花期遇強降雨，噴灑適宜濃度IAA不能減少損失
D.若植株A的基因型為AaBb，則植株B的基因型有4種
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過程①是芽尖細胞植物組織培養獲得幼苗1，過程②是花藥離體培養獲得幼苗2，兩個培養過程中培養初期都需避光，A項錯誤；單倍體育種包括花藥離體培養、秋水仙素處理等步驟，B項錯誤；植株A盛花期遇強降雨，影響授粉，不能產生種子，噴灑適宜濃度IAA也不能產生種子，不能減少損失，C項正確；若植株A的基因型為AaBb，兩對基因不一定位于兩對同源染色體上，則植株B的基因型不一定為4種，D項錯誤。
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8.(2025·宜春模擬)利用山金柑愈傷組織細胞(2N)和早花檸檬葉肉細胞(2N)進行體細胞雜交可以得到高品質的雜種植株。如圖是對某雜種植株核DNA和線粒體DNA的來源進行鑒定的結果。下列分析正確的是( )
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A.該實驗中，誘導原生質體融合有多種手段，包括物理法、化學法和滅活病毒誘導法
B.細胞融合后獲得的融合原生質體需放在無菌蒸餾水中以防雜菌污染
C.可通過比較融合后細胞的顏色進行初步篩選
D.雜種細胞經過組織培養得到的雜種植株是多倍體
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該實驗中,誘導原生質體融合有多種手段，包括物理法、化學法，滅活病毒用于誘導動物細胞融合，A項錯誤；細胞融合后獲得的融合原生質體需放在無菌的等滲的甘露醇溶液中以防雜菌污染，同時防止原生質體吸水漲破，B項錯誤；愈傷組織細胞不含葉綠體，葉肉細胞含有葉綠體，所以可通過比較融合后細胞的顏色進行初步篩選，C項正確；雜種植株的核基因來自早花檸檬，經過組織培養得到的雜種植株是二倍體，D項錯誤。
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9.(2025·西安模擬)不對稱體細胞雜交法可以將一個親本的部分染色體或染色體上的某些片段轉移到另一個親本的體細胞內，獲得不對稱雜種植株。大劑量的X射線能隨機破壞染色體結構，使其發生斷裂、易位、染色體消除等。下列敘述正確的是( )
A.獲取親本原生質體時，需在蔗糖濃度低于細胞液濃度的緩沖液中進行
B.可用X射線照射、高Ca2+—高pH處理等方式誘導兩親本原生質體融合
C.與轉基因技術相比，該法可轉移控制優良性狀的多基因甚至是未知基因
D.不對稱體細胞雜交法存在的變異是定向的，不需對雜種植株進行大量篩選
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獲取親本原生質體時，需在蔗糖濃度等于(或略大于)細胞液濃度的緩沖液中進行，若在低濃度的蔗糖溶液中進行，會導致原生質體吸水漲破，A項錯誤。X射線照射不能誘導兩親本原生質體融合，B項錯誤。不對稱體細胞雜交法可以將一個親本的部分染色體或染色體上的某些片段轉移到另一個親本的體細胞內，因此與轉基因技術相比，在向目標生物轉移外源基因方面，不對稱體細胞雜交技術的優點在于可轉移控制優良性狀的多基因甚至是未知基因；缺點在于只能在植物之間進行，并且變異具有不定向性，需大量篩選，C項正確、D項錯誤。
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10.(2025·連云港質檢)科研人員研究了不同濃度的聚乙二醇(PEG)對沙打旺和紫花苜蓿原生質體融合率的影響，實驗結果如圖。異源融合率是指不同種的原生質體發生融合的概率，已知PEG濃度較高時對細胞具有毒害作用。下列相關敘述不正確的是( )
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A.除了用PEG誘導融合之外還可用電融合法、離心法、高Ca2+—高pH融合法等
B.可利用不同缺陷型的突變體細胞之間的互補作用將雜種細胞篩選出來
C.本實驗中，不同PEG濃度下同源融合率均大于異源融合率
D.實驗結果顯示誘導紫花苜蓿與沙打旺原生質體融合的最佳PEG濃度為40%
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同源融合率=總融合率-異源融合率，分析題圖可知，不同PEG濃度下同源融合率均大于異源融合率，C項正確；實驗結果顯示誘導紫花苜蓿與沙打旺原生質體融合的最佳PEG濃度是35%，因為該濃度下總融合率較低，但異源融合率高，同時PEG濃度相對較低，對細胞的毒害作用較小，D項錯誤。
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二、非選擇題
11.(2020·天津卷，T15)某植物有A、B兩品種。科研人員在設計品種A組織培養實驗時，參照品種B的最佳激素配比(如表)進行預實驗。
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品種B組織 培養階段 細胞分裂素 濃度(μmol/L) 生長素濃度
(μmol/L)
Ⅰ　誘導形成愈傷組織 m1 n1
Ⅱ　誘導形成幼芽 m2 n2
Ⅲ　誘導生根 m3 n3
據表回答下列問題:
(1)Ⅰ階段時通常選擇莖尖、幼葉等作為外植體，原因是___________
____________________________。
(2)在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ階段中發生基因選擇性表達的是___________階段。
(3)為確定品種A的Ⅰ階段的最適細胞分裂素濃度，參照品種B的激素配比(m1>2.0)，以0.5 μmol/L為梯度，設計5個濃度水平的實驗，細胞分裂素最高濃度應設為_____________μmol/L。
