2026届高考生物一轮复习讲义第54讲　植物细胞工程

第54讲　植物细胞工程 【课标要求】 1.阐明植物组织培养是在一定条件下，将离体植物器官、组织和细胞在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织，并重新分化，最终形成完整植株的过程； 2.概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定条件下融合成杂合细胞，继而培育成新植物体的技术； 3.举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢物生产、育种等方式有效提高了生产效率。 考点1　植物组织培养 考 点 透 析 知识1　植物组织培养基本技术 1. 概念：植物组织培养是指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。 2. 原理：植物细胞的全能性。 全能性表达的条件  解 疑 释 惑 植物细胞在未脱离母体状态下不体现全能性，如芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶。这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性表达。 3. 流程  概 念 辨 析 脱分化和再分化的比较 内容 脱分化 再分化 过程/概念 外植体→愈伤组织/已分化的细胞经诱导后失去特有的结构和功能，转变成未分化(具分生能力)的细胞，进而形成愈伤组织 愈伤组织→幼苗或胚状体等 形成体特点 愈伤组织为不定形的薄壁细胞(组织团块)，具旺盛分裂能力 有根、芽或有生根、发芽的能力 条件 — 离体 适宜的营养 生长素/ 细胞分 裂素 比例适中，促进愈伤组织形成 比例高，诱导根的形成；比例低，诱导芽的形成 光照 一般不需要 需要 注：记忆口诀——高根低芽中愈伤。 4. 植物组织培养的培养基(MS培养基) (1)主要成分 成分 作用 无机 营养 提供植物细胞生活所必需的无机盐和水 有机 营养 蔗糖提供碳源和能量，调节渗透压；氨基酸和维生素满足离体植物细胞的特殊营养需求 激素 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 琼脂 凝固剂(一般不能提供营养) (2)类型 根据目的不同可分为：诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基、诱导生根的培养基(通过调整激素比例实现)。  解 疑 释 惑 为避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，同时防止有些杂菌危害培养物的生长。植物组织培养过程中需进行无菌操作： ①培养基灭菌(高压蒸汽灭菌)；②外植体要进行消毒处理(酒精、次氯酸钠、无菌水冲洗)；③接种的无菌操作(各种器械要彻底灭菌、无菌滤纸、酒精灯火焰旁、封口膜或瓶盖封住瓶口)；④无菌箱中培养；⑤除去封口膜一段时间后，再移栽到消过毒的环境中生存一段时间(“炼苗”)。 知识2　植物细胞工程的应用 1. 植物繁殖的新途径：快速(微型)繁殖、作物脱毒。 优点：能保持优良品种的遗传特性；可以快速大量地培育新个体，有利于进行工厂化培养；选材少，周期短，便于自动化管理。 2. 作物新品种的培育：单倍体育种(如花药/花粉离体培养)、突变体的利用(用射线、化学物质等处理培养的细胞后筛选)。 3. 细胞产物的工厂化生产：获取植物次生代谢物，如紫杉醇、人参皂苷的生产。一般只需培养到愈伤组织阶段，从细胞培养液中获取产物。具有不占用耕地，几乎不受天气、季节等的限制等优点，还可克服单个细胞次生代谢产物少的特点。  解 疑 释 惑 (1)幼嫩的组织脱分化较为容易，如茎尖、根尖、形成层细胞，而植物的茎、叶和成熟的组织则较难。另外，幼嫩的芽尖、茎尖几乎不含病毒或病毒很少，作为植物组织培养材料容易实现作物脱毒。 (2)突变体的利用中，培养的愈伤组织处于不断增殖状态，易发生基因突变，从而得到突变体。 (3)细胞产物的工厂化生产利用了细胞增殖的原理。 (4)细胞产物的工厂化生产中，用液体培养基培养愈伤组织的细胞，培养过程中可加以搅拌，一是增加培养液中的溶解氧；二是有利于细胞与培养液充分接触。 思辨小练 判断下列说法的正误： (1)高度分化的成熟叶肉细胞不具备发育成完整植株的潜能。(×) 提示：高度分化的植物细胞含有该生物全套的遗传信息，具有发育的全能性。 (2)植物组织培养的目的都是获得完整的植株。(×) 提示：植物组织培养的目的不一定是获得完整的植株，也可能是获得细胞代谢物。 (3)正常情况下，同一植物的不同体细胞经植物组织培养产生的植株基因不同。(×) 提示：正常情况下，同一植物的不同体细胞经植物组织培养产生的植株基因相同。 (4)尽管愈伤组织可以进行光合作用，但其培养基中仍需要糖类、氨基酸等有机营养。(×) 提示：愈伤组织细胞中不含叶绿体，不能进行光合作用。 (5)某些植物激素和维生素不能连同其他培养基成分一起进行高压蒸汽灭菌。