第二章 第二节 植物细胞工程的应用-【优化探究】2025-2026学年新教材高中生物学选择性必修3同步导学案配套PPT课件（苏教版）

细胞工程 第二章　 第二节　植物细胞工程的应用 [目标导学]　1.通过对植物细胞工程应用实例的分析,了解这些应用涉及的技术流程和应用的优势。2.认同植物细胞工程在生产实践中具有重要的应用价值。 内容索引 NEIRONGSUOYIN 学习任务二　植物细胞培养技术的应用 学习任务一　植物组织培养技术的应用 课时作业 素养达标 备选题库 教师独具 植物组织培养技术的应用 学习任务一 梳理 归纳教材知识 1.人工种子 (1)概念:将在植物组织培养中得到的 和具有养分的 包埋在具有保护功能的人工种皮中,在适宜的条件下能够生根发芽的颗粒体。 胚状体 人工胚乳 (2)基本结构 胚状体 无机盐 (3)生产过程 ①植物组织培养获得胚状体。 ②人工种皮对胚状体和人工胚乳的 。 (4)优点 ①制种快。 ②制种不受 限制。 ③人工胚乳可提供更好的 供应,还可提供相应成分增强抵抗疾病的能力。 包埋 季节 营养 2.快速繁殖 (1)概念:利用植物组织培养技术不仅可以保持优良植物品种的 ,而且可以实现种苗的 ,植物组织培养技术也因此被称为“快速繁殖技术”。在进行植物组织培养的过程中,幼苗在实验室的培养瓶中生长发育,所以又被称为“ ”。 (2)特点 ①可以保持优良植物品种的遗传特性。 ②繁殖速度 。 ③不受季节和恶劣天气的影响。 遗传特性 快速繁殖 微型繁殖技术 快 ④可以进行全年连续生产,大大提高了 。 (3)实例:蔬菜、果树、林木和花卉等。 3.培育脱毒植物 (1)选材部位及原因:植物 部位的病毒浓度很低甚至无病毒。这是因为这些部位没有维管束,病毒难以进入。 (2)优点:可以 或者去除病毒的感染,培育出大量的脱毒种苗。 (3)实例:马铃薯、甘蔗、草莓等。 生产效率 生长点 降低 (4)植物脱毒的方法 ①物理方法 a.高温处理又称热疗法,其原理是一些病毒对热 。 b.低温处理也称冷疗法,其原理是降低温度,使病毒 下降。 ②化学方法:一般指利用 或抗生素等化学药品处理患病植株的方法,该方法的原理是抑制植物体内病毒的复制。 ③生物方法。 不稳定 活力 嘌呤和嘧啶类似物 4.种质保存 (1)依据:许多植物的组织培养物在液氮中超低温保存以后,仍能保持很高的存活率而再生出新植株,并保持原来的 。 (2)保存材料:超低温保存的植物材料,可以是植物的悬浮细胞,也可以是 或胚状体,还包括原生质体、花粉、幼胚、芽或茎尖分生组织等。 (3)原理:在-196 ℃的条件下,活细胞内的物质代谢和生命活动几乎完全停止,细胞、组织、器官在超低温保存过程中不会引起 的改变,也不会丧失 的潜能。 遗传特性 愈伤组织 遗传性状 形态发生 (4)意义 ①在植物自然资源受到过度开发和严重破坏的情况下,利用___________长期保存珍稀的濒危植物更加迫在眉睫。 ②比保存植物的种子更为有利和经济,还能在需要的时候迅速且大量地繁殖植物。 人工种质库 [正误辨析] (1)快速繁殖不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖,还可以保持优良植物品种的遗传特性。 ( ) (2)植物生长点部位没有维管束,病毒难以进入,因此这些部位病毒浓度很低甚至无病毒。( ) (3)人工种子的基本结构包括人工种皮、胚状体和人工胚乳等。 ( ) √ √ √ 探究 要点合作突破 1.结合人工种子的结构示意图,分析人工种子的胚状体和常规种子的胚在来源上有何区别。 提示:人工种子的胚状体是无性繁殖的结果,常规种子的胚是有性繁殖的结果。 2.蝴蝶兰花期长,花朵数多,颇受人们喜爱。请回答下列问题。 (1)如何实现蝴蝶兰的快速大量繁殖? 提示:选取蝴蝶兰植株的幼叶等作为外植体,利用植物组织培养技术可实现快速大量繁殖。 (2)在长期的无性繁殖中,蝴蝶兰植株容易感染并积累病毒,使得花朵品质变差,感染病毒的蝴蝶兰植株是否存在无病毒的部位?为什么? 提示:存在,生长点部位(如茎尖)的病毒浓度很低甚至无病毒。因为这些部位没有维管束,病毒难以进入。 (3)组织培养获得的愈伤组织、胚状体等在液氮中超低温长期保存,仍能保持很高的存活率而再生出新植株,种质保存的原理是什么? 提示:在-196 ℃的条件下,活细胞内的物质代谢和生命活动几乎完全停止,细胞、组织等在超低温保存过程中不会引起遗传性状的改变,也不会丧失形态发生的潜能。 [核心知识] 1.脱毒苗≠抗毒苗 (1)脱毒苗是选择植物的分生区如茎尖(病毒含量极少甚至无病毒)进行组织培养而获得的,属于细胞工程的范畴。