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高中生物2022届新教材一轮复习人教版 第十单元 第5课 植物细胞工程 课件
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这是一份高中生物2022届新教材一轮复习人教版 第十单元 第5课 植物细胞工程 课件，共60页。PPT课件主要包含了核心概念·自查，细胞的全能性，遗传信息，完整生物体，全部遗传信息，植物细胞的全能性，有机营养成分，脱分化，生长素，细胞分裂素等内容，欢迎下载使用。
【概念导图】 一图知全局
【概念梳理】 闭书测基础一、植物细胞工程的基本技术1.细胞工程的概念：
3.植物组织培养技术：(1)概念理解：①应用原理：_________________。②培养对象：_________________________。
离体植物组织、器官或细胞
③培养条件：a.无菌操作：培养基_____、培养材料和培养器械_____。b.固体培养基：大多由无机营养成分、_____________、激素、琼脂四部分组成。c.光照：_______阶段不需要光照。d.激素调控：培养基中_______和___________的比例调控组织培养进程。④培养结果：产生愈伤组织、丛芽，最终形成_________。
4.植物体细胞杂交技术：
二、植物细胞工程的应用1.植物繁殖的新途径：(1)微型繁殖：用于_________优良品种的植物组织培养技术。(2)作物脱毒：选取作物___________等无毒组织进行组织培养，获得脱毒苗的技术。
(3)人工种子：以植物组织培养得到的_______、不定芽、顶芽、腋芽等材料，经过人工薄膜包装得到的种子，可以解决某些植物结实率低、繁殖困难的问题。
2.作物新品种的培育：(1)单倍体育种：①原理：染色体变异。②流程：花药 __________ 纯合子。③优点：明显_____________。(2)突变体的利用：实例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草、抗除草剂的白三叶草。
3.细胞产物的工厂化生产：(1)细胞产物：_______、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。(2)培养阶段：_________阶段。(3)技术基础：_________________。
【概念辨析】 全面清障碍1.判断下列植物细胞工程的基本技术叙述的正误：(1)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞的全能性。( )(2)植物的每个细胞都能表现出细胞的全能性。( )分析：表现细胞全能性的前提是细胞具有完整的结构，植物的筛管细胞没有细胞核，不具有全能性。
(3)在愈伤组织形成幼苗的再分化过程中，不会发生细胞的增殖。( )分析：增殖是细胞分化的前提，在分化过程中存在细胞的增殖过程。(4)愈伤组织的形成需要光照。( )分析：愈伤组织的形成不需要光照，再分化过程需要光照。
2.判断下列植物细胞工程应用叙述的正误：(1)培养脱毒苗可通过转基因技术。( )分析：通过转基因技术可培育抗毒苗，不能培育脱毒苗。(2)微型繁殖过程中涉及细胞分化。( )(3)离体的植物细胞经脱分化形成的愈伤组织包上人工种皮可得到人工种子。( )分析：愈伤组织经再分化形成的胚状体包上人工种皮可得到人工种子。
(4)愈伤组织容易发生基因突变是由于细胞分裂旺盛，DNA复制容易出现差错。 ( )(5)秋水仙素处理单倍体萌发的种子可得到纯合子。( )
【概念活用】 教材命题源1.教材选修3 P36：植物组织培养(plant tissue culture)就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞、培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。思考：植物组织培养时，一般选取形成层的原因是什么？提示：形成层细胞分裂能力强，分化程度低，容易诱导形成愈伤组织。
2.教材选修3 P38“思考与探究”改编：没能实现“番茄-马铃薯”地上结番茄，地下长马铃薯的原因是生物基因之间___________________。这项研究，在克服不同生物_________的障碍上，取得了巨大突破。
考点一 植物细胞工程的基本技术【典例精研引领】(2019·全国卷Ⅲ)培养胡萝卜根组织可获得试管苗，获得试管苗的过程如图所示。
回答下列问题。(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有_________________。 (2)步骤③切取的组织块中要带有形成层，原因是_______________________。 (3)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基，其原因是____________________________________________。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的___________过程，最终可形成试管苗。
(4)步骤⑥要进行照光培养，其作用是 ____________________________ 。 (5)经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的___________，这种繁殖方式属于___________繁殖。
【名师授法解题】抓题眼练思维
【解析】(1)分化的植物细胞含有该生物生长发育所需要的全部遗传物质，具有发育的全能性，在一定条件下可以培养为完整的植株。(2)形成层属于分生组织，细胞分裂能力较强，容易脱分化形成愈伤组织。(3)培养基中的细胞分裂素和生长素可调控细胞的分裂和分化，诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗时，需要的生长素和细胞分裂素的比例不同，所以需要更换培养基。愈伤组织是一团未分化的细胞，通过再分化形成具有根、芽的试管苗。
(4)再分化过程中需要光照条件，以利于叶绿素的形成，叶绿素形成后，试管苗才能进行光合作用。(5)在植物组织培养过程中，只涉及有丝分裂，不涉及有性生殖细胞的生成，该方式可以保证母细胞和子细胞遗传物质的稳定，保持原品种的遗传特性，所以这种繁殖方式属于无性繁殖。
答案：(1)全能性(或答：形成完整植株所需的全部基因)(2)形成层容易诱导形成愈伤组织(3)诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗时需要的生长素和细胞分裂素的比例不同 分化(或答：再分化)(4)诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用(5)遗传特性 无性
【母题变式延伸】核心素养新命题植物组织培养的脱分化过程中需要光照条件吗？为什么？(科学思维：分析与综合)提示：不需要。因为植物组织培养脱分化主要是培养出愈伤组织，一旦被照光以后会促进组织分化，无法达到实验目的。
【知能素养提升】1.植物组织培养技术、无土栽培技术与微生物培养技术的比较：(科学思维：比较与分类)
2.脱分化和再分化的比较：(科学思维：比较与分类)
3.在植物组织培养过程中激素比例与细胞分裂、细胞分化的关系：(科学思维：建立模型)(1)适当提高生长素与细胞分裂素的比例容易生根。(2)适当提高细胞分裂素与生长素的比例容易生芽。(3)比例适中诱导产生愈伤组织。如图所示：
4.植物体细胞杂交后的遗传物质分析：(科学思维：分析与综合)(1)遗传特性：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，故杂种植株具备两种植物的遗传特性。
(2)染色体组数。①染色体组数=两种植物体细胞内染色体组数之和。②植物体细胞杂交形成的杂种植株，有几个染色体组就称为几倍体。③若一植物细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体数为(2x+2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。