(√) 提示：某些植物激素、维生素等遇热时容易分解，需要进行过滤除菌，待培养基降低到适宜温度后(凝固前)再加入这些成分并混匀。 (6)植物组织培养时一般是先诱导生芽，后诱导生根。(√) 提示：先生芽，既可以合成一部分有机物供试管苗利用，幼嫩的芽也可以合成一部分内源激素，促进生根和生长。 典 题 说 法 考向1　植物组织培养的过程 例1 (2025·靖江期中)下列有关菊花组织培养过程的叙述，错误的是(A) A．生长良好的愈伤组织应先转接到培养基上生根，再生芽 B．无菌条件下接种的外植体在培养时也可能受到细菌感染 C．诱导形成愈伤组织时一般不需要光照，后续培养则需要 D．试管苗移栽入土前需移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中 【解析】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，A错误；培养基、接种工具、超净工作台等消毒不严格或无菌操作不规范，会引起外植体在培养过程中受到细菌污染，B正确。 考向2　植物细胞工程的应用 例2 植物细胞工程在农业、医药工业等方面有着广泛的应用，相关叙述错误的是(D) A．切取一定大小的草莓植株茎尖进行组织培养，可获得脱毒苗 B．用射线处理植物组织培养过程中不断增殖的烟草细胞培育抗盐碱的烟草 C．在离体条件下对紫草细胞进行培养使其增殖可以获得紫草宁 D．玉米花药离体培养获得的单倍体植株都能稳定遗传 【解析】因为分生组织的病毒极少，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苗，A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，可筛选得到抗盐碱的烟草新品种，B正确；离体的条件下对紫草细胞进行植物细胞培养，可大量生产紫草宁，C正确；玉米花药细胞经过脱分化和再分化过程形成单倍体幼苗，经过秋水仙素处理后才能得到能够稳定遗传的纯合植株，D错误。 变式 (2025·南通期初)某兴趣小组尝试利用植物细胞悬浮培养技术培养胡萝卜细胞并获取番茄红素，设计了以下实验流程，相关叙述错误的是(B) A．用果胶酶等处理愈伤组织，制备悬浮细胞 B．番茄红素是胡萝卜生长所必需的初生代谢物 C．细胞培养时使用的液体培养基需要进行灭菌处理 D．细胞培养时需要适宜的温度、pH以及氧气等 【解析】由愈伤组织得到悬浮细胞可以使用纤维素酶和果胶酶进行处理，A正确；番茄红素是胡萝卜细胞产生的次生代谢物，初生代谢物是细胞生长所必需的代谢物，B错误；细胞培养时使用的液体培养基需要进行灭菌处理，可以避免杂菌污染，C正确。 考点2　植物体细胞杂交技术 考 点 透 析 1. 原理：细胞膜的流动性、植物细胞的全能性。 2. 流程示意图及分析 步骤 操作或说明 植物细胞融合 ①去壁 纤维素酶和果胶酶等分解细胞壁 ②原生质体融合(关键环节) 物理法：电融合法、离心法等； 化学法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法 ③再生出细胞壁 高尔基体、线粒体活跃 植物组织培养 经④脱分化、⑤再分化后获得杂种植物 3. 意义：植物体细胞杂交技术在打破生殖隔离、实现远缘杂交育种、培育新品种等方面展示出独特的优势。  解 疑 释 惑 (1)植物体细胞杂交的结果不是形成杂种细胞，而是要经过组织培养形成杂种植株。 (2)植物细胞融合成功的标志是再生出新的细胞壁，植物体细胞杂交成功的标志是形成杂种植株。 (3)植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此应为无性生殖。(注意区分“植物体细胞杂交”和“杂交”，后者是有性生殖。) (4)获得杂种植株的变异类型属于染色体变异。与多倍体育种一样，都是通过改变细胞内的染色体数目来改变遗传物质，从而改变生物的性状。但不同的是，杂种植株的染色体数通常是两个不同种亲本细胞染色体数目之和，属于异源多倍体。 (5)去壁后原生质体活性可能下降或消失，一般需要测定活性残余情况，如用台盼蓝染色法，或利用细胞内酶活性进行测定。  概 念 辨 析 植物体细胞杂交与多倍体育种的比较 比较项目 植物体细胞杂交 多倍体育种 不同点 原理 膜的流动性和细胞的全能性 染色体数目的变异 方法 原生质体融合和植物组织培养 秋水仙素或低温处理萌发的种子或幼苗 染色体 来源 一般来自不同种的生物 一般来自同种生物(异源多倍体来自不同生物) 相同点 都是通过改变细胞内的染色体数目来改变遗传物质，从而改变生物的性状 思辨小练 判断下列说法的正误： (1)制备植物的原生质体需要使用胰蛋白酶或者胶原蛋白酶来处理两种细胞。(×) 提示：由于植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶组成，因此制备植物原生质体需要用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁。 (2)在诱导愈伤组织形成的培养基中需加入植物激素来诱导脱分化和再分化。(×) 提示：形成愈伤组织属于脱分化，没有再分化。 (3)杂种细胞再生出细胞壁后经植物组织培养获得杂种植物。