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第39 讲 植物细胞工程（知识清单）
学习导航站
知识主脉络：可视化思维导图，建立知识框架
核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、归纳重点
考点1 植物组织培养技术★★★☆☆
考点2 植物体细胞杂交技术★★★☆☆
考点3 植物细胞工程的应用★★★☆☆
陷阱预警台：识别高频错误，提供防错策略（2 大陷阱规避）
素养加油站：前沿科研成果或热点问题分析
真题挑战场：感知真题，检验成果，考点追溯
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考点1 植物组织培养技术★★★☆☆
1.细胞工程的概念
（1）原理和方法：应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法。
（2）操作水平： 、细胞或组织水平。
（3）目的：获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品。
（4）分类：根据操作对象的不同，分为 工程。
2.细胞的全能性
定义
细胞经分裂和分化后，仍然具有 或 的潜能
原因
生物体的每个细胞中都含有发育成完整个体所需的
体现
利用植物的一片花瓣、一粒花粉，甚至一个细胞，都可以繁殖出新的植株
未表现
及原因
在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性――→
在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会
表现条件
离体、营养物质、激素、适宜的温度和pH
3.植物组织培养技术
（1）概念：指将 的植物器官、组织或细胞等，培养在 上，给予适宜的培养
条件，诱导其形成 的技术。
（2）原理： 。
全能性表达的条件
（3）条件：处于 状态；提供一定的 和其他适宜的外界条件。
（4）基本过程
外植体（离体培养的植物器官组织或细胞）――→愈伤组织――→芽、根等―→试管苗――――→完整植
株
①愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、 组织团块。
②脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能而转变成 细胞的过程。
③再分化：愈伤组织重新 成芽、根等器官的过程。
④激素的作用：植物激素中 和 是启动 、 和 的关键激素，它们
的 、 等都会影响植物细胞的发育方向。
⑤脱分化和再分化的比较
内容
脱分化
再分化
3
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过程/概念
外植体→ /已分化的细胞经诱
导后失去特有的结构和功能，转变成未
分化（具分生能力）的细胞，进而形成
愈伤组织→幼苗或胚状体等
形成体特点
为不定形的薄壁细胞（组织团
块），具旺盛分裂能力
有根、芽或有生根、发芽的
能力
条件
—
离体
适宜的营养
生长素/细胞分裂素
比例适中，促进愈伤组织形成
比例高，诱导根的形成；比
例低，诱导芽的形成
光照
一般不需要
需要
注：记忆口诀——高根低芽中愈伤。
4.实验：菊花的组织培养
（1）实验原理
①植物细胞一般具有 。
②外植体（离体培养的植物器官组织或细胞）――→愈伤组织――→芽、根等―→试管苗――――→完整
植株
③植物激素中 是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素，它们的 等
都会影响植物细胞的发育方向。
（2）操作步骤——菊花的组织培养
取材、消
毒
①用酒精擦拭双手和超净工作台台面；
②外植体的消毒
外植体→流水冲洗→酒精消毒30s→无菌水清洗2~3 次→次氯酸钠溶液处理30min→无菌
水清洗2~3 次
③将消过毒的外植体置于无菌的培养皿中，用无菌滤纸吸去表面的水分
接种
将外植体切成 长的小段
↓
将外植体的 插入诱导 的培养基中
↓
用 或瓶盖封盖瓶口，并做好标记
培养
→15～20d 后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导 的培养基上→长出芽后，再转
接到诱导 的培养基上，进一步诱导形成试管苗
移栽
移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日，用流水清洗掉根部的
后，将试管苗移植到 的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土
栽培
将幼苗移栽后，每天观察并记录幼苗的 情况，适时浇水、施肥，直至开花
（3）注意事项
①实验中使用的培养基和所有的器械都要 。接种操作必须在 进行，并且每次使用后的
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器械都要 。
