2025年高考生物一轮复习50第十单元第45课植物细胞工程

第45课植物细胞工程
·学业质量水平要求·
1.阐明植物组织培养是在一定条件下，将离体的植物器官、组织或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、次生代谢产物生产、育种等方式有效提高了生产效率。

植物细胞工程的基本技术
1．细胞的全能性
(1)概念
细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能，即细胞具有全能性。

(2)部分细胞在生物体内无法表现全能性的原因
在生物的生长发育过程中，特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性表达。

2．植物组织培养技术
(1)概念理解
①培养对象：离体的植物器官、组织或细胞等。

②培养条件：无菌、人工配制的培养基、相关激素等。

③培养结果：形成完整的植株。

(2)原理：植物细胞具有全能性。

(3)操作流程
(4)操作实例——菊花的组织培养
(5)激素比例与细胞分裂、细胞分化的关系
①生长素与细胞分裂素的用量比例为1：诱导产生愈伤组织。

②生长素与细胞分裂素的用量比例大于1：有利于生根。

③生长素与细胞分裂素的用量比例小于1：有利于生芽。

3．植物体细胞杂交技术
(1)概念：将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。

(2)操作流程
①去壁：对应图中a 过程，即去除细胞壁，获得具有活力的原生质体，用到的酶是纤维素酶和果胶酶。

②诱导融合：对应图中b 过程，即原生质体的融合。

{ 原理：细胞膜具有流动性
诱导融合方法{物理法：包括电融合法、离心法等 化学法：包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca 2+—高pH 融合法等融合成功的标志：再生出细胞壁
③培养：过程d 是植物组织培养，其原理是植物细胞的全能性。

(3)意义：在打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。

4．植物体细胞杂交与植物有性杂交中遗传物质的变化
若一植物细胞(甲)含有2x 条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb ，另一植物细胞(乙)含有2y 条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd 。

比较如下：
1．在愈伤组织形成幼苗的过程中，不会发生细胞的增殖。

(×)
2．在植物组织培养过程中需要给予光照，以诱导脱分化过程。

(×)
3．实验中使用的培养基和所有的器械都要消毒。

(×)
4．利用物理法或化学法，可以直接将两个植物细胞进行诱导融合。

(×)
5．在进行植物体细胞杂交前，必须用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得原生质体。

(√)
6．再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志。

(√)
7．植物体细胞杂交后的杂种植株具备两种植物的遗传特性。

(√)
(选择性必修3 P36正文)“番茄—马铃薯”杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上长番茄、地下结马铃薯的主要原因是生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以“番茄—马铃薯”杂种植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，不能像番茄或马铃薯植株中的遗传物质一样有序表达。

考向1| 植物组织培养过程分析
1．(2024·广东茂名模拟)野生石斛是一种珍贵的兰科药用植物，种子小而多，不含胚乳，因此自然繁殖率低，但市场需求量大。

可利用石斛叶片进行组织培养形成大量试管苗。

下列叙述错误的是()
A．组织培养前，需要用纤维素酶或果胶酶处理石斛叶片
B．野生石斛的叶片作为外植体，需先进行清洗和消毒处理
C．利用组织培养技术获得试管苗能保持优良品种的遗传特性
D．对石斛叶片进行组织培养需要经过脱分化和再分化过程
A解析：进行植物组织培养前，石斛叶片无需酶解去壁，A错误；诱导愈伤组织形成时，取野生石斛的叶、茎等组织作为外植体，需先进行清洗和消毒处理，B正确；利用组织培养技术获得试管苗属于无性繁殖，能保持优良品种的遗传特性，C正确；组织培养需要经过脱分化形成愈伤组织和再分化两个关键步骤，D正确。

2．下图为植物组织培养技术的流程图，下列相关说法错误的是()
A．组织块在原植株中没有发育成个体，是由于在特定时间和空间条件下基因发生了选择性表达
B．②试管中细胞全能性最高
C．①→②、②→③分别是脱分化和再分化过程
D．①→④过程培养基成分保持不变
D解析：组织块在原植株中没有发育成个体，是由于在特定时间和空间条件下基因发生了选择性表达，即发生了细胞分化，A正确；①试管中为高度分化的组织细胞，②试管中细胞为脱分化形成的愈伤组织细胞，具有较高的全能性，③试管中为愈伤组织再分化后形成的幼体，所以②试管中细胞全能性最高，B正确；①→②表示由高度分化的组织细胞经过脱分化形成愈伤组织的过程，②→③表示由愈伤组织经过再分化形成幼体的过程，C正确；植物组织培养过程需细胞分裂素和生长素共同调节，细胞分裂素和生长素的比例不同，愈伤组织分化的方向也不同，故脱分化和再分化过程中所用的培养基不同，D错误。

