第2章细胞工程第1节植物细胞工程第2课时植物细胞工程的应用[学习目标] 1.理解微型繁殖技术的应用和突变体的利用。2.了解单倍体育种过程和优
点。3.掌握作物脱毒、细胞产物的工厂化生产。知识自主梳理植物组织培养技术快速繁殖高效、快速 遗传特性 观赏植物 铁皮石斛富含某些糖
类和生物碱，可以用来提取药物。分生区 病毒极少， 甚至无病毒 茎尖组织培养技术 马铃薯 单倍体 染色体数目变异、植物细胞全能性 相
对稳定纯合缩短一套隐性诱变育种遗传突变增殖 诱变因素 突变和植物细胞的全能性 盐碱 不是 小分子有机化合物 抗病、抗虫 初生代谢是
生物生长和生存所必需的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行着。初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等。次生代谢不是生物生长所必
需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。植物细胞培养 离体单个细胞团(4)实例①紫草宁：是世界上首例药用
植物细胞工程的产品。是从紫草细胞中提取的一种药物和色素，具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。②紫杉醇：存在于红豆杉属植物体内的一种次生代
谢物，具有高抗癌活性，现在已被广泛用于乳腺癌等癌症的治疗。我国科学家经过多年研究，筛选出了高产紫杉醇的细胞。③人参：我国科学家在1
963年成功培育了人参的组织，后来又实现了利用人参细胞培养来生产人参中重要的活性成分——人参皂苷。④三七等。 到社会中去“手指植物
”通常培育在装有彩色固体培养基的小玻璃瓶中，只要保证充足的光照和适宜的温度，不需要额外补充水分或营养物质，它们就能在玻璃瓶中生长三
四个月之久。 快速繁殖是无性生殖吗？提示：快速繁殖实际是一种无性生殖，繁殖过程中细胞的分裂方式是有丝分裂，亲、子代细胞
内遗传物质相同，因此能保证亲、子代遗传特性不变。 为何植物分生区附近病毒少？提示：植物分生区附近，细胞分裂十分迅速，病毒来不
及侵入，因此就成为植物体相对无病毒的特殊区域。 单倍体育种中为何要进行人工诱导染色体加倍？常用的诱导方法是什么？提示：单倍
体植株弱小，高度不育。通常用秋水仙素或低温处理单倍体幼苗，诱导其染色体加倍。 二倍体的单倍体育种和花药离体培养获得的植株有什么
区别？提示：花药离体培养得到的植株是单倍体，表现为高度不育；单倍体育种是在花药离体培养的基础上，用适当浓度的秋水仙素或低温处理，获
得纯合的二倍体植株。 单倍体幼苗经秋水仙素诱导处理后得到的都是纯合子吗？试分析原因。提示：不一定。对二倍体植物形成的单
倍体，这句话是对的。对多倍体，这句话不对。例如，四倍体植物(AAaa)形成的单倍体幼苗(基因型有AA、Aa、aa三种)，经秋水仙素
诱导后形成的仍然是四倍体，基因型分别为AAAA、AAaa、aaaa，其中AAaa是杂合子。 体细胞组织培养和花药离体培养分别
属于什么生殖方式？提示：前者属于无性生殖，后者属于有性生殖。 单倍体育种与多倍体育种的异同。提示：单倍体育种和多倍体育种
均需要用秋水仙素或低温诱导染色体数目加倍。单倍体育种需要植物组织培养先形成单倍体幼苗，但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。
根据培养目的的差异，细胞工程应用中的各项技术在植物组织培养时应分别培养到什么阶段？提示：①微型繁殖、脱毒苗、单倍体育种、突变体：
培养到完整植株。②细胞产物的工厂化生产：可以培养到细胞或组织阶段。课堂小结笔记空间 _______________________
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______________________________ 学习目标检测1．(目标1、2)某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得
成熟种子。为尽快推广种植，可应用多种技术获得大量优质苗，下列技术中不能选用的是( )A．利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗B．采用