②接种时注意外植体的方向，不要 。
③诱导愈伤组织期间一般 光照，在后续的培养过程中，每日需要给予适当时间和强度的
。
④当同时使用生长素和细胞分裂素时，两者用量的比例影响植物细胞的发育方向。
生长素/细胞分裂素
植物细胞的发育方向
比值高
有利于 的分化
比值低
有利于 的分化
比值适中
促进 的形成
简记：“高”根，“低”芽，“中”愈伤
特别提醒
1.诱导愈伤组织分化时，一般要先诱导其生芽，然后诱导其生根，可通过控制培养基中生长素和细胞分裂
素的比例来实现。
2.光照：在愈伤组织诱导阶段，对有些植物来说，避光培养有利于细胞脱分化形成愈伤组织。当愈伤组织
再分化出芽和叶时，一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成。
3.植物组织培养中所需的碳源一般为蔗糖，少数为葡萄糖和果糖，原因是蔗糖既可提供充足的碳源，又可
维持相对适中的渗透压，而葡萄糖和果糖在与蔗糖提供相同数量碳源的前提下，其造成的渗透压可能过
高。
5.植物组织培养的培养基（MS 培养基）
（1）主要成分
成分
作用
无机
营养
提供植物细胞生活所必需的 和水
有机
营养
提供碳源和能量，调节渗透压；氨基酸和维生素满足离体植物细胞的特殊营养需
求
激素
是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素
琼脂
凝固剂（一般不能提供营养）
（2）类型
根据目的不同可分为：诱导 的培养基、诱导生芽的培养基、诱导 的培养基（通过调
整激素比例实现）。
特别提醒
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为避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，同时防止有些杂菌危害培养物的生长。植物组织培养过程中需
进行无菌操作：①培养基灭菌（高压蒸汽灭菌）；②外植体要进行消毒处理（酒精、次氯酸钠、无菌水冲
洗）；③接种的无菌操作（各种器械要彻底灭菌、无菌滤纸、酒精灯火焰旁、封口膜或瓶盖封住瓶口）；
④无菌箱中培养；⑤除去封口膜一段时间后，再移栽到消过毒的环境中生存一段时间（“炼苗”）。
考点2 植物体细胞杂交技术★★★☆☆
1.过程
（1）过程①为去除 获得原生质体，用到的酶是 和 。
（2）过程②为 的融合，人工诱导的物理法包括 、 等，化学法包括
、高Ca2＋—高pH 融合法等。
（3）过程③为融合的原生质体再生出 ，这是原生质体融合成功的标志。
（4）过程④为 ，过程⑤为 。
2.概念
植物体细胞杂交是指将 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 的技术。
3.意义
植物体细胞杂交技术在打破 ，实现 杂交育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优
势。
特别提醒
1.植物体细胞杂交的结果不是形成杂种细胞，而是要经过组织培养形成杂种植株。
2.植物细胞融合成功的标志是再生出新的细胞壁，植物体细胞杂交成功的标志是形成杂种植株。
3.植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此应为无性生殖。（注意区分“植物体细胞杂交”
和“杂交”，后者是有性生殖。）
4.获得杂种植株的变异类型属于染色体变异。与多倍体育种一样，都是通过改变细胞内的染色体数目来改
变遗传物质，从而改变生物的性状。但不同的是，杂种植株的染色体数通常是两个不同种亲本细胞染色体
数目之和，属于异源多倍体。
5.去壁后原生质体活性可能下降或消失，一般需要测定活性残余情况，如用台盼蓝染色法，或利用细胞内
酶活性进行测定。
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4.实例：白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草、多种柑橘属不同种间的杂种植株。
5.局限性：目前有许多理论和技术未解决，还不能让杂种植物按照人们的需要表现出 的性状。
6.植物组织培养与植物体细胞杂交的区别与联系
名称
植物组织培养
植物体细胞杂交
原理
细胞的全能性
细胞膜具有一定的 和细胞的全能性
过程
离体的植物器官、组织或细胞
↓脱分化
愈伤组织
↓再分化
根、芽或胚状体
↓发育
植物体
选材
选取根尖、茎尖、形成层部位最容
易诱导
不同种的植物体 后形成杂种细胞
技术
操作
脱分化、再分化等
除脱分化、再分化外，还要用 去除细胞
壁，用一定的方法诱导原生质体融合
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
特别提醒
“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所设想的那样，地上长番茄、地下结马铃薯。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。