(√) (4)原生质体融合依赖生物膜的流动性，获得的融合原生质体需放在无菌水中以防杂菌污染。(×) 提示：细胞融合依赖于生物膜的流动性，但获得的原生质体没有细胞壁，不能放在无菌水中，以防原生质体吸水涨破。 (5)杂种细胞可以培育成杂种植株，说明杂种细胞具有全能性。(√) 典 题 说 法 考向1　植物体细胞杂交技术 例1 (2023·江苏卷)研究者通过体细胞杂交技术，探索利用条斑紫菜和拟线紫菜培育杂种紫菜。下列相关叙述正确的是(D) A．从食用紫菜的动物消化道内提取蛋白酶，用于去除细胞壁 B．原生质体需在低渗溶液中长期保存，以防止过度失水而死亡 C．检测原生质体活力时可用苯酚品红或甲紫溶液处理，活的原生质体被染色 D．聚乙二醇促进原生质体融合后，以叶绿体颜色等差异为标志可识别杂种细胞 【解析】酶具有专一性，紫菜细胞壁的主要成分为纤维素和果胶，蛋白酶无法催化细胞壁分解，A错误；原生质体在低渗溶液中会因吸水涨破而死亡，可在超低温液氮中长期保存原生质体，B错误；原生质体的细胞膜具有选择透过性，活的原生质体不会被苯酚品红或甲紫溶液染色，C错误；聚乙二醇可促进原生质体融合，不同来源的细胞可能所含叶绿体情况不同，进而可以叶绿体颜色等差异为标志识别杂种细胞，D正确。 变式 (2024·江苏卷)图示植物原生质体制备、分离和检测的流程。下列相关叙述正确的是(C) A．步骤①添加盐酸以去除细胞壁 B．步骤②吸取原生质体放入无菌水中清洗 C．原生质体密度介于图中甘露醇和蔗糖溶液密度之间 D．台盼蓝检测后应选择蓝色的原生质体继续培养 【解析】去除植物细胞壁一般用纤维素酶和果胶酶处理，用盐酸处理会使原生质体失去活性，A错误；原生质体的洗涤应用等渗溶液处理，无菌水处理会导致原生质体吸水涨破，B错误；根据密度梯度离心的原理可以推知，原生质体密度介于图中甘露醇溶液和蔗糖溶液密度之间，C正确；台盼蓝染色鉴定细胞死活利用的是膜的选择透过性，被染成蓝色的是死细胞，D错误。 考向2　植物体细胞杂交技术的应用 例2 (多选)(2025·如皋期初)野生黑芥具有黑腐病菌的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化，并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合，以获得抗黑腐病杂种植株，流程如下图。下列分析错误的有(ABC) A．过程①需要使用纤维素酶和胰蛋白酶来处理两种细胞 B．过程②后，显微镜下观察到有叶绿体的融合细胞即为杂种细胞 C．融合后的原生质体，经脱分化形成具有特定形态和功能的愈伤组织 D．可通过黑腐病菌接种实验对杂种植株进行鉴定 【解析】过程①需要使用纤维素酶和果胶酶来处理两种细胞，A错误；过程②后，显微镜下观察到有叶绿体的融合细胞包括叶肉细胞自身融合细胞和杂种细胞，B错误；脱分化形成愈伤组织，在这个过程中细胞会失去原有的组织结构和功能，转变为具有分生能力的细胞，所以愈伤组织没有特定形态和功能，C错误。 配套精练 第54讲　植物细胞工程 一、 单项选择题 1. (2025·如皋期初)组织培养可快速繁殖植物，得到的试管苗常先移至草炭土或蛭石中炼苗，苗健壮后可移栽定植。关于菊花的组织培养及幼苗的移栽，下列说法错误的是(C) A．MS培养基的碳源一般用蔗糖而不用葡萄糖，以减少微生物污染 B．接种时用镊子夹取菊花茎段，注意茎段的形态学上下端，避免倒插 C．定植前可先将试管苗移栽到装有消毒过的蛭石的无菌箱中恒温培养 D．菊花不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织核基因数目可能不同 【解析】定植前可先将试管苗移栽到装有消毒过的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。 2. 花药离体培养是重要的育种手段。下图是某二倍体植物花药育种过程的示意图，下列叙述正确的是(C) A．为了防止微生物污染，过程①所用的花药需在体积分数为70%的乙醇溶液中浸泡30 min B．过程②的培养基中需添加较高浓度的细胞分裂素以利于根的分化 C．过程③逐步分化的植株中可筛选获得纯合的二倍体 D．过程④应将炼苗后的植株移栽到含有蔗糖和多种植物激素的基质上 【解析】为了防止微生物污染，过程①所用的花药需在体积分数为70%的乙醇溶液中浸泡 30 s，A错误；培养基中添加较高浓度生长素以利于根的分化，添加较高浓度细胞分裂素以利于芽的分化，B错误；过程③逐步分化的植株已经用秋水仙素处理，可筛选获得纯合的二倍体，C正确；炼苗后的植株应移栽到大田，D错误。 3. (2021·江苏卷)植物组织培养技术常用于商业化生产过程，其过程一般为：无菌培养物建立→培养物增殖→生根培养→试管苗移栽及鉴定，下列相关叙述错误的是(D) A．为获得无菌培养物，外植体要消毒处理后才可以接种培养 B．组织培养过程中也可无明显愈伤组织形成，直接形成胚状体等结构 C．提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根 D．