花粉粒组织培养获得单倍体苗C．采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上D．采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织培养解析 花粉粒通过减数分
裂产生，只含有该品种一半的染色体，后代性状可能会有明显改变，且单倍体植株矮小，观赏价值差，不能用于培养优质苗。2．(目标2)将一粒
花粉培育成幼苗，对它的茎尖用秋水仙素处理，长大后该植物正常开花结果。与该植物果皮细胞染色体数目不相同的是( )A．根细胞
B．叶肉细胞C．茎细胞 D．子房壁细胞解析 只有茎尖用秋水仙素处理，所以根细胞染色体数目仍为体细胞的一半。3．(目标3)
利用植物细胞培养技术从红豆杉细胞中提取抗癌药物紫杉醇，不需要进行的是( )A．选取合适的外植体并对外植体进行消毒B．培养基中加入
适量的蔗糖，以提供营养并维持渗透压C．控制植物激素的种类和含量诱导产生愈伤组织D．选择适当的分化培养基培育红豆杉幼苗解析 植物细胞
培养需要选取合适的外植体并对外植体进行消毒，以防止杂菌污染，A正确；培养基中加入适量的蔗糖，蔗糖既可提供营养又能维持渗透压，B正确
；脱分化过程中需控制植物激素的种类和含量，C正确；从红豆杉细胞中提取抗癌药物紫杉醇，只需培养高产紫杉醇的细胞，不需培育红豆杉幼苗，
D错误。4．(目标3)对人参皂苷干粉工厂化生产，下列哪种技术是必需的( )A．诱变育种 B．作物脱毒C．植物细胞培养
D．花药离体培养解析 根据教材知识可知，利用人参细胞培养来生产人参中的人参皂苷，C正确。5．(多选)(目标2、3)下列关于植物组
织培养及其应用的说法中，错误的是( )A．植物体任何部位的活细胞均可作为组织培养的外植体B．不同培养阶段的培养基中生长素与细胞分
裂素的比例应相同C．单倍体育种需要利用植物组织培养技术D．利用植物细胞培养技术可实现某些重要细胞产物的工厂化生产解析 用于组织培养
的细胞必须具有完整的细胞核，植物体有些部位的细胞不含细胞核，如成熟的筛管细胞无细胞核，A错误；生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱
分化和再分化的关键激素，它们的浓度、用量的比例等都会影响植物细胞的发育方向，所以组织培养过程中的不同阶段所需的生长素、细胞分裂素的
比例不同，B错误；单倍体育种要经过植物离体细胞到植株的过程，需要用植物组织培养技术，C正确。6．(目标2)某二倍体植物是杂合体，下
图为其花药中未成熟花粉在适宜的培养基上培养产生完整植株的过程。据图回答：(1)图中①表示的是该花粉培养过程中的________过程
，②表示的是________过程，③表示的是诱导________过程。(2)未成熟花粉经培养能形成完整植株，说明未成熟花粉具有__
____。脱分化 再分化 生根 全能性 (3)对植株甲进行_____________，才能使其结实产生后代(乙)，否则植株甲只有通
过__________的方式才能产生后代(丙)。乙、丙两种植株中，能产生可育花粉的是______植株，该植株群体中每一植株产生可育
花粉的基因组成种类数为_____种，该群体植株产生可育花粉的基因组成种类数为_____种。花药离体培养在育种上的特殊意义是____
___________，从而开辟育种新途径。解析 (3)单倍体植株高度不育，要使之产生可育后代，需用秋水仙素(或低温)处理幼苗，使
染色体加倍；乙、丙植株中能产生可育花粉的是乙植株，并且是纯合子，所以乙中的每一植株花粉的基因型种类为一种，但该群体中产生的可育花粉
的基因型有多种。单倍体育种是植物组织培养的重要应用之一，其中一个重要手段就是花药离体培养，此育种方式的最大优势在于大大缩短了育种年
限，可以快速得到纯合的新品种。染色体加倍 无性繁殖 乙 一 多 缩短育种周期 重点题型突破题型一 快速繁殖技术及作物脱毒[例1]
利用植物的茎尖或叶片、茎段等，在无菌条件下，培养在玻璃器皿中人工配制的培养基上，使它发育成完整的植株。这种技术可以用来培育植物新品
种，也可以在较短时间内大量繁殖植物，还可以防止植物病毒的危害。下列关于这种技术的叙述，正确的是( )①这种技术利用了植物细胞的全
