第3課時植物細胞工程

【課標要求】1.闡明植物組織培養是在一定條件下，將離體植物器官、組織和細胞在適宜的培

養條件下誘導形成愈傷組織，并重新分化，最終形成完整植株的過程。2.概述植物體細胞雜

交是將不同植物體細胞在一定條件下融合成雜合細胞，繼而培育成新植物體的技術。3.舉例

說明植物細胞工程利用快速繁殖、脫毒、次生代謝產物生產、育種等方式有效提高了生產效

率。

考點一植物組織培養技術

■梳理歸納夯實必備知識

1.細胞工程的概念

(1)原理和方法：應用細胞生物學、分子生物學和發育生物學等多學科的原理和方法。

(2)操作水平：細胞器水平、細胞水平或組織水平。

(3)目的：獲得特定的細胞、組織、器官、個體或其產品。

2.植物細胞的全能性

細胞經分裂和分化后，仍然具有產生完］

定義

整生物體或分化成其他各種細胞的潛能

生物體的每個細胞中都含有發育成完整

原因

個體所需的全套基因

①受精卵〉生殖細胞〉體細胞；②分化程

大小

度低的細胞〉分化程度高的細胞；③植物

比較

細胞〉動物細胞

利用植物的一片花瓣、一粒花粉，甚至一

體現

個細胞，都可以繁殖出新的植株

在生物的生長發在特定的時間和

未表

育過程中，并不空空間條件下，細

現及

是所有的細胞都胞中的基因會選.

原因

表現出全能性擇性地表達

表現

離體、營養物質、激素、適宜的溫度和pH

條件

3.植物組織培養技術

(1)定義和流程

是指將離體的植物器官、組織或細胞等,

:黑義-培養在人工配制的培養基上，給予適宜的

培養條件,誘導其形成完整植株的技術

奧余美恢復洞胞的金能全迂短;結果美的放愈伊俎羽

L接種處誘導魚誘導誘導移栽

植體-傷--組—織-生芽生根成活

1'上

誨林的植物區矍輻已分化的綱肥，經過鎊號，

俎紀或納胞等觀分化幣可放的不定號的簿

型俎犯困拱.

