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考点46 植物细胞工程
一、细胞工程
1. 原理和方法：
生物学和
生物学。
2. 操作水平：
水平或
水平。
3. 目的：按照人的意愿来改变细胞内的
或获得
。
4. 分类：植物细胞工程和动物细胞工程等。
二、植物细胞工程
1. 植物细胞工程包括
和
2. 植物组织培养技术
（1）概念：指将
的植物器官、组织或细胞等（称为
），培养在人工配制的培养基上，给
予适宜的培养条件，诱导其形成
的技术。
（2）原理：
。
细胞具有全能性的原因（物质基础）
生物体的细胞中都含有该物种的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所需的全部遗传信息。
（3）过程：
①愈伤组织：在一定的
和
等条件的诱导下，已经分化的细胞经过脱分化，即
，转变成
的细胞，进而形成的不定形的薄壁组织团块。愈伤组织的
特点：薄壁、不定形、未分化、排列疏松。
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②脱分化和再分化主要通过调节细胞分裂素和生长素比例实现。
生长素用量与细胞分裂素用来的比值
结果
比值高
有利于
的分化，抑制
的形成
比值低
有利于
的分化，抑制
的形成
比值适中
促进
的形成
3. 植物体细胞杂交
（1）概念：指将
来源的植物体细胞，在一定条件下融合成
，并把杂种细胞培育成
的技术。
（2）原理（理论基础）：
和
。
（3）过程：
①去除细胞壁：
目的：获得具有活力的
；
常用方法：
；
所用酶：
。
②原生质体的融合：
原理：
；
方法：物理法——
、离心法；化学法——
、高Ca2+-高pH 融合法。
（4）这是原生质体融合成功的标志：
。
（5）植物体细胞杂交的意义：打破
，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。
三、植物细胞工程的应用
1. 植物繁殖的新途径
（1）
：保持优良品种的遗传特性，高效、快速地实现种苗的大量繁殖，也叫微型繁殖。
（2）
：利用分生区附近（如茎尖）组织培养获得脱毒苗。
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2. 作物新品种的培育：单倍体育种、突变体的利用。
3. 细胞产物的工厂化生产：培养到
阶段。
考法1 植物细胞工程的基本技术
1. 关于植物体细胞杂交
（1）原理
过程
利用的原理
原生质体融合
细胞膜的流动性
杂种细胞发育成杂种植株
细胞的全能性
（2）杂种细胞形成的标志：新细胞壁的生成。
（3）植物体细胞杂交的终点：培育成杂种植株。
（4）杂种植株特征：具备两种植物的遗传特征，原因是杂种植株中含有两种植物的遗传物质。
（5）植物组织培养和植物体细胞杂交的比较
植物组织培养
植物体细胞杂交
原理
（理论
基础）
细胞的全能性
细胞膜具有一定的流动性、细胞的全能性
过程
外植体
愈伤组织
根、芽或胚
状体
植物体
选材
选取根尖、茎尖、形成层部位（最容易诱导脱分
化）
不同植物细胞（融合后形成杂种细胞）
技术
操作
①外植体消毒：流水冲→酒精消毒30s→无菌水洗
→次氯酸钠溶液处理30min→无菌水洗；
②将外植体插入培养基，不要倒插
③脱分化、再分化（诱导愈伤组织一般不需要光
照）
④再分化出的幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等
环境中；
⑤长壮移栽入土
①除脱分化、再分化外，还要用酶解法去
除细胞壁，所用的酶是纤维素酶和果胶
酶；
②用物理（电融合法、离心法）或化学[聚
乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH 融
合法]方法诱导细胞融合
应用
①繁殖：快速繁殖、作物脱毒等；
②培育新品种；
③生产细胞产物
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育
植物新品种
关系
植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂。
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2. 植物体细胞杂交和有性杂交的比较
现有不同来源的植物细胞A、B，A 含有2n 条染色体，2 个染色体组，基因型为Aabb，B 含有2m 条
染色体，2 个染色体组，其基因型为ccDd，植物体细胞杂交和有性杂交结果如下：
项目
植物体细胞杂交
有性杂交
染色体数
2n+2m
n+m
基因型
AabbccDd
AbcD、abcD、Abcd、abcd
染色体组数
4 个，异源四倍体
2 个，异源二倍体
联会
正常