脱毒苗只是体内不含病毒,不能抵抗病毒的侵染。 (2)抗毒苗是把某抗病毒的基因导入受体细胞中,并通过一定的方法培养形成的,属于基因工程的范畴。 2.比较两种植物繁殖新途径 繁殖新途径 取材 优点 技术 快速繁殖 (微型繁殖) 取材广泛 高效、快速地实现种苗的大量繁殖;保持优良植物品种的遗传特性 植物组织 培养 作物脱毒 生长点 部位 获得高产、优质的无病毒植物 强化 题点对应训练 1.(多选)虎头兰的花色泽艳丽、香味素雅,但其种繁殖率低,为尽快推广种植,可应用人工种子技术获得大量优质苗。下列相关叙述正确的是(　　) A.采用茎尖脱分化形成的愈伤组织制备人工种子 B.人工胚乳中需添加无机盐、糖类、蛋白质等 C.人工种皮应具有无毒、抗菌、透气等特点 D.通过人工种子繁殖,子代能保持亲代优良性状不会发生变异 BC 解析:根据人工种子制备过程可知,愈伤组织需再分化形成胚状体,才能制备人工种子,A错误;人工胚乳中需添加无机盐、糖类、蛋白质等,人工种皮应具有无毒、抗菌、透气等特点,B、C正确;人工种子繁殖本质上属于无性繁殖,子代能保持亲代优良性状,也可能会发生变异,D错误。 2.为给工厂繁殖脱毒甘薯苗提供技术上的支持,科研人员利用植物组织培养技术研究甘薯茎尖(外植体)大小对诱导分化苗和脱毒苗的影响,结果如表所示,下列相关叙述正确的是 (　　) 茎尖大小 外植体数/个 分化苗数/株 脱毒苗数/株 小于0.3 mm 20 1 1 0.3~0.5 mm 20 10 7 大于0.6 mm 20 13 4 A.在不同的培养阶段,培养基中的激素种类和比例不同 B.脱分化过程中应给予充足光照使其进行光合作用 C.培育脱毒苗时依据的原理有基因突变和细胞的全能性 D.0.3~0.5 mm大小的茎尖最有利于获得抗病毒的特性 答案:A 解析:在不同的培养阶段,培养基中的激素种类和比例不同,生长素和细胞分裂素的比值高有利于根的分化,比值低有利于芽的分化,A正确;脱分化过程中不需要光照,不能进行光合作用,B错误;培育脱毒苗时依据的原理是植物细胞的全能性,C错误;0.3~0.5 mm大小的茎尖最有利于获得无病毒的特性,不是抗病毒的特性,D错误。 植物细胞培养技术的应用 学习任务二 梳理 归纳教材知识 1.植物细胞代谢产物的工厂化生产 (1)细胞代谢产物:植物生长到一定阶段后,会通过代谢合成一些物质,它们可能对该植物无明显生理功能,也不是该植物 所必需的,但这些植物细胞代谢产物可能是珍贵的药物等。 生长和繁殖 (2)应用实例 ①获取许多重要的细胞代谢产物 如:治疗疟疾的药物——奎宁;抗肿瘤药物—— 。 ②成为工业化生产相关植物产品的有效途径 如:药物——人参皂苷;食品添加剂—— 、甜味剂。 ③用于农副业生产 如:大规模培养桑叶的叶肉细胞,可制作成家蚕的饲料。 (3)优点:不仅 ,而且不受 等条件的限制。 紫杉醇 食用色素 快速、高效 季节、环境 2.单倍体育种 (1)优点:可以大大 ,且可以获得具有稳定 的优良品种,节约了人力物力。 (2)育种思路 培育小孢子 单倍体植株幼苗 染色体数目加倍 纯合二倍体植株。 缩短育种的年限 遗传特性 (3)过程 离体培养 单倍体 二倍体 ①成熟的花药由花药壁和花粉囊及其中的花粉等结构组成。 ②经过适当的诱导,花粉囊中的花粉可发育成 的胚状体或愈伤组织,最终形成单倍体植株。 ③用质量分数为0.02%~0.4%的 溶液诱导单倍体植株的某些阶段(如形成 时期或 时期),可获得染色体数目加倍的,能正常生长发育并开花、结果的二倍体植株。 (4)实例:小麦、黑麦、玉米单倍体植株。 单倍性 秋水仙素 愈伤组织 幼胚 [正误辨析] (1)植物细胞、组织等在超低温保存过程中不会引起遗传性状的改变,也不会丧失形态发生的潜能。 ( ) (2)植物细胞培养的原理利用了植物细胞的全能性。 ( ) √ × 1.紫杉醇是目前已发现的最优秀的天然抗癌药物,在临床上已经广泛应用于乳腺癌、卵巢癌和部分宫颈癌以及肺癌的治疗,如图表示通过植物细胞工程技术工厂化生产紫杉醇的途径。 探究 要点合作突破 (1)图中①过程为　　　　,该过程需控制好培养基中__________________ ________的比例。  (2)②过程为将愈伤组织分散成单个细胞,同时需要筛选出_________ ________的细胞。  (3)③过程为　　　 　　　,其所依据的原理是　 　　　。 　 脱分化 生长素和细胞分 裂素 高产 紫杉醇 植物细胞培养 细胞增殖 (4)生产紫杉醇的过程能否体现植物细胞的全能性?说出你的理由。 提示:不能。获得紫杉醇的过程中离体的外植体并未发育成完整个体或分化成其他各种细胞,故并未体现细胞的全能性。 