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細胞分化程度低，容易誘導產生愈傷組織
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ
m1+1.0
(4)Ⅲ階段時，科研人員分別選用濃度低于或高于n3 μmol/L的生長素處理品種A幼芽都能達到最佳生根效果，原因是處理幼芽時，選用低濃度生長素時的處理方法為_____________________，選用高濃度生長素時的處理方法為___________________。
(5)在________階段用秋水仙素對材料進行處理，最易獲得由單個細胞形成的多倍體。
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浸泡法(長時間處理)
沾蘸法(短時間處理)
Ⅰ
(1)在植物組織培養時，一般選莖尖、幼葉等作為外植體的原因是這些部位的細胞分化程度低，容易誘導其脫分化形成愈傷組織。(2)細胞分化的實質是基因的選擇性表達，在形成愈傷組織、幼
芽、根的過程中都有細胞分化，所以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ階段都發生了基因的選擇性表達。(3)為了確定品種A的Ⅰ階段細胞分裂素的最適濃度，以品種B的激素配比為參照，m1>2.0，以0.5 μmol/L為梯度設計5個濃度水平實驗，即m1-1.0、m1-0.5、m1、m1+0.5、m1+1.0,
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所以最高濃度為m1+1.0。(4)生長素處理幼芽生根的方法有很多，比較簡單的兩類方法是浸泡法和沾蘸法，前者是把幼芽浸泡在配好的生長素溶液中，要求生長素溶液的濃度較低；后者是要求幼芽在濃度較高的生長素溶液中蘸一下，處理時間較短。(5)秋水仙素誘導多倍體的原理主要是抑制紡錘體的形成，導致染色體不能移向兩極，從而引起染色體數目加倍，形成多倍體。Ⅰ階段形成愈傷組織的過程中細胞發生了脫分化，分裂能力較強，所以更易獲得多倍體。
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12.(科學探究)甜葉菊為多年生菊科草本植物，所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右，現在使用的甜菊糖甙，就是以甜葉菊的外植體為原料，運用現代生物技術提取、精制而成的一種純天然的卡路里低、甜度高的新型高檔甜味劑。回答下列問題:
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(1)植物組織培養過程中，啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關鍵激素是______________________。
(2)過程②需要給予適當光照的原因是________________________。
細胞分裂素和生長素
葉綠素的合成需要光照
(3)經研究發現甜葉菊田間蚜蟲喜聚集于植株新芽、刺吸汁液，受害葉片卷曲、畸形，造成甜葉菊嚴重減產。某科研人員從蘇云金桿菌中獲取Bt抗蟲蛋白基因，并將其導入甜葉菊葉肉細胞，培育出抗蟲的甜葉菊，過程如圖。
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①通過PCR擴增Bt抗蟲蛋白基因時，通常選擇下列________(填選項字母)組合作為引物對。
A.5'—CTACTG—3'和5'—ATCCGC—3'
B.5'—CTACTG—3'和5'—GCGGAT—3'
C.5'—CAGTAG—3'和5'—ATCCGC—3'
D.5'—GTCATC—3'和5'—ATGGCG—3'
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B
②培養基A和培養基B分別添加的抗生素是_____________________，從篩選結果分析，含有Bt抗蟲蛋白基因的菌落是_________，原因是_________________________________________________________________________________________。
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潮霉素、氨芐青霉素
2、4
導入重組質粒的農桿菌能在含有潮霉素的培養基上生長，但不能在含有氨芐青霉素的培養基上生長
(1)啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關鍵激素是細胞分裂素和生長素。(2)過程②需要給予適當光照的原因是葉綠素的合成需要光照。(3)①題圖所示堿基序列磷酸端為5'端，羥基端為3'端，在進行PCR操作時，根據圖中兩端序列，通常選擇5'—GCGGAT—3'(上面鏈的引物)和5'—CTACTG—3'(下面鏈的引物)作為引物對，B項符合題意。②重組質粒因插入Bt抗蟲蛋白基因使氨芐青霉素抗性基因被破壞，含重組質粒的農桿菌不能在含氨芐青霉素培養基中
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生長，而含有一般質粒和重組質粒的農桿菌都可以在含潮霉素培養基中生長，故培養基A和培養基B分別添加的抗生素是潮霉素和氨芐青霉素；2、4菌落能在培養基A中生長不能在培養基B中生長,原因是導入重組質粒的農桿菌能在含有潮霉素的培養基上生長，但不能在含有氨芐青霉素的培養基上生長。
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