考点3 植物细胞工程的应用★★★☆☆
1.植物繁殖的新途径
（1）快速繁殖
①使用的技术：植物组织培养技术。
②原理：植物细胞的 。
③优点： ；保持优良品种的 。
（2）作物脱毒
①技术手段：植物组织培养技术。
②材料的选取：植物 附近（如茎尖），此部分 极少，甚至无 。
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③优点：脱毒作物产量高，品质好。
特别提醒
脱毒苗≠抗毒苗。脱毒苗只是体内不含有病毒，而抗毒苗是可以抵抗病毒的侵染。
2.作物新品种的培育
（1）单倍体育种（一般用于二倍体）
①过程
花药（或花粉）离体培养→ 植株――→正常植株。
②原理： 。
③优点：当年就能培育出遗传性状 的纯合二倍体植株，这极大地 了育种的年限，节约
了大量的人力和物力。
（2）突变体的利用
①过程：在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断 的状态，因此它们容易受到
和
（如射线、化学物质等）的影响而发生突变。从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变
体，进而培育成新品种。
外植体――→愈伤组织―→突变体――→新品种
诱变处理
②原理： 。
③优点：产生新基因，大幅度改良某些性状
特别提醒
1.花药培养≠花粉培养。在一个典型的花药中，细胞根据染色体倍性可以分为两大类：一类是单倍体的细
胞（如花粉），另一类是二倍体的细胞（如花药壁细胞等）。因此，理论上通过花药培养的细胞包含单倍
体和二倍体。
2.植物组织培养过程中需培养到愈伤组织才能诱变处理获得突变体的原因是：在植物的组织培养过程中，
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.细胞产物的工厂化生产
（1）次生代谢物
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①定义：植物代谢产生的一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物。
②本质：小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）。
③作用：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）生产技术手段
①植物细胞培养：指在 条件下对 植物细胞或 进行培养使其增殖的技术。
②优点：它不占用耕地，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义。
③实例：紫草宁（世界上首例药用植物细胞工程产品）、紫杉醇、人参皂苷、三七等。
（3）原理——植物细胞培养：是指在 条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其 的技
术。
（4）过程
外植体―――→愈伤组织―――→细胞悬液―――→细胞产物
【教材拾遗】（选择性必修3P41 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；次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的
环境和时间条件下才进行。
（5）植物组织培养和植物细胞培养的比较
比较项目
植物组织培养
植物细胞培养
目的
获得植物体
获得细胞产物
原理
植物细胞的全能性
细胞增殖
过程
应用
快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种
等
细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉
醇等
特别提醒
1.幼嫩的组织脱分化较为容易，如茎尖、根尖、形成层细胞，而植物的茎、叶和成熟的组织则较难。另
外，幼嫩的芽尖、茎尖几乎不含病毒或病毒很少，作为植物组织培养材料容易实现作物脱毒。
2.突变体的利用中，培养的愈伤组织处于不断增殖状态，易发生基因突变，从而得到突变体。
3.细胞产物的工厂化生产利用了细胞增殖的原理。
4.细胞产物的工厂化生产中，用液体培养基培养愈伤组织的细胞，培养过程中可加以搅拌，一是增加培养
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液中的溶解氧；二是有利于细胞与培养液充分接触。
陷阱1 植物组织培养技术的几点易错点
易错表现
正确理解
认为宜选用成熟叶片为材料制备外植体
一般选择植物幼嫩的组织作为植物组织培养的外植
体
认为植物组织培养时，外植体须用适宜浓度的乙醇
和次氯酸钠的混合液消毒
外植体的消毒步骤为流水冲洗→70%酒精消毒
30s→无菌水清洗2～3 次→次氯酸钠溶液处理
30min→无菌水清洗2～3 次
认为高度分化的成熟叶肉细胞不具备发育成完整植
株的潜能
高度分化的植物细胞含有该生物全套的遗传信息，
具有发育的全能性
