第40講植物細(xì)胞工程

1.理解植物細(xì)胞的全能性；

2.說(shuō)出實(shí)現(xiàn)細(xì)胞全能性的條件；

3.掌握植物組織培養(yǎng)的概念及原理;

4.簡(jiǎn)述植物組織培養(yǎng)流程。

考點(diǎn)要求考題統(tǒng)計(jì)考情分析

植物細(xì)胞工程的基本2023,浙江、江蘇、湖北遼寧、廣東，選擇本專(zhuān)題知識(shí)難度較高、基礎(chǔ)性強(qiáng)。

技術(shù)2022,重慶、遼寧浙江（2道）考查學(xué)生對(duì)植物細(xì)胞工程的整體性

的認(rèn)識(shí)，或結(jié)合一些情景信息或表

植物細(xì)胞工程的應(yīng)用2023,山東，選擇

格信息設(shè)置題目，考查學(xué)生的應(yīng)變

2023,遼寧,填空

能力、獲取信息和綜合分析能力。

（原理）（條件）（過(guò)程1（結(jié)果〕

L-------1r1

植物絹織）

_____［培養(yǎng)技術(shù)J

細(xì)胞一—、矍劇

髓隹耳1—處f鮮

U過(guò)程j

（植物細(xì)胞工制

細(xì)胞產(chǎn)物'r生產(chǎn)］植物繁

的工廠化1焉用器的新-

-（作物脫

生產(chǎn)〔凡用J途徑

X人工種字）

。乍物新"種的培育）

_i

（單倍體育種〔突變體的利回

考點(diǎn)一植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)

知識(shí)誕

與基因工程相比，細(xì)胞工程是細(xì)胞或細(xì)胞器水平上的生物技術(shù)，后者是分子水平上的生物技術(shù)

植

物

細(xì)

胞

工

程

2.理論基礎(chǔ)：植物細(xì)胞的全能性

細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生完

定義整生物體或分化成其他各種細(xì)胞的潛能

生物體的每個(gè)細(xì)胞中都含有發(fā)育成完整個(gè)體所需的

原因全套基因

①受精卵〉生殖細(xì)胞〉體細(xì)胞；②分化程

大小

度低的細(xì)胞〉分化程度高的細(xì)胞；③植物

比較

細(xì)胞〉動(dòng)物細(xì)胞

利用植物的一片花瓣、一粒花粉，甚至一

體現(xiàn)個(gè)細(xì)胞，都可以繁殖出新的植株

未表在生物的生長(zhǎng)發(fā)在特定的時(shí)間和

及

現(xiàn)育過(guò)程中，并不原因空間條件下，細(xì)

因

原是所有的細(xì)胞都"胞中的基因會(huì)選

表現(xiàn)出全能性擇性地表醫(yī)

表現(xiàn)

離體、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素、適宜的溫度和pH

條件

V_______7

物組織培養(yǎng)中培養(yǎng)基中需添加適宜濃度的蔗糖溶液，目的是：①提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。②維持細(xì)胞滲透壓。

碳源（蔗糖）、氨基酸、維生素和植物激素（生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素）等

（1）植物組織培養(yǎng)技術(shù)

①定義和流程

是指將離體的植物器官、組織或細(xì)胞等，

隹義-培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的‘

培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其形成完整植株的技術(shù)

w結(jié)果旻當(dāng)成愈傷俎紀(jì)

L接種處誘導(dǎo)卷誘導(dǎo)誘導(dǎo)移栽

植體傷組織生芽生根成活

誨林的植物區(qū)矍指己分化的細(xì)胞，及迂情導(dǎo)，

俎紀(jì)或紳胞竽觀分化而可放的不文乃的薄

昭姐把團(tuán)塊

消毒與滅菌:

外植體一般要進(jìn)行消毒處理，而培養(yǎng)基及其他的操作器具一般要進(jìn)行滅菌處理。無(wú)菌操作的目的可能有:

防止污染的微生物與培養(yǎng)物競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

微生物生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有害的物質(zhì)，導(dǎo)致培養(yǎng)物死亡。

②探究實(shí)踐一一菊花的組織培養(yǎng)

