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高中生物第二节 植物细胞工程的应用教案
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这是一份高中生物第二节 植物细胞工程的应用教案，共22页。
第二节 植物细胞工程的应用
1．简述应用植物细胞工程技术的植物繁殖新途径。
2．简述植物细胞工程技术在作物新品种培育中的应用。(重、难点)
3．列表比较作物繁殖的几种新途径。(重点)
4．列表比较单倍体育种与其他一些育种方式。(重点)
5．简述细胞产物的工厂化生产。
植物组织培养技术的应用
1．快速繁殖
(1)植物组织培养技术的优点：①可以保持优良植物品种的遗传特性；②实现种苗高效、快速繁殖，被称为“快速繁殖技术”；③不受季节和恶劣天气影响。
(2)微型繁殖技术的概念
植物组织培养时，需严格执行一定的程序，幼苗在实验室的培养瓶中生长发育，整个生产过程实现微型化、精密化，所以又被称为“微型繁殖技术”。
2．培育无病毒植物
(1)病毒危害：病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量和品质下降。
(2)方法：采用培养茎尖生长点的方法或结合热处理法，通过组织培养除去绝大多数植物的病毒，可以大量繁殖无病毒植物。原因是植物分生组织细胞中极少含有病毒甚至不含病毒。
3．人工种子
(1)概念：将在植物组织培养中得到的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽，包埋在具有养分和保护功能的包被中，得到的在适宜条件下能生根发芽的颗粒体。
(3)生产过程。
①植物组织培养诱导胚状体的发生；
②胚胎发育同步化的控制；
③人工种皮的包埋。
(4)优点。
①不受环境因素的制约，一年四季都可以进行工厂化生产；
②繁殖速度快，可短时间内提供大量种苗；
③有利于保存该品系的优良性状。
资料1 目前，一些优良的观赏植物、经济林木等都已经实现了利用微型繁殖技术来提供苗木。兰花、生菜、杨树以及无子西瓜的试管苗，都已形成一定规模的产业化生产。
资料2 作物感染病毒后，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。20世纪50年代，科学家切取一定大小的植物分生区(如茎尖)进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。
资料3 20世纪80年代，科学家利用植物的组织培养技术制造出了神奇的人工种子。目前，我国的科学工作者已经成功地把芹菜、花椰菜、桉树和水稻的胚状体制备成了人工种子，并得到了较高的发芽率。
探讨：从所需条件上来看，微型繁殖与传统育种方法相比有哪些优点？
提示：微型繁殖是在具有一定人工设施的室内生产，可以不受季节、气候等自然条件的限制。
探讨：对作物脱毒，选择分生区的原因是什么？
提示：植物的分生区一般不会感染病毒，用分生区的细胞进行组织培养，就能得到大量的脱毒苗。
探讨：人工种子的胚状体和植物种子的胚在来源上有何区别？
提示：人工种子的胚状体是无性生殖的结果，种子中的胚是有性生殖的结果。
探讨：人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分。人工种皮中应该具有的有效成分是什么？为了促进胚状体的生长发育，我们还可以向人工种皮中加入哪些物质？
提示：(1)针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂(人工种皮)中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。
(2)为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。
1．微型繁殖技术
(1)优点
①植物组织培养技术是无性繁殖技术，新植株含有的遗传物质与亲本一样，因而能保持亲本的优良性状。
②利用这种技术可以迅速大量地培育新个体，有利于进行工厂化生产。
③选材少、培养周期短、繁殖率高，便于自动化管理。