2.如图为单倍体育种的过程图。单倍体育种产生的植株是单倍体吗?为什么? 提示:不是。单倍体育种包括花药离体培养和诱导染色体数目加倍两个过程,经染色体数目加倍后产生的植株是二倍体或多倍体。 3.基因型为AaBB的个体,通过一定方法可以分别将它们后代的基因型转变为①AABB、②AB、③AAaaBBBB,则采用的方法可能分别是什么? 提示:①杂交育种、单倍体育种或诱变育种;②花药离体培养;③多倍体育种。 [核心知识] 1.植物组织培养和植物细胞培养 类型 植物组织培养 植物细胞培养 利用原理 细胞全能性 细胞增殖 培养对象 离体的植物器官、组织、细胞或原生质体 由愈伤组织分散得到的悬浮细胞 类型 植物组织培养 植物细胞培养 培养过程 培养目的 获得植物幼苗 获得细胞产物 二者的关系　 ①植物组织培养是植物细胞培养的基础;②它们都属于植物细胞工程的范畴 2.几种育种方法的比较 育种方法 原理 过程 优点 快速繁殖 细胞的全能性 脱分化、再分化 保持优良品种的遗传特性 单倍体 育种 细胞的全能性、染色体变异 花药离体培养、秋水仙素诱导染色体数目加倍 明显缩短育种年限 植物体 细胞杂交 细胞质膜的流动性、细胞的全能性 原生质体融合、杂种细胞组织培养 打破生殖隔离,实现远缘杂交 1.紫草宁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。利用植物细胞培养生产紫草宁的基本过程如图所示。下列叙述错误的是 (　　) A.利用植物细胞培养技术生产代谢产物,不仅快速、高效,而且不受季节、外部环境等条件的限制 B.悬浮振荡培养前,需用胰蛋白酶从愈伤组织中分离出具活性的单个细胞 C.可以从接种量、pH、温度、光照等来探究培养条件对产量的影响 D.用悬浮细胞培养生产药效成分可缓解药用植物资源紧缺等 强化 题点对应训练 B 解析:利用植物细胞培养技术生产代谢产物,不仅快速、高效,而且不受季节、外部环境等条件的限制,A正确;悬浮振荡培养前,需用纤维素酶和果胶酶从愈伤组织中分离出具活性的单个细胞,B错误;可以从接种量、pH、温度、光照等来探究培养条件对产量的影响,C正确;用悬浮细胞培养生产药效成分可缓解药用植物资源紧缺等,从而保护野生植物资源,D正确。 2.利用基因型为HhRr的玉米(2n=20)的幼苗芽尖细胞进行下列实验,相关分析错误的是(　　) A.植株A的体细胞内最多有4个染色体组 B.植株A和植株B的基因型相同 C.获得植株B的过程为单倍体育种,该过程涉及染色体变异和基因重组 D.获得幼苗1、2的过程都体现了植物细胞的全能性 答案:B 解析:植株A是芽尖细胞经组织培养获得的个体,体细胞中有2个染色体组,在有丝分裂后期着丝粒分裂染色体数目加倍,体细胞中有4个染色体组,A正确;植株B是经单倍体育种获得的纯合子,与A的基因型不同,B错误;亲本产生花粉的过程中会发生基因重组,秋水仙素处理导致染色体数目发生变异,C正确;获得幼苗1、2的过程都应用了植物组织培养技术,体现了植物细胞的全能性,D正确。 备选题库 教师独具 1.如图为人工种子的示意图,有关叙述不正确的是 (　　) A.与常规种子繁殖方法相比,人工种子具有繁殖速度快的优点 B.人工种皮应具有透气性,保证胚状体呼吸作用的正常进行 C.胚状体是经过脱分化形成的,此时细胞处于未分化状态 D.人工胚乳中应含有蛋白质、糖类和无机盐等营养物质 C 解析:与常规种子繁殖相比,人工种子能够保持植物本身的遗传特性,且繁殖速度较快,A正确;人工种皮具有透气性,保证胚状体呼吸作用的正常进行,B正确;胚状体是经再分化得来的,此时的细胞是已分化的细胞,C错误;人工胚乳中含有蛋白质、糖类、无机盐等营养物质,可以保证种子正常的生命活动,D正确。 2.脱毒甘蔗具有产量高、品质佳的特点。图示为培育脱毒甘蔗的部分过程,相关叙述正确的是 (　　) A.过程①宜选择带叶原基的芽,主要原因是其分裂能力强 B.过程②用52 ℃热水处理芽可杀死其中部分残留的病毒 C.过程③④除激素含量外,温度、pH、光照等条件相同 D.过程⑤可通过将病毒接种于甘蔗苗,筛选出脱毒品种 B 解析:过程①宜选择带叶原基的芽,主要原因是其带有的病毒极少甚至无病毒,A错误;过程②用52 ℃热水处理芽其目的是消毒,起到消灭杂菌的作用,也可杀死其中部分残留的病毒,B正确;过程③④除激素含量外,温度、pH、光照等条件也有不同,如诱导生芽阶段需要光照,而诱导愈伤组织阶段不需要光照,C错误;将病毒接种于甘蔗苗不能筛选出脱毒品种,D错误。 3.樱桃中的槲皮素等酚类化合物具有抗氧化活性。