植物组织培养过程中应注意的问题
(1)接种时注意外植体的方向，应将外植体的形态学下端插入培养基，不能倒插。

(2)培养一株完整的试管苗，必须先进行生芽培养，再进行生根培养。

如果顺序颠倒，先诱导生根，就不容易诱导生芽了。

(3)菊花的组织培养中，愈伤组织的形成一般不需要光照，而在后续的培养过程中，需要一定量的光照。

(4)试管苗一般在高湿、弱光、恒温等条件下培养生长，出瓶后一定要注意保温、保湿。

(5)试管苗的光合作用能力弱，在移栽前应给予较强光照、闭瓶炼苗，以促进幼苗向自养苗转化。

考向2| 植物体细胞杂交过程分析
3．(2023·广东卷)人参皂苷是人参的主要活性成分。

科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合，以提高人参皂苷的产率。

下列叙述错误的是() A．细胞融合前应去除细胞壁
B．高Ca2+—高pH溶液可促进细胞融合
C．融合的细胞即为杂交细胞
D．杂交细胞可能具有生长快速的优势
C解析：植物体细胞杂交细胞融合前应去除细胞壁获得原生质体，A正确；高Ca2+—
高pH溶液，可促进细胞融合，B正确；两两融合的细胞有3种，其中人参根与胡萝卜根愈伤组织融合的细胞才是杂交细胞，C错误；杂交细胞可能具有人参根和胡萝卜根双亲的优势，即可能具有生长快速的优势，D正确。

4．(2024·北京海淀模拟)某科研小组利用体细胞杂交技术诱导水稻的原生质体和大黍的原生质体融合，培育后获得了杂种植株，其培育过程如图所示。

下列说法正确的是()
A．过程①需在低渗溶液中用纤维素酶和果胶酶处理
B．过程②中只有来源不同的原生质体才可以发生融合
C．过程③需对融合细胞进行处理使其恢复糖代谢和细胞分裂
D．过程④⑤为植物组织培养，其中④需要遮光处理，⑤需要光照
D解析：过程①需在等渗溶液中用纤维素酶和果胶酶处理，A错误；过程②中来源不同、来源相同的原生质体都可以发生融合，B错误；水稻原生质体经IOA处理后，细胞的糖代谢过程被抑制但细胞分裂功能正常，大黍经X射线处理后，细胞分裂功能丧失但糖代谢过程正常，两种原生质体融合后，已融合的细胞既能进行正常糖代谢、又能进行细胞分裂过程，不需要处理，C错误；过程④⑤为植物组织培养，其中④脱分化需要遮光处理，⑤再分化需要光照，D正确。

植物组织培养与植物体细胞杂交的区别与联系
植物细胞工程的应用
1．植物繁殖的新途径
2．作物新品种的培育
3．细胞产物的工厂化生产
(1)次生代谢物：是一类小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等)，在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。

(2)细胞产物的工厂化生产：人们利用植物细胞培养来获得目标产物。

(3)植物细胞培养：是指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。

1．脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位。

(×)
2．葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于微型繁殖。

(×)
3．以茎尖为材料通过组织培养获得的脱毒苗具有抗病毒的特点。

(×)
4．单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。

(×)
1．(选择性必修3 P40正文)作物培养过程中为什么要进行作物脱毒？对于无性繁殖的作物而言，病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低、品质变差。

2．(选择性必修3 P41相关信息)初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行着。

初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等。

1．(2024·广东东莞模拟)人参皂苷具有抗肿瘤等作用，科研人员设计如图1所示流程制
备人参皂苷Rg3，并研究了过程③生物反应器中人参细胞产量、人参皂苷Rg3产量随培养时间的变化，结果如图2。

下列叙述正确的是()
A．图1中过程①为脱分化，体现了植物细胞的全能性
B．图1中过程②常需用纤维素酶或果胶酶处理，将愈伤组织分散成单个细胞
C．图1中过程③采用静置培养，并加入适量蔗糖有利于维持渗透压
D．由图2可知，人参细胞的数量和培养时间等因素会影响人参皂苷Rg3产量
D解析：图1中①表示脱分化，该过程没有体现植物细胞的全能性，整个实验的目的是利用细胞株获得细胞产物，其原理是细胞增殖，没有体现植物细胞的全能性，A错误；过程②为细胞增殖，不需要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，B错误；过程③通常采用振荡培养获得大量组织细胞，除有利于增加溶解氧外，还能防止细胞聚集，C错误；由图2可知，生物反应器中人参细胞的数量和人参皂苷Rg3产量增加趋势基本一致，因而可推测，影响人参皂苷Rg3产量的因素有人参细胞数量和培养时间，D正确。

