第3章 第1节 第2课时

第2课时植物细胞工程的应用［目标导读］L结合教材P5〜51图文，了解植物的微型快速繁殖、人工种子和作物脱毒

2.阅读教材P5I〜52内容，理解愈伤组织的诱变育种、细胞产物的工厂化生产及拯救濒危植物［重难点击］

1.植物细胞工程的实际应用

2.细胞学根底理论研究与技术开发之间的关系方式一拯救国家极危植物虎颜花虎颜花为野牡丹科单种属植物，原产广东，为罕见的野生欣赏植物，有重要的科研价值虎颜花叶片基生，叶形巨大、美丽，呈心形，上有老虎斑纹，故称虎颜花国际自然保护联盟已将虎颜花列为极危物种为拯救虎颜花，我国华南植物园的科学家对虎颜花进行了组织培养，获得1万株试管苗，又利用生态恢复技术，使虎颜花成功回归野外这表达了植物细胞工程的实际应用那么植物细胞工程技术在生产生活中还有哪些方面的应用呢？让我们进入本节的学习，一起来了解吧！方法二具有小灵芝草之称的金钗石斛是一种名贵的中草药，它具有生津益胃、润肺止咳之成效金钗石斛的有效化学成分为大黄酚和B—谷脩醇那么我们能否在工厂内大量生产这两种物质呢？能！取金钗石斛的茎尖或根尖组织，并培养为愈伤组织再放入液体培养基中进行悬浮培养，获得大量的金钗石斛细胞，从混合液中别离纯化大黄酚和B—谷苗醇即可这是植物细胞工程实际应用的一个实例，要了解更多这方面的信息，请跟随教材一起来学习吧

一、植物繁殖的新途径.植物的微型快速繁殖1概念利用植物组织培养技术快速繁殖植物的方法2优点

①无性繁殖，能够保持种苗的优良遗传特性

②繁殖速度快，周期短3实例一些优良的欣赏植物、经济林木等都已经利用工厂化微型繁殖来进行大规模的无性繁殖.人工种子1组成

①胚状体通过植物组织培养获得，相当于天然种子的胚

②有机薄膜含有胚状体萌发和发育成幼苗所需的各种养分；可以缓冲碰撞；可以附加大量的植物生长调节剂、农药、抗生素和一些有益菌种等2优点

①属于无性生殖，不发生性状别离的现象

②生产上不受季节的限制.作物脱毒1原理无性繁殖的作物，病毒容易逐年积累，但是幼螳的组织和器官中病毒的含量较低或者不含病毒2方法选取植物的堇尖进行植物组织培养3实例脱毒马铃薯、脱毒草莓等结合下面人工种子的结构示意图，探究以下问题.常规的种子繁殖存在哪些缺陷？答案1周期长；2发生性状别离而丧失其优良特性；3受季节、气候和地域的限制.人工种子的胚状体和常规种子的胚在来源上有何区别？答案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.人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键局部人工种皮中应该具有哪些有效成分？为了促进胚状体的生长发育，我们还可以向人工种皮中参加哪些物质？答案针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂人工种皮中应具有适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中参加一些植物生长调节剂

1.兰花在我国种植历史悠久，“远东麒麟〃以每盒3万元的价格在拍卖网卖出下面是通过细胞培养形成兰花植株的示意图，请据图答复以下问题:注胚状体等同于植物种子的胚的结构兰花植株|二+|茎尖的切片|金|从切片中别离的茎尖细胞试管植物|上＞|胚状体|上|愈伤组织1愈伤组织的分裂能力填“强〃或“弱〃，分化能力填“强〃或“弱〃，是由植物体细胞经过形正前2过程

④由无招组织形成胚状体要经过和过程⑶一个兰花茎尖在一年之内可以生产出400万株兰花苗，与有座生殖相比，植物组织培养的优势主要表达在答案1强强脱分化2细胞分裂细胞组织分化3保持亲本的优良性状培育周期短，繁殖效率高