【热点考向演练】考向一 通过植物组织培养过程分析，考查科学探究的制订并实施方案的能力1.(2021·唐山模拟)下列有关植物组织培养的叙述，正确的是( )A.愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞B.二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株C.用人工薄膜将胚状体、愈伤组织等分别包装可制成人工种子D.植物耐盐突变体可通过添加适量NaCl的培养基培养筛选而获得
【解析】选D。愈伤组织是一团未分化的薄壁细胞，A错误；二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到的植株是单倍体，只含有1个染色体组，不能稳定遗传，B错误；用人造种皮将胚状体包装，添加人造胚乳后可制成人工种子，C错误；植物耐盐突变体可通过添加适量NaCl的培养基培养筛选而获得，D正确。
2.(2021·海口模拟)为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力，某研究小组的实验过程如图。下列叙述不正确的是( )A.过程③是基因选择性表达的结果B.原生质体虽无细胞壁但仍保持细胞的全能性C.过程②与过程③的生长素/细胞分裂素比例相同D.过程④需要在光照下进行有利于叶绿体的形成
【解析】选C。过程③是再分化过程，该过程会发生基因的选择性表达，A正确；原生质体无细胞壁，具有细胞全能性，B正确；过程②为脱分化过程，过程③为再分化过程，采用的生长素/细胞分裂素比例不同，C错误；过程④为植物个体发育的过程，需要置于光照下，有利于叶绿体形成，D正确。
3.(2020·天津等级考)某植物有A、B两品种。科研人员在设计品种A组织培养实验时，参照品种B的最佳激素配比(见如表)进行预实验。
据表回答：(1)Ⅰ阶段时通常选择茎尖、幼叶等作为外植体，原因是_______________。 (2)在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段中发生基因选择性表达的是___________________阶段。 (3)为确定品种A的Ⅰ阶段的最适细胞分裂素浓度，参照品种B的激素配比(m1>2.0)，以0.5 μml·L-1为梯度，设计5个浓度水平的实验，细胞分裂素最高浓度应设为________μml·L-1。
(4)Ⅲ阶段时，科研人员分别选用浓度低于或高于n3 μml·L-1的生长素处理品种A幼芽都能达到最佳生根效果，原因是处理幼芽时，选用低浓度生长素时的处理方法为____________，选用高浓度生长素时的处理方法为_____________。 (5)在______阶段用秋水仙素对材料进行处理，最易获得由单个细胞形成的多倍体。
【解析】本题主要考查植物组织培养和植物激素调节。(1)茎尖、幼叶分化程度低，分裂能力强，在组织培养中作为外植体，容易经诱导产生愈伤组织。(2)在组织培养的脱分化和再分化过程中，均会发生基因的选择性表达。(3)为确定品种A的Ⅰ阶段最适细胞分裂素浓度，参照品种B的激素配比，以0.5 μml·L-1为梯度，设计5个浓度水平的实验，m1应为中间浓度，则最高浓度应为m1+1.0 μml·L-1。
(4)生根效果与所用生长素浓度及处理方法、处理时间有关，用低浓度生长素处理时，可用浸泡法进行较长时间处理；用高浓度生长素处理时，可用沾蘸法进行短时间处理，二者可取得相同的处理效果。(5)秋水仙素抑制有丝分裂过程中纺锤体的形成，Ⅰ阶段细胞分裂旺盛，秋水仙素作用较大，用秋水仙素处理容易获得由单个细胞形成的多倍体。
答案：(1)细胞分化程度低，容易诱导产生愈伤组织(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(3)m1+1.0(4)浸泡法(长时间处理) 沾蘸法(短时间处理)(5)Ⅰ
考向二 通过植物体细胞杂交流程，考查生命观念的结构与功能观4.(2021·北京高考)为培育具有市场竞争力的无子柑橘，研究者设计如下流程。相关叙述不正确的是( )A.过程①需使用胰蛋白酶处理 B.实现过程②依赖膜的流动性C.过程③需应用植物组织培养技术 D.三倍体植株可产生无子柑橘
【解析】选A。植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，所以过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理，A错误；过程②为细胞融合过程，该过程依赖膜的流动性，B正确；过程③需应用植物组织培养技术将杂种细胞培养形成个体，C正确；三倍体植株含有三个染色体组，减数分裂时联会紊乱，可产生无子柑橘，D正确。
5.(2021·人大附中模拟)为拓宽白菜育种的基因资源，改良白菜品质，研究人员以白菜(2n=20，AA)和甘蓝(2n=18，CC)为材料进行植物体细胞杂交，以期得到杂种植物。对两种亲本和某融合植株进行细胞 DNA 含量检测，结果如图。下列说法正确的是( )
A.白菜的 DNA 相对含量较少说明其基因数量比甘蓝少B.操作中需要用灭活的病毒诱导原生质体融合C.该技术需要再生细胞壁后才能进行植物组织培养D.检测结果说明待检测植株为白菜-甘蓝杂种植株
【解析】选C。基因是具有遗传效应的DNA片段，白菜的 DNA 相对含量较少，不一定其基因数量比甘蓝少，A错误；操作中需要用PEG诱导原生质体融合，灭活的病毒是诱导动物细胞融合，B错误；该技术需要再生细胞壁后才能进行植物组织培养，C正确；据图可知，白菜DNA相对含量为50，甘蓝DNA相对含量为75，检测结果DNA相对含量为150，说明待检测植株为甘蓝-甘蓝四倍体植株，D错误。
6.(2020·来宾模拟)玉米和高粱均为二倍体生物，体细胞中染色体数目均为20条。某科学研究人员为培育“玉米—高粱”杂种植株，进行如图所示的培育过程。回答下列问题：
(1)玉米和高粱体细胞中染色体数目相同，但二者不能进行有性杂交的原因是 ____________________________________________________________。 (2)图中①过程能否在蒸馏水中进行，并说明原因_______________________。 (3)②过程常用的化学试剂是_____________；过程②依据的原理是____________；该过程成功的标志是_______________。 (4)④⑤过程合称为_______________(技术)。经研究发现实验过程中玉米细胞中的染色体会丢失，则“玉米—高粱”杂种植株细胞中染色体数目最多为____条。
【解析】(1)玉米和高粱之间存在生殖隔离，不能进行有性杂交。(2)图中①过程为去除植物的细胞壁获得原生质体，原生质体会吸水涨破，因此不能在蒸馏水中进行。(3)②过程为植物原生质体融合，常用的化学试剂是聚乙二醇(PEG)。过程②(细胞融合)依据的原理是细胞膜的流动性。植物原生质体融合后，会再生出新的细胞壁(d)。(4)在无菌条件下，接种在含有各种营养物质及植物激素的培养基上进行培养以获得再生的完整植株称为植物组织培养，④⑤过程合称为植物组织培养。“玉米—高粱”杂种植株细胞将二者细胞融合，不丢失的情况下，体细胞染色体最多为40(20+20=40)，有丝分裂后期细胞中染色体数目最多，为80条。
答案：(1)玉米和高粱之间存在生殖隔离(2)不能，原生质体会吸水涨破(3)聚乙二醇(PEG) 细胞膜的流动性 d产生新的细胞壁(4)植物组织培养 80
【加固训练·拔高】传统的人工繁殖兰花的方法是分株繁殖和用种子播种，随着科学技术的进步，人们开始采用“组织培养繁殖兰花”。(1)植物组织培养是在______和人工控制条件下，将______的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的______上，诱导其产生______、丛芽，最终形成完整植株的过程。(2)兰花的叶肉细胞之所以能培养为新个体，是因为细胞中含有___________，具有发育成完整个体的潜能，这种潜能叫___________。