用同一植株体细胞离体培养获得的再生苗不会出现变异 【解析】植物组织培养过程中应注意无菌操作，为获得无菌培养物，外植体要经过表面消毒处理后，才能进行培养，所用的培养基必须彻底灭菌，A正确；组织培养花粉时无明显愈伤组织形成，直接形成胚状体等结构，B正确；生长素和细胞分裂素的比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成，因此提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根，C正确；用同一植株体细胞离体培养获得的再生苗会出现变异，如在愈伤组织的培养过程中可能发生基因突变等变异，D错误。 4. (2024·海安期初)利用东方百合和云南大百合进行植物体细胞杂交，部分结果如表。相关说法正确的是(B) 组别 PEG浓度/% 处理条件 融合率/% 1 25 黑暗 27±3 ℃ 15 min 10 2 30 12 3 35 15 4 40 30 5 45 20 A.用胰蛋白酶处理百合组织分离得到原生质体 B．获得原生质体后，用血细胞计数板进行计数 C．低浓度PEG促进原生质体融合，高浓度抑制融合 D．融合后的原生质体直接经再分化发育成杂种百合 【解析】百合是植物，其细胞壁的主要成分为纤维素和果胶，要得到原生质体，需要用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞，A错误；获得原生质体后，细胞已经分散，可以利用血细胞计数板进行计数，B正确；从表格中看出，PEG浓度为40%时融合率最高，当PEG浓度为45%时，融合率高于PEG浓度为25%时，且无PEG浓度为0的对照组，无法得出高浓度抑制融合的结论，C错误；融合后的原生质体需要再生出细胞壁，经过脱分化形成愈伤组织，再经过再分化发育成杂种百合，D错误。 5. (2025·南京期初)马铃薯长期营养繁殖会导致病毒蔓延，我国科研人员利用马铃薯茎尖培养获得脱毒苗，使马铃薯的产量和品质大幅度提高，脱毒流程如下图，下列叙述正确的是(C) →→→→ A．茎尖材料消毒时，要用配制好的酒精和次氯酸钠溶液各处理30 min B．茎尖培养到愈伤组织后须先转移到生长素比例较高的培养基中再培养 C．病毒检测时可用抗毒血清进行免疫检测，呈阳性反应则为带毒苗 D．生根试管苗炼苗后，应连带培养基栽植于消过毒的蛭石或珍珠岩中 【解析】茎尖材料消毒时，酒精处理的时间一般较短，通常为30 s左右，次氯酸钠溶液处理的时间一般为30 min，A错误；脱分化和再分化使用的培养基不同，通常使愈伤组织先生芽再生根，所以茎尖培养到愈伤组织后须先转移到细胞分裂素比例较高的培养基中再培养，B错误；病毒含有特定抗原，可利用抗毒血清进行检测，呈阳性反应则为带毒苗，C正确；生根试管苗在培养箱内生长几日，用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土，D错误。 6. (2024·甘肃卷)兰州百合栽培过程中易受病毒侵染，造成品质退化。某研究小组尝试通过组织培养技术获得脱毒苗，操作流程如下图。下列叙述正确的是(D) A. ①为脱分化过程，1号培养基中的愈伤组织是排列规则的薄壁组织团块 B．②为再分化过程，愈伤组织细胞分化时可能会发生基因突变或基因重组 C．3号培养基用于诱导生根，其细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值大于1 D．百合分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，可以作为该研究中的外植体 【解析】在脱分化过程中，1号培养基中的愈伤组织是排列不规则的薄壁组织团块，A错误；愈伤组织细胞分化时可能会发生基因突变，但基因重组发生在减数分裂过程中，而愈伤组织细胞的分化过程是有丝分裂，所以不会发生基因重组，B错误；3号培养基用于诱导生根，其细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值应该小于1，C错误。7. (2024·淮安调研)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。下列说法正确的是(A) A．利用该技术可获得某些自然状态含量少或无法通过化学合成途径得到的产物 B．单个植物细胞体积小，产生的次生代谢物少，故无法进行产物的工厂化生产 C．次生代谢物是植物基本生命活动所必需的微量物质，应选择产量高的细胞进行培养 D．该技术原理是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 【解析】植物细胞的次生代谢物含量很低，从植物组织提取次生代谢物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，人们可以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，A正确；单个植物细胞体积小，产生的次生代谢物少，可以进行产物的工厂化生产，B错误；次生代谢物不是植物基本生命活动所必需的物质，C错误；细胞产物的工厂化生产主要是利用植物细胞培养技术，通过促进细胞增殖，进而从细胞群中获得次生代谢物，单个细胞中次生代谢物的含量并没有提高，D错误。 