(2)探究實踐——菊花的組織培養

①用流水充分沖洗外植體(幼嫩的莖段);酒精擦拭雙手和超凈工作臺；②外

取材、植體的消毒：用酒精消毒30s,然后立即用無菌水清洗2?3次；再用次氯酸

消毒鈉溶液處理30min后，立即用無菌水清洗2?3次；③用解剖刀將外植體切

成0.5?1cm長的小段

將外植體的1/3?1/2插入誘導愈傷組織的培養基中,誘導脫分化，長出愈傷

接種

組織

①將生長良好的愈傷組織轉接到誘導生芽的培養基上;②長出芽后再轉接到

轉接

誘導生根的培養基上,進一步誘導形成試管苗

移栽將試管苗移植到消過毒的蛭石或珍珠巖等環境中，待其長壯后再移栽入土

■教材隱性知識

源于選擇性必修3P116“附錄1”：

(1)誘導菊花愈傷組織的培養基:在MS培養基中加入BA(節基腺喋吟)和NAA(蔡乙酸)，質量

濃度均為0.5mg/Lo

(2)誘導菊花生芽的培養基:在MS培養基中加入BA和NAA,質量濃度分別為2?3mg/L和

0.02~0.3mg/Lo

(3)誘導菊花生根的培養基:將上述MS培養基中NH4NO3、KNCh、KH2Po4、MgSO4-7H2O

和CaCl2-2H2O的用量減半，并添加NAA或IAA(呷味乙酸)，質量濃度均為0.1mg/Lo

【總結提升】生長素、細胞分裂素對植物組織培養的影響

(1)按照不同的順序使用這兩類激素，會得到不同的實驗結果

使用順序實驗結果

先使用生長素，后使用細胞分裂素有利于細胞分裂，但細胞不分化

先使用細胞分裂素，后使用生長素細胞既分裂也分化

同時使用分化頻率提高

簡記為：先“生”分裂不分化，后“匕分裂又分化，同“使”分化頻率高

(2)當同時使用這兩類激素時，兩者用量的比例影響植物細胞的發育方向

生長素/細

植物細胞的發育方向

胞分裂素

高有利于根的分化、抑制芽的形成

低有利于芽的分化、抑制根的形成

適中促進愈傷組織的生長

簡記為：'高”根，“低”芽，“中”愈傷

■考向突破強化關鍵能力

考向植物組織培養

1.某科研小組擬培育一種名貴菊花的脫毒苗，其技術路線為“制備MS固體培養基一外植體

消毒一接種一培養一移栽一栽培”，下列相關敘述錯誤的是()

A.取材部位應選擇植物頂端分生區附近，因其分裂旺盛且病毒少

B.外植體消毒常進行無菌水沖洗、酒精處理、消毒液處理等措施

C.接種時，將外植體的1/3?1/2插入誘導愈傷組織的培養基中

D.“外植體接種一培養一移栽”的過程中不需要更換培養基

答案D

解析培養的不同階段，對主要營養物質和激素的需求不同，所以培養過程中要及時調整各

種營養物質、激素的比例，及時更換培養基，否則會導致外植體死亡，D錯誤。

2.(2019?全國m,38)培養胡蘿卜根組織可獲得試管苗，獲得試管苗的過程如圖所示。

誘導組織塊形誘導愈傷組織

?成愈傷組織

形成試管苗

④⑤⑥

回答下列問題：

(1)利用胡蘿卜根段進行組織培養可以形成試管苗。用分化的植物細胞可以培養成完整的植

株，這是因為植物細胞具有o

(2)步驟③切取的組織塊中要帶有形成層，原因是

（3）從步驟⑤到步驟⑥需要更換新的培養基，其原因是

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________O

在新的培養基上愈傷組織通過細胞的過程，最終可形成試管苗。

（4）步驟⑥要進行照光培養，其作用是____________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________O