(3)有人想到利用植物体细胞杂交技术解决兰花生根速度慢、幼苗生存能力弱的好办法，但操作后得到的“韭菜—兰花”，并没有预想中的“繁殖容易，香气浓郁”，可能的原因是__________________________________；培育该杂种植物的过程中，遗传物质的传递______(填“遵循”或“不遵循”) 孟德尔遗传规律。
【解析】(1)植物组织培养就是在无菌和人工控制的条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。 (2)兰花的叶肉细胞能够培养为新个体，是因为兰花的叶肉细胞中含有本物种的全部遗传信息，具有发育成完整个体的潜能，即具有细胞全能性。
(3)根据题意分析，利用植物体细胞杂交技术获得的“韭菜-兰花”并没有预想中的“繁殖容易，香气浓郁”，可能是因为两个物种之间的基因相互影响，导致某些基因无法正常表达；在植物体细胞杂交技术过程中没有发生减数分裂，而孟德尔遗传规律发生在减数分裂过程中。
答案：(1)无菌 离体 培养基 愈伤组织(2)本物种的全部遗传信息 细胞的全能性 (3)两个物种之间的基因相互影响，导致某些基因无法正常表达 不遵循
【知识总结】杂交育种和植物体细胞杂交技术的区别(1)杂交育种：选用的植物必须是同种植物，只是两者基因型不同，通过杂交，将两者的基因组合到同一个体中。属于有性繁殖。其育种原理是基因重组。(2)植物体细胞杂交技术：是将两种不同种类的植物细胞融合在一起(细胞核也融合成一个)，变成一个杂交细胞。这个细胞具有两种植物的染色体，经过植物组织培养成的植株有两种植物的特征，属于无性繁殖。其育种原理是植物细胞的全能性。与杂交育种相比，植物体细胞杂交克服了远缘杂交不亲和的障碍，子代一般不可育。
考点二 植物细胞工程的应用【典例精研引领】(2020·山东等级考)两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出。若其中一个细胞的染色体在融合前由于某种原因断裂，形成的染色体片段在细胞融合后可能不会被全部排出，未排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体上而留存在杂种细胞中。依据该原理，将普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种，过程如图所示。下列说法错误的是( )
A.过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞B.过程②的目的是使中间偃麦草的染色体断裂C.过程③中常用灭活的病毒诱导原生质体融合D.耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段
【名师授法解题】抓题眼练思维
【解析】选C。本题主要考查植物体细胞杂交技术。由题图信息可知，①为细胞去掉细胞壁获得原生质体的过程，去掉细胞壁一般用纤维素酶和果胶酶处理细胞，A项正确；两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出，需要使中间偃麦草细胞染色体断裂，所以②为用不同剂量的紫外线照射使中间偃麦草细胞的染色体断裂，B项正确；③为两种原生质体的融合，常用融合手段为物理法和化学法，灭活的病毒通常用来融合动物细胞，C项错误；普通小麦不具有耐盐性状，因此筛选出的耐盐小麦中控制耐盐性状的基因来自中间偃麦草的染色体片段，D项正确。
【备选典例】紫杉醇是一种生物碱类化合物，是目前已发现的最优秀的天然抗癌药物。如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，据图回答下列问题：
(1)该途径______(填“体现”或“不体现”)植物细胞的全能性，原因是___________________。过程①中生长素与细胞分裂素的用量比值应______(填“高”“低”或“适中”)。(2)过程③需使用液体培养基，其优点在于 ________________________ 。(3)根据紫杉醇的化学本质，可以判断有关基因控制紫杉醇合成的方式是 。(4)若通过诱变育种技术选育紫杉醇含量高的细胞，可对图中的______进行诱变处理，然后进行筛选。常用的化学诱变剂是________等。
【解析】(1)细胞全能性以细胞发育成个体为标志，而图中并没有形成完整植物体，因此不能体现细胞的全能性。当生长素与细胞分裂素的用量比值适中时，有利于愈伤组织的形成。(2)液体培养基可以使培养细胞与培养液充分接触，有利于营养物质的充分利用，有利于培养细胞的增殖。(3)紫杉醇的化学本质不是蛋白质，因此可以判断有关基因通过控制酶的合成控制代谢，进而控制紫杉醇的合成。(4)愈伤组织细胞分裂旺盛，对诱变剂较为敏感，对愈伤组织进行处理，可得到较多的突变细胞。甲基磺酸乙酯、叠氮化钠是常用的化学诱变剂。
答案：(1)不体现 没有形成完整植物体 适中(2)使培养细胞与培养液充分接触，有利于营养物质的充分利用 (3)有关基因通过控制酶的合成控制代谢，进而控制紫杉醇的合成(4)愈伤组织 甲基磺酸乙酯、叠氮化钠
【知能素养提升】单倍体育种和突变体的利用的不同点：(科学思维：比较与分类)
【热点考向演练】考向一 通过植物细胞工程的实际应用，考查分析与综合能力1.(2021·恩施模拟)紫草素是紫草细胞的代谢产物，是生产治疗烫伤药物的原料，紫草细胞可通过培养愈伤组织获得。科研人员利用紫草的四种不同外植体在相同培养条件下诱导愈伤组织，实验结果如表。下列相关分析错误的是( )
注：诱导率(%)=(形成的愈伤组织数量/接种的外植体数量)×100%。A.通过培养外植体获得愈伤组织体现了植物细胞的全能性B.诱导愈伤组织较适宜的两种外植体分别是不带叶茎段、成熟胚C.接种带叶茎段的培养基中既要有水、无机盐等无机物，又要有蔗糖等有机物D.培养基中植物激素的浓度及加入的先后顺序会影响实验结果
【解析】选A。细胞全能性是指已分化的细胞具有发育成完整生物体的潜能。通过外植体培养获得愈伤组织，没有发育为完整个体，不能体现植物细胞的全能性，A错误；分析表中结果可知诱导愈伤组织较适宜时，愈伤组织应体积较大且诱导率较高，分别是不带叶茎段和成熟胚的外植体，B正确；接种外植体的培养基为MS固体培养基，培养基中既有水、无机盐等无机物，又有蔗糖等有机物，C正确；生长素具有两重性，高浓度会抑制细胞生长，在培养基中先使用生长素，后使用细胞分裂素，有利于细胞分裂，但细胞不分化，如果先使用细胞分裂素，后使用生长素，细胞既分裂又分化，故培养基中加入植物激素的浓度和使用的先后顺序会影响实验结果，D正确。
2.(2021·南通模拟)如图为培育甘蔗脱毒苗的两条途径，研究发现经②过程获得的幼苗脱毒效果更好。相关叙述错误的是( )A.①过程所取茎尖中的叶原基具有较高的分裂、分化能力B.②过程的作用可能是阻碍病毒等进入茎尖分生组织C.③、④过程中基因的选择性表达导致了细胞脱分化D.培养基A、B中生长素和细胞分裂素的含量和比例不同
【解析】选C。①过程所取茎尖中的叶原基具有较高的分裂、分化能力，A正确；②过程中经过热水处理脱毒效果好，与阻碍病毒进入茎尖分生组织有一定的关系，B正确；③、④过程中基因的选择性表达导致了细胞再分化，C错误；培养基A、B中生长素和细胞分裂素的含量和比例不同，例如A中生长素和细胞分裂素的比值低，有利于芽的分化，B中生长素和细胞分裂素的比值高，有利于根的分化，D正确。
3.(2021·泸州模拟)草莓是人们经常食用的一种水果，有较高的营养价值。草莓是无性繁殖的作物，长期种植会使病毒积累在体内，产量降低，品质下降。如图是利用植物组织培养技术培育草莓脱毒苗的过程，请据图回答：
(1)外植体能够形成幼苗所依据的原理是____________。培育脱毒苗时，一般选取______作为外植体，其依据是_______________________。 (2)①是脱分化过程，细胞脱分化是指已经分化的细胞，经过诱导后，失去其_______________而转变为未分化细胞的过程。②是_____________过程。 (3)研究表明，多倍体草莓产量高于二倍体，利用组织培养技术获得多倍体草莓的方法有两种：一是使用______(药剂)处理草莓的愈伤组织，再经培养获得多倍体植株；二是利用______(药剂)诱导草莓体细胞融合形成杂种细胞后，再经组织培养获得多倍体植株，这种育种技术被称为_________________技术。
