植物細胞工程的基本技術(shù) 名師獲獎

第2章細胞工程第1節(jié)植物細胞工程第1課時植物細胞工程的基本技術(shù)植物組織培養(yǎng)技術(shù)自主梳理1.

細胞工程的定義分子發(fā)育細胞器細胞器官2.

植物組織工程的理論基礎(chǔ)——植物細胞的全能性完整生物體其他各種細胞選擇性地表達3.植物細胞培養(yǎng)技術(shù)離體培養(yǎng)基完整植株芽根(1)由于植物所有的體細胞都來源于受精卵的有絲分裂，所以在植物個體發(fā)育的過程中，所有的細胞都能表現(xiàn)出全能性。()提示：雖然植物所有的體細胞都來源于受精卵的有絲分裂，但在個體發(fā)育過程中，在特定的時間和空間條件下，細胞中的基因會選擇性的表達，所以不能表現(xiàn)出全能性。(2)外植體經(jīng)脫分化可形成愈傷組織，愈傷組織經(jīng)再分化可誘導(dǎo)生根或生芽。()(3)高度分化的細胞，只有發(fā)育成一個完整的生物個體，才能體現(xiàn)出細胞的全能性。()提示：高度分化的細胞，只要是能發(fā)育成完整生物個體，或者分化形成其他各種細胞，都認為是表現(xiàn)出了全能性。(4)植物組織培養(yǎng)技術(shù)的理論基礎(chǔ)是植物細胞的全能性。()×√×√[典型例題]

(2020·天津等級考，15)某植物有A、B兩品種?？蒲腥藛T在設(shè)計品種A組織培養(yǎng)實驗時，參照品種B的最佳激素配比(如表)進行預(yù)實驗。品種B組織培養(yǎng)階段細胞分裂素濃度(μmol/L)生長素濃度(μmol/L)Ⅰ誘導(dǎo)形成愈傷組織m1n1Ⅱ誘導(dǎo)形成幼芽m2n2Ⅲ誘導(dǎo)生根m3n3據(jù)表回答：(1)Ⅰ階段時通常選擇莖尖、幼葉等作為外植體，原因是____________________。(2)在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ階段中發(fā)生基因選擇性表達的是________階段。(3)為確定品種A的Ⅰ階段的最適細胞分裂素濃度，參照品種B的激素配比(m1>2.0)，以0.5μmol/L為梯度，設(shè)計5個濃度水平的實驗，細胞分裂素最高濃度應(yīng)設(shè)為____________μmol/L。(4)Ⅲ階段時，科研人員分別選用濃度低于或高于n3μmol/L的生長素處理品種A幼芽都能達到最佳生根效果，原因是處理幼芽時，選用低濃度生長素時的處理方法為________，選用高濃度生長素時的處理方法為_________________________。(5)在________階段用秋水仙素對材料進行處理，最易獲得由單個細胞形成的多倍體。解析

(1)選擇莖尖、幼葉等作為外植體是因為其富含分生組織，細胞分化程度低，誘導(dǎo)其脫分化形成愈傷組織更容易。(2)階段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別涉及脫分化、再分化和再分化過程，細胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能在這些階段都發(fā)生了變化，都存在基因的選擇性表達。(3)因為m1μmol/L為品種B在Ⅰ階段的最佳激素配比中的細胞分裂素濃度，所以確定品種A在Ⅰ階段的最適細胞分裂素濃度時，若以0.5μmol/L為梯度設(shè)計5個濃度水平，設(shè)置的濃度由低到高應(yīng)依次為m1－1.0、m1－0.5、m1、m1＋0.5、m1＋1.0(單位均為μmol/L)。(4)用浸泡法處理幼芽時使用的生長素濃度較低，處理時間較長，用沾蘸法處理幼芽的時間較短，使用的生長素濃度較高，二者均可以得到最佳生根效果。(5)秋水仙素通過抑制分裂期紡錘體的形成使染色體加倍；Ⅱ、Ⅲ階段中部分細胞可能已發(fā)生分化，失去了分裂能力，故用秋水仙素處理這兩個階段的材料，并非所有細胞的染色體數(shù)目都會加倍；而Ⅰ階段形成的愈傷組織細胞都由已分化細胞經(jīng)過脫分化形成，分化程度較低，分裂能力較強，該階段中使用秋水仙素使染色體數(shù)目加倍，更容易獲得由單個細胞形成的多倍體。答案(1)細胞分化程度低，容易誘導(dǎo)產(chǎn)生愈傷組織(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ

(3)m1＋1.0

(4)浸泡法(長時間處理)沾蘸法(短時間處理)

(5)Ⅰ[變式訓(xùn)練]

(2020·黑龍江雙鴨山一中高二期末)玉米是一種主要的農(nóng)作物，為了提高玉米的產(chǎn)量，科學(xué)家在玉米育種和栽培中作了大量的研究。如圖是關(guān)于玉米培養(yǎng)的過程，據(jù)圖判斷下列說法中錯誤的是(

)A.從繁殖原理上分析，A→D屬于無性生殖B.植株D和G中的染色體組數(shù)不同C.E→G不能體現(xiàn)細胞的全能性D.E→F過程中獲得的植株一般不用于大田生產(chǎn)解析

A→D是植物組織培養(yǎng)過程，從繁殖原理上分析，屬于無性生殖，A正確；植株D是二倍體植株，植株G是單倍體植株，體內(nèi)的染色體組數(shù)不同，B正確；E→G表示花藥離體培養(yǎng)形成單倍體幼苗的過程，該過程體現(xiàn)了植物細胞的全能性，C錯誤；E→F過程中獲得的植株是單倍體植株，高度不育，一般沒有直接的使用價值，D正確。

答案

C 聯(lián)想質(zhì)疑植物組織培養(yǎng)是利用植物細胞的全能性，通過脫分化、再分化，最終形成完整植株的過程。

1.植物細胞要表現(xiàn)出全能性，需要同時滿足哪些主要條件？

提示：①離體；②人工配制的培養(yǎng)基；③適宜的培養(yǎng)條件；④無菌等。2.脫分化和再分化都屬于細胞的分化過程嗎？為什么？

提示：再分化屬于細胞的分化過程，脫分化不屬于細胞分化的過程，而是擺脫分化恢復(fù)未分化狀態(tài)。生長素/細胞分裂素適中→促進愈傷組織的形成。生長素<細胞分裂素→利于芽的分化生長素>細胞分裂素→利于根的分化(1)誘導(dǎo)再分化時，植物激素的比例不同，實驗結(jié)果就會不同；(2)誘導(dǎo)脫分化時，通常要避光培養(yǎng)；誘導(dǎo)再分化時，通常要給予適宜的光照。

在植物組織培養(yǎng)中常常添加植物激素，但不是都必須添加植物激素，對于那些組織培養(yǎng)比較容易的材料，培養(yǎng)基中可不添加植物激素，如菊花莖段的組織培養(yǎng)。實踐：菊花的組織培養(yǎng)自主梳理愈傷組織激素胚狀體生長素細胞分裂素酒精無菌水次氯酸鈉溶液無菌水無菌培養(yǎng)皿無菌濾紙愈傷組織培養(yǎng)箱生芽生根試管苗蛭石珍珠巖提醒：胚狀體是指離體培養(yǎng)條件下，沒有經(jīng)過受精過程，但是經(jīng)過了胚胎發(fā)育過程所形成的胚狀類似物，因而統(tǒng)稱為體細胞胚或胚狀體。(1)植物激素中的生長素和赤霉素是啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵激素。()提示：植物激素中的生長素和細胞分裂素是啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵激素。(2)菊花組織培養(yǎng)過程中，前后三次所用到的培養(yǎng)基其作用是不同的。()×√(3)試管苗在誘導(dǎo)形成后，就可以直接移栽到土壤中，不過還需要適時澆水、施肥。()提示：試管苗在誘導(dǎo)形成后，要先經(jīng)過壯苗等過程才可以移栽到土壤中。(4)在外植體接種之前，應(yīng)對外植體進行滅菌，以避免外植體表面的微生物造成實驗失敗。()提示：在外植體接種之前，應(yīng)對外植體進行消毒而非滅菌?！痢羀典型例題]