能性 ②这种技术叫作植物组织培养，可以克隆生物体 ③这种技术属于细胞工程的应用领域之一 ④这种技术是一种无性繁殖的方式A．①
B．①②C．①②③ D．①②③④解题分析 植物体细胞都含有该物种全套遗传信息，所以每个细胞理论上都具有全能性，都有发
育成完整生物体的潜能，植物组织培养就是在体外通过人工方法，让植物细胞表现出全能性，是植物细胞工程的一个基础技术手段，①②③正确；因
为没有生殖细胞的结合，所以属于无性生殖方式，④正确。[例2] 下列属于植物快速繁殖技术的是( )A．兰花的芽尖组织培育成兰花幼苗
B．水稻种子萌发并长成新个体C．扦插的葡萄枝长成新个体D．柳树芽发育成枝条解题分析 快速繁殖技术是指快速繁殖优良品种的植物组织培养
技术，B、C、D都不属于植物组织培养。解题分析 该过程是单倍体育种过程，所以①是花药离体培养，获得的是单倍体，基因型为AB、Ab、
aB、ab 4种，经染色体加倍后的植株B都为纯合子，B正确；过程②使用秋水仙素使染色体数目加倍，作用的机理是抑制有丝分裂前期纺锤体
的形成，导致后期染色单体分开后不能向细胞两极移动，A正确；过程①属于植物组织培养，需要生长素和细胞分裂素的诱导，C正确。[例4]
在植物组织培养过程中，容易获得突变体的主要原因是( )A．培养的细胞一直处于不断的分裂状态B．培养基营养丰富，易于植物生长C．纺
锤丝的形成容易受到抑制D．DNA复制容易受到抑制解题分析 在植物组织培养过程中，由于培养的细胞一直处于不断的分裂状态，因此容易受到
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。四种生物技术的比较题型三 植物组织培养与植物细胞培养的比较[例5] 植物
细胞培养是在植物组织培养技术的基础上发展起来的，下列有关植物细胞培养的叙述不正确的是( )A．植物细胞培养技术的目的是为了获得大
量有生理活性的次生代谢物B．植物细胞培养技术快速、高效，几乎不受季节、天气等条件的限制C．利用生物反应器悬浮培养人参细胞，提取人参
皂苷，用于生产保健药品和美容护肤用品D．植物细胞培养需要在一定的温度、pH等条件下进行，但不需要进行无菌操作解题分析 植物细胞培养
和植物组织培养一样，整个培养过程必须在无菌条件下进行，否则培养基内将长出许多杂菌，与离体细胞争夺营养与生存空间，影响细胞增殖和细胞
次生代谢物的获得，D错误；A项所述为植物细胞培养的目的，B项为特点，C项为应用，A、B、C正确。植物组织培养与植物细胞培养的比较课
后课时作业[单项选择题] 知识点一 植物繁殖的新途径1．通过植物组织培养技术繁育农作物，其优点不包括( )A．加快繁育
速度 B．保持亲本优良性状C．培育出无病毒植株 D．改变植物的基因型解析 植物组织培养技术不仅可以高效快速地实现种苗的大
量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性，并通过作物脱毒提高作物产量，改善作物品质，A、B、C不符合题意；植物组织培养技术属于无性繁殖
，不能改变植物的基因型，D符合题意。2．马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到
无病毒的幼苗进行种植。获得无毒幼苗的最佳方法是( )A．选择优良品种进行杂交B．选择远缘植物体细胞杂交C．利用芽体进行组织培养D
．人工诱导基因突变解析 茎尖或根尖病毒极少甚至无病毒，切取一定大小的茎尖或根尖进行组织培养，再生的植株就可能不带病毒，C正确。3．
如图为培育甘蔗脱毒苗的两条途径，研究发现经②过程获得的幼苗脱毒效果更好。下列叙述不正确的是( )A．带叶原基的芽与植物体其他组织
中的病毒含量相同B．②过程的作用是使组织中的病毒在图中处理温度下部分或全部失活C．过程③④所用培养基中生长素和细胞分裂素的含量和比
例不同D．图中脱毒苗的培育过程利用了植物组织培养技术解析 植物组织分生区细胞没有病毒或病毒极少，A错误；②过程的目的是消毒，使组织
中的病毒在图中处理温度下部分或全部失活，B正确；③④是再分化，两个过程所用培养基中生长素和细胞分裂素的含量和比例不同，C正确。4．
科研人员研究了马铃薯茎尖外植体大小对幼苗的成苗率和脱毒率的影响，结果如图。相关叙述正确的是( )A．培育脱毒苗所依据的原理有基因