我国已经利用组织培养技术繁育樱桃优良品种,满足人们食用和药用需要。相关叙述正确的是 (　　) A.应用微型繁殖技术可获得大量樱桃抗毒苗 B.可以选用樱桃幼嫩的芽原基和叶原基作外植体 C.富含谷氨酸的培养基有利于樱桃幼嫩的芽合成生长素 D.应用樱桃细胞培养可工厂化生产初生代谢产物槲皮素 B 解析:应用微型繁殖技术采用茎尖作为外植体可获得大量樱桃脱毒苗,A错误;芽原基和叶原基分裂能力旺盛,可以选作外植体,B正确;生长素是由色氨酸经过一系列转变产生的,因此,用富含色氨酸的培养基有利于樱桃幼嫩的芽合成生长素,C错误;应用樱桃细胞培养可工厂化生产次生代谢产物槲皮素,D错误。 4.(多选)如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径,下列叙述错误的是 (　　 ) A.该途径依据的原理是植物细胞具有全能性 B.过程①需控制好培养基中植物激素的比例 C.植物细胞工程技术获得的紫杉醇属于红豆杉基本生命活动必需的物质 D.可将悬浮培养的细胞置于低渗溶液中涨破获取紫杉醇 ACD 解析:图中途径利用的原理是细胞增殖,A错误;图中①是脱分化过程,而决定植物脱分化和再分化的关键因素是植物激素的种类和比例,因此该过程需控制好培养基中植物激素的比例,B正确;植物细胞工程技术获得的紫杉醇是次生代谢产物,不属于红豆杉基本生命活动必需的物质,C错误;植物细胞具有细胞壁,在低渗溶液中也不会涨破,D错误。 5.我国植物学家将名贵兰花的茎尖细胞放在培养基中进行培养,最终发育成完整的新植株。如图是细胞培养形成兰花植株的示意图,请据图分析并回答问题。 (1)过程③和过程④分别表示植物组织培养过程中的　　　　和 　　　　。  (2)在培养过程中,除了提供水分、无机盐、糖类、维生素及氨基酸外,还需要在培养基中加入　　　　　　　　　　两种激素。兰花茎尖细胞经过植物组织培养后形成完整兰花植株的技术原理是___________ _____________。  脱分化 再分化 生长素和细胞分裂素 的全能性 植物细胞 (3)在植物组织培养的过程中,可以对　　　　 进行化学或物理的诱变处理,促使其发生突变,再通过诱导分化形成植株,从中选育出优良品种。  (4)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒,经组织培养形成植株,经过染色体加倍后长成可育植物。这种育种方法称为　 　　　,其优点有　 　　　　　　　　　　　。  愈伤组织 单倍体育种 极大地缩短育种年限,节约大量的人力和物力等 解析:(1)由题意分析可知,过程③为脱分化,过程④为再分化。 (2)植物组织培养的培养基成分包括水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸、植物激素(生长素和细胞分裂素)等。兰花茎尖细胞经过植物组织培养后形成完整兰花植株的技术原理是植物细胞的全能性。 (3)在植物组织培养的过程中,可以对愈伤组织进行化学或物理的诱变处理,促使其发生突变,再通过诱导分化形成植株,从中选育出优良品种。 (4)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒,经植物组织培养形成植株,再进行染色体加倍,这种育种方法称为单倍体育种,其突出优点是极大地缩短育种年限,节约大量的人力和物力。 课时作业 素养达标 [基础巩固练] 1.下列关于植物细胞工程实际应用的叙述,正确的是(　　) A.脱毒苗是将脱毒基因导入植物细胞培育而成的新品种 B.利用茎尖组织培育的幼苗全是脱毒幼苗 C.快速繁殖技术涉及的生殖方式为有性生殖 D.快速繁殖技术可实现种苗的快速繁殖,还可保持优良品种的遗传特性 D 解析:脱毒苗是利用病毒浓度很低甚至无病毒的细胞,经过植物组织培养获得的个体,A错误;茎尖组织的病毒少,甚至无病毒,利用茎尖组织培育的幼苗可能不带病毒,但不一定全是脱毒幼苗,B错误;快速繁殖技术涉及的生殖方式为无性生殖,C错误;快速繁殖技术可实现种苗的快速繁殖,还可保持优良品种的遗传特性,D正确。 2.人工种子是人们模仿天然种子的结构制造出来的生命有机体,它能像天然种子一样萌发生长。人工种子的核心部分——胚状体可以由悬浮培养的芽尖细胞制得,也可以用通过试管培养的花粉制得,由此人们把胚状体分为“体细胞胚”和“花粉胚”。据此判断，下列说法错误的是(　　) A.人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结籽困难、发芽率低等问题 B.培育胚状体利用了植物组织培养技术 C.