第3課時植物細(xì)胞工程

【課標(biāo)要求】1.闡明植物組織培養(yǎng)是在一定條件下，將離體植物器官、組織和細(xì)胞在適宜的培

養(yǎng)條件下誘導(dǎo)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(xì)胞雜

交是將不同植物體細(xì)胞在一定條件下融合成雜合細(xì)胞，繼而培育成新植物體的技術(shù)。3.舉例

說明植物細(xì)胞工程利用快速繁殖、脫毒、次生代謝產(chǎn)物生產(chǎn)、育種等方式有效提高了生產(chǎn)效

率。

考點一植物組織培養(yǎng)技術(shù)

■歸納夯實必備知識

1.細(xì)胞工程的概念

原理和方法細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)

操作水平細(xì)胞器、細(xì)胞或組織水平

目的獲得特定的細(xì)胞、組織、器官、個體或其產(chǎn)品

分類植物細(xì)胞工程和動物細(xì)胞工程

2.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)生完整生物體或分化成其他各種

定義

細(xì)胞的潛能

原因生物體的每個細(xì)胞中都含有發(fā)育成完整個體所需的全套基因

(1)受精卵〉生殖細(xì)胞〉體細(xì)胞；(2)分化程度低的細(xì)胞〉分化程度高的

大小比較

細(xì)胞；(3)植物細(xì)胞〉動物細(xì)胞

利用植物的一片花瓣、一?；ǚ?，甚至一個細(xì)胞，都可以繁殖出新

體現(xiàn)

的植株

在生物的生長發(fā)在特定的時間和

未表現(xiàn)及育過程中，并不是原因,空間條件下，細(xì)

所有的細(xì)胞都表’胞中的基因會

原因

現(xiàn)出全能性選擇性地表達

表現(xiàn)條件離體、營養(yǎng)物質(zhì)、激素、適宜的溫度和pH

3.植物組織培養(yǎng)技術(shù)

(1)概念：將離體的植物器官、組織或細(xì)胞等,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)。

(2)理論基礎(chǔ)：植物細(xì)胞的全能性。

(3)基本過程

外植體(離體培養(yǎng)的植物器官、組織或細(xì)胞)|財”|愈傷組織|里摩|芽、根|一—|完整植株

①脫分化：在一定的激素和營養(yǎng)等條件的誘導(dǎo)下，已經(jīng)分化的細(xì)胞失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能,

轉(zhuǎn)變成未分化的細(xì)胞,進而形成愈傷組織的過程。

②愈傷組織：脫分化產(chǎn)生的不定形的薄壁組織團塊。

③再分化：愈傷組織重新分化成芽、根等器官的過程。

(4)探究實踐——菊花的組織培養(yǎng)

夕卜

植—酒精消毒30s一號鬻洗

外植體..2~3次

體?

消毒

理鬻洗一包鈉溶液處理3。min

將外植體將外植體的用封口膜

插入_或瓶蓋封

［接種(切成0.5~.1/3~1/2

1cm長的*誘導(dǎo)愈傷組一蓋瓶口.并

湎織的培養(yǎng)基中做好標(biāo)記

15-20d長出芽后，再

置于18~

后，轉(zhuǎn)接轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生

［培養(yǎng)22七的

培養(yǎng)箱一到誘導(dǎo)生f胭的培養(yǎng)基上，

中培養(yǎng)變的培養(yǎng)進一步誘導(dǎo)形

基上成試管苗

移栽前先打開it旦旗或瓶蓋，讓試管苗在

|移栽R培養(yǎng)箱內(nèi)生長幾日。用流水清洗掉根部的

培養(yǎng)基后，將幼苗移植到消過毒的蛭石或

珍珠巖等環(huán)境中，待其長壯后再移栽入土

落豆由花莪商二誨兵窺囊笄戒或正面而至I

［栽培H

長情況，適時澆水、施肥，直至開花

■教材隱性知識

源于選擇性必修3Pli6“附錄1”：

(1)誘導(dǎo)菊花愈傷組織的培養(yǎng)基:在MS培養(yǎng)基中加入BA(芋基腺嘿吟)和NAA(蔡乙酸)，質(zhì)量

濃度均為0.5mg/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NH4NO3、KNO3、KH2PO4、MgSO4-7H2O

和CaCL-2H2O的用量減半，并添加NAA或IAA(丐卜朱乙酸)，質(zhì)量濃度均為0.1mg/Lo

■拓展提升科學(xué)思維

觀察菊花的組織培養(yǎng)流程圖，探究以下問題:

（1）選用菊花的外植體時，一般選用形成層細(xì)胞或組織塊，其原因是什么？

提示形成層細(xì)胞由于分裂旺盛，全能性高，容易誘導(dǎo)形成愈傷組織，其他部分如葉、花全

能性低，不易培養(yǎng)成完整植株。

（2）為什么說從繁殖方式上看，植物組織培養(yǎng)的繁殖方式是無性繁殖？

提示植物組織培養(yǎng)是在細(xì)胞有絲分裂和細(xì)胞分化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，此過程并沒有生殖細(xì)胞

