2.1.2植物细胞工程的应用（教师版）

《第2章细胞工程》第1节植物细胞工程二植物细胞工程的应用必会知识考点梳理拓展延伸易错警示必会知识一植物繁殖的新途径1．快速繁殖(1)概念：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，又叫微型繁殖技术。(2)优点：高效、快速地实现种苗的大量繁殖：能够保持优良品种的遗传特性(3)应用：一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等都实现了利用快速繁殖技术来提供苗木。甘蔗、桉树和铁皮石斛等的试管苗，已形成一定规模的产业化生产。2．作物脱毒(1)背景：无性繁殖的作物易感染、积累病毒，且很容易传给后代，导致作物产量降低、品质变差，而植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒。(2)方法：在植物分生区附近(如茎尖)取材，通过植物组织培养技术，可获得脱毒苗。(3)优点：提高作物产量和品质。(4)实例：马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝和香蕉等都已培育出脱毒苗。3．人工种子(1)定义：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。(2)优点①解决了某些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题；②固定杂种优势：③快速高效的繁殖方式：④可控制植物的生长发育与抗逆性：⑤用人工种子播种可以节约粮食。(3)实例：我国科学工作者已经成功培育了芹菜、花椰菜、桉树和水稻的人工种子，并得到较高的发芽率。必会知识二作物新品种的培育1．单倍体育种(1)原理：染色体变异，其中花药离体培养过程是利用植物细胞的全能性。(2)方法：花药离体培养和人工诱导染色体数目加倍。(3)过程：(4)优缺点①优点：后代都是纯合子；明显缩短育种年限。②缺点：技术相对复杂，需与杂交育种结合，其中花药离体培养需要植物组织培养技术的支持。(5)成果：在单倍体育种领域，我国科学家作出了突出贡献，早在1974年就成功地培育出世界上第一个单倍体作物新品种—单育1号烟草；后来，把单倍体育种与常规育种结合起来，育成了水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。(1)单倍体育种的目的不是获得单倍体本身，因为单倍体是高度不育的，在生产上没有实际价值，因此需诱导单倍体(种子阶段或幼苗阶段)的染色体数目加倍。(2)单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素诱导染色体数目加倍。单倍体育种需要先利用植物组织培养技术形成单倍体幼苗，但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。2．突变体的利用(1)过程：在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变，从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。(2)原理：突变及植物细胞的全能性，突变包括基因突变和染色体变异两种。(3)优点：可以得到具有抗逆性(抗盐碱、抗病和抗除草剂等)、含有高蛋白以及高产的植株，并加快育种进程。(4)缺点：①突变不定向，需要处理大量突变材料；②突变少利多害，符合人们需要、有利的突变比较少。(5)实例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。必会知识三细胞产物的工厂化生产1．次生代谢物：植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物—次生代谢物。次生代谢物是一类小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等)。在植物抗病，抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。2．细胞产物的工厂化生产：由于植物细胞的次生代谢物含量很低，从植物组织提取会大量破坏植物资源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到，因此人们期望利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。3．植物细胞培养：是指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。4．优点：不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。5．实例(1)从紫草细胞中提取紫草宁；(2)我国科学家筛选出高产紫杉醇的细胞用于生产紫杉醇；(3)我国在人参、三七等植物细胞的大规模培养领域也取得了很大的进展。必备技能典例精讲模型秒杀巧思妙解必备技能一植物繁殖的新途径[例1](2022·浙江金华·校联考三模)通过组织培养技术，可把植物组织细胞培养成胚状体，再通过人工种皮包装得到人工种子(如图所示)，人工种子在适宜条件下可萌发生长。这属于植物微型繁殖。下列叙述错误的是()A．该微型繁殖技术能保持植物原有的遗传特性B．人工种皮需具备透气性以保持胚状体的活力C．人工胚乳中需添加有机营养及植物激素，不需添加无机盐D．将图中的胚状体换成愈伤组织，在适宜条件下也可萌发生长[答案]C．[解析]A、该微型繁殖技术能保持优良品种的遗传特性，A正确；B、人工种皮具备透气性，可以保证胚状体进行有氧呼吸时对氧的需求，以保持胚状体的活力，B正确；C、人工胚乳应该含有植物激素、矿质元素和糖等物质，以保证胚状体的正常生长，C正确；D、愈伤组织具有发育成完整个体的潜能，将图中的胚状体换成愈伤组织，在适宜条件下也可萌发生长，D正确。故选C。[例2](2022秋·宁夏石嘴山·高三石嘴山市第三中学校考阶段练习)草莓是以母株形成的匍匐茎作为子苗进行繁殖的，容易受到病毒侵袭，造成严重的品种退化。培育脱毒苗，是防治草莓病毒病的根本对策。下图是利用植物组织培养技术获得脱毒苗的基本过程。下列相关叙述错误的是(