同一种植物的“体细胞胚”和“花粉胚”的染色体组的数目比为1∶1 D.人工种子不仅制种快,而且制种不受季节限制 C 解析:人工种子具有很多优点,如解决有些作物品种繁殖能力差、结籽困难、发芽率低等问题,A正确;胚状体是离体的细胞经脱分化和再分化后形成的,即利用了植物组织培养技术,B正确;根据题意可知“体细胞胚”是由植物的体细胞经脱分化和再分化后形成的,而“花粉胚”是由花粉(经减数分裂形成)经脱分化和再分化后形成的,因此,同一种植物的“体细胞胚”和“花粉胚”的染色体的数目比为2∶1,C错误;人工种子不仅制种快,而且制种不受季节限制,D正确。 3.培育甘蔗脱毒苗有两条途径,经过流程②获得的脱毒苗效果更好。下列说法错误的是(　　) A.流程②能使组织中的 病毒减少或减弱其侵染 增殖能力 B.不经过流程②,获得的脱毒苗还具有抗毒能力 C.图中脱毒苗的培育过程体现了植物细胞的全能性 D.从流程③到④需要调整所用培养基中某些成分的含量和比例 B 解析:52 ℃与38 ℃的温度处理使病毒失活或减弱其侵染增殖能力,A正确;不经过流程②产生的脱毒苗不一定具有抗毒能力,B错误;图中脱毒苗的培育过程采用了植物组织培养技术,其体现了植物细胞的全能性,C正确;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,故从过程③到④需要调整所用培养基中某些成分的含量和比例,D正确。 4.植物细胞工程在农业、医药工业等方面有着广泛的应用,下列相关叙述错误的是(　　) A.切取一定大小的草莓植株茎尖进行组织培养,可获得抗病毒苗 B.利用植物细胞培养技术,可实现紫草宁等细胞活性成分的工厂化生产 C.用射线处理植物组织培养过程中不断增殖的烟草细胞,可培育抗盐碱的烟草 D.单倍体育种得到的植株隐性性状容易显现,是进行体细胞诱变育种的理想材料 A 解析:因为植物生长点部位的病毒极少,甚至没有病毒,所以将草莓植株茎尖进行离体培养能获得脱毒植株,抗病毒苗需要转基因技术,A错误;植物细胞工程可用于细胞产物的工厂化生产,因此可利用植物组织培养技术实现紫草宁等细胞活性成分的工厂化生产,B正确;由于基因突变是不定向的,所以用射线处理植物组织培养过程中不断增殖的烟草细胞,即进行诱变育种并筛选,可得到抗盐碱的烟草新品种,C正确;由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体,染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现,因此它也是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料,D正确。 5.七叶一枝花是百合科的一种濒危名贵植物,以根茎入药。科研人员应用生物技术繁殖和保存七叶一枝花资源,并利用植物细胞工程获取其有效成分。下列叙述正确的是(　　) A.需用适宜浓度的酒精和次氯酸钠混合后对七叶一枝花的外植体消毒 B.一般利用液体培养基诱导七叶一枝花的外植体脱分化形成愈伤组织 C.取七叶一枝花茎尖进行植物组织培养获得的幼苗不能抵抗病毒感染 D.可将悬浮培养的七叶一枝花细胞置于低渗溶液中涨破获取有效成分 C 解析:对植物外植体进行消毒,可先用70%的酒精再用0.1%的氯化汞溶液处理,不能混合后使用,A错误;一般利用固体培养基诱导七叶一枝花的外植体脱分化形成愈伤组织,B错误;取七叶一枝花茎尖进行植物组织培养不能获得抗毒苗,不能抵抗病毒感染,C正确;植物细胞具有细胞壁,用低渗溶液不能使七叶一枝花细胞涨破,D错误。 6.利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖,可获得植物细胞的某些次生代谢物。次生代谢物含量一般较少。下列说法正确的是(　　) A.利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的物质 B.植物细胞培养过程中需要经过脱分化和再分化的过程 C.次生代谢物含量少,应选择产量高的细胞进行培养 D.该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量 A 解析: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,通过细胞培养技术可以获得某些无法通过化学合成途径得到的物质,A正确;植物的细胞培养需要经过脱分化和细胞悬浮培养的过程,不需要经过再分化过程,B错误;次生代谢物不是植物生长所必需的,其含量少,可以通过增加细胞的数量来增加次生代谢产物的产量,C错误;细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞分裂的培养条件,提高了多个细胞中次生代谢物的含量,不能提高单个细胞中次生代谢物的含量,D错误。 