【解析】(1)植物体的任何一个细胞都具有发育成完整植株的潜能，称为植物细胞的全能性。外植体能够形成幼苗所依据的原理是植物细胞的全能性。培育脱毒苗时，一般选取茎尖(或芽尖或根尖)作为外植体，其依据是植物分生区附近(茎尖)病毒极少，甚至无病毒。(2)已分化的细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程叫脱分化。②是再分化过程，再分化是指已经脱分化的愈伤组织在一定条件下，再分化出胚状体，形成完整植株。
(3)秋水仙素可以诱导产生多倍体，使用秋水仙素处理草莓的愈伤组织，再经培养获得多倍体植株；也可以利用聚乙二醇(PEG)诱导草莓体细胞融合形成杂种细胞后，再经组织培养获得多倍体植株，这种育种技术被称为植物体细胞杂交技术。
答案：(1)植物细胞的全能性 茎尖(或芽尖或根尖)植物分生区附近(茎尖)病毒极少，甚至无病毒(2)特有的结构和功能 再分化(3)秋水仙素 聚乙二醇(PEG) 植物体细胞杂交
4.(2021·南昌模拟)科学家以PLRV(马铃薯卷叶病毒)感染的马铃薯试管苗为实验材料，对不同大小的茎尖超低温处理后，用植物组织培养技术进行再生培养。选取培养18周的20棵植株进行检测并获得病毒保存率，实验结果如表所示。下列叙述正确的是( )
注：括号内数字表示检测阳性样本量/检测总样本量。A.超低温处理后再生培养时培养基中应加入有机碳源和植物激素等B.茎尖脱分化培养获得愈伤组织包装人工种皮可获得人工种子C.该技术能克服不同生物远缘杂交不亲和障碍从而培育出新品种D.1.5 mm的茎尖超低温脱毒效果优于0.5 mm的茎尖超低温脱毒效果
【解析】选A。超低温处理后再生培养所用的技术手段是植物组织培养，其培养基中需要加入有机碳源和植物激素，A正确；人工种子是以植物组织培养的胚状体，不定芽、顶芽和腋芽等为材料，通过人工薄膜包装得到的种子，B错误；该技术是植物组织培养，能保持亲本的优良性状，不能克服远缘杂交不亲和的障碍，C错误；根据表中数据可知，0.5 mm的茎尖超低温脱毒效果优于1.5 mm的茎尖，D错误。
考向二 通过植物组织培养和其他技术的综合考查综合分析能力5.如图表示利用细菌中抗虫基因培育抗虫玉米的过程，其中①～⑧表示操作步骤，a、b表示相关分子，c～e表示培养过程，其中d过程表示细菌与玉米细胞混合培养。下列有关叙述正确的是( ) A.图中需要用到限制酶的是步骤①②③B.图中导入目的基因的是步骤④C.步骤⑤的主要目的是扩增目的基因D.脱分化和再分化的步骤分别是⑦和⑧
【解析】选C。①表示目的基因的获取，需要用到限制酶，②切割质粒产生黏性末端的过程，也需要用到限制酶，而步骤③需要用DNA连接酶，A错误；图示将目的基因导入受体细胞(玉米细胞)的方法是农杆菌转化法，即图中步骤④⑤⑥，B错误；步骤⑤是通过农杆菌的繁殖来扩增目的基因，C正确；步骤⑦表示植物组织培养过程，包括脱分化和再分化两个过程；⑧表示植物的生长发育过程，D错误。
【加固训练·拔高】(2021·宜宾模拟)回答与利用生物技术培育抗病品种有关的问题。(1)通过抗病性强的植株获取抗病目的基因有多种方法。现已获得纯度高的抗病蛋白(可作为抗原)，可通过____________技术获得特异性探针，并将____________中所有基因进行表达，然后利用该探针，找出能与探针特异性结合的表达产物进而获得与之对应的目的基因。
(2)将上述抗病基因通过转基因的方法导入植物的分生组织可获得抗病性强的植株。若在试管苗期间用分子水平判断抗病基因是否表达，应检测____________ A.质粒载体 B.转录产物C.抗性基因D.病原微生物(3)植物细胞在培养过程中往往会发生_____，可利用这一特性筛选抗致病真菌能力强的细胞。筛选时在培养基中加入____________，并将存活的细胞进一步培养至再生植株。若利用____________培养建立的细胞系用于筛选，则可快速获得稳定遗传的抗病植株。
(4)用抗病品种与高产品种进行杂交育种过程中，有时会遇到因胚发育中止而得不到可育种子的情况。若要使该胚继续发育获得植株，可采用的方法是_______________。该过程依据的原理是____________。
【解析】(1)为了获得抗病蛋白的基因，可以通过细胞工程制作出能与抗原特异性结合的单克隆抗体作为分子探针，与基因文库内全部基因表达的蛋白质进行特异性结合，与探针结合的蛋白质则为抗病蛋白，其所对应的基因就是抗病基因。(2)为了鉴定目的基因在受体细胞内是否表达，可以通过分子杂交技术检验受体细胞内是否存在目的基因转录的mRNA。
(3)植物细胞在组织培养过程中，往往出现大量的变异个体，为了筛选出抗致病真菌能力较强的突变体，应加入较高浓度的致病真菌，存留下来的个体即为所需；利用单倍体育种的方法，通过花药离体培养得到的单倍体植株，经染色体加倍后得到稳定遗传的抗病植株。(4)植物的胚不能在体内发育成种子，可以通过植物组织培养技术，将胚离体培养，经脱分化和再分化得到完整的植物，该技术的原理是植物细胞具有全能性。
答案：(1)单克隆抗体 基因文库 (2)B(3)变异 高浓度致病真菌 花粉离体(花药离体)(4)胚的离体培养 植物细胞的全能性
【命题新情境】如图为植物细胞工程的过程示意图，据图回答问题：
【命题新角度】1.据图可看出植物细胞工程的基础过程[ ]______(填过程名称)。 2.除胚状体外，人工种子的结构还包括 ______________________。 3.单倍体育种的过程是____________(用数字和箭头表示)。 4.诱导两种植物细胞融合成杂种细胞常用的化学方法是用________________作为诱导剂诱导的细胞融合。 5.通过④→⑤→⑥培养紫草细胞来提取紫草宁的过程的优点是________________________。 6.据图设计一个通过植物细胞工程利用二倍体西瓜培育三倍体无子西瓜植株的方案：
【解析】1.植物细胞工程包括植物细胞培养、植物组织培养和植物体细胞杂交，据图可看出植物细胞工程的基础过程[⑤]脱分化形成愈伤组织。2.除胚状体外，人工种子的结构还包括人工胚乳和人工种皮。3.单倍体育种的过程包括花药离体培养形成单倍体幼苗、诱导单倍体幼苗染色体加倍后再筛选，即③→⑤→⑦→⑨→⑩。4.诱导两种植物细胞融合成杂种细胞的化学方法是用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂进行诱导融合。
5.通过④→⑤→⑥培养紫草细胞来提取紫草宁的过程的优点就是通过发酵罐进行细胞培养的优点，不受天气季节和土壤等条件的限制，可工厂化大规模生产。6.利用二倍体西瓜通过植物细胞工程培育三倍体无子西瓜植株的方案：方案一：利用二倍体西瓜的花药培养成单倍体的西瓜植株，再将二倍体西瓜与单倍体西瓜的体细胞通过体细胞杂交后，培养成植株，从中筛选出三倍体西瓜。方案二：取二倍体西瓜的早期发育的种子的胚乳进行植物组织培养，即可获得三倍体无子西瓜。
答案：1.⑤ 脱分化形成愈伤组织2.人工胚乳和人工种皮3.③→⑤→⑦→⑨→⑩4.聚乙二醇(PEG)5.不受天气季节和土壤等条件的限制，可工厂化大规模生产6.方案一：利用二倍体西瓜的花药培养成单倍体的西瓜植株，再将二倍体西瓜与单倍体西瓜的体细胞通过体细胞杂交后，培养成植株，从中筛选出三倍体西瓜。方案二：取二倍体西瓜的早期发育的种子的胚乳进行植物组织培养，即可获得三倍体无子西瓜。
【拓展视野】植物组织培养的分类按外植体分，植物组织培养可分为以下四种类型：1.胚胎培养：植物的胚胎培养包括胚培养、胚乳培养、胚珠和子房培养，以及离体受精的胚胎培养技术等。2.器官和组织培养：器官培养是指植物某一器官的全部或部分或器官原基的培养，包括茎段、茎尖、块茎、球茎、叶片、花序、花瓣、子房、花药、花托、果实、种子等。组织培养有广义和狭义之分，广义：包括各种类型外植体的培养。狭义：包括形成层组织、分生组织、表皮组织、薄壁组织和各种器官组织，以及其培养产生的愈伤组织。