(2)获取方法：植物组织培养。
(3)本质：微型繁殖只运用了植物组织培养技术，该过程只涉及有丝分裂，没有减数分裂，因而属于无性繁殖。
(4)实例：优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物。
2．培育无病毒植物
(1)病毒的特点：病毒是寄生性生物，在用种子繁殖或用植物根、茎无性繁殖过程中，种子、根、茎的细胞中可能携带着病毒并传给下一代，使其繁殖的子代感染病毒。
(2)原理：生产上许多无性繁殖作物均受到病毒的侵染，从而导致品种的严重退化、减产和品质降低。利用植物分生组织(刚刚产生，病毒很少甚至无病毒)进行植物组织培养可以使新长成的植株脱去病毒。
(3)材料的选取：据检测，植物的分生组织细胞中一般不含病毒或病毒极少。如果将未被病毒感染的植株的分生组织用植物组织培养的方法培育幼苗，用于生产，可以避免病毒对作物的影响，大大提高作物的产量和品质。
(4)优点：获得高产、优质的无病毒植株。
(5)获取方法：植物组织培养。
(6)实例：脱毒马铃薯比未经脱毒的马铃薯增产50%以上。
3．人工种子
(1)组成图示：
①胚状体：人工种子的主要成分，也可以是不定芽、顶芽和腋芽等。
②人工种皮的要求。
a．能保持胚状体的活力，即要能透气、透水，含有胚状体发芽所需要的各种营养成分等。
b．有利于贮藏、运输和萌发，选取的材料要有韧性，耐压，对胚状体无毒害。
c．应含有农药和杀菌剂，以防播种后害虫及微生物的侵害。
d．还要加入能促进胚状体生长和发育的一些植物生长调节剂、有益菌等。
③人工胚乳的要求。
主要成分应该含有无机盐、糖类和蛋白质等营养物质。
(2)优点。
①解决了某些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。
②固定杂种优势。天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象，因而会造成某些遗传性状的改变，而人工种子则可以完全保持优良品种的遗传特性。
③快捷高效的繁殖方式。天然种子在生产上受季节的限制，一般每年只能繁殖1～2次，有些甚至十几年才繁殖一次，而人工种子生产不受季节限制，且快捷高效。
④可控制植物的生长发育与抗逆性。针对植物种类和土壤条件，在人工种子的包裹剂中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等，可控制植物的生长发育和增强抗逆性。
(3)获取方法：植物组织培养。
(4)实例：已成功把芹菜、花椰菜、桉树和水稻的胚状体制备成了人工种子，并得到了较高的发芽率。
[特别提醒]
(1)人工种子中，只有胚状体(或不定芽、顶芽、腋芽)部分是植物组织培养的产物。
(2)天然种子会因有性生殖而引起基因重组，造成某些遗传性状的改变，而人工种子实际是无性繁殖，所以可以保持优良品种的遗传特性。
1．下面为人工种子图示，下列与其培育过程有关的叙述中，错误的是( )
A．人工种子一般用离体的植物细胞通过组织培养技术获得
B．胚状体是由愈伤组织分化而成，离体细胞只有形成愈伤组织才能表现出全能性
C．同一批次的人工种子可以保证具有相同的基因型
D．胚状体是由未分化的、具有分裂能力的细胞构成的
【解析】 人工种子是通过植物组织培养到胚状体阶段，再经过人工薄膜包装得到的。由于植物组织培养属于无性繁殖，因此同一批次生产的人工种子基因型相同。胚状体已具有根、芽的分化，但仍具有分裂能力。
【答案】 D
2．下面为番茄植物组织培养过程的流程图解。以下相关叙述不正确的是( ) 【导学号：10210048】
A．脱分化发生在b步骤，形成愈伤组织，在此过程中植物激素发挥了重要作用
B．再分化发生在d步骤，是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程
C．从叶组织块到种苗形成的过程说明番茄叶片细胞具有全能性
D．人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题