二、愈伤组织的诱变育种、细胞产物的工厂化生产以及拯救濒危植物.愈伤组织的诱变育种1诱变育种

①概念是指利用物理、化学因素诱导植物的遗传特性发生变异，再从变异群体中选捏符合人们某种要求的单株，进而培育成新品种的育种方法

②诱发突变的因素物理因素主要指一些射线化学因素主要是利用一些烷化剂、碱基类似物、抗生素等化学药物2愈伤组织的诱变育种

①原理植物的愈伤组织在培养过程中一直处于分裂增生的状态，其遗传物质极易受到外界因素的影响而发生变异

②或势克服突变体的嵌合性等缺陷，极大地提高了诱变育种的效率.细胞产物的工厂化生产1原理植物组织培养2生产流程0外植体离体的植物器官、组织或细胞9”愈伤组织.细胞悬液发酵、提石细胞产物3产物种类药物、橡胶、香精油和色素等4优势快速、高效地得到大量的细胞或细胞产物.拯救濒危植物利用植物细胞培养技术来培养大量红豆杉细胞，利用这种方法来大量生产紫杉醇，从而拯救红豆杉.愈伤组织的诱变育种过程如下图，请据图分析诱变处理外植体9愈伤组织一突变体舞新品种诱导分化1该育种方法的原理有哪些？答案基因突变和植物细胞的全能性2在培养至愈伤组织时进行诱变处理的原因是什么？答案愈伤组织细胞一直处于分裂增生的状态，此时易发生基因突变3诱导分化得到的突变体都可以利用吗？为什么？答案大都不可以因为基因突变具有多害少利性，即得到的突变体大多是有害的.分析工厂化生产人参皂忒干粉的流程，探究下面的问题1细胞产物工厂化生产实质上是植物组织培养的过程，在生产中通常要培养到什么阶段？答案愈伤组织2与传统的从植物体内提取相比，工厂化生产细胞产物有哪些优点？答案没有时间、地点、环境的影响，克服了植物体生长缓慢的缺点，提取方便等.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分裂增生的状态.培养基营养丰富，易于植物生长C.纺锤丝的形成容易受抑制D.DNA复制容易受抑制答案A解析在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于分裂增生的状态，因此容易受到培养条件和外界因素的影响而产生突变

3.以下关于细胞产物的工厂化生产的表达中，错误的选项是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D.培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分答案C解析在细胞产物的工厂化生产过程中只需要悬浮培养愈伤组织细胞，利用愈伤组织细胞的分裂和代谢产生所需要的产物即可，不需要再分化微型繁殖植物繁殖的新途径《人工种子.作物脱毒作物新品种的培育愈伤组织的诱变育种细胞产物的工厂化生产植物细胞培养拯救濒危植物现在科学家正在研究利用植物细胞培养技术来大量培育红豆杉细胞希望利用这种方法来大量生产紫杉醇从而拯救红豆杉拯救I我们的自然资源

1.以下属于植物的微型繁殖技术的是（）A.兰花的茎尖组织培育成兰花幼苗B.水稻种子萌发并长成新个体C.杆插的葡萄枝条长成新个体D.柳树芽发育成枝条答案A解析水稻种子萌发并长成新个体、柳树芽发育成枝条均属于个体发育过程；其次，杆插的葡萄枝条长成新个体属于无性生殖中的营养生殖.把胡萝卜单个韧皮部细胞接种到配制的培养基上培养，获得了许多完整的植株，这些植株（）A.变异频率较高B.都是单倍体C.彼此性状极其相似D.都是纯合体答案C解析植物组织培养属于无性繁殖方式，是由同一个胡萝卜韧皮部细胞培育而来的许多植株，遗传物质均相同，故其性状极为相似.人工种子比天然种子有许多优越性，以下对其优越性的表达，不正确的选项是（）A.可使自然状态下不结子的植物得以繁殖B.方便贮藏和运输C.可以随意改变植物的遗传性状D.可快速、大量繁殖答案C琶析人工种子是通过植物细胞工程完成的，所以可以使在自然条件下不结子或珍贵的植物得以繁殖；人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地贮藏和运输；人工种子的生产不受季节限制，而且快捷高效，可快速、大量繁殖；人工种子可以保持物种优良的遗传性状，但不能随意改变植物的遗传特性