3.细胞培养：在体外模拟体内环境(无菌、适宜温度，酸碱度和一定营养条件等)，使之生存、生长、繁殖并维持主要结构和功能的一种方法，也叫做细胞克隆技术。4.原生质体培养：植物原生质体是被去掉细胞壁的由质膜包裹的、具有生活力的裸细胞。
【概念导图】 一图知全局
【概念梳理】 闭书测基础一、植物细胞工程的基本技术1.细胞工程的概念：
3.植物组织培养技术：(1)概念理解：①应用原理：_________________。②培养对象：_________________________。
离体植物组织、器官或细胞
③培养条件：a.无菌操作：培养基_____、培养材料和培养器械_____。b.固体培养基：大多由无机营养成分、_____________、激素、琼脂四部分组成。c.光照：_______阶段不需要光照。d.激素调控：培养基中_______和___________的比例调控组织培养进程。④培养结果：产生愈伤组织、丛芽，最终形成_________。
4.植物体细胞杂交技术：
二、植物细胞工程的应用1.植物繁殖的新途径：(1)微型繁殖：用于_________优良品种的植物组织培养技术。(2)作物脱毒：选取作物___________等无毒组织进行组织培养，获得脱毒苗的技术。
(3)人工种子：以植物组织培养得到的_______、不定芽、顶芽、腋芽等材料，经过人工薄膜包装得到的种子，可以解决某些植物结实率低、繁殖困难的问题。
2.作物新品种的培育：(1)单倍体育种：①原理：染色体变异。②流程：花药 __________ 纯合子。③优点：明显_____________。(2)突变体的利用：实例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草、抗除草剂的白三叶草。
3.细胞产物的工厂化生产：(1)细胞产物：_______、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。(2)培养阶段：_________阶段。(3)技术基础：_________________。
【概念辨析】 全面清障碍1.判断下列植物细胞工程的基本技术叙述的正误：(1)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞的全能性。( )(2)植物的每个细胞都能表现出细胞的全能性。( )分析：表现细胞全能性的前提是细胞具有完整的结构，植物的筛管细胞没有细胞核，不具有全能性。
(3)在愈伤组织形成幼苗的再分化过程中，不会发生细胞的增殖。( )分析：增殖是细胞分化的前提，在分化过程中存在细胞的增殖过程。(4)愈伤组织的形成需要光照。( )分析：愈伤组织的形成不需要光照，再分化过程需要光照。
2.判断下列植物细胞工程应用叙述的正误：(1)培养脱毒苗可通过转基因技术。( )分析：通过转基因技术可培育抗毒苗，不能培育脱毒苗。(2)微型繁殖过程中涉及细胞分化。( )(3)离体的植物细胞经脱分化形成的愈伤组织包上人工种皮可得到人工种子。( )分析：愈伤组织经再分化形成的胚状体包上人工种皮可得到人工种子。
(4)愈伤组织容易发生基因突变是由于细胞分裂旺盛，DNA复制容易出现差错。 ( )(5)秋水仙素处理单倍体萌发的种子可得到纯合子。( )
【概念活用】 教材命题源1.教材选修3 P36：植物组织培养(plant tissue culture)就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞、培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。思考：植物组织培养时，一般选取形成层的原因是什么？提示：形成层细胞分裂能力强，分化程度低，容易诱导形成愈伤组织。
2.教材选修3 P38“思考与探究”改编：没能实现“番茄-马铃薯”地上结番茄，地下长马铃薯的原因是生物基因之间___________________。这项研究，在克服不同生物_________的障碍上，取得了巨大突破。
考点一 植物细胞工程的基本技术【典例精研引领】(2019·全国卷Ⅲ)培养胡萝卜根组织可获得试管苗，获得试管苗的过程如图所示。
回答下列问题。(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有_________________。 (2)步骤③切取的组织块中要带有形成层，原因是_______________________。 (3)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基，其原因是____________________________________________。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的___________过程，最终可形成试管苗。
(4)步骤⑥要进行照光培养，其作用是 ____________________________ 。 (5)经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的___________，这种繁殖方式属于___________繁殖。
【名师授法解题】抓题眼练思维
【解析】(1)分化的植物细胞含有该生物生长发育所需要的全部遗传物质，具有发育的全能性，在一定条件下可以培养为完整的植株。(2)形成层属于分生组织，细胞分裂能力较强，容易脱分化形成愈伤组织。(3)培养基中的细胞分裂素和生长素可调控细胞的分裂和分化，诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗时，需要的生长素和细胞分裂素的比例不同，所以需要更换培养基。愈伤组织是一团未分化的细胞，通过再分化形成具有根、芽的试管苗。
(4)再分化过程中需要光照条件，以利于叶绿素的形成，叶绿素形成后，试管苗才能进行光合作用。(5)在植物组织培养过程中，只涉及有丝分裂，不涉及有性生殖细胞的生成，该方式可以保证母细胞和子细胞遗传物质的稳定，保持原品种的遗传特性，所以这种繁殖方式属于无性繁殖。
答案：(1)全能性(或答：形成完整植株所需的全部基因)(2)形成层容易诱导形成愈伤组织(3)诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗时需要的生长素和细胞分裂素的比例不同 分化(或答：再分化)(4)诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用(5)遗传特性 无性
【母题变式延伸】核心素养新命题植物组织培养的脱分化过程中需要光照条件吗？为什么？(科学思维：分析与综合)提示：不需要。因为植物组织培养脱分化主要是培养出愈伤组织，一旦被照光以后会促进组织分化，无法达到实验目的。
【知能素养提升】1.植物组织培养技术、无土栽培技术与微生物培养技术的比较：(科学思维：比较与分类)
2.脱分化和再分化的比较：(科学思维：比较与分类)
3.在植物组织培养过程中激素比例与细胞分裂、细胞分化的关系：(科学思维：建立模型)(1)适当提高生长素与细胞分裂素的比例容易生根。(2)适当提高细胞分裂素与生长素的比例容易生芽。(3)比例适中诱导产生愈伤组织。如图所示：
4.植物体细胞杂交后的遗传物质分析：(科学思维：分析与综合)(1)遗传特性：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，故杂种植株具备两种植物的遗传特性。
(2)染色体组数。①染色体组数=两种植物体细胞内染色体组数之和。②植物体细胞杂交形成的杂种植株，有几个染色体组就称为几倍体。③若一植物细胞含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体数为(2x+2y)条，4个染色体组，基因型为AabbccDd。