)外植体→脱分化X→A．外植体往往选择草莓匍匐茎的茎尖B．X是有特定结构和功能的薄壁组织团块C．生长素和细胞分裂素的浓度、用量比例会影响脱分化和再分化D．若要获得突变体，一般用诱变因素处理X而非外植体[答案]B[解析]A、植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒，因此以其为外植体进行组织培养可以获得脱毒苗，A正确；B、外植体经脱分化失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞，进而形成不定形的薄壁组织团块，即愈伤组织，B错误；C、生长素和细胞分裂素的浓度、用量比例会影响脱分化和再分化，一般生长素较多促进生根，细胞分裂素较多促进长叶，C正确；D、愈伤组织具有较强的增殖能力，适宜用诱变因素处理获得突变体，D正确。故选B。必备技能二细胞产物的工厂化生产[例3](2022春·陕西西安·高二校考期末)科学家从红豆杉树皮中分离出具有高抗癌活性的紫杉醇，为避免红豆杉遭受掠夺式砍伐，同时获得紫杉醇，某科研小组设计了如下图所示的实验流程，并发现另有植物甲产生的物质X可提高紫杉醇抗癌效果。下列有关叙述错误的是(

)A．诱导生根、生芽时，培养基中生长素和细胞分裂素的比值相同B．利用植物组织培养技术快速繁殖红豆杉植株可以保持其优良的遗传特性C．紫杉醇的工厂化生产主要是利用植物细胞培养技术使细胞增殖以获得更多的紫杉醇D．欲获得既产生紫杉醇又产生物质X的植株，可用植物体细胞杂交技术获得杂种植株[答案]A．[解析]A、培养基中生长素和细胞分裂素的比值大于1时有利于根的形成，比值小于1时，则促进芽的形成，A错误；B、利用植物组织培养技术快速繁殖红豆杉植株属于无性生殖，因此可保持其优良的遗传特性，B正确；C、图中获得紫杉醇的过程只要培养到愈伤组织，不需要形成完整植株，利用了细胞增殖的原理，即紫杉醇的工厂化生产主要是利用植物细胞培养技术使细胞增殖以获得更多的紫杉醇，C正确；D、植物甲和红豆杉是不同的物种，自然状态下存在生殖隔离，欲获得既能产生紫杉醇又能产生物质X的植株，可利用植物体细胞杂交技术获得“红豆杉一植物甲”杂种植株，D正确。故选A。[例4](2022·广东广州·统考一模)紫草富含一种红色的次生代谢产物——紫草宁，具有抗菌、消炎的功效。科研人员利用紫草新生的营养芽进行培养获得愈伤组织，再使用液体培养基进行细胞悬浮培养，以获得更多的紫草宁。下列叙述正确的是(