7.人工种子的核心部分是被外层物包埋 的具有类似种子胚功能的胚状体。胚状 体不同于一般种子的胚,是由非合子细胞 分化形成的类似于胚的结构物,所以又称 “体细胞胚”或“花粉胚”。胚状体在一定的条件下,可以通过胚胎发育过程形成植株。胚状体可从悬浮培养的单细胞中得到,也可以通过试管培养的茎尖、芽尖、子房、花粉等获得。将胚状体包埋在一个能提供营养的胶质中,便成了“人工种子”。培育过程如图所示。请根据以上材料回答有关问题。 (1)人工种子依据的原理是　 。  它是经过　　　　　　　技术培育而成的。  (2)某二倍体植物基因型为DdTt,利用花药离体培养的方法,可培育“花粉胚”,也可制成人工种子,这种种子萌发形成的个体称为　　　 ,基因型为　 。 该人工种子长成的植株　 　　(填“可育”或“不可育”)。  (3)③表示　　　　的过程,其实质是　　　　 　　　,此过程中细胞的分裂方式是　　　　　。 植物细胞的全能性 植物组织培养 单倍体 DT或Dt或dT或dt 不可育 再分化 基因的选择性表达 有丝分裂 解析:(1)人工种子是以植物组织培养的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽为原料,用人工薄膜包装而成的种子,故人工种子依据的原理是植物细胞的全能性,它是经过植物组织培养技术培育而成的。 (2)某二倍体植物基因型为DdTt,利用花药离体培养的方法,可培育“花粉胚”,也可制成人工种子,这种种子萌发形成的个体称为单倍体,二倍体植物基因型为DdTt,产生的单倍体的基因型为DT、Dt、dT、dt,该人工种子长成的植株不可育,这是因为该植物体细胞中只含有一个染色体组。 (3)③表示再分化的过程,其实质是基因的选择性表达,导致了细胞形态、结构和功能的改变,此过程中细胞的分裂方式是有丝分裂。 [素能培优练] 8.利用植物细胞培养技术从红豆杉细胞中提取抗癌物质紫杉醇,不需要进行的是 (　　) A.选取合适的高产紫杉醇的细胞 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.选择适当的培养基培育红豆杉幼苗 D 解析:若要从红豆杉细胞中提取抗癌物质紫杉醇,只需培养到愈伤组织阶段,无须培育出红豆杉幼苗,D符合题意。 9.如图是对基因型为Aabb的玉米所作的 处理,据图分析，下列叙述错误的是 (　　) A.过程a所采取的技术手段是花药离体 培养 B.过程b用秋水仙素处理后可以得到4种基因型的玉米植株 C.过程c和d分别是脱分化和再分化 D.图中过程a能够说明植物细胞具有全能性 B 解析:过程a由花粉粒变为单倍体植株,一定要经过花药离体培养,A正确;基因型为Aabb的玉米能产生2种基因型的花粉:Ab和ab,经花药离体培养后可得到2种基因型的单倍体幼苗,单倍体幼苗再经秋水仙素处理后得到AAbb和aabb 2种基因型的可育玉米,B错误;过程c和d分别是脱分化和再分化,C正确;过程a是植物细胞培育成了植物个体,所以能够说明植物细胞具有全能性,D正确。 10.利用植物细胞培养技术生产紫杉醇(高效抗癌物质)是扩大其来源的重要途径。如图为三种红豆杉细胞培养过程中细胞干重与紫杉醇产量的数据图。下列说法错误的是(　　) A.红豆杉细胞培养过程中需要通入无菌空气并不断搅拌 B.据图分析可知,在约25天时南方红豆杉的细胞干重增长最快 C.该实验自变量是红豆杉细胞的培养时间和不同品种的红豆杉 D.选用南方红豆杉培养30~35天时紫杉醇产量最高 答案:D 解析:红豆杉细胞培养过程中需要通入无菌空气并不断搅拌,目的是防止微生物污染,保证氧气供应充足,使细胞与培养液充分接触,A正确;分析题图可知,在约25天时南方红豆杉的细胞干重增长速率最快,B正确;该实验自变量是红豆杉细胞的培养时间和不同品种的红豆杉,因变量为细胞干重与紫杉醇产量,C正确;选用云南红豆杉培养25~30天时紫杉醇产量最高,D错误。 11.(多选)某科研团队用脱毒技术快速繁殖葡萄品种“阳光玫瑰”,流程如图所示。下列相关叙述正确的有 (　　 ) A.图中X可以是试管苗的茎尖,此部位病毒浓度很低甚至无病毒 B.利用此方法得到的脱毒苗,具备了抗病毒的能力,产品质量明显提高 C.过程①②所用培养基为MS培养基,根据培养目的还需要适当地加入植物激素 D.