8. (2024·湖北卷)植物甲抗旱、抗病性强，植物乙分蘖能力强、结实性好。科研人员通过植物体细胞杂交技术培育出兼有甲、乙优良性状的植物丙，过程如下图所示。下列叙述错误的是(B) A. 过程①中酶处理的时间有差异，原因可能是两种亲本的细胞壁结构有差异 B．过程②中常采用灭活的仙台病毒或PEG诱导原生质体融合 C．过程④和⑤的培养基中均需要添加生长素和细胞分裂素 D．可通过分析植物丙的染色体来鉴定其是否为杂种植株 【解析】酶解是为了去除植物细胞的细胞壁，过程①中酶处理的时间不同，说明两种亲本的细胞壁结构有差异，A正确；过程②为原生质体的融合，常用PEG诱导原生质体融合，灭活的仙台病毒可诱导动物细胞融合，不能用于植物，B错误；过程④脱分化和⑤再分化的培养基中均需要添加生长素和细胞分裂素，但在两个过程中二者比例不同，C正确；植物丙是植物甲和植物乙体细胞杂交形成的个体，应具备两者的遗传物质，因此可通过分析植物丙的染色体，来鉴定其是否为杂种植株，D正确。 9. (2025·海安期初)迷迭香酸具有多种药理活性。进行工厂化生产时，先诱导外植体形成愈伤组织，再进行细胞悬浮培养获得迷迭香酸，加入诱导剂茉莉酸甲酯可大幅提高产量。相关叙述正确的是(A) A．茉莉酸甲酯改变了迷迭香酸等次生代谢产物的合成效率 B．选取幼嫩的茎段作外植体，经灭菌处理后才能用于愈伤组织的培育 C．外植体脱分化形成的愈伤组织是一团呈正方形的薄壁细胞 D．悬浮培养时需将愈伤组织分散成单个细胞，保证充足的氧气供应和适宜的光照 【解析】外植体需要进行消毒处理，B错误；愈伤组织是一团排列疏松而无规则的薄壁细胞，不是呈正方形，C错误；悬浮培养时需将愈伤组织分散成单个细胞，提供充足的氧气，但不需要光照，D错误。 10. 为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力，某研究小组的实验过程如下图所示。下列叙述正确的是(D) A．过程①获得的原生质体需悬浮在质量分数为30%的蔗糖溶液中 B．过程②需提高生长素的比例以促进芽的分化 C．过程③需用秋水仙素处理以诱导细胞壁再生 D．原生质体虽无细胞壁，但仍保持细胞的全能性 【解析】原生质体在质量分数为30%的蔗糖溶液中会失水皱缩，A错误；②诱导芽分化时，需要提高细胞分裂素的比例，B错误；③可以表示诱导根分化形成幼苗，而秋水仙素的作用是诱导染色体数加倍，C错误；原生质体含有一整套的遗传物质，故具有全能性，D正确。 二、 多项选择题 11. 下列有关植物细胞工程的叙述，错误的有(BCD) A．脱分化的实质是通过基因的选择性表达改变细胞的结构和功能 B．植物体细胞杂交培育出的新品种植株有可能是单倍体 C．菊花组织培养选择外植体，通常选用分裂能力强的新生细胞 D．植物细胞培养中获得了许多细胞代谢产物，体现了细胞全能性 【解析】植物体细胞杂交是将不同物种的体细胞融合后再发育成个体，不是直接由配子发育成个体，不属于单倍体，B错误；菊花组织培养选择外植体，通常选用分裂能力强的部位，如分生组织，通常不直接选择细胞，C错误；植物细胞培养过程中只是获得了细胞代谢产物，未体现细胞全能性，D错误。 12. (2024·山东卷)下列关于植物愈伤组织的说法，正确的是(BD) A．用果胶酶和胶原蛋白酶去除愈伤组织的细胞壁获得原生质体 B．融合的原生质体需再生出细胞壁后才能形成愈伤组织 C．体细胞杂交获得的杂种植株细胞中具有来自亲本的2个细胞核 D．通过愈伤组织再生出多个完整植株的过程属于无性繁殖 【解析】植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，故用果胶酶和纤维素酶去除愈伤组织的细胞壁以获得原生质体，A错误；体细胞杂交获得的杂种植株细胞中具有来自亲本的遗传物质，但只有1个细胞核，C错误；通过愈伤组织再生出多个完整植株的过程属于植物的组织培养，从繁殖过程看属于无性繁殖，D正确。 13. 体细胞胚是由愈伤组织表面形成的类似种子胚的结构，下列相关叙述正确的是(AC) A．植株组织培养过程中不一定形成体细胞胚 B．体细胞胚的形成一定要经过愈伤组织阶段 C．体细胞胚可由有性生殖细胞分裂、分化而来 D．体细胞胚的再分化过程中不需更换培养基 【解析】植物组织培养过程中可直接形成体细胞胚，B错误；体细胞胚的再分化过程中需要更新培养基中的营养物质以及植物激素的比例，从而满足植物组织不同阶段的发育需求，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第54讲　植物细胞工程 【课标要求】 1.阐明植物组织培养是在一定条件下，将离体植物器官、组织和细胞在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织，并重新分化，最终形成完整植株的过程； 2.概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定条件下融合成杂合细胞，继而培育成新植物体的技术； 3.