2．紫草宁是从紫草愈伤组织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的紫草宁是世界上首例药用植物细胞工程产品。

下列关于植物细胞工程的说法，正确的是()
A．植物细胞培养的目的主要是获得植物生长和生存所必需的次生代谢物
B．植物组织培养时，应对外植体进行灭菌处理以防止培养基及愈伤组织污染
C．在培养愈伤组织时加入细胞融合的诱导剂，可直接获得染色体加倍的细胞
D．叶肉细胞往往带病毒且细胞的全能性较低，故培育脱毒植物适宜选茎尖而不选叶片D解析：植物细胞培养的主要目的是通过大规模的细胞培养，以获得人类所需的细胞次生代谢物，细胞次生代谢物不是植物细胞生长和生存所必需的，A错误；植物组织培养时，应对外植体进行消毒处理，培养基需要进行灭菌处理，这样可以防止杂菌污染，B错误；在培养愈伤组织时加入细胞融合的诱导剂，不能直接获得染色体加倍的细胞，因为愈伤组织细胞具有细胞壁，阻止了原生质体的融合，C错误；叶肉细胞往往带病毒且细胞的全能性较低，而茎尖不仅病毒极少，而且全能性较高，故培育脱毒植物适宜选茎尖而不选叶片，D正确。

3．“中国航天文创”于2021年七夕节前1 s内销售200支“手指植物”——太空玫瑰。

这些玫瑰花朵直径与大拇指宽度相当，能在玻璃瓶中生长三四个月之久，最初的种子搭载神
舟四号飞船进入太空，返回地球后经过多年的选育，利用植物组织培养等技术培育而成。

下列叙述错误的是()
A．太空中的宇宙射线辐射、微重力和弱地磁等因素，可诱发种子发生基因突变
B．在“接种外植体→诱导愈伤组织→诱导生根→诱导生芽”的过程中需要更换2次培养基
C．白菜(2n＝20)和甘蓝(2n＝18)体细胞杂交后经植物组织培养得到的“白菜—甘蓝”是一个新物种
D．一般来说，容易进行无性繁殖的植物也容易进行组织培养
B解析：种子在宇宙辐射、微重力及弱地磁等因素的诱导下可诱发细胞发生基因突变，人们把有益的变异加以选择，选育出高产、优质、抗性强的新品种，A正确；植物组织培养中需要更换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，诱导形成愈伤组织、诱导生根和诱导生芽的培养基是不一样的，因此在“接种外植体→诱导愈伤组织→诱导生芽→诱导生根”的过程中需要更换3次培养基，B错误；白菜(2n＝20)和甘蓝(2n＝18)体细胞杂交后经植物组织培养得到的“白菜—甘蓝”与原来物种之间存在生殖隔离，能通过有性生殖产生可育后代，是一个新物种，C正确；一般来说容易进行无性繁殖的植物，其全能性较高，也容易进行组织培养，D正确。

课时质量评价(四十五)
(建议用时：40分钟)
一、选择题
1．(2024·江苏镇江模拟)下列关于植物组织培养的叙述，正确的是()
A．用自然生长的茎进行组织培养需用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠的混合液消毒
B．为防止杂菌污染，从接种外植体到生成试管苗尽量在同一个锥形瓶内完成
C．培养基含生长素、不含细胞分裂素时，易形成多核细胞
D．花粉管通道法介导植物基因转移后续需要植物组织培养
C解析：自然生长茎段的消毒属于外植体消毒，先用体积分数为70%的酒精消毒，再用无菌水清洗，再用质量分数为5%左右的次氯酸钠消毒处理，最后再用无菌水清洗，A错误；植物组织培养包括脱分化和再分化两个过程，这两个过程的培养条件不同，故从接种外植体到生成试管苗不能在同一个锥形瓶内完成，B错误；生长素主要促进细胞核的分裂，细胞分裂素主要促进细胞质的分裂，植物组织培养中，培养基含生长素、不含细胞分裂素时，易形成多核细胞，C正确；利用花粉管通道法得到的是转基因种子，不需要进行植物的组织培养，D错误。