热处理的原理是一些病毒对热不稳定,在35~40 ℃即钝化失活,而植物基本不受伤害 ACD 解析:图中X可以是试管苗的茎尖,植物生长点附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒,切取一定大小的茎尖进行组织培养,再生的植株就有可能不带病毒,从而获得脱毒苗,A正确;茎尖等分裂旺盛部位无病毒感染,利用茎尖分生组织能培养出无病毒且保持优良性状的幼苗,即脱毒苗,脱毒苗不等于抗毒苗,脱毒苗不能使植株具备抗病毒的能力,B错误;植物组织培养常用MS培养基,过程①②所用的MS培养基需要添加生长素、细胞分裂素等植物激素,C正确;热处理脱毒是利用病毒对热不稳定的原理,在高于常温条件下,如35~40 ℃,病毒会钝化失活,而植物基本不受伤害,D正确。 12.(多选)中药藿香长期种植会出现 种质退化、易感染病虫害等问题。 为解决这些问题,研究者对组织培 养过程中不同阶段的藿香进行了 辐射处理(如图),以期获得性状优良的突变株。下列叙述正确的是(　　) A.组织培养过程中细胞分裂旺盛,辐射处理易发生不定向突变 B.过程①中外植体通常用无水乙醇和氯化汞溶液进行消毒 C.过程③④所用的培养基中添加的植物激素的浓度和比例相同 D.筛选出目标突变株后可利用植物细胞培养技术生产药用成分 AD 解析:植物组织培养过程中细胞分裂旺盛,辐射处理易发生突变,突变是不定向的,A正确;消毒通常使用体积分数为70%的酒精,不用无水乙醇,B错误;③④过程添加的植物激素种类相同,但浓度和比例不同,C错误;筛选出目标突变株后可利用植物组织培养技术进行细胞产物的工厂化生产,培养生产药用成分,D正确。 13.紫杉醇是红豆杉细胞中产生的一种高效抗癌物质,在植物体中含量极低。为取代从天然植株中提取紫杉醇的方式,可通过植物组织培养和细胞培养技术来获取。请回答下列问题。 (1)①获取的外植体首先要使用70%的酒精和0.1%的氯化汞溶液进行____　　　　处理,然后接种到　　　 (填“固体”或“液体”)培养基上通过　　　　过程培养出愈伤组织,该过程发生的根本原因是　 。用上述培养基的优点是_________________________________________________ 　　　　 (答出1点即可),培养15天后细胞增殖速度减慢,主要原因是　　　　　　　　　　　　　　。 消毒 固体 脱分化 基因的选择性表达 养分分布比较均匀、能够保持植物原有的植物 学形态 营养物质减少,代谢产物积累  ②如表为四种不同外植体在相同培养条件下诱导愈伤组织的实验结果,由表中结果可知诱导愈伤组织较适宜的两种外植体分别是　　　　　　　　　　。  注:诱导率/%=(形成的愈伤组织数量/接种的外植体数量)×100%。 外植体 愈伤组织体积 诱导率/% 不带叶茎段 很大 99.5 带叶茎段 很小 90 叶片 很小 20 成熟胚 较大 85 不带叶茎段、成熟胚 (2)将愈伤组织接种到适宜培养液中进行细胞培养,细胞培养的过程 　　　　(填“体现”或“未体现”)细胞的全能性,理由是 　 　　　　　　　　　。  (3)植物激素会影响红豆杉愈伤 组织的生长速度和紫杉醇的产 量,为此科学工作者用不同浓度 2,4-D溶液进行了相关研究,结果 如图。据图分析2,4-D对细胞生 长和紫杉醇合成的作用不同,为获得最大紫杉醇总产量,选用浓度为 　　　　(填“0.5”“1.0”或“2.0”)mg/L的2,4-D较为合适。  未体现 此过程中愈伤组织没有再分化,没有形成完整植株 1.0 (4)与从天然植株中提取相比,利用上述技术生产紫杉醇的重要意义是　 　　　　　　　　 　　　　　。  提高了紫杉醇的产量,保护了红豆杉资源 解析:(1)①获取的外植体首先要通过体积分数70%的酒精配合使用0.1%的氯化汞溶液进行消毒;植物组织培养所用培养基为固体培养基;外植体经脱分化过程培养出愈伤组织;细胞发生分化的根本原因是基因的选择性表达。选用固体培养基的优点为能够支撑外植体、固体培养基内的养分分布比较均匀、能够保持植物原有的植物学形态等;由于培养基中的营养物质逐渐被消耗,且有细胞代谢产物的积累,导致培养15天后细胞增殖速度减慢。 ②由表中结果可知,不带叶茎段、成熟胚诱导形成的愈伤组织体积较大,诱导率也相对较高,说明诱导愈伤组织较适宜的两种外植体分别是不带叶茎段、成熟胚。 (2)将愈伤组织接种到适宜培养液中进行细胞培养,由于该过程中细胞没有再分化,没有形成完整的植株,因此细胞培养的过程未体现细胞的全能性。 (3)据图分析可知,与对照(0)相比,2,4⁃D对细胞生长和紫杉醇合成的作用分别是促进细胞生长,抑制紫杉醇的合成。