突变和细胞全能性B．培育的脱毒苗具有抗病毒的能力C．实验结果表明茎尖越小，脱毒率越高，成苗率越低D．根据本实验，培养脱毒苗时茎尖的
适宜大小为0.60 mm解析 马铃薯茎尖病毒极少，甚至无病毒，因此可利用马铃薯茎尖进行组织培养形成脱毒苗，所依据的原理是细胞全能性
，A错误；培育的脱毒苗不具有抗病毒的能力，B错误；实验结果表明茎尖越小，脱毒率越高，成苗率越低，C正确；在茎尖外植体大小为0.27
mm时，脱毒率和成苗率均较高，因此马铃薯脱毒培养中茎尖外植体的适宜大小为0.27 mm，D错误。 知识点二 作物新品种
的培育5．某科技活动小组将二倍体番茄植株的花粉按如图所示的程序进行实验。根据图示实验，下列分析错误的是( )A．植株A高度不育，
说明该植物的生殖细胞不具有全能性B．植株A的细胞能进行正常的有丝分裂，但不能进行正常的减数分裂C．在植株B的细胞中，通常每对同源染
色体上的成对基因都是纯合的D．由花粉到植株A需要用含有有机物的培养基来培养解析 植株A是二倍体植株经花药(粉)离体培养形成的单倍体
，只含有一个染色体组，高度不育，该过程为生殖细胞经过增殖、分化形成了完整植株，体现了生殖细胞的全能性，A错误；单倍体植株可以进行正
常的有丝分裂，但因为没有同源染色体，致使不能进行正常的减数分裂，B正确；植物A经过秋水仙素诱导染色体数目加倍，得到了正常植株B，其
每对同源染色体上的成对基因都是纯合的，C正确；花药离体培养需要消耗有机物，必须用含有有机物的培养基来培养，D正确。6．培育农作物新
品种的过程中，常利用植物组织培养技术。下列叙述正确的是( )A．单倍体植株染色体加倍后，隐性性状一定能显现出来B．在植物组织培养
过程中用理化因素诱导可获得大量有益突变体C．单倍体育种中经减数分裂和组织培养两个过程能获得纯合二倍体D．在培养基中加入不同浓度的氯
化钠溶液，可筛选出抗盐植株解析 单倍体植株染色体加倍，隐性性状不一定能显现出来，A错误；基因突变具有不定向性和少利多害性，在植物组
织培养过程中用理化因素诱导不一定获得大量有益突变体，B错误；单倍体育种中经花药(粉)离体培养和秋水仙素处理(或低温)诱导才能获得纯
合二倍体，C错误。解析 培育脱毒作物，最终要获得完整的植株④；获取细胞产物紫草宁则只需培养到可以产生此物质的细胞群体③即可，无需获
得植株。8．下列关于细胞产物的工厂化生产的叙述，错误的是( )A．细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一B．培养过程中
需要先脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞C．培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分D．培养的愈伤组织需要经过再分化产生特
定的组织细胞后才能产生特定的细胞产物解析 愈伤组织也可以提取某些细胞产物，D错误。[多项选择题]9．下列有关植物细胞工程应用的叙述
，正确的是( )A．与二倍体植株相比单倍体植株高度不育，因此在植物细胞工程中没有用处B．利用组织培养过程中细胞易受到理化因素影响
而发生突变的特点，可筛选对人们有用的突变体C．利用植物细胞培养技术获得紫草宁，实现了细胞产物的工厂化生产D．利用植物体细胞杂交技术
获得“萝卜—甘蓝”，打破了生殖隔离，实现了远缘杂交育种解析 与二倍体植株相比单倍体植株高度不育，但人工诱导染色体加倍后可获得能稳定
遗传的个体，因此常用于单倍体育种，A错误。10．下面的简式表示植物组织培养的大致过程，据此判断正确的是( )A．若①是来自不同植
物体细胞融合的杂种细胞，则④可能出现不同植物的遗传特性B．若①是二倍体植物的花粉，则④是单倍体植株，经染色体加倍后可得到稳定遗传的
品种C．若①是人参细胞，对②进行扩大培养可提高细胞产物人参皂苷的产量D．若①是具有杂种优势的农作物细胞，则用③进行培育会发生性状分
离解析 若①是来自不同植物体细胞融合的杂种细胞，则该细胞含有不同植物的遗传物质，因此④可能出现不同植物的遗传特性，A正确；若①是二
倍体植物的花粉，则④是经花药离体培养获得的单倍体植株，其再经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种(纯种)，B正确；若①是人参细胞，则②