【热点考向演练】考向一 通过植物组织培养过程分析，考查科学探究的制订并实施方案的能力1.(2021·唐山模拟)下列有关植物组织培养的叙述，正确的是( )A.愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞B.二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株C.用人工薄膜将胚状体、愈伤组织等分别包装可制成人工种子D.植物耐盐突变体可通过添加适量NaCl的培养基培养筛选而获得
【解析】选D。愈伤组织是一团未分化的薄壁细胞，A错误；二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到的植株是单倍体，只含有1个染色体组，不能稳定遗传，B错误；用人造种皮将胚状体包装，添加人造胚乳后可制成人工种子，C错误；植物耐盐突变体可通过添加适量NaCl的培养基培养筛选而获得，D正确。
2.(2021·海口模拟)为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力，某研究小组的实验过程如图。下列叙述不正确的是( )A.过程③是基因选择性表达的结果B.原生质体虽无细胞壁但仍保持细胞的全能性C.过程②与过程③的生长素/细胞分裂素比例相同D.过程④需要在光照下进行有利于叶绿体的形成
【解析】选C。过程③是再分化过程，该过程会发生基因的选择性表达，A正确；原生质体无细胞壁，具有细胞全能性，B正确；过程②为脱分化过程，过程③为再分化过程，采用的生长素/细胞分裂素比例不同，C错误；过程④为植物个体发育的过程，需要置于光照下，有利于叶绿体形成，D正确。
3.(2020·天津等级考)某植物有A、B两品种。科研人员在设计品种A组织培养实验时，参照品种B的最佳激素配比(见如表)进行预实验。
据表回答：(1)Ⅰ阶段时通常选择茎尖、幼叶等作为外植体，原因是_______________。 (2)在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段中发生基因选择性表达的是___________________阶段。 (3)为确定品种A的Ⅰ阶段的最适细胞分裂素浓度，参照品种B的激素配比(m1>2.0)，以0.5 μml·L-1为梯度，设计5个浓度水平的实验，细胞分裂素最高浓度应设为________μml·L-1。
(4)Ⅲ阶段时，科研人员分别选用浓度低于或高于n3 μml·L-1的生长素处理品种A幼芽都能达到最佳生根效果，原因是处理幼芽时，选用低浓度生长素时的处理方法为____________，选用高浓度生长素时的处理方法为_____________。 (5)在______阶段用秋水仙素对材料进行处理，最易获得由单个细胞形成的多倍体。
【解析】本题主要考查植物组织培养和植物激素调节。(1)茎尖、幼叶分化程度低，分裂能力强，在组织培养中作为外植体，容易经诱导产生愈伤组织。(2)在组织培养的脱分化和再分化过程中，均会发生基因的选择性表达。(3)为确定品种A的Ⅰ阶段最适细胞分裂素浓度，参照品种B的激素配比，以0.5 μml·L-1为梯度，设计5个浓度水平的实验，m1应为中间浓度，则最高浓度应为m1+1.0 μml·L-1。
(4)生根效果与所用生长素浓度及处理方法、处理时间有关，用低浓度生长素处理时，可用浸泡法进行较长时间处理；用高浓度生长素处理时，可用沾蘸法进行短时间处理，二者可取得相同的处理效果。(5)秋水仙素抑制有丝分裂过程中纺锤体的形成，Ⅰ阶段细胞分裂旺盛，秋水仙素作用较大，用秋水仙素处理容易获得由单个细胞形成的多倍体。
答案：(1)细胞分化程度低，容易诱导产生愈伤组织(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(3)m1+1.0(4)浸泡法(长时间处理) 沾蘸法(短时间处理)(5)Ⅰ
考向二 通过植物体细胞杂交流程，考查生命观念的结构与功能观4.(2021·北京高考)为培育具有市场竞争力的无子柑橘，研究者设计如下流程。相关叙述不正确的是( )A.过程①需使用胰蛋白酶处理 B.实现过程②依赖膜的流动性C.过程③需应用植物组织培养技术 D.三倍体植株可产生无子柑橘
【解析】选A。植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，所以过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理，A错误；过程②为细胞融合过程，该过程依赖膜的流动性，B正确；过程③需应用植物组织培养技术将杂种细胞培养形成个体，C正确；三倍体植株含有三个染色体组，减数分裂时联会紊乱，可产生无子柑橘，D正确。
5.(2021·人大附中模拟)为拓宽白菜育种的基因资源，改良白菜品质，研究人员以白菜(2n=20，AA)和甘蓝(2n=18，CC)为材料进行植物体细胞杂交，以期得到杂种植物。对两种亲本和某融合植株进行细胞 DNA 含量检测，结果如图。下列说法正确的是( )
A.白菜的 DNA 相对含量较少说明其基因数量比甘蓝少B.操作中需要用灭活的病毒诱导原生质体融合C.该技术需要再生细胞壁后才能进行植物组织培养D.检测结果说明待检测植株为白菜-甘蓝杂种植株
【解析】选C。基因是具有遗传效应的DNA片段，白菜的 DNA 相对含量较少，不一定其基因数量比甘蓝少，A错误；操作中需要用PEG诱导原生质体融合，灭活的病毒是诱导动物细胞融合，B错误；该技术需要再生细胞壁后才能进行植物组织培养，C正确；据图可知，白菜DNA相对含量为50，甘蓝DNA相对含量为75，检测结果DNA相对含量为150，说明待检测植株为甘蓝-甘蓝四倍体植株，D错误。
6.(2020·来宾模拟)玉米和高粱均为二倍体生物，体细胞中染色体数目均为20条。某科学研究人员为培育“玉米—高粱”杂种植株，进行如图所示的培育过程。回答下列问题：
(1)玉米和高粱体细胞中染色体数目相同，但二者不能进行有性杂交的原因是 ____________________________________________________________。 (2)图中①过程能否在蒸馏水中进行，并说明原因_______________________。 (3)②过程常用的化学试剂是_____________；过程②依据的原理是____________；该过程成功的标志是_______________。 (4)④⑤过程合称为_______________(技术)。经研究发现实验过程中玉米细胞中的染色体会丢失，则“玉米—高粱”杂种植株细胞中染色体数目最多为____条。
【解析】(1)玉米和高粱之间存在生殖隔离，不能进行有性杂交。(2)图中①过程为去除植物的细胞壁获得原生质体，原生质体会吸水涨破，因此不能在蒸馏水中进行。(3)②过程为植物原生质体融合，常用的化学试剂是聚乙二醇(PEG)。过程②(细胞融合)依据的原理是细胞膜的流动性。植物原生质体融合后，会再生出新的细胞壁(d)。(4)在无菌条件下，接种在含有各种营养物质及植物激素的培养基上进行培养以获得再生的完整植株称为植物组织培养，④⑤过程合称为植物组织培养。“玉米—高粱”杂种植株细胞将二者细胞融合，不丢失的情况下，体细胞染色体最多为40(20+20=40)，有丝分裂后期细胞中染色体数目最多，为80条。
答案：(1)玉米和高粱之间存在生殖隔离(2)不能，原生质体会吸水涨破(3)聚乙二醇(PEG) 细胞膜的流动性 d产生新的细胞壁(4)植物组织培养 80
【加固训练·拔高】传统的人工繁殖兰花的方法是分株繁殖和用种子播种，随着科学技术的进步，人们开始采用“组织培养繁殖兰花”。(1)植物组织培养是在______和人工控制条件下，将______的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的______上，诱导其产生______、丛芽，最终形成完整植株的过程。(2)兰花的叶肉细胞之所以能培养为新个体，是因为细胞中含有___________，具有发育成完整个体的潜能，这种潜能叫___________。
(3)有人想到利用植物体细胞杂交技术解决兰花生根速度慢、幼苗生存能力弱的好办法，但操作后得到的“韭菜—兰花”，并没有预想中的“繁殖容易，香气浓郁”，可能的原因是__________________________________；培育该杂种植物的过程中，遗传物质的传递______(填“遵循”或“不遵循”) 孟德尔遗传规律。
