第9单元 第3讲 植物细胞工程（Word教参）-【优化指导】2026年高考生物学一轮复习高中总复习·第1轮（浙科版 浙江专版）

第三讲　植物细胞工程 课标要求 1.阐明植物组织培养是在无菌和人工控制条件下，将离体植物体器官、组织和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。 2．概述植物体细胞杂交是将两个来自不同种植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并将杂种细胞培育成新的植物体的技术。 3．举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、育种等方式有效提高了生产效率。 4．活动：菊花的组织培养及幼苗的移栽。 考点一　植物组织培养 [对应学生用书P252] 1．细胞工程的概述 2．植物组织培养技术 原理 植物细胞全能性 分类 ①分类依据：根据外植体的不同分类 ②类型：器官培养、组织培养、细胞培养、原生质体培养等 培养 过程 形成完 整植株 的途径 ①途径1：芽或茎幼苗 ②途径2(器官发生途径)：外植体愈伤组织组织器官→完整植株 ③途径3(体细胞胚发生途径)：外植体愈伤组织胚状体→完整植株 培养 条件 适宜温度、无菌条件、培养基中适宜浓度和配比的植物激素、充分而全面的营养物质 培养基 成分 ①无机盐：为植物提供必需的矿质元素 ②糖类：既可作为碳源和能源物质，又参与维持培养基的渗透压 ③维生素：往往以辅酶的形式参与细胞的蛋白质、脂质、糖代谢等重要活动 ④植物生长调节物质：在脱分化和再分化中起着关键作用 提醒：诱导脱分化时，通常要避光培养；诱导再分化时，通常要给予适宜的光照。 3．植物组织培养的应用 (1)快速繁殖植物 ①初代培养和继代培养 初代培养是指从植物体上分离下来的外植体的第一次培养。将初代培养获得的培养物转移到新的培养基上继续进行扩大培养称为继代培养。因为培养物可以不断继代培养，所以离体繁殖速度比常规方法通常要快数万倍。 ②植物克隆和克隆植物 离体繁殖主要以营养器官为外植体，再生个体的遗传性与母体一致，因此称为植物克隆。组织培养再生的个体称为克隆植物，可以很好地保持品种的优良性状。 (2)用于植物脱毒 植物生长点附近的病毒浓度很低甚至无病毒。取植物的茎尖进行组织培养，获得脱病毒苗，再用脱病毒苗进行繁殖，则种植的作物就不会或极少发生病毒。 (3)生产人工种子 ①人工种子：将植物离体培养产生的体细胞胚、芽等包埋在含有营养成分和保护功能的物质中制成的。 ②优点：不受季节限制，可以大量、快速繁殖优良品种。 (4)细胞代谢产物的工业化生产。 (5)作物新品种的培育 ①细胞突变体的筛选。 ②单倍体育种。 ③转基因植物的克隆。 ④植物体细胞杂交。 4．活动：菊花的组织培养及幼苗的移栽 (1)实验原理 菊花茎段→发芽培养基(细胞分裂素/生长素的比值大)→丛状苗→生根培养基(一定浓度生长素)→分株培养，使其生根→移至珍珠岩或蛭石中继续生长→苗健壮后可移栽定植。 (2)方法步骤 易错辨析——规避高频误区(正确的画“√”，错误的画“×”) (1)利用植物愈伤组织获得再生植株主要有器官发生途径和体细胞胚发生途径两条途径。(　　√　　) (2)胡萝卜根单个细胞经体外培养，能发育成完整的植株。其根本原因是胡萝卜根细胞具有旺盛的分裂能力。(　　×　　) (3)秸秆碎化后可作为食物菌的栽培基质，其中纤维所起的作用，相当于植物组织培养中固体培养基的琼脂＋蔗糖。(　　√　　) (4)植物组织培养过程中，在诱导愈伤组织形成试管苗时要进行照光培养。(　　√　　) [例1] (2024·浙江金华高三期末)利用植物组织培养获得辣椒素的途径如图所示，①～⑤代表过程。下列叙述正确的是(　　　) A.过程①是外植体的消毒和接种 B.过程②所用培养基通常需加入天然植物激素 C.③的后期通常需浇灌稀释的MS或其他营养液 D.图中①→④→⑤为体细胞胚发生途径 C　解析：①表示外植体的消毒和脱分化，A错误；②再分化过程中需用适宜配比的生长素和细胞分裂素溶液处理，但不一定是天然植物激素，B错误；③表示脱毒苗移栽培养，通常需浇灌稀释的MS或其他营养液，C正确；题图中①→④→⑤为体细胞培养过程，D错误。 [例2] (2025·浙江天域名校协作体联考)植物悬浮细胞培养技术可在人工精确设计下获得药用植物细胞及其代谢产物。下列叙述错误的是(　　　) A.选择诱导率和再生率较高的部位作为外植体 B.诱导出的愈伤组织接种至液体培养基进行振荡培养 C.根据不同悬浮细胞的生长周期确定继代培养的时间 D.