①用逾水充分沖洗外植體（幼嫩的莖段）；酒精擦拭雙手和超凈

工作臺(tái)；②外植體的消毒：用酒精消毒然后立即用無(wú)菌

取材、30s,

水清洗2~3次；再用達(dá)氫鯉溶液處理30min后，立即用無(wú)

消毒

菌水清洗2~3次；③用解剖刀將外植體切成0.5~1cm長(zhǎng)的小

段

將外植體的插入誘導(dǎo)劇組織的培養(yǎng)基中，誘導(dǎo)脫

接種1/3~1/2￡

分化，長(zhǎng)出愈傷組織

①將生長(zhǎng)良好的愈傷組織轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生芽的培養(yǎng)基上；②長(zhǎng)出

轉(zhuǎn)接

芽后再轉(zhuǎn)接到泳耳生根的培養(yǎng)基上，進(jìn)一步誘導(dǎo)形成試管苗

將試管苗移植期揩超看因蛭石或珍珠巖等環(huán)境中，待其長(zhǎng)壯后

移栽

再移栽入土

I.用酒精擦拭雙手和超凈工2.將消過(guò)毒的外植體置3.在酒精燈火焰旁,

作臺(tái)臺(tái)面將流水充分沖洗后的外植于無(wú)常的培養(yǎng)皿中,用無(wú)菌濾將外植體的1/3?1/2插

體（幼嫩的莖段）用酒精消毒30s.紙吸去表面的水分。用解剖刀人誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基

然后立即用無(wú)菌水清洗2~3次;將外植體切成0.5~Icm長(zhǎng)的中。用封口膜或瓶蓋封蓋

再用次氯酸鈉溶液處理30min后.小段。瓶口.并在培養(yǎng)瓶上作好

立即用無(wú)菌水清洗2?3次標(biāo)記。

【教材拾遺】

教材隱性知識(shí)：

源于選擇性必修3PH6“附錄1”：

⑴誘導(dǎo)菊花愈傷組織的培養(yǎng)基：在MS培養(yǎng)基中加入BA(若基腺喋吟)和NAA(蔡乙酸)，質(zhì)量濃度均為0.5

mg/Lo

(2)誘導(dǎo)菊花生芽的培養(yǎng)基:在MS培養(yǎng)基中加入BA和NAA,質(zhì)量濃度分別為2?3mg/L和0.02-0.3mg/Lo

(3)誘導(dǎo)菊花生根的培養(yǎng)基：將上述MS培養(yǎng)基中NH4N03、KN03、KH2P04、MgS04?7H20和CaC12?2H20的

用量減半，并添加NAA或IAA(口引味乙酸)，質(zhì)量濃度均為0.1mg/Lo

【總結(jié)歸納】

總結(jié)：生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素對(duì)植物組織培養(yǎng)的影響

(1)按照不同的順序使用這兩類(lèi)激素，會(huì)得到不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

使用順序?qū)嶒?yàn)結(jié)果

先使用生長(zhǎng)素，后使用細(xì)胞分裂素有利于細(xì)胞分裂，但細(xì)胞不分化

先使用細(xì)胞分裂素，后使用生長(zhǎng)素細(xì)胞既分裂也分化

同時(shí)使用分化頻率提高

簡(jiǎn)記為：先“生"分裂不分化，后"生"分裂又分化，同"使"分

化頻率高

(2)當(dāng)同時(shí)使用這兩類(lèi)激素時(shí)，兩者用量的比例影響植物細(xì)胞的發(fā)育方向

生長(zhǎng)素/細(xì)

植物細(xì)胞的發(fā)育方向

胞分裂素

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

適中促進(jìn)愈傷組織的生長(zhǎng)

簡(jiǎn)記為："高"根，"低"芽，"中"愈傷

(3)若外植體是取自植物的幼莖、葉片等含有葉綠體的部位，愈傷組織中沒(méi)有(“有”“沒(méi)有”)葉綠

體，原因是外植體通過(guò)脫分化后失去了其特有結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)化為未分化的細(xì)胞。

(4)植物組織培養(yǎng)中的培養(yǎng)基是固體培養(yǎng)基(物理狀態(tài))，故培養(yǎng)基中一般加入了凝固劑瓊脂。

(5)在脫分化時(shí)否(是/否)需要光照，在再分化時(shí)需要光照的原因是芽發(fā)育成葉，葉肉細(xì)胞中葉綠素的

合成需要光照。

(6)植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的在培養(yǎng)基中的用量要考慮組織內(nèi)源激素的含量。只有準(zhǔn)確把握內(nèi)源激素和外源激

