高中生物：植物细胞工程

植物细胞工程

一、学习目标

1、克隆的概念

2、植物组织培养的途径、过程及应用

3、植物体细胞杂交技术的原理、过程及应用

二、学习重难点

植物组织培养的过程及应用、植物体细胞杂交技术

三、学习过程

1、克隆：指获得相同遗传背景的基因、细胞或个体的技术操作过程

克隆的三个层次：

分子水平的克隆

细胞水平的克隆

个体水平的克隆

2、植物组织培养：在无菌和人工控制条件下，将离体的植物体器官、组织或细胞等培养在

人工配制的培养基上，使其生成完整植株或使其细胞增殖并产生细胞代谢产物的技术

（1）理论基础：植物细胞的全能性

（2）过程与途径

—＞单如施株

途

径株

株

①外植体消毒：

②培养基：MS培养基、发芽培养基、生根培养基

无机营养成分：大量元素C、H、。、N、P、S、K、Ca、Mg

微量元素Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、I、Co

有机营养成分

含N物质：包括维生素（辅酶）和氨基酸

碳源：蔗糖、葡萄糖、果糖（碳源、能源、调节渗透压）

琼脂：起凝固作用

植物生长调节剂：生长素，细胞分裂素（浓度和配比）

③初代培养与继代培养

影响继代培养中全能性表达能力的因素：植物的种类（拟南芥、烟草、番茄）、不同基因型

个体、培养条件（温度、光照等）、培养基配方（激素浓度和配比）、继代培养的次数（染

色体畸变或细胞核变异、组织中激素平衡被打破或对激素的敏感性改变等）

典型例题1：取田间不同品种水稻的幼胚，先进行消毒，然后接种到培养基中培养。幼胚发生

脱分化形成愈伤组织，经器官发生途径获得再生植株。下列不属于影响再生植株形成的因素

1

是（）

A.摇床的转速B.植物激素配比C.水稻的基因型D.愈伤组织继代培养次数

典型例题2：下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是（）

A.培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压

B.培养基中的生长素和细胞分裂素比例会影响愈伤组织的生长和分化

C.离体器官或组织的细胞须通过脱分化才能形成愈伤组织

D.同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同

E.从愈伤组织获得的单个细胞分裂、分化和发育成植物胚状体，与受精卵分裂、分化和发育

成胚的过程相似，这是单细胞的植物克隆

F.由于植物细胞的全能性更容易体现，植物组织培养比动物更方便

G.不同种类植物或同种植物的不同基因型个体之间遗传性状的差异，细胞全能性的表达程度

不同

H.长期培养中培养物胚胎发生和器官形成能力下降的可能原因有染色体畸变、非整倍体产生,

或组织中激素平衡被打破，甚至是细胞对外源生长物质的敏感性发生改变

典型例题3：下列关于“植物的组织培养”的叙述，错误的是（）

A.丛状苗的分株培养可加快繁殖速度

B.外植体经消毒后需清水多次清洗以避免消毒剂产生毒害作用

C.取自田间的外植体在接种前需消毒处理

D.人工合成的激素类似物比天然植物激素作用时间更长

（3）组织培养的应用

①快速繁殖植物

如菊花的组织培养

②植物脱毒

③生产人工种子

④细胞代谢物的工厂化生产

⑤作物新品种的培育

典型例题4：通过植物组织培养技术,可以把外植体培养成胚状体,再包装人工种皮得到人工

种子，如图所示。人工种子可在适宜条件下萌发生长。下列相关叙述正确的是（）

A.人工种皮能够隔绝空气,有利于人工种子的储藏

B.人工胚乳的组成成分是植物激素和无机盐（

c.胚状体由胚性细胞经分裂、分化和发育形成I一胚状体

D.人工种子萌发长成植物幼体,体现了植物细胞的全能性—人工胚乳

典型例题5：如图是某二倍体植物通过花药进行单倍体育种的过程示意图，下列叙述正确的

是（）

A.图中①②过程主要利用的生物学原理是基因重组和细胞增殖

2

B.植物组织培养时在②过程中组织细胞的全能性表达能力不变

C.图中③过程为了促进生根,可降低生长素和细胞分裂素浓度

D.过程④将炼苗后试管苗移栽到育苗盘前需洗掉根部的琼脂

典型例题6：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，下列表述正确的是（）

细胞分离।辣椒素

r—----------------------------------

单细胞产细胞系i细胞培养物/

A.实验中的外植体要经过灭菌处理才能进行后续实验

B.①过程受外源激素的调控，②过程受内源激素的调控

C.获得脱毒苗常用的外植体是茎尖，脱毒苗具有更强的抗病毒能力

D.通过植物细胞培养获得辣椒素的过程可不需要实现细胞的全能性

典型例题7：植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。回答下

列问题。

（1）植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比,这种微型繁