2．利用同一株菊花带侧芽的茎段获得丛状苗，利用茎段诱导产生愈伤组织也可获得丛状苗，下列说法正确的是()
A．两者都要经历脱分化过程
B．前者总培养的过程时间比后者长
C．两者获得丛状苗遗传物质基本相同
D．要诱导丛状苗基部细胞最终形成根，应在培养基中添加细胞分裂素
C解析：用一株菊花带侧芽的茎段获得丛状苗，可进一步获得完整植株；而利用茎段诱导产生愈伤组织后，需要通过再分化获得完整植株，可见前者不需要经过脱分化过程，因而其培养过程需要的时间比后者短，A、B错误。

由于这两种方法获得新植株的过程均属于无性繁殖，所以得到的丛状苗遗传物质基本相同，C正确。

要诱导丛状苗基部细胞最终形成根，应在培养基中添加生长素，因为生长素能促进生根，D错误。

3．(2024·浙江杭州模拟)某种植物组织培养的过程如下图所示，其中甲、乙、丙、丁代表4个不同培养阶段。

下列叙述正确的是()
A．甲阶段和乙阶段培养基中的营养成分不同，但生长调节剂种类和配比相同
B．乙阶段，培养基中的生长素的含量高于细胞分裂素
C．丙阶段，将丛状苗分株后移栽到只有生长素没有细胞分裂素的培养基上生根
D．丁阶段，试管苗移栽前需在蛭石和珍珠岩等介质上锻炼，增强对低湿、弱光的适应能力
C解析：甲阶段和乙阶段培养基生长调节剂种类和配比不同，A错误；乙阶段为诱导
长出丛芽，培养基中生长素的含量低于细胞分裂素，B错误；与生芽培养基相比，诱导根分化需要较低的细胞分裂素浓度，可以只有生长素没有细胞分裂素，C正确；试管苗移栽前需在蛭石和珍珠岩等介质上锻炼，增强对低湿、强光的适应能力，D错误。

4．(2024·重庆模拟)利用东方百合和云南大百合进行植物体细胞杂交，部分结果如下表所示。

下列相关说法错误的是()
A
B．获得原生质体后，可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．诱导形成的试管苗需移植到消毒后的蛭石或珍珠岩等环境中，待长壮后再移栽入土C解析：原生质体融合体现了细胞膜具有流动性，A正确；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，题中没有无PEG的对照组，不能说明低浓度的PEG促进融合，高浓度的PEG 抑制融合，C错误；诱导形成的试管苗需移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待长壮后再移栽入土，D正确。

5．“索蚌”是东方百合的一个主栽品种，夏天种植时病虫害严重，花朵数少。

科研人员根据云南大百合和“索蚌”优缺点互补的特性，以植物体细胞杂交技术培育出多花型、花色丰富并集观赏、抗性及药用、食用为一体的百合新品种。

下列叙述错误的是() A．“索蚌”与云南大百合的体细胞杂交之前需用纤维素酶和果胶酶处理获得原生质体B．可采用高Ca2+—高pH融合法诱导“索蚌”与云南大百合的原生质体融合
C．生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1时可诱导杂种细胞形成愈伤组织
D．百合新品种的获得不需要考虑两亲本之间的生殖隔离问题
C解析：东方百合“索蚌”与云南大百合的体细胞杂交之前需用纤维素酶和果胶酶处理获得原生质体，A正确；可采用高Ca2+—高pH融合法诱导“索蚌”与云南大百合的原生质体融合得到杂种细胞，B正确；生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1时可诱导杂种细胞形成愈伤组织，C错误；百合新品种的获得利用了植物体细胞杂交技术，克服了远缘杂交不亲和的障碍，不需要考虑亲本之间的生殖隔离问题，D正确。

6．红豆杉是世界上公认濒临灭绝的天然珍稀抗癌植物，它的细胞提取物紫杉醇是重要的抗癌药物之一。

红豆杉可通过播种的方法进行繁殖，但其生长速度缓慢，再生能力差，而植物组织培养技术是实现其大规模培养的途径之一。

下列有关叙述正确的是() A．培养红豆杉的愈伤组织可用于紫杉醇的工业化生产
B．红豆杉不同部位的细胞，经植物组织培养获得的愈伤组织，基因型相同
C．培养基需要用高压蒸汽灭菌，外植体需要用体积分数为50%的酒精、质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液消毒处理
D．将花粉培育获得单倍体，经加倍处理后可得到杂合子
A解析：培养红豆杉的愈伤组织，可以从中提取紫杉醇，用于紫杉醇的工业化生产，A正确；花粉是经过减数分裂形成的，因此红豆杉体细胞和花粉经植物组织培养获得的愈伤组织基因型不相同，B错误；培养基需要用高压蒸汽灭菌，外植体需要用体积分数为70%的酒精、质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液消毒处理，C错误；将花粉培育获得单倍体，经加倍处理后可获得纯合子，D错误。