)A．对紫草新生的营养芽进行彻底灭菌后可作为外植体B．愈伤组织是由不同结构和功能的一团薄壁细胞组成C．为获得愈伤组织，培养时需要加入细胞融合诱导剂D．在进行细胞悬浮培养的过程中，需要通入无菌空气[答案]D．[解析]A、对紫草新生的营养芽进行消毒后可作为外植体，彻底灭菌会使外植体失活，A错误；B、愈伤组织是由没有特定结构和功能的薄壁细胞组成的，B错误；C、接种外植体在愈伤组织诱导培养基上，经过一段时间的培养即可形成无序结构的愈伤组织块，不需要加入细胞融合诱导剂，C错误；D、在紫草细胞培养过程中，为保证氧气供应充足、使细胞与培养液充分接触，需要不断通入无菌空气并进行搅拌，D正确。故选D。必备技能三几种育种方法的综合应用[例5](2022秋·西藏拉萨·高二拉萨中学校考期末)如图所示，将二倍体植株①和②杂交得到③，再对③做进一步处理，下列相关叙述错误的是(

)A．图中花药离体培养采用技术是组织培养B．③至④的过程中，所产生的变异是染色体变异C．⑤至⑥的育种原理是基因重组D．③至⑤的过程中不可能发生基因重组[答案]B．[解析]A、图中花药离体培养属于植物组织培养技术，该技术体现了植物细胞的全能性，A正确；B、③至④的过程为诱变育种，其原理是基因突变，B错误；C、⑤至⑥是杂交育种，其育种原理是基因重组，C正确；D、基因重组包括减数第一次分裂前期的互换(交叉互换)和减数第一次分裂后期的自由组合型，③至⑤的过程中无生殖细胞的形成，不可能发生基因重组，D正确。故选B。[例6](2022春·内蒙古·高一校考阶段练习)不同的育种方式具有各自优点，下列叙述中正确的是(

)A．杂交育种能产生新基因和新基因型的个体B．多倍体植株与二倍体植株比较，果实小但营养丰富C．多倍体育种与杂交育种比较，能明显缩短育种年限D．人工诱变育种可以提高突变率，在较短的时间内获得更多的优良变异类型[答案]D．[解析]A、杂交育种的原理是基因重组，基因重组只能产生新的基因型，不能产生新的基因，A错误；B、多倍体育种的特点是营养器官大，营养物质含量高，但结实率下降，发育迟缓，所以与二倍体植株比较，果实大且营养物质含量高，B错误；C、杂交育种获得新品种的周期一般较长，需要不断交配，筛选，最后筛选出集中多个优良遗传性状相对稳定的品种；多倍体育种也同样需要几个周期或以上，才能完成育种的过程，而单倍体育种可以当年就可培育出遗传性状相对稳定的纯合二倍体植株，明显缩短了育种年限，C错误；D、诱变育种原理是基因突变，优点是提高突变率，在较短时间内获得更多的优良变异类型；大幅度地改良某些性状，D正确；故选D。必刷好题基础演练能力提升巅峰突破1．(2022春·陕西·高二校考期末)下列关于农作物脱毒苗制备和应用的叙述，错误的是(

)A．取顶端分生组织进行组织培养可制备脱毒苗B．制备作物脱毒苗的原理是植物细胞具有全能性C．长期进行有性繁殖的作物易感染和积累病毒D．脱毒苗的使用可显著提高作物的产量和品质[答案]C．[解析]A、顶端分生组织几乎不含病毒，可取顶端分生组织进行组织培养制备脱毒苗，A正确；B、制备作物脱毒苗采用植物组织培养，其原理是植物细胞具有全能性，B正确；C、长期进行无性繁殖的作物易感染和积累病毒，C错误；D、脱毒苗取病毒极少甚至没有病毒的顶端分生组织培养获得，所以可显著提高作物的产量和品质，D正确。故选C。2．(2022春·辽宁大连·高二统考期末)长春花的次生代谢产物长春胺可用于癌症的临床治疗。研究人员用诱变剂—甲基磺酸乙酯(EMS)处理长春花的愈伤组织，筛选后进行扩大培养，得到了生长快且长春胺产量高的长春花突变细胞系。下列相关叙述错误的是(