(2020·廣西南寧三中高二期末)下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)的敘述，錯誤的是(

) A.植物的組織培養(yǎng)需要在無菌和人工控制的條件下進行 B.該過程需要的培養(yǎng)基由有機營養(yǎng)、無機營養(yǎng)、激素和瓊脂組成 C.用酒精和次氯酸鈉分別處理離體植物組織后均需要自來水清洗 D.植物組織培養(yǎng)技術(shù)的理論基礎(chǔ)是植物細胞具有全能性解析植物組織培養(yǎng)需要在人工控制的條件下，在無菌環(huán)境下進行，A正確；植物組織培養(yǎng)中固體培養(yǎng)基成分有無機營養(yǎng)成分、有機營養(yǎng)成分、激素、瓊脂等，B正確；植物組織培養(yǎng)時，需對外植體進行消毒，即先用酒精進行處理，然后立即用無菌水清洗2～3次；再用次氯酸鈉溶液處理后立即用無菌水清洗2～3次，C錯誤；植物組織培養(yǎng)技術(shù)的原理是細胞的全能性，D正確。答案

C[變式訓(xùn)練]

(2020·海南中學(xué)高二期末)某興趣小組擬用組織培養(yǎng)繁殖一種名貴花卉，其技術(shù)路線為“取材→消毒→愈傷組織培養(yǎng)→出芽→生根→移栽”。下列有關(guān)敘述，錯誤的是(

) A.消毒的原則是既殺死材料表面的微生物，又減少消毒劑對細胞的傷害 B.愈傷組織是由外植體脫分化形成的，其分化程度通常比外植體要高 C.出芽是細胞再分化的結(jié)果，受基因選擇性表達的調(diào)控 D.生根時，培養(yǎng)基通常應(yīng)含α--萘乙酸等生長素類調(diào)節(jié)劑解析植物組織培養(yǎng)中要求無菌操作，以防止細菌感染，消毒時既要殺死材料表面的微生物，又要盡量減少消毒劑對細胞的傷害，A正確；出芽是細胞再分化的結(jié)果，分化的實質(zhì)是基因的選擇性表達，受基因選擇性表達的調(diào)控，C正確；在誘導(dǎo)生根的過程中，需要生長素和細胞分裂素的共同作用，生長素與細胞分裂素比值高時，有利于根的分化，因此生根時，培養(yǎng)基中會含有α－萘乙酸等生長素類調(diào)節(jié)劑，D正確；愈傷組織是未分化細胞，而外植體通常是高度分化的細胞，外植體的分化程度通常比愈傷組織高，B錯誤。答案

B聯(lián)想質(zhì)疑菊花的組織培養(yǎng)，一般選擇未開花植株的莖上部新萌生的側(cè)枝。

1.菊花組織培養(yǎng)過程中，誘導(dǎo)外植體脫分化形成愈傷組織的培養(yǎng)基，其成分中是否應(yīng)含有蔗糖等有機物？為什么？

提示：含有；因為此時外植體不能進行光合作用制造有機物，需要依賴于環(huán)境中的有機物才能生存。2.菊花組織培養(yǎng)中，前后三次用到的培養(yǎng)基其功能分別是什么？