素的協(xié)同作用，才能有效地操作植物組織培養(yǎng)中的“激素杠桿”，用好植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑這根“魔術(shù)棒”

提升-必考考向歸納

1.下圖表示玉米(2n=20)的花藥離體培養(yǎng)及單倍體育種的大致過(guò)程。下列敘述錯(cuò)誤的是()

A.過(guò)程①是脫分化,形成的愈傷組織細(xì)胞處于未分化狀態(tài)

B.過(guò)程②進(jìn)行的是有絲分裂,植株A是從試管苗中篩選出的可育二倍體

C.過(guò)程①和②均要使用生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素，但兩種激素的比例不同

D.可用體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精對(duì)花藥進(jìn)行消毒處理

3.工程技術(shù)手段

⑵植物體細(xì)胞雜交技術(shù)

①定義:將不同來(lái)源的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新植物體的技術(shù)。

②原理：

體細(xì)胞雜交利用了細(xì)胞膜的流動(dòng)性，雜種細(xì)胞培育成雜種植株利用了植物細(xì)胞的全能性。

③基本過(guò)程

［植物細(xì)胞A、B）

纖維素酶和果膠酶處理去掉細(xì)胞壁

［原生質(zhì)體A、B|

?—物理法:電融合法、離心法

I—*1—化學(xué)法：聚乙二醇、高Ca--高pH融合法

融合的原生質(zhì)體）

再生出細(xì)胞壁（融合完成的標(biāo)志）

雜種脫分化愈傷再分化胚狀體發(fā)育,雜種

細(xì)胞一組織一或叢芽"植株

植物原生

細(xì)胞A質(zhì)體A

植物細(xì)胞融合

植物體細(xì)胞雜交

A.科學(xué)家在制備原生質(zhì)體時(shí)，有時(shí)使用蝸牛消化道提取液來(lái)降解植物細(xì)胞的細(xì)胞壁。據(jù)此分析，蝸牛消化

道提取液中可能含有什么成分？理由是什么？

答案：纖維素酶和果膠酶。因?yàn)橹参锛?xì)胞的細(xì)胞壁主要由纖維素和果膠組成，利用酶的專(zhuān)一性，在降解植

物細(xì)胞細(xì)胞壁時(shí)要利用纖維素酶和果膠酶。

B.兩兩融合后的細(xì)胞一定是雜種細(xì)胞嗎？誘導(dǎo)融合后的培養(yǎng)瓶中的細(xì)胞有哪幾類(lèi)？

答案不一定，

融合的細(xì)胞類(lèi)型有三種AA、BB和AB,在培養(yǎng)瓶中還有A、B等未融合的細(xì)胞。

C.上述細(xì)胞融合過(guò)程的完成與什么細(xì)胞器密切相關(guān)？

答案線粒體和高爾基體。

D.若一植物細(xì)胞A含有2x條染色體，2個(gè)染色體組，基因型為Aabb,另一植物細(xì)胞B含有2y條染色體,

2個(gè)染色體組，基因型為ccDd,貝ij：

?上述所獲得雜種植株遺傳特性有何特點(diǎn)？

答案雜種植株中含有兩種植物的遺傳物質(zhì)，故雜種植株具備兩種植物的遺傳特性。

?上述所獲得雜種植株應(yīng)為異源四倍體，其體細(xì)胞中染色體數(shù)為(2x+2y)條，4個(gè)染色體組，基因型為

AabbccDdo

?上述所獲得雜種植株的花粉經(jīng)離體培養(yǎng)得到的植株屬于單倍體植株。

?上述植物體細(xì)胞雜交的過(guò)程中，遺傳物質(zhì)的傳遞遵循孟德?tīng)栠z傳定律嗎？

答案不遵循。

?植物體細(xì)胞融合形成雜種細(xì)胞不是(是/不是)標(biāo)志著植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的完成？雜種植株有兩種生

物性狀的原因：含有雙親的遺傳物質(zhì)。

④意義:打破生殖隔離、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種，培育植物新品種

⑤實(shí)例：

白菜一甘藍(lán)、普通小麥一長(zhǎng)穗偃麥草、多種柑橘屬不同種間的雜種植株。

目前有許多理論和技術(shù)未解決，還不能讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出雙親的性狀。