)A．长春胺的工厂化生产技术的细胞学原理是细胞增殖B．长春胺不是长春花进行基本生命活动所必需的产物C．选用愈伤组织进行处理是因其易受到培养条件和诱变因素的影响D．突变后的愈伤组织在固体培养基上扩大培养可以获得大量长春胺[答案]D．[解析]A、由于植物细胞的次生代谢物含量很低，从植物组织提取会大量破坏植物资源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到，因此人们期望利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产，由此可知，长春胺的工厂化生产技术的细胞学原理是细胞增殖，A正确；B、长春胺是长春花的次生代谢产物，次生代谢不是生物生长所必需的，B正确；C、愈伤组织是脱分化后形成的高度液泡化无定型状态的薄壁细胞，处于不断增殖的状态，易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变，C正确；D、扩大培养需要用液体培养基，有利于营养物质的吸收和利用，因此诱变后的愈伤组织在液体培养基上扩大培养可获得大量长春胺，D错误。故选D。3．(2022秋·海南儋州·高三校考开学考试)辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域，辣椒素的获得途径如下图所示。下列有关叙述不正确的是()A．图中①和②分别表示辣椒组织培养中细胞的脱分化和再分化过程B．对培养基进行灭菌时，应采用的灭菌方法是高压蒸汽灭菌C．培养基中生长素与细胞分裂素用量的比值高时，有利于芽的分化D．提取细胞中的辣椒素时可以先使用纤维素酶和果胶酶破坏细胞壁[答案]C．[解析]A、图中①是脱分化过程、②是再分化过程，A正确；B、对培养基进行灭菌时，应采用的灭菌方法是高压蒸汽灭菌，B正确；C、培养基中生长素与细胞分裂素用量的比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成，C错误；D、植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，根据酶的专一性原理，获得原生质体需要用纤维素酶和果胶酶，D正确。故选C。4．(2021春·河北唐山·高二开滦第二中学校考阶段练习)20世纪70年代，以植物细胞克隆为代表的细胞工程诞生。随后，植物花药培养以及植物体细胞杂交技术等得以确立和发展，标志着植物细胞工程技术进入了高速发展的阶段。下列有关说法正确的是(

)A．可以利用植物组织培养脱分化所得到的胚状体等为材料制备人工种子B．在培养基中加入分化诱导因子后，胡萝卜的愈伤组织就可以诱导出试管苗C．进行植物体细胞杂交的实验，不必考虑亲本细胞的生殖隔离问题D．利用灭活的病毒能诱导植物原生质体融合的原理是细胞膜具有流动性[答案]C．[解析]A、由叶组织块经脱分化形成愈伤组织，再分化后形成胚状体为材料制备人工种子，A错误；B、分化诱导因子能诱导胚胎干细胞分化，但不能诱导愈伤组织细胞分化，B错误；C、植物体细胞杂交技术能够克服远缘杂交不亲和的障碍，故在进行植物体细胞杂交的实验，不必考虑亲本细胞的生殖隔离问题，C正确；D、诱导植物原生质体融合不能使用灭活的病毒，灭活病毒只能诱导动物细胞的融合，D错误。故选C。5．(2021春·福建莆田·高二校联考期中)芥酸会降低菜籽油的品质。油菜有两对独立遗传的等位基因(H和h，G和g)控制菜籽的芥酸含量。下图是获得低芥酸油菜新品种(HHGG)的技术路线，已知油菜单个花药由花药壁(2N)及大量花粉(N)等组分组成，这些组分的细胞都具有全能性。据图分析，下列叙述错误的是(