的產(chǎn)生，所以是無性繁殖。

（3）在植物組織培養(yǎng)的過程中，為什么要求無菌操作？

提示培養(yǎng)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(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)，并

且產(chǎn)生大量對外植體有害的物質(zhì)，導(dǎo)致外植體死亡。

■突破強化關(guān)鍵能力

1.下列關(guān)于細(xì)胞全能性的敘述，不正確的是（）

A.乳腺癌細(xì)胞易于進行離體培養(yǎng)，說明其全能性比較高

B.細(xì)胞具有全能性是因為細(xì)胞內(nèi)含有發(fā)育所需的全套遺傳物質(zhì)

C.離體的植物體活細(xì)胞，需要借助某些因子的作用使其表達出全能性

D.植物細(xì)胞具有全能性，而其他生物體細(xì)胞一般不具有全能性

答案A

解析乳腺癌細(xì)胞易于進行離體培養(yǎng)，但沒有產(chǎn)生完整有機體或分化成其他各種細(xì)胞，沒有

體現(xiàn)全能性，A錯誤。

2.（2023?江蘇南通高三期末）SOD是一種廣泛分布于各種細(xì)胞中的抗氧化酶，它能催化超氧陰

離子自由基形成H2O2,增強植物的抗逆性。下圖為培育能夠產(chǎn)生SOD農(nóng)作物新品種的一種

方式，有關(guān)敘述正確的是（）

植物細(xì)胞（二倍體）當(dāng)巴新細(xì)胞愈傷組織:丁胚狀體一新品種

A.①過程中最常用的方法是采用Ca2+處理法將SOZ）基因?qū)胫参锛?xì)胞

B.②需要進行照光培養(yǎng)，以誘導(dǎo)葉綠素的形成

C.③表示再分化過程，無需嚴(yán)格的無菌操作

D.該育種方式利用了細(xì)胞工程和基因工程，能體現(xiàn)細(xì)胞的全能性

答案D

解析①過程中最常用的方法是采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將SO?；?qū)胫参锛?xì)胞，A錯誤；②表

示脫分化過程，不需要在光照條件下進行，B錯誤；②、③分別表示脫分化、再分化過程，

均需要在嚴(yán)格的無菌條件下完成，C錯誤；該育種方式利用了細(xì)胞工程和基因工程，從植物

細(xì)胞培育成植物個體，能體現(xiàn)細(xì)胞的全能性，D正確。

【歸納總結(jié)】植物組織培養(yǎng)過程中應(yīng)注意的問題

⑴接種時注意外植體的方向，應(yīng)將外植體的形態(tài)學(xué)下端插入培養(yǎng)基，不能倒插。

(2)培養(yǎng)一株完整的試管苗，必須先進行生芽培養(yǎng)，再進行生根培養(yǎng)。如果順序顛倒，先誘導(dǎo)

生根，就不好誘導(dǎo)生芽了。

(3)菊花的組織培養(yǎng)中，愈傷組織的形成一般不需要光照，而在后續(xù)的培養(yǎng)過程中，需要一定

量的光照。

(4)試管苗一般在高濕、弱光、恒溫等條件下培養(yǎng)生長，出瓶后一定要注意保溫、保濕。

(5)試管苗的光合作用能力弱，在移栽前應(yīng)給予較強光照、閉瓶煉苗，以促進幼苗向自養(yǎng)苗轉(zhuǎn)

化。

考點二植物體細(xì)胞雜交技術(shù)

■歸納夯實必備知識

1.過程

植物r\①原智體A

細(xì)胞日名匿上蜃

犒正總合的洪B嘉

細(xì)胞B?原生質(zhì)溫原生質(zhì)體細(xì)胞壁組織植株

體細(xì)胞融合植物組織培養(yǎng)

⑴過程①為去除細(xì)胞壁獲得原生質(zhì)體，用到的酶是纖維素酶和果膠酶。

(2)過程②為原生質(zhì)體的融合,人工誘導(dǎo)的物理法包括電融合法、離心法等,化學(xué)法包括聚乙

二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等。

(3)過程③為融合的原生質(zhì)體再生出細(xì)胞壁,這是原生質(zhì)體融合成功的標(biāo)志。

(4)過程⑷為脫分化,過程⑤為再分化。

2.概念

植物體細(xì)胞雜交是指將丕回來遮的植物體細(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)。

3.意義

植物體細(xì)胞雜交技術(shù)在打破生殖隔離,實現(xiàn)遠緣雜交育種,培育植物新品種等方面展示出獨

特的優(yōu)勢。

4.實例：白菜一甘藍、普通小麥一長穗偃麥草、多種柑橘屬不同種間的雜種植株。

5.局限性：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。

■拓展提升科學(xué)思維

不同物種之間存在著天然的生殖隔離，利用傳統(tǒng)的有性雜交的方法很難得到雜種后代。

科學(xué)家采用體細(xì)胞雜交的方法得到了“番茄一馬鈴薯”雜種植株。以下為植物體細(xì)胞雜交技

術(shù)流程圖，其中甲和乙分別表示兩種二倍體植物細(xì)胞，所含有的染色體組分別是AA和BB。

1.植物體細(xì)胞雜交實現(xiàn)的基礎(chǔ)和植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)分別是什么？