培养基中添加次生代谢产物的前体物质会降低产量 D　解析：在植物细胞培养中，选择诱导率和再生率较高的部位作为外植体是为了提高成功率和产量，A正确；愈伤组织通常会被接种到液体培养基中进行振荡培养，以促进细胞的增殖和维持悬浮状态，B正确；继代培养需要考虑到细胞的生长周期，以便选择最佳时机进行转移和培养，以保持细胞活力和产出稳定性，C正确；一般来说添加次生代谢产物的前体物质是为了提高其产量，前体物质可以被细胞代谢转化为所需的次生代谢产物，D错误。 考点二　植物体细胞杂交 [对应学生用书P254] 1．原生质体获得的方法 (1)先在0.5～0.6 mol/L的甘露醇(或一定浓度的蔗糖)溶液环境(较高渗透压)下处理细胞，目的是使细胞处于微弱的质壁分离状态，防止原生质体被破坏。 (2)再用纤维素酶和果胶酶混合液处理根尖、叶片、愈伤组织或悬浮培养细胞，消化除去细胞壁，获得球形原生质体。 2．植物体细胞杂交的过程 (1)使原生质体融合的方法：电刺激、离心、振荡、聚乙二醇等诱导。 (2)原理：原生质体融合利用了细胞膜的流动性，杂种细胞发育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。 (3)意义：能克服远缘杂交的不亲和性，获得新品种。 深度思考——挖掘新命题点 (1)在用酶解法降解细胞壁之前，为什么要先用较高渗透压溶液处理细胞？ 使细胞处于微弱的质壁分离状态，这样有利于完整的原生质体的释放，防止原生质体被破坏。 (2)为什么说杂种细胞的鉴定和筛选、杂种植株的鉴定和选育是获得真正杂种植株的必要过程？ ①一个融合体系中的细胞并非均为杂种细胞；②同一体系中再生的植株并非均为体细胞杂种植株；③即使得到了杂种细胞，培养过程中也可能出现染色体的丢失、结构异常等情况。 [例1] (2025·浙江Z20名校联盟高三开学联考)为培养“高产耐盐碱”水稻植株，某研究小组利用植物体细胞杂交技术设计了如下实验流程图。已知耐盐、高产性状分别受细胞质基因和细胞核基因控制，下列叙述正确的是(　　　) A.过程②体现了植物细胞全能性，它是植物体细胞杂交技术的基础 B.原生质体经较低渗透压溶液处理后，再用纤维素酶和果胶酶混合液酶解 C.失活处理后原生质体A2的细胞质和原生质体B2的细胞核失活 D.过程①可通过观察原生质体的结构与颜色来判断其融合情况 D　解析：过程②是将杂种细胞经组织培养得到再生植株的过程，植物的组织培养体现了植物细胞全能性，但植物体细胞杂交技术的基础是成功培养原生质体，A错误；用纤维素酶和果胶酶混合液酶解细胞壁获取原生质体之前，应先用较高渗透压溶液处理细胞，可防止原生质体被破坏，B错误；由于耐盐、高产性状分别受细胞质基因和细胞核基因控制，在促使原生质体融合前，需对原生质体进行失活处理，分别使原生质体A2的细胞核和原生质体B2的细胞质失活，C错误；由于叶绿体有颜色且有特定结构，过程①的细胞融合中可通过观察原生质体的结构与颜色来判断其融合情况，D正确。 [例2] (2024·浙江宁波联考)下图是利用玉米(2N＝20)的幼苗芽尖细胞(基因型BbTt)进行实验的流程示意图。下列分析正确的是(　　　) A.植株A为二倍体，其体细胞内最多有4个染色体组，而植株C属于单倍体 B.过程②发生了基因重组，得到幼苗2的过程未体现细胞的全能性 C.利用幼苗2进行育种的最大优点是明显缩短育种年限，植株B纯合的概率为25% D.过程③形成细胞X，属于杂交育种，基本原理是基因重组 A　解析：植株A为植物组织培养获得的个体，为无性繁殖的方法获得的，植株A为二倍体，其体细胞内在有丝分裂后期最多有4个染色体组，而植株C属于单倍体，A正确；基因重组发生在题图中②减数分裂过程中，得到幼苗2的过程利用的原理是植物细胞的全能性，因而体现细胞的全能性，B错误；利用幼苗2进行育种的最大优点是能明显缩短育种年限，植株B纯合的概率为100%，C错误；过程③为植物体细胞杂交，形成细胞X为杂种细胞，基本原理是细胞膜的流动性，D错误。 植物体细胞杂交育种与传统杂交育种的比较 [对应学生用书P256] 1．(2024·浙江1月卷)山药在生长过程中易受病毒侵害导致品质和产量下降。采用组织培养技术得到脱毒苗，可恢复其原有的优质高产特性，流程如图。下列操作不可行的是(　　　) 外植体→愈伤组织→丛生芽→试管苗 A.选择芽尖作为外植体可减少病毒感染 B．培养基中加入抗生素可降低杂菌的污染 C．将丛生芽切割后进行继代培养可实现快速繁殖 D．