提示：第一次：誘導(dǎo)外植體脫分化形成愈傷組織；第二次：誘導(dǎo)愈傷組織生芽；第三次：誘導(dǎo)愈傷組織生根。植物體細胞雜交技術(shù)自主梳理雜種細胞新植物體纖維素果膠電融合離心聚乙二醇融合法高Ca2+—高pH融合生殖隔離(1)植物體細胞雜交就是利用一定的方法將去除細胞壁的不同來源的植物細胞融合為雜種細胞的過程。()提示：植物體細胞雜交包括原生質(zhì)體制備、原生質(zhì)體融合和植物組織培養(yǎng)等過程。(2)雜種細胞培育成一個完整新植物體的過程，體現(xiàn)了植物細胞的全能性。()(3)經(jīng)植物體細胞雜交技術(shù)獲得雜種植株的過程，發(fā)生了染色體數(shù)目變異。()(4)植物體細胞雜交技術(shù)打破了不同物種之間的生殖隔離，實現(xiàn)了遠緣雜交。()×√√√[典型例題]

(2020·山東等級考，13)兩種遠緣植物的細胞融合后會導(dǎo)致一方的染色體被排出。若其中一個細胞的染色體在融合前由于某種原因斷裂，形成的染色體片段在細胞融合后可能不會被全部排出，未排出的染色體片段可以整合到另一個細胞的染色體上而留存在雜種細胞中。依據(jù)該原理，將普通小麥與耐鹽性強的中間偃麥草進行體細胞雜交獲得了耐鹽小麥新品種，過程如下圖所示。下列說法錯誤的是(

)A.過程①需使用纖維素酶和果膠酶處理細胞B.過程②的目的是使中間偃麥草的染色體斷裂C.過程③中常用滅活的病毒誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合D.耐鹽小麥的染色體上整合了中間偃麥草的染色體片段解析由圖可知，①為去除植物細胞的細胞壁，獲得原生質(zhì)體的過程，該過程需用纖維素酶和果膠酶處理細胞，A正確；由題干可知，兩種遠緣植物的細胞融合后會導(dǎo)致一方的染色體被排出，若其中一個細胞的染色體在融合前發(fā)生斷裂，則形成的染色體片段在細胞融合后有的可能會存留在雜種細胞中，故為了使普通小麥獲得中間偃麥草的耐鹽性狀，需要將中間偃麥草細胞中的染色體斷裂，過程②用不同劑量的紫外線照射的目的是斷裂中間偃麥草的染色體，B正確；圖中過程③為兩種原生質(zhì)體的融合，常用的融合手段為物理法和化學(xué)法，滅活的病毒通常用來融合動物細胞，C錯誤；普通小麥不具有耐鹽性狀，因此篩選出的耐鹽小麥的染色體上整合了中間偃麥草的染色體片段，D正確。答案

C[變式訓(xùn)練]

(2020·長安區(qū)一中高二期末)下圖為甲種植物細胞和乙種植物細胞的結(jié)構(gòu)(僅顯示細胞核)，下列有關(guān)敘述錯誤的是(

)A.乙植物能產(chǎn)生4種不同類型的花粉B.將甲、乙兩種植物雜交得到的植物為二倍體，可育C.用纖維素酶和果膠酶可以去除植物細胞的細胞壁D.經(jīng)植物體細胞雜交得到的植物為四倍體，基因型為DdYyRr解析乙物種細胞具有2對分別位于2對同源染色體上的等位基因，該植物通過減數(shù)分裂能產(chǎn)生YR、Yr、yR、yr4種不同類型的花粉；甲、乙是2個不同物種的植物，甲、乙雜交得到的植物為異源二倍體，減數(shù)分裂時由于染色體聯(lián)會紊亂，不能產(chǎn)生精子和卵細胞，因此不可育；植物細胞細胞壁的主要成分為纖維素和果膠，用纖維素酶和果膠酶可去除植物細胞的細胞壁；甲、乙植物均為二倍體，經(jīng)植物體細胞雜交(即兩個體細胞融合)得到的細胞應(yīng)含有四個染色體組，發(fā)育成的植物為四倍體，基因型為DdYy