提示細(xì)胞膜的流動性；植物細(xì)胞的全能性。

2.將圖中的甲和乙兩種細(xì)胞去除細(xì)胞壁后誘導(dǎo)融合，若只考慮兩兩融合，可以形成哪幾種融

合細(xì)胞？符合要求的雜種細(xì)胞是哪種？

提示3種：甲甲、甲乙、乙乙。符合要求的是甲乙。

3.二倍體番茄和二倍體馬鈴薯細(xì)胞雜交得到的“番茄一馬鈴薯”有多少個染色體組，是幾倍

體？

提示有四個染色體組；是四倍體。

4.從結(jié)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？

提示遺傳物質(zhì)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(shù)目變

異。

■突破強化關(guān)鍵能力

3.疣粒野生稻(2〃=24)對白葉枯病的抗性持久而且穩(wěn)定，是理想的抗病育種材料。為了充分

利用疣粒野生稻資源，通過采用疣粒野生稻和栽培稻(2〃=24)體細(xì)胞雜交的方法獲得后代，

從而實現(xiàn)疣粒野生稻遺傳物質(zhì)向栽培稻轉(zhuǎn)移。下列相關(guān)敘述錯誤的是()

A.疣粒野生稻和栽培稻之間存在生殖隔離，自然條件下不能進行基因交流

B.兩種水稻細(xì)胞經(jīng)酶解去壁、誘導(dǎo)融合后可通過觀察染色體數(shù)目篩選出雜種細(xì)胞

C.雜種水稻的組織培養(yǎng)過程需要更換培養(yǎng)基，提高生長素的比例有利于根的分化

D.經(jīng)組織培養(yǎng)獲得的雜種幼苗，一般需要經(jīng)過由無菌到有菌的煉苗過程才能用于生產(chǎn)實踐

答案B

解析兩種水稻細(xì)胞融合后的不同種類細(xì)胞中的染色體數(shù)目相同，故不能通過觀察染色體數(shù)

目篩選出雜種細(xì)胞，需要觀察染色體形態(tài)，B錯誤。

4.玉米(2〃=20)和水稻(2〃=24)均為二倍體植物，某實驗小組擬用體細(xì)胞雜交技術(shù)培育富含

胡蘿卜素的“黃金大米”植株，過程設(shè)計如圖所示。下列說法錯誤的是()

耶明落扃③后④*

水稻體面甌I——I正在融合的雜種愈傷“黃金大米”

細(xì)胞胃晶體B原生質(zhì)體細(xì)胞組織植株

A.過程①需使用纖維素酶和果膠酶處理細(xì)胞

B.過程②中常用PEG誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合

C.“黃金大米”植株染色體數(shù)目為22

D.該技術(shù)體現(xiàn)了植物細(xì)胞具有全能性

答案C

解析過程①是獲得原生質(zhì)體，需去除植物的細(xì)胞壁(主要由纖維素和果膠組成)，因此需使

用纖維素酶和果膠酶處理細(xì)胞，A正確；過程②中常用PEG誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合，是一種化學(xué)

誘導(dǎo)法，B正確；“黃金大米”植株是兩種植株的融合體，染色體數(shù)目為44,C錯誤；該技

術(shù)將雜種細(xì)胞培育成“黃金大米”植株，體現(xiàn)了植物細(xì)胞具有全能性，D正確。

【歸納總結(jié)】植物體細(xì)胞雜交和有性雜交的辨析

體細(xì)胞雜交即兩個細(xì)胞融合成一個細(xì)胞，不管是染色

體數(shù)、染色體組數(shù)還是基因型都采用直接相加的方法,

而植物有性雜交則為先減半再相加。

考點三植物細(xì)胞工程的應(yīng)用

■歸納夯實必備知識

1.植物繁殖的新途徑

養(yǎng)技術(shù)

組織培

：植物

技術(shù)

用的

廠使

一

全能性

細(xì)胞的

：植物

快一原理

速

繁殖

的大量

現(xiàn)種苗

速地實

效、快

(①高

繁—優(yōu)

傳特性

種的遺

優(yōu)良品

②保持

殖一點［

一

率

，繁殖

期短

養(yǎng)周

少，培

材料

：使用

特點

化

行工廠

利于進

理，有

化管

自動

，適合

匚高

生產(chǎn)

術(shù)

培養(yǎng)技

物組織

段：植

術(shù)手

作一技

物

莖

近(如

生區(qū)附

頂端分

：植物

選取

料的

脫_材

毒

病毒

至無

少，甚

毒極

分病

此部

尖1,

好

，品質(zhì)

量高

物產(chǎn)

毒作

點：脫

一優(yōu)

培育

種的

新品

作物

2.

的利用

突變體

育種

單倍體

項目

變異

染色體

變

基因突

原理

性狀

良某些

度改

大幅

因，

新基

產(chǎn)生

年限

短育種

明顯縮

優(yōu)點

處理

誘變

體培養(yǎng)

花藥離

織

久組

化》愈

體脫分

外植

植株

倍體

一單

過程

導(dǎo)一

人工誘