【教材拾遺】

教材隱性知識(shí)：

源于選擇性必修3P36“正文”：“番茄一馬鈴薯”超級(jí)雜種植株沒(méi)有如科學(xué)家所想象的那樣，地上長(zhǎng)番

茄、地下結(jié)馬鈴薯的主要原因是生物基因的表達(dá)不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，所以番

茄一馬鈴薯雜交植株的細(xì)胞中雖然具備兩個(gè)物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)相互干擾，不能像馬

鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達(dá)。

提升-必考考向歸納

例2.通過(guò)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)和誘導(dǎo)多倍體產(chǎn)生，嘗試寫(xiě)出產(chǎn)生多倍體的思路:

A.同源多倍體的產(chǎn)生：

(1)直接利用一定濃度的秋水仙素或低溫處理萌發(fā)的種子或幼苗，獲得多倍體

(2)植物體細(xì)胞雜交

B.異源多倍體的產(chǎn)生

(1)若是親緣關(guān)系較近的生物可以雜交，再利用一定濃度的秋水仙素或低溫處理幼苗，獲得多倍體

(2)植物體細(xì)胞雜交

植物體細(xì)胞雜交育種雜交育種誘導(dǎo)多倍體

?12m|f2n^)x(2,)

融合

(Fm)二

］加倍

避^四觸伍而四倍體

例3.右圖為植物體細(xì)胞雜交過(guò)程示意圖。據(jù)圖回答：

(1)步驟①是,最常用的方法是。

(2)步驟②一般常用的化學(xué)試劑是,目的是o

(3)在利用雜種細(xì)胞培育成為雜種植株的過(guò)程中，此技術(shù)運(yùn)用的原理

雜葉植株

是,其中步驟④相當(dāng)于，步驟⑤相當(dāng)于=

(4)植物體細(xì)胞雜交的目的是獲得新的雜種植株。使能夠在新的植物體上有所表現(xiàn)，其

根本原因是o

(5)若遠(yuǎn)緣雜交親本A的基因型為AaBb,B的基因型為YYEe,則融合后形成的雜種植株基因型

是。

(6)從理論上講，雜種植株的育性—。若運(yùn)用傳統(tǒng)有性雜交方法能否實(shí)現(xiàn)？；原因是。

因此，這項(xiàng)研究對(duì)于培養(yǎng)作物新品種方面的重大意義在于。

(7)利用植物體細(xì)胞雜交的方法培育作物新品種過(guò)程中，遺傳物質(zhì)的傳遞為何不遵循孟德?tīng)柕倪z傳規(guī)律？

考點(diǎn)二植物細(xì)胞工程的應(yīng)用

?夯基?必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理

單

單倍體迤黑粉外植體皙噫曜

②倍

作

體加倍用喬I莖尖、牙尖脫毒①

物

育

一純合體J脫分化植

新

物

種愈傷組織

品

繁

突再分化

種

殖

變佐燮物理因素胚狀體+人工胚乳,人工

的

新

體誘導(dǎo)篩選的甲不+人工種皮種子

培

途

利

育

徑

用、一二.保持優(yōu)良性狀刈和

培養(yǎng)、提取

代謝產(chǎn)物圾田事1繁南嘉

③細(xì)胞產(chǎn)物的植株

工廠化生產(chǎn)

1.植物繁殖的新途徑

一使用的技術(shù)：植物組織培養(yǎng)技術(shù)

快一原理：植物細(xì)胞的全能性

速—優(yōu)!①高效、快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖

繁

殖_點(diǎn)I②保持優(yōu)良品種的遺傳特性

特點(diǎn)：使用材料少，培養(yǎng)周期短，繁殖率

「高，適合自動(dòng)化管理，有利于進(jìn)行工廠化

生產(chǎn)

r-技術(shù)手段：植物組織培養(yǎng)技術(shù)