7．(2024·广东东莞模拟)科研人员用抗病、抗寒的二倍体阿宽蕉和三倍体无籽龙牙蕉进行体细胞杂交，培育出抗病、抗寒的无籽新品种，拓宽了香蕉种植区域。

相关叙述正确的是()
A．植物体细胞杂交技术无法获得含双亲优良细胞质基因的个体
B．②过程可用灭活病毒诱导法、PEG融合法等方法实施诱导
C．③过程成功的原因是杂种细胞含个体发育的整套遗传信息
D．抗病、抗寒无籽新品种自交，可获得抗病、抗寒无籽后代
C解析：植物体细胞杂交技术促进双亲细胞融合，也融合了双亲优良细胞质基因，A 错误；诱导植物原生质体融合不能用灭活病毒诱导法，B错误；③过程是杂种细胞发育成一个新个体，体现了植物细胞的全能性，即该植物细胞含有个体发育的整套遗传信息，C正确；抗病、抗寒无籽新品种是抗病、抗寒的二倍体阿宽蕉和三倍体无籽龙牙蕉进行体细胞杂交获得的，属于异源五倍体，减数分裂时联会紊乱，是不育的，D错误。

8．(2024·广东广州模拟)肉苁蓉具有较高的药用价值，自然条件下的产量较低，其次生代谢产物苯乙醇苷(PeGs)是主要活性成分。

研究人员以外植体诱导出愈伤组织，进一步进行细胞悬浮培养。

在不同的初始接种浓度下培养一段时间后，对悬浮培养液的PeGs进行测定，结果如下图所示。

下列有关叙述，错误的是()
A．植物组织培养几乎不受季节、天气等限制，条件可控
B．愈伤组织培养时需用固体培养基，细胞悬浮培养时需用液体培养基
C．若工厂化大量生产PeGs，细胞悬浮培养时就应选择接种细胞的浓度为3.2 g·L-1
D．若需进一步了解细胞生成PeGs的能力，则要检测培养后培养液中的细胞密度
C解析：植物组织培养使用人工配制的培养液，可以人为控制其生长环境，故植物组织培养几乎不受季节、天气等限制，条件可控，A正确；愈伤组织培养时需用固体培养基，细胞悬浮培养时需用液体培养基，有利于细胞增殖，B正确；若工厂化大量生产PeGs，细胞悬浮培养时，选择接种细胞的浓度应在2.4至4.0 g·L-1之间设置浓度梯度找到最适浓度，C错误；若需进一步了解细胞生成PeGs的能力，细胞密度若过大影响其产量，因此要检测培养后培养液中的细胞密度，D正确。

二、非选择题
9．(2024·云南联考)甲植物(2n＝18)具有由核基因控制的多种优良性状，远缘植物乙(4n ＝32)的细胞质中存在抗除草剂基因，科研人员利用植物体细胞杂交技术培育具有抗除草剂性状的优良品种丙，途径如图所示。

已知X射线处理会使细胞分裂功能丧失但不影响线粒体功能，丙烯酸异辛酯(IOA)处理会使线粒体失活，但不影响细胞分裂。

回答下列问题：
(1)利用植物体细胞杂交技术获得新植物体，利用的生物学原理是_____________________________________________。

取植物的顶芽细胞进行培育，有利于获得脱毒苗，原因是______________________________________________________________。

(2)过程①常用酶解法去除细胞壁，利用的酶是__________________。

过程②常用物理法促进细胞融合，如________________(答出1点)。

(3)在细胞融合体系中，未融合的细胞不能形成愈伤组织，原因是_________________。

(4)植物体细胞杂交成功的关键是无菌操作，对培养皿采用的灭菌方法是___________。

解析：(1)植物体细胞杂交利用细胞膜的流动性，杂种细胞形成新植物体利用植物细胞的全能性。

植物顶端分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，取顶芽细胞进行体细胞杂交有利于获得脱毒苗。

(2)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。

促进细胞融合的物理方法有电融合法和离心法等。

(3)X射线处理会使细胞分裂功能丧失但不影响线粒体的功能，IOA处理会使线粒体失活，但不影响细胞分裂，因此未融合的细胞和同种细胞的融合细胞均不能正常分裂，都不能形成愈伤组织，只有杂种细胞由于生理功能互补能正常分裂形成愈伤组织。

(4)对培养皿进行灭菌可采用湿热灭菌法或干热灭菌法。

答案：(1)细胞膜的流动性和植物细胞的全能性顶端分生区附近的病毒极少，甚至无。