（5）經組織培養得到的植株，一般可保持原品種的，這種繁殖方式屬于

繁殖。

答案（1）全能性（或形成完整植株所需的全部基因）（2）形成層容易誘導形成愈傷組織（3）

誘導愈傷組織形成和誘導愈傷組織分化形成試管苗所需的生長素和細胞分裂素的比例不同

分化（或再分化）（4）誘導葉綠素的形成，使試管苗能夠進行光合作用（5）遺傳特性無性

考點二植物體細胞雜交技術

■梳理歸納夯實必備知識

1.概念：將不同來源的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞,并把雜種細胞培育成斷

植物體的技術。

2.原理：體細胞雜交利用了細胞膜的速動性，雜種細胞培育成雜種植株利用了植物細胞的全

能性。

3.基本過程

［植物細胞A、B）

纖維素酶和果膠酶處理去掉細胞壁

|原生成體A、康|

?—物理法：電融合法、離心法

-1—化學法:聚乙二醇、高Ca?-高pH融合法

［融合的冊生質闡

再生出細胞壁（融合完成的標志）

雜’種|脫分化」急傷］再分化」胚狀體|發育J雜種

細胞）1組織||或叢芽|1植株

（1）科學家在制備原生質體時，有時使用蝸牛消化道提取液來降解植物細胞的細胞壁。據此分

析，蝸牛消化道提取液中可能含有什么成分？理由是什么？

提示纖維素酶和果膠酶。因為植物細胞的細胞壁主要由纖維素和果膠組成，利用酶的專一

性，在降解植物細胞細胞壁時要利用纖維素酶和果膠酶。

（2）兩兩融合后的細胞一定是雜種細胞嗎？誘導融合后的培養瓶中的細胞有哪幾類？

提示不一定，融合的細胞類型有三種AA、BB和AB,在培養瓶中還有A、B等未融合的

細胞。

(3)上述細胞融合過程的完成與什么細胞器密切相關？

提示線粒體和高爾基體。

(4)若一植物細胞A含有2x條染色體，2個染色體組，基因型為Aabb,另一植物細胞B含有

2y條染色體，2個染色體組，基因型為ccDd,貝

①上述所獲得雜種植株遺傳特性有何特點？

提示雜種植株中含有兩種植物的遺傳物質，故雜種植株具備兩種植物的遺傳特性。

②上述所獲得雜種植株應為異源四倍體,其體細胞中染色體數為(2x+2y)條,支個染色體組，

基因型為AabbccDd。

③上述所獲得雜種植株的花粉經離體培養得到的植株屬于單倍體植株。

④上述植物體細胞雜交的過程中，遺傳物質的傳遞遵循孟德爾遺傳定律嗎？

提示不遵循。

4.意義：打破生殖隔離、實現遠緣雜交育種，培育植物新品種。

5.實例：白菜一甘藍、普通小麥一長穗偃麥草、多種柑橘屬不同種間的雜種植株。

6.局限性：目前有許多理論和技術未解決，還不能讓雜種植物按照人們的需要表現出雙親的

性狀。

■教材隱性知識

源于選擇性必修3P36“正文”：“番茄一馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學家所想象的

那樣，地上長番茄、地下結馬鈴薯的主要原因是生物基因的表達不是孤立的，它們之間是相

互調控、相互影響的，所以番茄一馬鈴薯雜交植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質,

但這些遺傳物質的表達相互干擾，不能像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質一樣有序表達。

■考向突破強化關鍵能力

考向植物體細胞雜交技術

3.花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病，野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定劑量的

紫外線處理黑芥原生質體可使其染色體片段化，并喪失再生能力。再利用此原生質體作為部

分遺傳物質的供體與完整的花椰菜原生質體融合，以獲得抗黑腐病雜種植株，流程如下圖。

下列相關敘述錯誤的是()

A.①通常將植物細胞置于含纖維素酶和果膠酶的30%的蔗糖溶液中

B.細胞融合成功的標志是再生出細胞壁，此時細胞內高爾基體和線粒體活動明顯增強

C.可通過觀察葉綠體的有無來初步篩選雜種細胞

D.用此方法獲得新品種的育種原理是染色體變異

答案A

解析①是利用纖維素酶和果膠酶獲取原生質體的過程，該過程需要在等滲溶液中進行，以

維持原生質體的形態和功能，A錯誤；雜種細胞融合成功的標志是再生出細胞壁，該過程中

細胞壁的形成與高爾基體有關，線粒體可為生命活動提供能量，B正確。

4.下圖是通過植物體細胞雜交技術獲得“番茄一馬鈴薯”植株的技術流程圖，下列說法正確

的是（）

番茄

細胞

A.圖中過程②表示再分化的過程

B.植物體細胞融合完成的標志是原生質體融合

C.已知番茄、馬鈴薯分別為四倍體、二倍體，則“番茄一馬鈴薯”屬于三倍體

D.該過程體現了植物細胞的全能性

答案D

解析分析題圖可知，②表示人工誘導原生質體融合的過程，A項錯誤；植物體細胞融合完

成的標志是再生出新的細胞壁，B項錯誤；“番茄-馬鈴薯”屬于異源六倍體，C項錯誤。

考點三植物細胞工程的應用

■梳理歸納夯實必備知識

1.植物繁殖的新途徑

養技術

組織培

：植物

技術

用的

「使

性

的全能

物細胞

理：植

快一原

速

繁殖

的大量

現種苗

速地實

效、快

(①高

繁_優

性

遺傳特

品種的

持優良

［②保

殖一點

率

，繁殖

期短

養周

少，培

材料

：使用

特點

L

工廠化

于進行

，有利

管理

動化

合自

高，適

生產

(

養技術

組織培

：植物

手段

催技術

物

如莖

附近(

分生區

物頂端

取：植

的選

脫材料

毒

病毒

至無

少，甚

毒極

分病

此部

尖)，

質好

高，品

產量

作物

：脫毒

優點

。

利用

體的

突變

種、

體育

單倍

育：

的培

品種

物新

2.作

叵歷國

)

染明顯(過程

單色

倍縮短

體植株

一單倍

體培養

體花藥離

體育種

誘導

育變人工

株

子植

年限純合

倍

體加

種異染色

處理

突誘變

新

產生

織

城組

化+愈

體脫分

如基外