举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢物生产、育种等方式有效提高了生产效率。 考点1　植物组织培养 考 点 透 析 知识1　植物组织培养基本技术 1. 概念：植物组织培养是指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在 上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。 2. 原理： 。  解 疑 释 惑 植物细胞在未脱离母体状态下不体现全能性，如芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶。这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会 。 3. 流程  概 念 辨 析 脱分化和再分化的比较 内容 脱分化 再分化 过程/概念 外植体→愈伤组织/已分化的细胞经诱导后失去特有的结构和功能，转变成未分化(具分生能力)的细胞，进而形成愈伤组织 愈伤组织→幼苗或胚状体等 形成体特点 愈伤组织为不定形的薄壁细胞(组织团块)，具旺盛分裂能力 有根、芽或有生根、发芽的能力 条件 — 离体 适宜的营养 生长素/ 细胞分 裂素 比例适中，促进愈伤组织形成 比例高，诱导根的形成；比例低，诱导芽的形成 光照 一般不需要 需要 注：记忆口诀——高根低芽中愈伤。 4. 植物组织培养的培养基(MS培养基) (1)主要成分 成分 作用 无机 营养 提供植物细胞生活所必需的 和水 有机 营养 提供碳源和能量，调节渗透压；氨基酸和维生素满足离体植物细胞的特殊营养需求 激素 是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素 琼脂 凝固剂(一般不能提供营养) (2)类型 根据目的不同可分为：诱导 的培养基、诱导生芽的培养基、诱导 的培养基(通过调整激素比例实现)。  解 疑 释 惑 为避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，同时防止有些杂菌危害培养物的生长。植物组织培养过程中需进行无菌操作： ①培养基灭菌(高压蒸汽灭菌)；②外植体要进行 处理(酒精、次氯酸钠、 冲洗)；③接种的无菌操作(各种器械要彻底 、无菌滤纸、酒精灯火焰旁、封口膜或瓶盖封住瓶口)；④无菌箱中培养；⑤除去封口膜一段时间后，再移栽到消过毒的环境中 (“炼苗”)。 知识2　植物细胞工程的应用 1. 植物繁殖的新途径：快速(微型)繁殖、 。 优点：能 ；可以快速大量地培育新个体，有利于进行工厂化培养；选材少，周期短，便于自动化管理。 2. 作物新品种的培育： (如花药/花粉离体培养)、 (用射线、化学物质等处理培养的细胞后筛选)。 3. 细胞产物的工厂化生产：获取植物 ，如紫杉醇、人参皂苷的生产。一般只需培养到 阶段，从细胞培养液中获取产物。具有不占用耕地，几乎不受 等的限制等优点，还可克服单个细胞次生代谢产物少的特点。  解 疑 释 惑 (1)幼嫩的组织脱分化较为容易，如茎尖、根尖、形成层细胞，而植物的茎、叶和成熟的组织则较难。另外，幼嫩的芽尖、茎尖 ，作为植物组织培养材料容易实现作物脱毒。 (2)突变体的利用中，培养的愈伤组织处于不断增殖状态，易发生 ，从而得到突变体。 (3)细胞产物的工厂化生产利用了 的原理。 (4)细胞产物的工厂化生产中，用液体培养基培养愈伤组织的细胞，培养过程中可加以搅拌，一是增加培养液中的 ；二是有利于细胞与培养液 。 思辨小练 判断下列说法的正误： (1)高度分化的成熟叶肉细胞不具备发育成完整植株的潜能。( ) (2)植物组织培养的目的都是获得完整的植株。( ) (3)正常情况下，同一植物的不同体细胞经植物组织培养产生的植株基因不同。( ) (4)尽管愈伤组织可以进行光合作用，但其培养基中仍需要糖类、氨基酸等有机营养。( ) (5)某些植物激素和维生素不能连同其他培养基成分一起进行高压蒸汽灭菌。( ) (6)植物组织培养时一般是先诱导生芽，后诱导生根。( ) 典 题 说 法 考向1　植物组织培养的过程 例1 (2025·靖江期中)下列有关菊花组织培养过程的叙述，错误的是( ) A．生长良好的愈伤组织应先转接到培养基上生根，再生芽 B．无菌条件下接种的外植体在培养时也可能受到细菌感染 C．诱导形成愈伤组织时一般不需要光照，后续培养则需要 D．试管苗移栽入土前需移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中 考向2　植物细胞工程的应用 例2 植物细胞工程在农业、医药工业等方面有着广泛的应用，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，可获得脱毒苗 B．用射线处理植物组织培养过程中不断增殖的烟草细胞培育抗盐碱的烟草 C．在离体条件下对紫草细胞进行培养使其增殖可以获得紫草宁 D．玉米花药离体培养获得的单倍体植株都能稳定遗传 变式 (2025·南通期初)某兴趣小组尝试利用植物细胞悬浮培养技术培养胡萝卜细胞并获取番茄红素，设计了以下实验流程，相关叙述错误的是( ) A．