为获得最大的紫杉醇产量,需要在保证愈伤组织能够较好生长的前提下,尽可能获得更多的紫杉醇,故最适合的2,4⁃D浓度应为1.0 mg/L。 (4)与从天然植株中提取相比,通过植物组织培养和细胞培养技术生产紫杉醇的重要意义是提高了紫杉醇的产量,保护了红豆杉资源。 14.园艺工作者在栽培开黄花的兰花品种时,偶然发现了一株开白花的兰花。以这株白花兰花作为实验材料,利用离体的组织或细胞培育出完整的植株。据图1回答下列问题。 (1)培养材料选自白花植株的不同部位,下列细胞中不适合进行植物组织培养的是　　　　。  A.表皮细胞　　　　　 　 B.叶肉细胞 C.成熟筛管细胞 D.茎尖分生区细胞 (2)图1中生理过程　　 　(填写图中字母和名称)是对细胞分化不可逆的否定。经过程b产生的胚状体中出现形态结构不同的细胞,其根本原因是　　　　　　　　　　　。 C a脱分化 基因的选择性表达 (3)已知柴油树种子含有的柴油是植物细胞的代谢产物,可用植物组织培养来实现柴油的工业化生产。若利用此技术,将柴油树细胞培养到 　　 　阶段即可。  (4)若想获得人工种子,通常将　 　　包埋在人工胚乳和人工种皮中;用人工种子的繁殖方式属于　　　繁殖。  愈伤组织 胚状体 无性 (5)铁皮石斛是我国名贵中药,生物碱是其有效成分之一。应用组织培养技术培养铁皮石斛拟原球茎(简称PLBs,类似愈伤组织)生产生物碱的实验流程如图2。 在固体培养基上,PLBs的重量、生物碱含量随增殖培养时间的变化如图3所示,请回答下列问题。 选用新生营养芽为外植体的原因是__________________________________   　。  据图3分析,与黑暗条件下相比,PLBs在光照条件下生长的优势体现在生长起始较快、快速生长时间较长、　 　　　　等。  (6)脱落酸(ABA)能提高生物碱含量,但会抑制PLBs的生长。若采用液体培养,推测添加适量的ABA可以提高生物碱产量。同学们拟开展探究实验验证该推测,在设计实验方案时探讨了以下问题。 新生营养芽细胞分化程度低, 分裂能力强,容易诱导形成PLBs PLBs重量较大 ①ABA的浓度梯度设置和添加方式:设3个ABA处理组,1个空白对照组,3次重复。因ABA受热易分解,故一定浓度的无菌ABA母液应在各组液体培养基　　 　后按比例加入。  ②实验进程和取样:实验60天完成,每10天取样,将样品(PLBs)称重(g/瓶)后再测定生物碱含量。如初始(第0天)数据已知,实验过程中还需测定的样品数为　 　　。  ③依所测定数据确定适宜的ABA浓度和培养时间:当某3个样品(重复样)的                                                                                                            时,其对应的ABA浓度为适宜浓度,对应的培养时间是适宜培养时间。 灭菌冷却 72 生物碱含量平均值最大(或PLBs重量和生物碱含量乘积的平均 值最大) 解析:(1)嫩枝或分化程度较低的部位的细胞分裂能力强、分化程度低,全能性容易表达,所以外植体一般选用嫩枝或分化程度较低的部位,表皮细胞、叶肉细胞和茎尖分生区细胞均符合要求,而成熟筛管细胞的细胞器和细胞核都退化了,不能分裂分化,不适合进行植物组织培养,故选C。 (2)一般而言,细胞分化是一个不可逆的过程,但图1过程a脱分化是对其的否定;经过程b产生的胚状体中出现形态结构不同的细胞,是细胞再分化的结果,细胞分化的根本原因是基因的选择性表达。 (3)柴油树种子含有的柴油是植物细胞的代谢产物,因此,将柴油树细胞培养到愈伤组织阶段即可。 (4)若想获得人工种子,通常将胚状体包埋在人工胚乳和人工种皮中;人工种子没有经过两性细胞的结合,属于无性繁殖。 (5)新生营养芽细胞分化程度低,分裂能力强,容易诱导形成PLBs,常用新生营养芽为外植体;结合图3可知,与黑暗条件下相比(图中虚线),PLBs在光照条件(黑色实线)下PLBs重量较大、生长起始较快、快速生长时间较长。 (6)①因ABA受热易分解,不适合用高压蒸汽灭菌,应等高压蒸汽灭菌过的培养基冷却后再加入。②如初始(第0天)数据已知,每10天取样,实验60天完成,设3个ABA处理组,1个空白对照组,3次重复,即每10天需测定的样品数为12个,因此待第60天完成,一共有6次样品测定,一共需要测定的样品数量为12×6=72。③当某3个样品(重复样)的生物碱含量平均值最大时,其对应的ABA浓度为适宜浓度,对应的培养时间是适宜培养时间。 外植体→愈伤组织→悬浮振荡培养→植物生物反应器→工厂化生产 $$