【解析】(1)植物组织培养就是在无菌和人工控制的条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。 (2)兰花的叶肉细胞能够培养为新个体，是因为兰花的叶肉细胞中含有本物种的全部遗传信息，具有发育成完整个体的潜能，即具有细胞全能性。
(3)根据题意分析，利用植物体细胞杂交技术获得的“韭菜-兰花”并没有预想中的“繁殖容易，香气浓郁”，可能是因为两个物种之间的基因相互影响，导致某些基因无法正常表达；在植物体细胞杂交技术过程中没有发生减数分裂，而孟德尔遗传规律发生在减数分裂过程中。
答案：(1)无菌 离体 培养基 愈伤组织(2)本物种的全部遗传信息 细胞的全能性 (3)两个物种之间的基因相互影响，导致某些基因无法正常表达 不遵循
【知识总结】杂交育种和植物体细胞杂交技术的区别(1)杂交育种：选用的植物必须是同种植物，只是两者基因型不同，通过杂交，将两者的基因组合到同一个体中。属于有性繁殖。其育种原理是基因重组。(2)植物体细胞杂交技术：是将两种不同种类的植物细胞融合在一起(细胞核也融合成一个)，变成一个杂交细胞。这个细胞具有两种植物的染色体，经过植物组织培养成的植株有两种植物的特征，属于无性繁殖。其育种原理是植物细胞的全能性。与杂交育种相比，植物体细胞杂交克服了远缘杂交不亲和的障碍，子代一般不可育。
考点二 植物细胞工程的应用【典例精研引领】(2020·山东等级考)两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出。若其中一个细胞的染色体在融合前由于某种原因断裂，形成的染色体片段在细胞融合后可能不会被全部排出，未排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体上而留存在杂种细胞中。依据该原理，将普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种，过程如图所示。下列说法错误的是( )
A.过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞B.过程②的目的是使中间偃麦草的染色体断裂C.过程③中常用灭活的病毒诱导原生质体融合D.耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段
【名师授法解题】抓题眼练思维
【解析】选C。本题主要考查植物体细胞杂交技术。由题图信息可知，①为细胞去掉细胞壁获得原生质体的过程，去掉细胞壁一般用纤维素酶和果胶酶处理细胞，A项正确；两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出，需要使中间偃麦草细胞染色体断裂，所以②为用不同剂量的紫外线照射使中间偃麦草细胞的染色体断裂，B项正确；③为两种原生质体的融合，常用融合手段为物理法和化学法，灭活的病毒通常用来融合动物细胞，C项错误；普通小麦不具有耐盐性状，因此筛选出的耐盐小麦中控制耐盐性状的基因来自中间偃麦草的染色体片段，D项正确。
【备选典例】紫杉醇是一种生物碱类化合物，是目前已发现的最优秀的天然抗癌药物。如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，据图回答下列问题：
(1)该途径______(填“体现”或“不体现”)植物细胞的全能性，原因是___________________。过程①中生长素与细胞分裂素的用量比值应______(填“高”“低”或“适中”)。(2)过程③需使用液体培养基，其优点在于 ________________________ 。(3)根据紫杉醇的化学本质，可以判断有关基因控制紫杉醇合成的方式是 。(4)若通过诱变育种技术选育紫杉醇含量高的细胞，可对图中的______进行诱变处理，然后进行筛选。常用的化学诱变剂是________等。
【解析】(1)细胞全能性以细胞发育成个体为标志，而图中并没有形成完整植物体，因此不能体现细胞的全能性。当生长素与细胞分裂素的用量比值适中时，有利于愈伤组织的形成。(2)液体培养基可以使培养细胞与培养液充分接触，有利于营养物质的充分利用，有利于培养细胞的增殖。(3)紫杉醇的化学本质不是蛋白质，因此可以判断有关基因通过控制酶的合成控制代谢，进而控制紫杉醇的合成。(4)愈伤组织细胞分裂旺盛，对诱变剂较为敏感，对愈伤组织进行处理，可得到较多的突变细胞。甲基磺酸乙酯、叠氮化钠是常用的化学诱变剂。
答案：(1)不体现 没有形成完整植物体 适中(2)使培养细胞与培养液充分接触，有利于营养物质的充分利用 (3)有关基因通过控制酶的合成控制代谢，进而控制紫杉醇的合成(4)愈伤组织 甲基磺酸乙酯、叠氮化钠
【知能素养提升】单倍体育种和突变体的利用的不同点：(科学思维：比较与分类)
【热点考向演练】考向一 通过植物细胞工程的实际应用，考查分析与综合能力1.(2021·恩施模拟)紫草素是紫草细胞的代谢产物，是生产治疗烫伤药物的原料，紫草细胞可通过培养愈伤组织获得。科研人员利用紫草的四种不同外植体在相同培养条件下诱导愈伤组织，实验结果如表。下列相关分析错误的是( )
注：诱导率(%)=(形成的愈伤组织数量/接种的外植体数量)×100%。A.通过培养外植体获得愈伤组织体现了植物细胞的全能性B.诱导愈伤组织较适宜的两种外植体分别是不带叶茎段、成熟胚C.接种带叶茎段的培养基中既要有水、无机盐等无机物，又要有蔗糖等有机物D.培养基中植物激素的浓度及加入的先后顺序会影响实验结果
【解析】选A。细胞全能性是指已分化的细胞具有发育成完整生物体的潜能。通过外植体培养获得愈伤组织，没有发育为完整个体，不能体现植物细胞的全能性，A错误；分析表中结果可知诱导愈伤组织较适宜时，愈伤组织应体积较大且诱导率较高，分别是不带叶茎段和成熟胚的外植体，B正确；接种外植体的培养基为MS固体培养基，培养基中既有水、无机盐等无机物，又有蔗糖等有机物，C正确；生长素具有两重性，高浓度会抑制细胞生长，在培养基中先使用生长素，后使用细胞分裂素，有利于细胞分裂，但细胞不分化，如果先使用细胞分裂素，后使用生长素，细胞既分裂又分化，故培养基中加入植物激素的浓度和使用的先后顺序会影响实验结果，D正确。
2.(2021·南通模拟)如图为培育甘蔗脱毒苗的两条途径，研究发现经②过程获得的幼苗脱毒效果更好。相关叙述错误的是( )A.①过程所取茎尖中的叶原基具有较高的分裂、分化能力B.②过程的作用可能是阻碍病毒等进入茎尖分生组织C.③、④过程中基因的选择性表达导致了细胞脱分化D.培养基A、B中生长素和细胞分裂素的含量和比例不同
【解析】选C。①过程所取茎尖中的叶原基具有较高的分裂、分化能力，A正确；②过程中经过热水处理脱毒效果好，与阻碍病毒进入茎尖分生组织有一定的关系，B正确；③、④过程中基因的选择性表达导致了细胞再分化，C错误；培养基A、B中生长素和细胞分裂素的含量和比例不同，例如A中生长素和细胞分裂素的比值低，有利于芽的分化，B中生长素和细胞分裂素的比值高，有利于根的分化，D正确。
3.(2021·泸州模拟)草莓是人们经常食用的一种水果，有较高的营养价值。草莓是无性繁殖的作物，长期种植会使病毒积累在体内，产量降低，品质下降。如图是利用植物组织培养技术培育草莓脱毒苗的过程，请据图回答：
(1)外植体能够形成幼苗所依据的原理是____________。培育脱毒苗时，一般选取______作为外植体，其依据是_______________________。 (2)①是脱分化过程，细胞脱分化是指已经分化的细胞，经过诱导后，失去其_______________而转变为未分化细胞的过程。②是_____________过程。 (3)研究表明，多倍体草莓产量高于二倍体，利用组织培养技术获得多倍体草莓的方法有两种：一是使用______(药剂)处理草莓的愈伤组织，再经培养获得多倍体植株；二是利用______(药剂)诱导草莓体细胞融合形成杂种细胞后，再经组织培养获得多倍体植株，这种育种技术被称为_________________技术。