是该人参细胞脱分化形成的愈伤组织，要提高细胞产物人参皂苷的产量，对②进行扩大培养即可，C正确；植物组织培养属于无性生殖，能保持亲本
的性状，若①是具有杂种优势的农作物细胞，则用③进行培育不会发生性状分离，D错误。11．紫草宁具有抗菌、消炎效果。在工业化生产中，取
紫草植株部分组织诱导形成紫草愈伤组织，再转入紫草宁形成培养基，然后再将细胞破碎后提取出紫草宁。下列相关叙述中，正确的是( )A．
工业化生产过程包括细胞的脱分化和再分化B．愈伤组织在紫草宁形成培养基中发生了一定程度的分化C．紫草宁在细胞内合成后仍留在细胞中D．
紫草的愈伤组织细胞在低渗溶液中不会涨破[非选择题]12．紫杉醇是从红豆杉属植物树皮中提取分离出来的一种代谢物，具有显著的抗癌效果。
科研人员设计如图1所示流程制备紫杉醇。为了获得大量的紫杉醇，先用植物的外植体获得愈伤组织，然后在液体培养基中悬浮培养。请回答下列问
题：(1)图1中，为了防止微生物污染，过程①所用的外植体需在_________ _______________溶液中摇动几秒。过程
②通常需用________________酶处理将愈伤组织分散成单个细胞。(2)在愈伤组织悬浮培养时，细胞干重、蔗糖浓度和pH的变
化如图2所示，细胞干重在12 d后下降的原因有__________________________；培养液中适量的蔗糖不仅可以为培
养的细胞提供能源，还可以调节培养基的________。(3)多倍体愈伤组织细胞产生的代谢物量常高于二倍体。二倍体愈伤组织细胞经__
________________处理，会产生染色体加倍的细胞。体积分数为70%的酒精 纤维素酶和果胶 蔗糖浓度下降，pH降低 渗透
压 秋水仙素或低温 (4)为了培养能高效产生紫杉醇的红豆杉—柴胡植株，科研人员将红豆杉的愈伤组织和柴胡的愈伤组织用酶处理后，获得有
活力的原生质体，再用诱导剂__________________使其融合，最后选择能够高效合成紫杉醇的杂种细胞进行培养。解析 (1)
图1中，植物组织培养过程应该在无菌的条件下进行，因此过程①所用的外植体需用体积分数为70%的酒精消毒30 s，以防止杂菌污染。过程
②通常需用纤维素酶和果胶酶处理将愈伤组织分散成单个细胞。(3)秋水仙素或低温都可以抑制纺锤体形成，诱导染色体数目加倍，形成多倍体。
(4)在植物体细胞杂交过程中，利用酶解法获得有活力的原生质体，然后再用聚乙二醇(PEG)使其融合，最后选择能够高效合成紫杉醇的杂种
细胞进行培养。聚乙二醇(PEG) 13．下图中A、B、C、D表示以亲本植株为材料进行的四种人工繁殖过程，请据图回答下列问题：(1)
图中四种人工繁殖过程都用到了植物组织培养技术，图中不同的方法都能获得子代植株，其根本原因是_________________________________ ___________。亲本植株中的各个细胞未表现出全能性，原因是__________ __________________________________________________。细胞内含有本物种生长、发育的全套遗传信息 在特定时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性的表达 (2)图中①过程为____________________，②用到的化学方法有PEG融合法、________________________等。(3)培育新品种C依据的遗传学原理是____________。(4)图中由单倍体植株获得能正常繁育的子代植株A的最有效的方法是__________________________。(5)通过D过程获得子代植株用到的工程技术手段是________________技术。该技术的优点是____________________________________________ ______。脱分化和再分化 高Ca2＋—高pH融合法 基因突变 秋水仙素处理单倍体幼苗 植物体细胞杂交 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种 本课结束 |
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