提高生长素和细胞分裂素的比值可促进愈伤组织形成丛生芽 D　解析：芽尖等分生组织分裂旺盛，且含病毒少，取材时常选用其作为外植体，A正确；培养基中有大量的营养物质，容易被细菌污染，加入抗生素可降低杂菌的污染，B正确；将丛生芽切割后转移到新的培养基上继续进行扩大培养称为继代培养，其又可分为第二代培养、第三代培养等，大多数植物每隔4～6周进行一次继代培养，每进行一次继代培养，培养物一般能增殖3～4倍，正因为培养物可以不断继代培养，所以离体繁殖速度比常规方法通常要快数万倍，可实现快速繁殖，C正确；提高生长素和细胞分裂素的比值可促进愈伤组织形成根，D错误。 2．(2022·浙江6月卷)下列关于菊花组织培养的叙述，正确的是(　　　) A．用自然生长的茎进行组培须用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠的混合液消毒 B．培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换 C．组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石带菌量低且营养丰富 D．不带叶片的菊花幼茎切段可以通过器官发生的途径形成完整的菊花植株 D　解析：自然生长的茎的消毒属于外植体消毒，应先用体积分数为70%的酒精消毒30 s，然后立即用无菌水清洗2～3次，再用质量分数为5%的次氯酸钠溶液处理30 min后，立即用无菌水清洗2～3次，A错误；培养瓶用专用封口膜封口的目的是防止杂菌污染，并不影响气体交换，B错误；组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石比较松软，持水性也较好，有利于幼苗的生根和叶片的生长，C错误；不带叶片的菊花幼茎切段可以脱分化后再分化出根、叶等器官，最终形成完整的菊花植株，为器官发生途径，D正确。 3．(2024·浙江6月卷)植物体在干旱、虫害或微生物侵害等胁迫过程中会产生防御物质，这类物质属于次生代谢产物。次生代谢产物在植物抗虫、抗病等方面发挥作用，也是药物、香料和色素等的重要来源。次生代谢产物X的研发流程如下： 回答下列问题： (1)获得高产细胞时，以X含量高的植物品种的器官和组织作为__________，经脱分化形成愈伤组织，然后通过液体振荡和用一定孔径的筛网进行________获得分散的单细胞。 (2)对分离获得的单细胞进行________培养，并通过添加______________或营养缺陷培养方法获取细胞周期同步、遗传和代谢稳定、来源单一的细胞群。为进一步提高目标细胞的X含量，将微生物菌体或其产物作为诱导子加入培养基中，该过程模拟了__________的胁迫。 (3)在大规模培养高产细胞前，需了解植物细胞生长和产物合成的关系。培养细胞生产次生代谢产物的模型分为3种，如图所示。若X只在细胞生长停止后才能合成，则X的合成符合图________(填“甲”“乙”或“丙”)，根据该图所示的关系，从培养阶段及其目标角度，提出获得大量X的方法：_________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)多种次生代谢产物在根部合成与积累，如人参、三叶青等药用植物，可通过______________培养替代细胞悬浮培养生产次生代谢产物。随着基因组测序和功能基因组学的发展，在全面了解生物体合成某次生代谢产物的________________和________________的基础上，可利用合成生物学的方法改造酵母菌等微生物，利用________________工程生产植物的次生代谢产物。 答案：(1)外植体　过滤 (2)克隆　DNA合成抑制剂　微生物侵害 (3)丙　将细胞培养至稳定期(即停止生长时期)一定时间后，通过分离提纯获得大量X (4)器官　相关基因组成　基因表达过程　基因工程和发酵 提示：(1)植物体的器官和组织、细胞都可以作为外植体，经脱分化形成愈伤组织，将愈伤组织进行振荡培养，使其分散成小的细胞团或单细胞，然后用适当孔径的不锈钢筛网过滤，除去大的细胞团和残渣，离心除去小的残渣，得到单细胞悬浮液。(2)对分离获得的单细胞进行克隆培养，并通过添加DNA合成抑制剂(使细胞停滞于G1/S期交界处)或营养缺陷培养方法获取细胞周期同步、遗传和代谢稳定、来源单一的细胞群。将微生物菌体或其产物作为诱导子加入培养基中，模拟了微生物侵害的胁迫。(3)由题干可知，X只在细胞生长停止后才能合成，所以丙图符合。所以要获得大量X，需要将细胞培养至稳定期(即停止生长时期)一定时间后，通过分离提纯获得。(4)由题干可知，多种次生代谢产物在根部合成与积累，所以为了方便进行次生代谢物的收集，可以对根进行器官培养。要大量获得次生代谢物可以通过基因工程，将相关基因转入酵母菌体内，然后通过发酵工程获得，基因工程的前提是要了解生物体合成某次生代谢产物的相关基因组成和基因表达过程。 学科网（北京）股份有限公司 $$