【解析】(1)植物体的任何一个细胞都具有发育成完整植株的潜能，称为植物细胞的全能性。外植体能够形成幼苗所依据的原理是植物细胞的全能性。培育脱毒苗时，一般选取茎尖(或芽尖或根尖)作为外植体，其依据是植物分生区附近(茎尖)病毒极少，甚至无病毒。(2)已分化的细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程叫脱分化。②是再分化过程，再分化是指已经脱分化的愈伤组织在一定条件下，再分化出胚状体，形成完整植株。
(3)秋水仙素可以诱导产生多倍体，使用秋水仙素处理草莓的愈伤组织，再经培养获得多倍体植株；也可以利用聚乙二醇(PEG)诱导草莓体细胞融合形成杂种细胞后，再经组织培养获得多倍体植株，这种育种技术被称为植物体细胞杂交技术。
答案：(1)植物细胞的全能性 茎尖(或芽尖或根尖)植物分生区附近(茎尖)病毒极少，甚至无病毒(2)特有的结构和功能 再分化(3)秋水仙素 聚乙二醇(PEG) 植物体细胞杂交
4.(2021·南昌模拟)科学家以PLRV(马铃薯卷叶病毒)感染的马铃薯试管苗为实验材料，对不同大小的茎尖超低温处理后，用植物组织培养技术进行再生培养。选取培养18周的20棵植株进行检测并获得病毒保存率，实验结果如表所示。下列叙述正确的是( )
注：括号内数字表示检测阳性样本量/检测总样本量。A.超低温处理后再生培养时培养基中应加入有机碳源和植物激素等B.茎尖脱分化培养获得愈伤组织包装人工种皮可获得人工种子C.该技术能克服不同生物远缘杂交不亲和障碍从而培育出新品种D.1.5 mm的茎尖超低温脱毒效果优于0.5 mm的茎尖超低温脱毒效果
【解析】选A。超低温处理后再生培养所用的技术手段是植物组织培养，其培养基中需要加入有机碳源和植物激素，A正确；人工种子是以植物组织培养的胚状体，不定芽、顶芽和腋芽等为材料，通过人工薄膜包装得到的种子，B错误；该技术是植物组织培养，能保持亲本的优良性状，不能克服远缘杂交不亲和的障碍，C错误；根据表中数据可知，0.5 mm的茎尖超低温脱毒效果优于1.5 mm的茎尖，D错误。
考向二 通过植物组织培养和其他技术的综合考查综合分析能力5.如图表示利用细菌中抗虫基因培育抗虫玉米的过程，其中①～⑧表示操作步骤，a、b表示相关分子，c～e表示培养过程，其中d过程表示细菌与玉米细胞混合培养。下列有关叙述正确的是( ) A.图中需要用到限制酶的是步骤①②③B.图中导入目的基因的是步骤④C.步骤⑤的主要目的是扩增目的基因D.脱分化和再分化的步骤分别是⑦和⑧
【解析】选C。①表示目的基因的获取，需要用到限制酶，②切割质粒产生黏性末端的过程，也需要用到限制酶，而步骤③需要用DNA连接酶，A错误；图示将目的基因导入受体细胞(玉米细胞)的方法是农杆菌转化法，即图中步骤④⑤⑥，B错误；步骤⑤是通过农杆菌的繁殖来扩增目的基因，C正确；步骤⑦表示植物组织培养过程，包括脱分化和再分化两个过程；⑧表示植物的生长发育过程，D错误。
【加固训练·拔高】(2021·宜宾模拟)回答与利用生物技术培育抗病品种有关的问题。(1)通过抗病性强的植株获取抗病目的基因有多种方法。现已获得纯度高的抗病蛋白(可作为抗原)，可通过____________技术获得特异性探针，并将____________中所有基因进行表达，然后利用该探针，找出能与探针特异性结合的表达产物进而获得与之对应的目的基因。
(2)将上述抗病基因通过转基因的方法导入植物的分生组织可获得抗病性强的植株。若在试管苗期间用分子水平判断抗病基因是否表达，应检测____________ A.质粒载体 B.转录产物C.抗性基因D.病原微生物(3)植物细胞在培养过程中往往会发生_____，可利用这一特性筛选抗致病真菌能力强的细胞。筛选时在培养基中加入____________，并将存活的细胞进一步培养至再生植株。若利用____________培养建立的细胞系用于筛选，则可快速获得稳定遗传的抗病植株。
(4)用抗病品种与高产品种进行杂交育种过程中，有时会遇到因胚发育中止而得不到可育种子的情况。若要使该胚继续发育获得植株，可采用的方法是_______________。该过程依据的原理是____________。
【解析】(1)为了获得抗病蛋白的基因，可以通过细胞工程制作出能与抗原特异性结合的单克隆抗体作为分子探针，与基因文库内全部基因表达的蛋白质进行特异性结合，与探针结合的蛋白质则为抗病蛋白，其所对应的基因就是抗病基因。(2)为了鉴定目的基因在受体细胞内是否表达，可以通过分子杂交技术检验受体细胞内是否存在目的基因转录的mRNA。
(3)植物细胞在组织培养过程中，往往出现大量的变异个体，为了筛选出抗致病真菌能力较强的突变体，应加入较高浓度的致病真菌，存留下来的个体即为所需；利用单倍体育种的方法，通过花药离体培养得到的单倍体植株，经染色体加倍后得到稳定遗传的抗病植株。(4)植物的胚不能在体内发育成种子，可以通过植物组织培养技术，将胚离体培养，经脱分化和再分化得到完整的植物，该技术的原理是植物细胞具有全能性。
答案：(1)单克隆抗体 基因文库 (2)B(3)变异 高浓度致病真菌 花粉离体(花药离体)(4)胚的离体培养 植物细胞的全能性
【命题新情境】如图为植物细胞工程的过程示意图，据图回答问题：
【命题新角度】1.据图可看出植物细胞工程的基础过程[ ]______(填过程名称)。 2.除胚状体外，人工种子的结构还包括 ______________________。 3.单倍体育种的过程是____________(用数字和箭头表示)。 4.诱导两种植物细胞融合成杂种细胞常用的化学方法是用________________作为诱导剂诱导的细胞融合。 5.通过④→⑤→⑥培养紫草细胞来提取紫草宁的过程的优点是________________________。 6.据图设计一个通过植物细胞工程利用二倍体西瓜培育三倍体无子西瓜植株的方案：
【解析】1.植物细胞工程包括植物细胞培养、植物组织培养和植物体细胞杂交，据图可看出植物细胞工程的基础过程[⑤]脱分化形成愈伤组织。2.除胚状体外，人工种子的结构还包括人工胚乳和人工种皮。3.单倍体育种的过程包括花药离体培养形成单倍体幼苗、诱导单倍体幼苗染色体加倍后再筛选，即③→⑤→⑦→⑨→⑩。4.诱导两种植物细胞融合成杂种细胞的化学方法是用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂进行诱导融合。
5.通过④→⑤→⑥培养紫草细胞来提取紫草宁的过程的优点就是通过发酵罐进行细胞培养的优点，不受天气季节和土壤等条件的限制，可工厂化大规模生产。6.利用二倍体西瓜通过植物细胞工程培育三倍体无子西瓜植株的方案：方案一：利用二倍体西瓜的花药培养成单倍体的西瓜植株，再将二倍体西瓜与单倍体西瓜的体细胞通过体细胞杂交后，培养成植株，从中筛选出三倍体西瓜。方案二：取二倍体西瓜的早期发育的种子的胚乳进行植物组织培养，即可获得三倍体无子西瓜。
答案：1.⑤ 脱分化形成愈伤组织2.人工胚乳和人工种皮3.③→⑤→⑦→⑨→⑩4.聚乙二醇(PEG)5.不受天气季节和土壤等条件的限制，可工厂化大规模生产6.方案一：利用二倍体西瓜的花药培养成单倍体的西瓜植株，再将二倍体西瓜与单倍体西瓜的体细胞通过体细胞杂交后，培养成植株，从中筛选出三倍体西瓜。方案二：取二倍体西瓜的早期发育的种子的胚乳进行植物组织培养，即可获得三倍体无子西瓜。
【拓展视野】植物组织培养的分类按外植体分，植物组织培养可分为以下四种类型：1.胚胎培养：植物的胚胎培养包括胚培养、胚乳培养、胚珠和子房培养，以及离体受精的胚胎培养技术等。2.器官和组织培养：器官培养是指植物某一器官的全部或部分或器官原基的培养，包括茎段、茎尖、块茎、球茎、叶片、花序、花瓣、子房、花药、花托、果实、种子等。组织培养有广义和狭义之分，广义：包括各种类型外植体的培养。狭义：包括形成层组织、分生组织、表皮组织、薄壁组织和各种器官组织，以及其培养产生的愈伤组织。
3.细胞培养：在体外模拟体内环境(无菌、适宜温度，酸碱度和一定营养条件等)，使之生存、生长、繁殖并维持主要结构和功能的一种方法，也叫做细胞克隆技术。4.原生质体培养：植物原生质体是被去掉细胞壁的由质膜包裹的、具有生活力的裸细胞。
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