用果胶酶等处理愈伤组织，制备悬浮细胞 B．番茄红素是胡萝卜生长所必需的初生代谢物 C．细胞培养时使用的液体培养基需要进行灭菌处理 D．细胞培养时需要适宜的温度、pH以及氧气等 考点2　植物体细胞杂交技术 考 点 透 析 1. 原理：细胞膜的 、植物细胞的 。 2. 流程示意图及分析 步骤 操作或说明 植物细胞融合 ①去壁 等分解细胞壁 ②原生质体 (关键环节) 物理法：电融合法、离心法等； 化学法： 融合法、高Ca2＋—高pH融合法 ③再生出细胞壁 高尔基体、线粒体活跃 经④脱分化、⑤再分化后获得杂种植物 3. 意义：植物体细胞杂交技术在打破生殖隔离、实现 、培育新品种等方面展示出独特的优势。  解 疑 释 惑 (1)植物体细胞杂交的结果不是形成杂种细胞，而是要经过组织培养形成 。 (2)植物细胞融合成功的标志是 ，植物体细胞杂交成功的标志是 。 (3)植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此应为 生殖。(注意区分“植物体细胞杂交”和“杂交”，后者是有性生殖。) (4)获得杂种植株的变异类型属于 。与多倍体育种一样，都是通过改变细胞内的染色体数目来改变遗传物质，从而改变生物的性状。但不同的是，杂种植株的染色体数通常是两个不同种亲本细胞染色体数目之和，属于异源多倍体。 (5)去壁后原生质体活性可能下降或消失，一般需要测定活性残余情况，如用台盼蓝染色法，或利用细胞内酶活性进行测定。  概 念 辨 析 植物体细胞杂交与多倍体育种的比较 比较项目 植物体细胞杂交 多倍体育种 不同点 原理 膜的流动性和细胞的全能性 染色体数目的变异 方法 原生质体融合和植物组织培养 秋水仙素或低温处理萌发的种子或幼苗 染色体 来源 一般来自不同种的生物 一般来自同种生物(异源多倍体来自不同生物) 相同点 都是通过改变细胞内的染色体数目来改变遗传物质，从而改变生物的性状 思辨小练 判断下列说法的正误： (1)制备植物的原生质体需要使用胰蛋白酶或者胶原蛋白酶来处理两种细胞。( ) (2)在诱导愈伤组织形成的培养基中需加入植物激素来诱导脱分化和再分化。( ) (3)杂种细胞再生出细胞壁后经植物组织培养获得杂种植物。( ) (4)原生质体融合依赖生物膜的流动性，获得的融合原生质体需放在无菌水中以防杂菌污染。( ) (5)杂种细胞可以培育成杂种植株，说明杂种细胞具有全能性。( ) 典 题 说 法 考向1　植物体细胞杂交技术 例1 (2023·江苏卷)研究者通过体细胞杂交技术，探索利用条斑紫菜和拟线紫菜培育杂种紫菜。下列相关叙述正确的是( ) A．从食用紫菜的动物消化道内提取蛋白酶，用于去除细胞壁 B．原生质体需在低渗溶液中长期保存，以防止过度失水而死亡 C．检测原生质体活力时可用苯酚品红或甲紫溶液处理，活的原生质体被染色 D．聚乙二醇促进原生质体融合后，以叶绿体颜色等差异为标志可识别杂种细胞 变式 (2024·江苏卷)图示植物原生质体制备、分离和检测的流程。下列相关叙述正确的是( ) A．步骤①添加盐酸以去除细胞壁 B．步骤②吸取原生质体放入无菌水中清洗 C．原生质体密度介于图中甘露醇和蔗糖溶液密度之间 D．台盼蓝检测后应选择蓝色的原生质体继续培养 考向2　植物体细胞杂交技术的应用 例2 (多选)(2025·如皋期初)野生黑芥具有黑腐病菌的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化，并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合，以获得抗黑腐病杂种植株，流程如下图。下列分析错误的有( ) A．过程①需要使用纤维素酶和胰蛋白酶来处理两种细胞 B．过程②后，显微镜下观察到有叶绿体的融合细胞即为杂种细胞 C．融合后的原生质体，经脱分化形成具有特定形态和功能的愈伤组织 D．可通过黑腐病菌接种实验对杂种植株进行鉴定 配套精练 第54讲　植物细胞工程 一、 单项选择题 1. (2025·如皋期初)组织培养可快速繁殖植物，得到的试管苗常先移至草炭土或蛭石中炼苗，苗健壮后可移栽定植。关于菊花的组织培养及幼苗的移栽，下列说法错误的是( ) A．MS培养基的碳源一般用蔗糖而不用葡萄糖，以减少微生物污染 B．接种时用镊子夹取菊花茎段，注意茎段的形态学上下端，避免倒插 C．定植前可先将试管苗移栽到装有消毒过的蛭石的无菌箱中恒温培养 D．菊花不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织核基因数目可能不同 2. 花药离体培养是重要的育种手段。下图是某二倍体植物花药育种过程的示意图，下列叙述正确的是( ) A．为了防止微生物污染，过程①所用的花药需在体积分数为70%的乙醇溶液中浸泡30 min B．过程②的培养基中需添加较高浓度的细胞分裂素以利于根的分化 C．过程③逐步分化的植株中可筛选获得纯合的二倍体 D．过程④应将炼苗后的植株移栽到含有蔗糖和多种植物激素的基质上 3. (2021·江苏卷)植物组织培养技术常用于商业化生产过程，其过程一般为：无菌培养物建立→培养物增殖→生根培养→试管苗移栽及鉴定，下列相关叙述错误的是( ) A．