认为植物组织培养的目的都是获得完整的植株
植物组织培养的目的不一定是获得完整的植株，也
可能是获得细胞代谢物
认为正常情况下，同一植物的不同体细胞经植物组
织培养产生的植株基因不同
正常情况下，同一植物的不同体细胞经植物组织培
养产生的植株基因相同
认为尽管愈伤组织可以进行光合作用，但其培养基
中仍需要糖类、氨基酸等有机营养
愈伤组织细胞中不含叶绿体，不能进行光合作用
陷阱2 植物体细胞杂交技术的几点易错点
易错表现
正确理解
认为制备植物的原生质体需要使用胰蛋白酶或者胶
原蛋白酶来处理两种细胞
由于植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶组成，
因此制备植物原生质体需要用纤维素酶和果胶酶除
去细胞壁
认为在诱导愈伤组织形成的培养基中需加入植物激
素来诱导脱分化和再分化
形成愈伤组织属于脱分化，没有再分化
认为原生质体融合依赖生物膜的流动性，获得的融
合原生质体需放在无菌水中以防杂菌污染
细胞融合依赖于生物膜的流动性，但获得的原生质
体没有细胞壁，不能放在无菌水中，以防原生质体
吸水涨破
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认为用果胶酶和胶原蛋白酶去除愈伤组织的细胞壁
获得原生质体
用果胶酶和纤维素酶去除愈伤组织的细胞壁获得原
生质体
认为原生质体需在低渗溶液中长期保存，以防止过
度失水而死亡
原生质体在低渗溶液中会吸水涨破
1.植物体细胞全能性调控机制的突破：2025 年9 月，《Cell》杂志刊登了山东农业大学与华大研究院联合
团队的研究成果，他们首次在拟南芥中找到了控制体细胞再生的“双基因开关” LEAFYCOTYLEDON2
（LEC2）和SPEECHLESS（SPCH），完整解析了植物体细胞逆转身份的分子路径。通过精准调控这两个
基因，拟南芥的体细胞再生效率提升至90%以上，且再生周期缩短至原来的1/3。该技术在水稻和玉米等
作物中也取得了良好效果，为规模化育种提供了可能。
2. 水稻再生关键基因的发现：中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士团队在2023 年
《NaturePlants》发表的研究中，发现了调控水稻体细胞再生的关键基因OsWOX11。过表达OsWOX11 基
因后，水稻的愈伤组织诱导率从25%提升至90%，再生苗成活率从40%提升至85%，且再生周期从45 天
缩短至30 天。该基因的发现解决了水稻组织培养效率低的“卡脖子”问题，且其同源基因在玉米、小麦等
单子叶作物中也高度保守，有望带动整个禾本科作物再生技术的升级。
3.小麦再生难题的攻克：2024 年，中国农业大学巩志忠教授团队在《PlantBiotechnologyJournal》发表研
究，指出敲除小麦中的TaMBD2 基因，能释放体细胞的全能性，让小麦再生效率实现“翻倍增长”。敲除
该基因后，小麦的愈伤组织诱导率从20%提升至65%，再生效率从15%提升至58%，且再生苗的畸形率从
30%降至5%以下。TaMBD2 基因在大麦、燕麦等其他麦类作物中也存在同源基因，且功能保守，为麦类作
物的快速育种提供了通用技术方案。
4.植物体内快速定向进化技术的开发：2025 年10 月2 日，《Science》杂志在线发表了中国科学院遗传与发
育生物学研究所高彩霞团队与中国科学院微生物研究所邱金龙团队合作的研究论文，他们对双生病毒复制
子进行工程化改造，首次在植物底盘中构建了快速且通用的体内定向进化系统GRAPE。利用该系统，研
究团队成功实现了多种植物免疫受体的快速定向进化，如获得了一系列保留免疫活性且不受线虫效应蛋白
抑制的NRC3 变体，以及可同时识别稻瘟菌AVR-Pik 效应子6 种亚型并激发免疫反应的Pikm-1 变体，为植
物基因和蛋白的工程化改造提供了强大的高通量技术平台。
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考点预测：
1.植物组织培养技术
（1）原理：植物细胞的全能性，这是植物组织培养的理论基础，可能会考查对全能性概念的理解，如具
有某种植物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整植株的潜力。
（2）过程：包括外植体的选取、脱分化、愈伤组织的形成、再分化以及生长发育等环节。需要重点掌握
各环节的特点和条件，如脱分化是让已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞的过
程；再分化阶段需要给予光照，以利于叶绿素的形成等。
（3）关键激素：生长素与细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素，二者比值不同会产
生不同的效果，如比值高时，有利于根的分化而抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化而抑制根的形
成。
2.植物体细胞杂交技术