4.以下有关植物细胞工程应用的表达，正确的选项是（）A.利用组织培养技术培育脱毒苗，获得抗病毒新品种B.利用组织培养技术产生突变体，可直接培育出具有优良性状的新品种C.利用细胞培养技术获得紫草素，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“萝卜一甘蓝〃，遵循基因的自由组合规律答案C

5.科学家从悬浮培养的单细胞、离体花粉中，通过植物组织培养技术获得胚状结构（胚状体），胚状体不同于一般的种子胚，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将其包埋在一个能提供营养的胶质中，外层再包裹上人造种皮，便制成了“人工种子〃人工种子的概念是1978年在加拿大举行的第四届国际植物组织、细胞培养会议上首次提出来的目前，我国科学家利用植物组织培养技术已在烟草、水稻、小麦和玉米等植物上成功诱导出胚状体，而美、日、法等各国正着手将人工种子市场化、商品化

（1）“人工种子〃大体由胚状体、包埋胚状体的胶质以及人工种皮等3局部组成包埋胚状体的胶质中富含营养物质，这是因为为了满足胚状体代谢的需求，“人工种皮〃那么必须具有良好的性能

（2）由“人工种子〃萌发出的植株是否可育？

（3）写出“人工种子〃商品化的意义（两项）⑷培育胚状体利用了这一项生物技术在该过程中培养基中需要后加和两箱斑，还箭荽对培养基进行严格的O麻案⑴血状麻强萌发初期不能进行光合作用透水、透气

（2）由无粉年养发育的植株一般不可育；由体细胞经组织培养发育的植株那么是可育的

（3）不受环境因素的制约，一年四季都可以进行工厂化生产，繁殖速度快，可在短时间内提供大量种苗；有利于保存种系的优良性状（答复其中的两项）

（4）植物组织培养生长素细胞分裂素消毒（或灭菌）解析胚状体在萌发初期不能进行光合作用，因此需要给其提供营养，人工种皮要有很好的透气性，保证供给胚足够的氧气胚状体的培育利用的是植物组织培养技术，培养基中需要添加生长素和细胞分裂素，同时要保证无菌的条件［根底过关］

1.以下属于微型繁殖的是（A.马铃薯的块茎繁殖C.一片花瓣的繁殖答案C解析微型繁殖是利用植物组织培养技术，将离体的植物组织、器官、细胞进行培养，获得大量相同子代的过程.甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程涉及细胞的（）

①有丝分裂

②分化

③减数分裂

④全能性A.

①②③B.

②③④C.

①③④D.