异常，不能产生配子
植物体细胞杂交后的细胞不管是染色体数、基因型还是染色体组数都采用直接相加的方法得到；而植物有性杂交则先减半再
相加。
3. 概念辨析
（1）细胞分化、脱分化和再分化的辨析
项目
概念
细胞分化
由种子发育成植株的过程中要经过细胞分化，以形成不同的组织和器官
脱分化
在一定的激素和营养等条件的诱导下，植物已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转
变为未分化的细胞，进行形成不定形的包庇组织块，即形成愈伤组织的过程。
再分化
愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程
（2）原生质体、原生质层的辨析
原生质体
除去细胞壁后的植物细胞、真菌细胞或细菌细胞
原生质层
包括植物细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质，不包括细胞核、细胞液、细胞壁
【典例1】
（2023 春•宁波期末）通过植物组织培养技术，可以把外植体培养成胚状体，长出芽和根，进而
发育成完整的植株。下列叙述正确的是（ ）
A．发芽培养基中的生长素浓度高于细胞分裂素浓度
B．生根培养基的营养物质浓度通常高于发芽培养基
C．愈伤组织发育为完整植株必须先再分化为胚状体
D．无菌栽培的试管苗茎段作为外植体时无需对其消毒
【典例2】
（2023 春•湖北期中）如图是利用甲、乙两种植物的各自优势，培育高产、耐盐杂种植株的实验
流程图。下列叙述正确的是（ ）
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A．利用甲、乙植物细胞培育出目的植株的技术称为植物组织培养技术
B．a 过程应将甲、乙细胞置于低渗环境中用纤维素酶和果胶酶处理
C．b 过程可用PEG 诱导融合法、灭活病毒诱导融合法等方法
D．c 过程应将幼苗种植在高盐环境中
【典例3】
（2023 春•龙口市校级月考）为拓宽蔬菜育种资源，科学家用大白菜（2n＝20）、青花菜（2n＝
18）和叶用芥菜（2n＝36）为材料，进行体细胞融合获得大量再生植株。染色体计数显示，再生植株染色
体数为 38
64
﹣
，未发现与3 个亲本染色体总数一致的个体。下列说法不正确的是（ ）
A．杂种细胞培育成再生植株需用植物组织培养技术
B．染色体数为38 的再生植株，最可能是大白菜和青花菜细胞的融合
C．再生植株的染色体数目说明，三个细胞融合时发生了染色体的丢失
D．再生植株的获得实现了远缘杂交育种，且获得的再生植株均可育
【变式1】（2023 春•朔州期末）兰花高洁而典雅，深受人们喜爱，但兰花自然繁殖率极低。利用植物组织
培养的方法可以快速繁殖兰花。下列相关叙述错误的是（ ）
A．利用兰花茎尖进行植物组织培养兰花的过程包括脱分化和再分化过程
B．在进行植物组织培养过程中加入植物激素的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向
C．培养基中需要加入细胞分裂素，不需要加入生长素
D．利用植物组织培养快速繁殖兰花利用了植物细胞的全能性
【变式2】（2023 春•湛江期末）如图表示通过植物细胞工程相关技术，利用甲（2n）、乙（2n）两种植物
（各含有一种不同的优良性状）培育高产耐盐植株的过程，其中序号代表过程或结构。请分析下列说法正
确的是（ ）
A．①过程常用胰蛋白酶作为化学诱导剂
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B．②不是甲和乙融合的杂种细胞
C．由愈伤组织到④需经过脱分化和再分化的过程
D．可通过配制选择培养基对目的植株进行选择
【变式3】（2023•日照模拟）花椰菜（2n＝18）易受黑腐病菌的危害而患黑腐病，野生黑芥（2n＝16）对
黑腐病等多种常见病害具有抗性。科研人员用射线照射处理黑芥叶肉原生质体后与花椰菜根原生质体融合，
获得了抗黑腐病的杂合新植株甲、乙、丙，它们均含有花椰菜的全部染色体。下列叙述错误的是（ ）
植株
花椰菜
黑芥
杂合新植株甲杂合新植株乙杂合新植株丙
染色体数目
18
16
34
24
58
A．可以利用是否含有叶绿体作为初步筛选融合原生质体的依据
B．杂合新植株甲的单倍体的细胞中有2 个染色体组，因而可育
C．杂合新植株丙可能是由多个原生质体经PEG 诱导融合而成
D．获得的杂种细胞需要经过脱分化和再分化才能培育成新植株
考法2 植物细胞工程的应用
1. 植物繁殖的新途径
（1）快速繁殖
①概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术；
②优点：a.可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖；b.可以保持优良品种的遗传特性。