)A．①②过程均需要植物激素来诱导细胞脱分化B．与④过程相比，③过程可能会产生二倍体再生植株C．图中三种途径中，利用①③培养筛选低芥酸油菜新品种(HHGG)的效率最高D．F1植株的细胞进行减数分裂时，H基因所在染色体与G基因所在染色体不发生正常联会[答案]C．[解析]A、由题意可知，①②过程均是脱分化，都需要植物激素(生长素和细胞分裂素)的诱导，A正确；B、单个花药由花药壁(2N)及大量花粉(N)等组分组成，因此③过程可能产生二倍体再生植株，而④过程只能产生单倍体植株，B正确；C、题图三种途径中，利用花粉培养筛选低芥酸油菜新品种(HHGG)的周期短，得到低芥酸油菜新品种(HHGG)的概率高，C错误；D、减数分裂时，发生联会的染色体是同源染色体，而H基因所在的染色体与G基因所在的染色体为非同源染色体，不会发生联会，D正确。故选C。6．(2022春·山西朔州·高二怀仁市第一中学校校考期中)基因型为AaBb的水稻的花药通过无菌操作，接种到试管后，在一定条件下形成试管苗。下列相关叙述错误的是(

)A．在离体条件下，花粉经过脱分化和细胞分裂形成不定形的愈伤组织B．愈伤组织必须从培养基中获得水、无机盐和小分子的有机物等营养C．一般先诱导愈伤组织生芽，再诱导愈伤组织生根，最后形成试管苗D．经无菌培养获得的试管苗的基因型是AABB、AAbb、aaBB、aabb[答案]D．[解析]A、在离体条件下，花粉经过脱分化转变成为具有分生能力的薄壁细胞，进而形成植物的愈伤组织，A正确；B、愈伤组织的代谢类型是异养需氧型，因此在愈伤组织的形成过程中，必须从培养基中获得水、无机盐和小分子的有机物等营养物质，B正确；C、一般将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上，长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗，C正确；D、基因型为AaBb的水稻经过减数分裂可产生基因型为AB和ab或Ab和aB的配子，再经过花药离体培养可得到单倍体，因此可能出现的基因型有AB、Ab、aB、ab，D错误。故选D。7．(2022秋·河北沧州·高三任丘市第一中学校考期中)为快速培育抗除草剂的水稻(2N=24)，育种工作者用下图所示方法进行育种，下列说法不正确的是()A．过程①花药离体培养的理论依据是细胞的全能性B．过程②用γ射线照射单倍体幼苗，目的是提高幼苗的突变频率C．过程③用除草剂喷洒单倍体幼苗，目的是筛选出抗除草剂的植株D．通过过程④和过程⑤，培育出的抗除草剂植株属于四倍体植株[答案]D．[解析]A、①过程是花药离体培养，理论依据是细胞的全能性，A正确；BC、诱变可以提高突变的频率，因此过程②用γ射线照射单倍体幼苗，目的是提高幼苗的突变频率，过程③用除草剂喷洒单倍体幼苗，目的是要筛选出抗除草剂的植株，BC正确；D、植物组织培养为无性繁殖，④是单倍体植株，因此通过过程④和⑤获得的抗除草剂植株仍然是二倍体，D错误。故选D。8．(2022春·福建三明·高二统考期末)下列关于植物细胞工程应用的叙述，错误的是(