①②④答案D解析某些作物进行无性繁殖过程中会感染病毒且容易传给后代，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在这个过程中通过细胞的有丝分裂增加细胞的数目，通过细胞的分化使来自同一细胞的这些细胞功能发生差异完成生物体的各项生命活动.以下图是人工种子的结构简图，对其表达不正确的选项是（）A.人工种子的胚乳中含有胚状体发育所需的营养物质，还可以添加农药和植物激素B.人工种子可以工业化生产，播种人工种子可节省大量的粮食C.人工种子克服了有些作物品种繁殖能力差或发芽率低等问题D.人工种子的胚状体还未分化出胚芽、胚轴和胚根等结构答案D解析人工种子是经植物组织培养获得具有生根发芽能力的胚状结构后，包裹上人工种皮（有机薄膜）而形成的胚状体与正常受精卵发育形成的胚有类似的结构和发育阶段在人工种子胚乳中，除了添加种子萌发所需的营养物质外，还可添加农药、植物激素、有益的菌种等.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.保持亲本优良性状C.培育出无病毒植株D.改变植物的基因型答案D解析应用于微型繁殖技术，可以高效快速地实现种苗的大量繁殖，且保持亲本的优良性状，而应用于作物脱毒，通过分生区组织的组织培养，可以提高作物的产量，改善作物的品质，但不能改变植物的基因型.胚状体是在植物组织培养的哪一阶段上获得的（）A.愈伤组织的形成中B.再分化C.形成完整植株D.脱分化答案B解析植物体的根、茎、叶细胞一般都具有全能性，在一定的营养和激素条件下，可以脱分化形成愈伤组织将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上，就可以诱导其再分化生成胚状体或丛芽，所以胚状体是在植物组织培养的再分化阶段形成的.以下生物工程技术的实际应用过程中，能形成愈伤组织的是（）

①作物脱毒

②细胞产物的工厂化生产

③生产人工种子

④转基因植物的培养A.

①②③B.

①②④C.

①③④D.

①②③④答案D解析作物脱毒、细胞产物的工厂化生产、生产人工种子都是植物细胞工程的实际应用，其技术根底是植物的组织培养技术，都有脱分化形成愈伤组织的过程转基因植物的培养利用的是基因工程技术和植物组织培养技术，该过程中也要形成愈伤组织［能力提升］.如图表示某植物的培育过程，请据图判断以下说法中错误的选项是（）A.A-F不能表达细胞的全能性B.C中是高度液泡化的薄壁细胞C.植株A和F中的染色体组数不同D.植株F一般不能直接应用于生产答案A解析图中所示B-F为花药离体培养得到单倍体幼苗，表达了生殖细胞也具有全能性但A与F中的染色体组数不同，F一般需经人工诱导染色体数目加倍后才可应用于生产.植物组织培养的过程可以归纳为

①华

②9

③一

④对此表达错误的选项是（）A.

②一

③的再分化过程中，当细胞分裂素与生长素的浓度比低时，有利于根的生长B.植物组织培养所依据的原理是细胞的全能性C.

③一

④过程指植物的营养生长和生殖生长阶段D.

②包裹上人造种皮可获得人工种子答案D解析只有将离体植物细胞或组织培养成具有生根发芽能力的胚状结构，再包上人造种皮，才能得到人工种子，而

②是未分化的愈伤组织，不具有生根发芽能力，只有在分化培养基上培养后，才能用于制造人工种子.制造人工种子的原理是在组织培养得到的“胚状体〃的最外面用一层有机膜包裹，并在薄膜以内放入一些营养物质，如下图据此判断以下说法不正确的选项是（）“胚状体〃最外面的一层有机膜和里面营养物质分别具有种皮和胚乳的功能“胚状体〃来源于离体的植物细胞，其形成过程中要经过的生理变化大体上是脱分化和再分化C.从保证人工种子正常的生命力及生态系统物质循环上来看，其外部薄膜应具有全透性和能被微生物降解的特点D.在人工种子萌发的过程中“胚状体〃细胞吸收营养液中的物质用于生长等答案C解析从保证人工种子正常的生命力上来看，其外部薄膜应具有半透性，可以透气和透水，但是不能让薄膜以内的营养物质出来.以下属于植物细胞工程实际应用的是（）

①制造人工种子

②拯救濒危植物

③培育抗病毒烟草

④培育单倍体

⑤生产脱毒植株A.

①②③④B.

①③④⑤C.

①②④⑤D.