③实例：观赏植物、经济林木、无性繁殖作物、濒危植物。
（2）脱毒植物的培养与检测
①适用范围无性繁殖的作物
②进行作物脱毒的原因：用无性繁殖的方式进行繁殖的作物，它们感染的病毒很容易传给后代，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。
③外植体选材部位：植物顶端分生区附近部位，如茎尖。
④选分生区的原因：植物顶端分生区附近病毒极少，甚至无病毒。
⑤检测病毒的方法：
a.在分子水平上利用PCR 技术检测病毒的基因；
b.在分子水平上利用抗原-抗体杂交技术检测病毒的蛋白质，进而判断病毒是否存在；
c.在个体水平上利用病毒侵染，观察个体是否发生病变。
2. 作物新品种的培育
（1）单倍体育种
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①花药离体培养过程就是植物组织培养过程。
②人工诱导染色体加倍常用秋水仙素处理，只能处理单倍体植株的幼苗，而不能处理单倍体植株的种子，
因为单倍体育种中的单倍体植株没有种子。
③单倍体育种的优点：后代不发生性状分离，是纯合子，能够稳定遗传，明显缩短了育种年限。
（2）突变体的利用
①诱变处理对象：一般为愈伤组织。
②原因：在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和
诱变因素的影响而产生突变。
③原理：基因突变和植物细胞的全能性。
④优点：通过人工诱变提高愈伤组织的突变率，从而筛选获得抗病、抗盐、高产、优质的新品种，加快育
种进程。
⑤缺点：突变具有不定向性和低频性，因此需大量处理实验材料。
3. 细胞产物的工厂化生产
（1）植物的代谢产物分类：
①初生代谢产物：初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动；产物：糖类、脂质、蛋白质、核酸等
②次生代谢产物：次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定组织或器官中，并在一定的环境和时间条
件下才进行；产物：一类小分子有机化合物：如酚类、萜类和含氮化合物等
（2）细胞产物的工厂化生产的目标产物：次生代谢产物
（3）技术—植物细胞培养：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。
（4）细胞产物的工厂化生产的一般过程
（5）优点：不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意
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义。
（6）实例
①从紫草细胞中提取了具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性的紫草宁。
②培养高产紫杉醇的细胞生产具有高抗癌活性的紫杉醇。
③利用人参细胞培养来生产人参中重要的活性成分——人参皂苷。
【典例1】
（2023•山东）利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖，可获
得植物细胞的某些次生代谢物。下列说法正确的是（ ）
A．利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物
B．植物细胞体积小，故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产
C．次生代谢物是植物所必需的，但含量少，应选择产量高的细胞进行培养
D．该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量
【变式1】（2023•湖北模拟）马铃薯（4n＝48）是一种营养价值丰富的粮食和经济作物。植物细胞工程技
术在马铃薯的繁殖、育种等方面有广泛的应用。下列叙述错误的是（ ）
A．微型繁殖技术可以保持优良马铃薯品种的遗传特性
B．取马铃薯茎尖作为外植体进行组织培养，可以获得脱毒苗
C．取马铃薯的花药进行离体培养得到的单倍体植株是可育的
D．组织培养过程中，处于不断增殖状态的马铃薯细胞不易发生突变
【变式2】（2023•洪山区校级模拟）超低温冷冻脱毒法是先用超低温对细胞进行选择性破坏，再用组织培
养技术获得脱毒植株的方法。以马铃薯茎尖为材料，采用超低温冷冻脱毒法可获得脱毒苗。下列叙述错误
的是（ ）
A．用茎尖能够获得脱毒苗的原因是植物顶端分生区病毒极少或无病毒
B．经超低温冷冻脱毒培养的马铃薯比未脱毒的马铃薯抗病毒能力更强
C．该技术利用了茎尖分生组织无成熟液泡不易形成冰晶的特性
D．与传统茎尖培养脱毒相比，该方法取材时不受茎尖长度的限制
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