为获得无菌培养物，外植体要消毒处理后才可以接种培养 B．组织培养过程中也可无明显愈伤组织形成，直接形成胚状体等结构 C．提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根 D．用同一植株体细胞离体培养获得的再生苗不会出现变异 4. (2024·海安期初)利用东方百合和云南大百合进行植物体细胞杂交，部分结果如表。相关说法正确的是( ) 组别 PEG浓度/% 处理条件 融合率/% 1 25 黑暗 27±3 ℃ 15 min 10 2 30 12 3 35 15 4 40 30 5 45 20 A.用胰蛋白酶处理百合组织分离得到原生质体 B．获得原生质体后，用血细胞计数板进行计数 C．低浓度PEG促进原生质体融合，高浓度抑制融合 D．融合后的原生质体直接经再分化发育成杂种百合 5. (2025·南京期初)马铃薯长期营养繁殖会导致病毒蔓延，我国科研人员利用马铃薯茎尖培养获得脱毒苗，使马铃薯的产量和品质大幅度提高，脱毒流程如下图，下列叙述正确的是( ) →→→→ A．茎尖材料消毒时，要用配制好的酒精和次氯酸钠溶液各处理30 min B．茎尖培养到愈伤组织后须先转移到生长素比例较高的培养基中再培养 C．病毒检测时可用抗毒血清进行免疫检测，呈阳性反应则为带毒苗 D．生根试管苗炼苗后，应连带培养基栽植于消过毒的蛭石或珍珠岩中 6. (2024·甘肃卷)兰州百合栽培过程中易受病毒侵染，造成品质退化。某研究小组尝试通过组织培养技术获得脱毒苗，操作流程如下图。下列叙述正确的是( ) A. ①为脱分化过程，1号培养基中的愈伤组织是排列规则的薄壁组织团块 B．②为再分化过程，愈伤组织细胞分化时可能会发生基因突变或基因重组 C．3号培养基用于诱导生根，其细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值大于1 D．百合分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，可以作为该研究中的外植体 7. (2024·淮安调研)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。下列说法正确的是( ) A．利用该技术可获得某些自然状态含量少或无法通过化学合成途径得到的产物 B．单个植物细胞体积小，产生的次生代谢物少，故无法进行产物的工厂化生产 C．次生代谢物是植物基本生命活动所必需的微量物质，应选择产量高的细胞进行培养 D．该技术原理是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 8. (2024·湖北卷)植物甲抗旱、抗病性强，植物乙分蘖能力强、结实性好。科研人员通过植物体细胞杂交技术培育出兼有甲、乙优良性状的植物丙，过程如下图所示。下列叙述错误的是( ) A. 过程①中酶处理的时间有差异，原因可能是两种亲本的细胞壁结构有差异 B．过程②中常采用灭活的仙台病毒或PEG诱导原生质体融合 C．过程④和⑤的培养基中均需要添加生长素和细胞分裂素 D．可通过分析植物丙的染色体来鉴定其是否为杂种植株 9. (2025·海安期初)迷迭香酸具有多种药理活性。进行工厂化生产时，先诱导外植体形成愈伤组织，再进行细胞悬浮培养获得迷迭香酸，加入诱导剂茉莉酸甲酯可大幅提高产量。相关叙述正确的是( ) A．茉莉酸甲酯改变了迷迭香酸等次生代谢产物的合成效率 B．选取幼嫩的茎段作外植体，经灭菌处理后才能用于愈伤组织的培育 C．外植体脱分化形成的愈伤组织是一团呈正方形的薄壁细胞 D．悬浮培养时需将愈伤组织分散成单个细胞，保证充足的氧气供应和适宜的光照 10. 为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力，某研究小组的实验过程如下图所示。下列叙述正确的是( ) A．过程①获得的原生质体需悬浮在质量分数为30%的蔗糖溶液中 B．过程②需提高生长素的比例以促进芽的分化 C．过程③需用秋水仙素处理以诱导细胞壁再生 D．原生质体虽无细胞壁，但仍保持细胞的全能性 二、 多项选择题 11. 下列有关植物细胞工程的叙述，错误的有( ) A．脱分化的实质是通过基因的选择性表达改变细胞的结构和功能 B．植物体细胞杂交培育出的新品种植株有可能是单倍体 C．菊花组织培养选择外植体，通常选用分裂能力强的新生细胞 D．植物细胞培养中获得了许多细胞代谢产物，体现了细胞全能性 12. (2024·山东卷)下列关于植物愈伤组织的说法，正确的是( ) A．用果胶酶和胶原蛋白酶去除愈伤组织的细胞壁获得原生质体 B．融合的原生质体需再生出细胞壁后才能形成愈伤组织 C．体细胞杂交获得的杂种植株细胞中具有来自亲本的2个细胞核 D．通过愈伤组织再生出多个完整植株的过程属于无性繁殖 13. 体细胞胚是由愈伤组织表面形成的类似种子胚的结构，下列相关叙述正确的是( ) A．植株组织培养过程中不一定形成体细胞胚 B．体细胞胚的形成一定要经过愈伤组织阶段 C．体细胞胚可由有性生殖细胞分裂、分化而来 D．体细胞胚的再分化过程中不需更换培养基 学科网（北京）股份有限公司 $$