②③④⑤答案C解析培育抗病毒烟草是转基因技术的应用.以下图所示为植株繁殖的四种人工方式示意图，请据图答复以下问题

（1）图中单倍体植株通常的获取方式是假设图中单倍体细胞含有2个染色体组*有4个染色体组，那么

③过程所用化学试剂的作用是

（2）图中B和C过程的不同点是..这种不亩苗要决定因素是

（3）假设想在C过程中获得突变体，进而培育成新品种植株，应用物理诱变或化学诱变的方法处理

（4）假设要获;导水稻的“人工种子〃，那么应选用图中的结构，该结构与正常受精卵形成的有类似的结构和发育过程

（5）假设D过程获得的是胡萝卜一羊角芹，

②过程常用的物理方法有等；经融合处理后，已经融合的细胞类型有种（假设融合的细胞只考虑两两融合）答案

（1）花药离体培养抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成

（2）B过程中形成的是胚状体，而C过程中形成的是丛芽细胞分裂素与生长素的比值

（3）愈伤组织

（4）胚状体胚

（5）离心、振动、电激3解析

（1）图中A过程表示单倍体育种，获取单倍体时常用花药离体培养的方法假设要使单倍体的染色体数目加倍，变成A植株，那么需要在

③过程中用秋水仙素处理幼苗，以抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成

（2）图中B和C过程都是体细胞的组织培养，其不同点是B过程中形成的是胚状体，而C过程中形成的是丛芽，这种不同的主要决定因素是细胞分裂素与生长素的比值

（3）在组织培养过程中获得突变体，一般用物理诱变或化学诱变的方法处理愈伤组织，再由愈伤组织经再分化形成突变植株4假设要获得水稻的“人工种子〃，那么应选用图中的胚状体结构，该结构与正常受精卵形成的胚有类似的结构和发育过程5D为植物体细胞杂交获得杂种植株的过程，

②过程常用的物理方法有离心、振动、电激等；经融合处理后，已经融合的细胞类型有3种只考虑细胞的两两融合胡萝卜一胡萝卜融合细胞、羊角芹一羊角芹融合细胞和胡萝卜一羊角芹融合细胞.医学研究发现紫杉醇能有效治疗某些癌症获得紫杉醇的传统方法是从红豆杉属植物的树皮中提取，但产量有限，也不利于濒危的红豆杉的保护研究发现，红豆杉的其他组织细胞也能生产紫杉醇，有人尝试用细胞工程技术生产下面为三种红豆杉细胞培养过程中细胞数量与紫杉醇产量的数据图请答复以下问题1据图分析，获得高产紫杉醇应选红豆杉为原料，培养后期紫杉醇产量出现下降的原因是等一2将红豆杉细胞经组织培养形成^方可接种到培养基中3在培养过程中，要不醉通又无菌空气并进行搅拌的目的是和4利用植物细胞培养技术生产紫杉醇与传统方法提取紫［醇相比，前者具有等优点答案1云南某些有害代谢产物的积累、活细胞数着鲁少2愈伤组织3保证氧气供给充足使细胞与培养液及氧气充分接触4产量高、节约资源、有利于生态保护解析1由紫杉醇含量数据图可知云南红豆杉产量最高，随着培养时间的加长，培养基中营养物质减少，某些有害代谢产物积累，使活细胞数量减少，从而使紫杉醇产量下降2培养是为了获得细胞产物，所以培养到愈伤组织即可3通入无菌空气是保证氧气的供给，而搅拌是为了让细胞与培养液及氧气充分接触4利用植物细胞培养提取紫杉醇产量高，耗材少，且不会对生态造成破坏.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局部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，它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〃“花粉胚〃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，经过人工薄膜包装，便成了所谓的“人工种子〃其培育过程如下图，并请根据以上材料答复以下问题1人工种子依据的原理是，经过技术培育而成2包埋胚状体的胶质可以看破是祎手的丽扃脑结构？⑶某二倍体植物基因型为JdTt，利用这种生物技术采用花药离体培养的方法，可培育成“花粉胚，也可制成人工种子，这种种子萌发形成的个体为，基因型有o4如果外植体为植物的茎尖，通过