)A．植物微型繁殖可以保持优良品种的遗传特性，高效快速繁殖种苗B．利用植物顶端分生组织(如茎尖)进行组织培养，可获得脱毒苗C．在组织培养过程中对愈伤组织进行诱变处理，可能培育出新品种D．在工厂化生产紫草宁的过程中，必须经脱分化、再分化形成紫草植株[答案]D．[解析]A、植物微型繁殖具有高效、快速的特点，且为无性繁殖，因而能保持亲本的优良性状，A正确；B、利用植物组织培养技术，以植物茎尖等分生区为实验材料可培育出脱毒苗，该方法利用了植物顶端分生组织具有带毒少或无毒的特点，因此该方法获得的苗木具有不含或很少含病毒，称为脱毒苗，B正确；C、愈伤组织属于未分生状态，且分裂能力强，容易发生变异，因此对愈伤组织进行诱变处理，从分化的植株中可筛选出新品种，C正确；D、在紫草宁的工厂化生产的过程中要扩大培养细胞即可，不需要培养出完整的紫草植株，D错误。故选D。9．(2022春·福建漳州·高二漳州三中校考期末)中医治疗疾病多用复方，三白草和鱼腥草是同科不同属的两种常见药用植物，二者因疗效相近且具有叠加效应常被用作“药对”，在我国全年可采收两次。研究者欲利用原生质体融合技术将复方的配伍(两种或两种以上药物配合使用)提前到个体生长或生产过程，并实现有效成分的工厂化生产，具体操作如图1。(1)取鱼腥草和三白草充分展开的嫩叶片，用70%乙醇和2%的次氯酸钠对其________(填“消毒”或“灭菌”)，用无菌水冲洗叶片5次，去除残留于叶片上的药剂，处理后的叶片撕去表皮，切成1mm薄片备用。(2)过程①通过酶解法去除________获取原生质体，并向三白草和鱼腥草细胞酶解液中分别加入红、绿荧光色素(带荧光色素的原生质体仍能融合和再生)。过程②利用化学诱导剂________诱导融合，随后在荧光显微镜下选择带________的杂种原生质体。(3)科研人员研究不同的原生质体密度对三白草和鱼腥草原生质体融合率的影响，结果如图2。注：双核异核融合体指具有两个不同来源细胞核的细胞。由图2可知促进三白草和鱼腥草原生质体融合的最适密度为________个·mL1，高于此密度不利于形成双核异核融合体的原因是________________(写出一种可能)。(4)通常情况下，能增加免疫器官的重量表明该物质具有一定的增强免疫力的作用。为判断融合体对动物免疫力的影响，科研人员取同种小鼠30只，雌雄各半，随机均分为三组，实验处理如下表。组别A组B组C组(空白对照组)实验处理三白草和鱼腥草杂种愈伤组织的蒸馏水提取物三白草和鱼腥草直接混合后的蒸馏水提取物________每天一次等量灌胃，连续一周，检测各组小鼠的胸腺重量①在表格中将C组的实验处理补充完整________。②若实验结果为______________，则支持利用原生质体融合技术将复方的配伍提前并实现有效成分的工厂化生产。[答案](1)消毒(2)

细胞壁

PEG(聚乙二醇)

红、绿荧光色素(3)

1×106

原生质体的相互黏连、聚集作用过强，PEG的诱导作用受到抑制；PEG的浓度等(4)

等量的蒸馏水

A、B两组的胸腺重量相同且都大于C组[解析](1)为防止微生物污染，应取鱼腥草和三白草充分展开的嫩叶片，用70%乙醇和2%的次氯酸钠对其消毒。(2)据图示可知，过程①通过酶解法去除细胞壁获取原生质体。诱导植物细胞融合的方法有利用化学诱导剂PEG((聚乙二醇))诱导融合，所以过程②利用化学诱导剂PEG诱导融合。由于三百草细胞酶解液中加入了红荧光色素，鱼腥草细胞酶解液中加入了绿荧光色素，所以杂种原生质体应该带红、绿荧光色素。(3)由图2柱形图可知，在密度为1×106个·mL1时，双核异核融合体比例最高，说明促进三白草和鱼腥草原生质体融合的最适密度为1×106个·mL1。高于此密度不利于形成双核异核融合体，因为密度过高，原生质体的相互黏连、聚集作用过强，PEG的诱导作用受到抑制。此外，影响原生质体融合的因素还应包括PEG的浓度、培养液的渗透压等。(4)①因为C组为对照组，因此根据对A、B两组的处理，C组应用等量的蒸馏水每天一次等量灌胃，连续一周。②若实验结果为A、B两组的胸腺重量相同且都大于C组，则支持利用原生质体融合技术将复方的配伍提前并实现有效成分的工厂化生产。10．(2022秋·辽宁·高三新余市第一中学校考期中)现有两纯种小麦，一纯种小麦性状是高秆(D)、抗锈病(T)；另一纯种小麦的性状是矮秆(d)、易染锈