殖技术的特点有_______________________________________________（答出2点即可）。

内丁「工种皮

4~卜■胚状体

人工胚乳

（2）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（人工薄膜）

包装得到人工种子（如图所示），这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。人工种皮具

备透气性的作用是o人工胚乳能够为胚状体生长提

供所需的物质，因此应含有植物激素、和等几类物质。

（3）用脱毒苗进行繁殖,可以减少感染病毒。为了获得脱毒苗,可以选取植物的

进行组织培养。

（4）植物组织培养技术可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目的基因的

细胞培养成一个完整植株的基本程序是（用流程图表示）。

3、植物体细胞杂交

植物细胞融合，原理是植物组织培养

细胞膜具有一定流动性细胞的全能性

人

植物细胞

A工

再脱再

去壁诱生分分

导

原生质体A

原生质体B

去壁

植物细胞B

问：促进融合有哪些方法？

杂种植株为几倍体？是否可育？是否是新物种？

植物体细胞杂交育种的优势及意义？

典型例题8：如图表示对烟草进行遗传改良的过程，下列叙述正确的是（)

3

紫外线照射

翳北一原生质体口愈伤组织If狂差f露

A.可用染色法检测原生质体有无活性B.烟草叶肉细胞通过细胞分化形成原生质体

C.原生质体经过纤维素酶和果胶酶处理变成愈伤组织

D.紫外线照射的主要目的是对原生质体进行消毒

典型例题9：两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出。若其中一个细胞的染

色体在融合前由于某种原因断裂，形成的染色体片段在细胞融合后可能不会被全部排出，未

排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体上而留存在杂种细胞中。依据该原理，将

普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种，下列错误的是()

A.过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞"1■小①一■・小/康

生■体a旦4晶■

B.过程②的目的是使中间偃麦草染色体断裂

中间・置草/■••过小

C.过程③中常用灭活的病毒诱导原生质体融合9MB'・生及体***

D.耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染*

不MX★的

色体片段缜外线■射一

典型例题10：甲植物细胞核基因具有耐盐碱效应，乙植物细胞质基因具有高产效应。某研

究小组用甲、乙两种植物细胞进行体细胞杂交相关研究，基本过程包括获取原生质体、诱导

原生质体融合、筛选融合细胞、杂种植林再生和鉴定，最终获得高产耐盐碱再生植株。回答

下列问题：

(1)根据研究目标，在甲、乙两种植物细胞进行体细胞杂交前，应检验两种植物的原生质

体是否具备的能力。为了便于观察细胞融合的状况，通常用不同颜色的原生质体

进行融合，若甲植物原生质体采用幼苗的根为外植体，则乙植物可用幼苗的

为外植体。

(2)植物细胞壁的主要成分为和果胶，在获取原生质体时，常采用相应的酶

进行去壁处理。在原生质体融合前，需对原生质体进行处理，分别使甲原生质体和乙原生质

体的失活。对处理后的原生质体在显微镜下用计数，确定原生质体密

度。两种原生质体1:1混合后，通过添加适宜浓度的PEG进行融合；一定时间后，加入过量

的培养基进行稀释，稀释的目的是。

(3)将融合原生质体悬浮液和液态的琼脂糖混合，在凝固前倒入培养血，融合原生质体分

散固定在平板中，并独立生长、分裂形成愈伤组织。同一块愈伤组织所有细胞源于。

下列各项中能说明这些愈伤组织只能来自于杂种细胞的理由是哪几项？(A.甲、

乙原生质体经处理后失活，无法正常生长、分裂B.同种融合的原生殖体因甲或乙原生质体

失活而不能生长、分裂C.培养基含有抑制物质，只有杂种细胞才能正常生长、分裂D.杂

种细胞由于结构和功能完整可以生长、分裂)

(4)愈伤组织经可形成胚状体或芽。胚状体能长出,直接发育形

成再生植株。

典型例题11：如图表示利用原生质体培养技术的植物细胞工程。回答以下问题:

叶片工原生质体与具有优良基因型的胚性细胞与具有优良性状的植物

(1)过程①表示在较高渗透压溶液中，使用含酶的酶解液处理消毒后的植物

幼叶，获得原生质体。处理时，叶片通常除去下表皮或切成细条状，其目的是o

(2)过程②中，外源基因所在DNA与Ti质粒通常具有相同的,以便被剪

切后在DNA连接酶作用下形成重组质粒。可先用CaCL处理，促使重组质粒进入

菌，再利用其感染原生质体完成导入。若外源DNA转入原生质体的效率不高，则可采

用的外源基因导入法。经遗传改造后的原生质体在等渗溶液中培养，使

其,成为完整的植物细胞。(3)