①的处理可使细胞彼此别离，可参加oA.15%的盐酸B.淀粉酶⑸

②表示脱分化过程，其实质是;

③表示再分化过程，其实质是6从上面所述胚状体的类型分析，人工种子萌发长成的植株是否可育？答案1植物细胞的全能性植物组织培养2胚乳或子叶3单倍体DT、Dt、dT、dt4C5使细胞恢复分裂能力基因的选择性表达，导致细胞形态、结构和功能的改变6假设是由花粉发育而来的那么不可育，假设是由茎尖、根尖等营养器官发育而来的那么可育解析1人工种子依据的原理是植物细胞的全能性，经过植物组织培养技术培育而成2包埋胚状体的胶质可以看做是提供营养的胚乳或子叶3某二倍体植物基因型为DdTt，采用花药离体培养的方法可培育成“花粉胚〃，也可制成人工种子，这种种子萌发形成的个体为单倍体，其基因型有DT、Dt、dT、dto4如果外植体为植物的茎尖，通过

①的处理可使细胞彼此别离，可参加果胶酶使细胞间的物质分解5

②表示脱分化过程，其实质是使细胞恢复分裂能力；

③表示再分化过程，其实质是基因的选择性表达，导致细胞形态、结构和功能的改变6人工种子萌发长成的植株是否可育主要看离体培养材料的来源［真题体验］

14.2019•江苏，20如图为制备人工种子局部流程示意图，以下表达正确的选项是A.胚状体是外植体在培养基上脱分化形成的一团愈伤组织B.该过程以海藻酸钠作为营养成分，以CaCL溶液作为凝固剂C.可在海藻酸钠溶液中添加蔗糖，为胚状体提供碳源D.包埋胚状体的凝胶珠能够隔绝空气，有利于人工种子的储藏答案c解析胚状体是愈伤组织再分化得到的；海藻酸钠作为包埋的材料，不提供营养成分；在海藻酸钠溶液中添加蔗糖，不仅为胚状体提供能量，而且是培养物渗透压的主要调节物；凝胶珠具有空间网状结构，不隔绝空气

15.2019•江苏，29节选为了获得植物次生代谢产物，先用植物外植体获得愈伤组织，然后在液体培养基中悬浮培养请答复以下问题1外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为O2在愈伤组织悬浮培养时，细胞干重、蔗糖族度和pH而变化加以下图所示细胞干重在12d后下降的原因有;培养液中蔗糖的作用是、o3多倍体愈伤组织细胞产生的次生代谢产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为检测愈伤组织细胞染色体数目，压片前常用纤维素能弼酶解离愈伤组织假设愈伤组织细胞2N经诱导处理后，观察到染色体数为8N的细胞，合理的解释是答案1脱分化2蔗糖浓度下降pH降低提供能源调节渗透压3秋水仙素低温果胶经加倍到4N的细胞处于有丝分裂后期经加倍到8N的细胞处于有丝分裂中期解析1外植体经诱导形成愈伤组织的过程称为脱分化2观察图示可知，12d后蔗糖浓度和pH都下降到较低水平，影响能量的供给和酶的活性，导致细胞干重下降另外，培养液中的蔗糖还具有调节渗透压的作用3在细胞分裂过程中，用低温或秋水仙素处理，都可抑制纺锤体的形成，使子染色体不能移向两极，从而使细胞中染色体数目加倍愈伤组织的细胞之间含有纤维素和果胶，欲将其分散成单个细胞，压片前需用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织细胞经诱导处理后，有的细胞染色体数目加倍4N，有的细胞染色体数目未加倍2N，也可能有的细胞在连续分裂中每次都因低温或秋水仙素抑制了纺锤体的形成，导致细胞中染色体数目连续加倍，出现染色体数目为8N的细胞所以染色体数目加倍到4N的细胞处于有丝分裂后期时染色体数目为8N，染色体数目加倍到8N的细胞处于有丝分裂中期时染色体数目也为8No。