作

物—材料的選?。褐参镯敹朔稚鷧^(qū)附近(如

脫一莖尖),此部分病毒極少，甚至無(wú)病毒

毒

-優(yōu)點(diǎn)：脫毒作物產(chǎn)量高，品質(zhì)好

2.作物脫毒

【背景】馬鈴薯和草莓都是無(wú)性繁殖的作物，它們感染的病毒很容易傳播給后代。病毒在作物體內(nèi)逐年積

累，就會(huì)導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差。

①作物脫毒的材料：分生區(qū)（如莖尖）的細(xì)胞。選擇該種細(xì)胞更易獲得脫毒苗的理由是：a.植物分生區(qū)細(xì)

胞病毒少，甚至沒(méi)有病毒；b.分生物細(xì)胞分化程度低，分裂能力強(qiáng)，全能性更高。

②作物脫毒所應(yīng)用的技術(shù)：植物組織培養(yǎng)。

③獲得無(wú)病毒植株與抗病毒植株應(yīng)用的生物學(xué)技術(shù)一樣？

3.作物新品種的培育：?jiǎn)伪扼w育種、突變體的利用。

［原理）（優(yōu)點(diǎn)）（過(guò)程）

單

染

倍明M

色花藥離體培養(yǎng)一單倍體植株

體

體埔短ATHQ

育

變育種一純合子帕株

種一色體加倍

異

年限

突產(chǎn)生新詩(shī)變處理

變

基基因。外一體收"化?愈傷組織

體

因

的大幅度

突

利

變改R第一廠突變體?新品種

用些性狀誘導(dǎo)分化

明顯地縮短

P高桿抗病植株X矮桿染病植株

育種年限

DDTTddtt

Fi高桿抗病植株

DdTt

取六自交取用花藥

I1

㈱

F2D_T_D_ttddT_ddttDTDtdTdt

篩選|,離體培養(yǎng)

矮桿薪病ddT_DTDtdTdt單倍體幼苗

連續(xù)自交I!

多代篩選DDTTDDttddTTddtt純合二倍體

|篩選

矮桿優(yōu)病純合體ddTTddTT矮桿抗病純合體

_____________7

單倍體育

4.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)

①次生代謝物：是一類(lèi)小分子有機(jī)化合物，在植物抗病、抗蟲(chóng)等方面發(fā)揮作用，也是很多藥物、香料和色

素等的重要來(lái)源。

②細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)：人們利用植物細(xì)胞培養(yǎng)來(lái)獲得目標(biāo)產(chǎn)物，這個(gè)過(guò)程就是細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。

③植物細(xì)胞培養(yǎng)：是指在離體條件下對(duì)單個(gè)植物細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)使其增殖的技術(shù)。

外植體！一.愈傷組織一'.細(xì)胞懸液0過(guò)甚電，細(xì)胞產(chǎn)物

【教材拾遺】

教材隱性知識(shí)：

源于選擇性必修3P41“相關(guān)信息”：初生代謝是生物生長(zhǎng)和生存所必需的代謝活動(dòng)，因此，在整個(gè)生命

過(guò)程中一直進(jìn)行著；次生代謝不是生物生長(zhǎng)所必需的，一般在特定的組織和器官中，并在一定的環(huán)境和時(shí)

間條件下才進(jìn)行。

■提升.必考考向歸納

5.紅薯是我國(guó)種植面積較大的一類(lèi)作物,但長(zhǎng)期以來(lái)的連種,造成了紅薯品種退化,產(chǎn)量和品質(zhì)逐年下降，

其主要原因是所用的種薯攜帶了大量的病毒。研究人員利用現(xiàn)代生物技術(shù)，對(duì)紅薯進(jìn)行脫毒培養(yǎng)。下列說(shuō)

法錯(cuò)誤的是（）

A.可以選擇紅薯莖尖或根尖的分生區(qū)作為外植體

B.若選擇的外植體體積過(guò)大,可能會(huì)導(dǎo)致脫毒率降低

C.培育紅薯脫毒苗的過(guò)程中，需要適時(shí)調(diào)整激素的比例

D.培育紅薯脫毒苗過(guò)程中,激素使用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致性狀分離

■真題實(shí)戰(zhàn)演練

1.（2023?遼寧?統(tǒng)考高考真題）用含有不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑配比的培養(yǎng)基誘導(dǎo)草莓莖尖形成不定芽,

研究結(jié)果如下表。下列敘述錯(cuò)誤的是（）

別

12345678910

處理及結(jié)

6-BA（mg,L）1

NAA（mg：L”）0.050.10.20.30.5-----

2,4-D