（1）原理：细胞膜的流动性和植物细胞的全能性，前者用于原生质体的融合，后者用于将杂种细胞培育
成杂种植株。
（2）过程：植物细胞A、B 去壁形成原生质体A、B，然后诱导原生质体融合形成杂种细胞，再通过组织
培养形成杂种植株。其中，去壁的方法以及诱导融合的方法都可能成为考点，如用纤维素酶和果胶酶去除
细胞壁，诱导融合的方法有物理法（电融合法、离心法）和化学法（聚乙二醇融合法）等。
（3）遗传物质变化：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，其染色体组数为两种植物体细胞内染色体组
数之和，属于异源多倍体，变异类型为染色体变异。
3.植物细胞工程的应用
（1）快速繁殖：利用植物组织培养技术可高效、快速地实现种苗的大量繁殖，且能保持优良品种的遗传
特性。
（2）作物脱毒：选取植物顶端分生区附近（如茎尖）作为外植体进行组织培养，可获得脱毒作物，脱毒
作物具有产量高、品质好的优点。
（3）细胞产物的工厂化生产：通过植物细胞培养技术，可在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使
其增殖，从而获得植物细胞的某些次生代谢物，如从紫草细胞中提取紫草宁，从人参细胞中生产人参皂苷
等。
4.前沿技术成果
（1）植物体细胞全能性调控机制：如山东农业大学与华大研究院联合团队发现的“双基因开关”LEC2 和
SPCH，以及中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士团队发现的OsWOX11 基因等，这些成果涉及
的基因作用机制、对植物再生效率的影响等都可能成为考点。
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（2）植物体内定向进化技术：中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队与中国科学院微生物研究
所邱金龙团队合作开发的GRAPE 系统，其原理、应用成果如对植物免疫受体的定向进化等内容也可能会
考查。
1．（2025·广西·高考真题）甘薯是重要的农作物，为了改良甘薯品质，科学家利用甘薯（2N=90）与其近
缘野生种（2N=30）进行体细胞杂交，选育得到杂种植株M1。下列说法正确的是（ ）
A．需用几丁质酶和果胶酶来降解甘薯细胞壁
B．为防止原生质体失水，需使用低渗缓冲液
C．M1 具有两个物种的所有性状，且染色体数目为2N=120
D．在培育M1 时，配制的各种培养基常以MS 培养基为基础
2．（2025·广西·高考真题）切取虎尾兰的叶插入土壤，置于适宜条件下培养。一段时间后，切口处会长出
新植株。下列有关该过程的说法错误的是（ ）
A．体现了细胞的全能性
B．受到植物激素的调节
C．属于有性生殖的范畴
D．包含脱分化及再分化
3．（2025·浙江·高考真题）科研人员研究某种红豆杉的细胞悬浮培养和原生质体培养方式对合成紫杉醇的
影响，甲组为细胞悬浮培养，乙组为原生质体的液体静置培养，丙组为琼脂糖包埋后的原生质体悬浮培养。
三组的培养基相同，其中乙、丙两组另加细胞壁合成抑制剂等。结果如图所示。
下列叙述正确的是（ ）
A．比较甲和丙，丙组的培养方式有利于原生质体的增殖，从而提高紫杉醇总产量
B．比较乙和丙，丙组的培养方式有利于应用到发酵罐进行紫杉醇的生产
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C．丙组中琼脂糖凝胶的作用是持续为原生质体供应碳源
D．上述实验表明细胞壁完整有助于紫杉醇在细胞内的合成与积累
4．（2025·四川·高考真题）研究人员用花椰菜（BB，2n=18）根与黑芥（CC，2n=16）叶片分别制备原生质
体，经PEG 诱导融合形成杂种细胞，进一步培养获得再生植株，其中的植株N 经鉴定有33 条染色体。下
列叙述正确的是（ ）
A．两个原生质体融合形成的细胞即为杂种细胞
B．再生植株N 的形成证明杂种细胞仍具有全能性
C．花椰菜和黑芥的原生质体能融合，证明两种植物间不存在生殖隔离
D．植株N 的B 组和C 组染色体不能正常联会配对，无法产生可育配子
5．（2025·湖北·高考真题）水母雪莲是我国的一种名贵药材，主要活性成分为次生代谢产物黄酮。水母雪
莲生长缓慢，长期的掠夺性采挖导致该药材资源严重匮乏。研究人员开展了悬浮培养水母雪莲细胞合成黄
酮的工程技术研究，结果如表所示。下列叙述错误的是（ ）
转速（r/
min）
55
65
75
85
相对生长速
率
0.21
0.25
0.26
0.25
细胞干重
（g/L）
7.5
9.7
11.4
9.5
黄酮产量
（g/L）
0.2
0.27
0.32
0.25
A．黄酮产量与细胞干重呈正相关
B．黄酮是水母雪莲细胞生存和生长所必需的
C．氧气供给对于水母雪莲细胞生长、分裂和代谢是必需的
D．转速为75r/min 时既利于细胞分裂，又利于黄酮的积累
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