【解析】 从图中分析可知，b代表的是脱分化，在此过程中发挥作用的植物激素有生长素和细胞分裂素，A正确；c表示再分化，即由愈伤组织形成胚状体，B错误；由体细胞形成完整的植株，体现了植物细胞的全能性，因为其具有本物种全部的遗传信息，C正确；人工种子是一种人工制造的代替天然种子的颗粒体，可以直接播种于田间。特点：周期短，易储存和运输，完全保持优良品种的遗传特性，不受气候和地域的限制。D正确。
【答案】 B
植物细胞培养技术的应用
1．植物细胞代谢产物的工厂化生产
(1)植物细胞在生命活动中产生的多种代谢产物是植物生长到一定阶段产生的化学物质，也称次生代谢产物。
(2)细胞代谢产物包括药用原料、食品添加剂、保健食品。
2．单倍体育种
(1)方法：花药离体培养→单倍体植株→秋水仙素处理→纯合子植株。
(2)优点：①后代是纯系(填“纯系”或“杂合系”)，能稳定遗传。
②明显缩短了育种周期。
资料1 常规选育出一个可以稳定遗传的农作物优良品种，一般要经过5～6年的连续筛选。而单倍体育种极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力物力。单倍体育种已成为作物育种的一条新途径。
资料2 在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，因此容易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变。突变体的利用过程如图所示：
愈伤组织突变体
探讨：请以流程图的形式表示出单倍体育种过程。
提示：亲本F1―→花药单倍体幼苗纯合子→选择所需类型。
探讨：单倍体育种过程所依据的原理和涉及的生物学技术分别是什么？
提示：原理是染色体变异和细胞的全能性，该过程主要利用植物组织培养技术。
探讨：为什么在培养至愈伤组织时进行诱变处理？
提示：愈伤组织细胞分裂旺盛，不断进行DNA分子的复制，此时易发生基因突变。
探讨：诱导分化得到的突变体都是有用的吗？为什么？
提示：多数有害，少数有利。因为基因突变具有多害少利性。
探讨：单倍体育种和突变体育种的原理相同吗？为什么？
提示：不相同。单倍体育种的原理是染色体变异，而突变体育种的原理是基因突变。
1．植物组织培养与植物细胞培养的比较
植物组织培养
植物细胞培养
利用原理
细胞全能性
细胞增殖
培养基
固体培养基
液体培养基
培养对象
离体的植物器官、组织、细胞或原生质体
由愈伤组织分散得到的悬浮细胞
培养过程
外植体→脱分化→再分化→芽、根→植物幼苗
愈伤组织→分散成悬浮细胞→继代培养→细胞次生代谢产物
培养目的
植物幼苗
细胞的次生代谢产物
二者关系
植物组织培养是植物细胞培养的基础；它们都属于植物细胞工程的范畴
2.细胞产物的工厂化生产
(1)细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱、食品添加剂、保健食品等。
(2)过程
外植体愈伤组织细胞悬液细胞产物
(3)举例：工厂化生产人参皂苷。
①过程：人参根愈伤组织选择增殖速度快且细胞内人参皂苷含量高的细胞分裂出更多的细胞人参皂苷
②优点：提高生产速度、便于操作管理。
(4)其他实例：三七、紫草和银杏的细胞产物的工厂化生产。
3．单倍体诱导与利用
(1)单倍体植株的特点：叶小、株矮、生活力弱且高度不育。
(2)技术：花药离体培养和秋水仙素处理。
(3)原理：细胞的全能性和染色体变异。
(4)过程：
(5)秋水仙素的作用：抑制纺锤体的形成，着丝点分裂形成的子染色体不能分配到两极形成2个细胞，从而染色体加倍。
(6)优点：
①单倍体经过染色体加倍，获得的后代为纯合子，可明显缩短育种年限(一般为2年)。
②用单倍体作为转基因的受体，获得的转基因材料经染色体加倍后基因即可纯合，避免了体细胞作为受体导致后代发生性状分离需要多代选择的麻烦。
1．(2016·陕西西安期中)下面的简式表示植物组织培养的大致过程，据此判断不正确的是( )
①②③―→④
A．若①是具有杂种优势的农作物细胞，则用③进行繁育会发生性状分离
B．若①是花粉，则④是单倍体植株，经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种
C．若①是人参细胞，对②进行扩大培养可提高细胞产物人参皂苷的产量
D．若①是来自不同植物体细胞融合的杂种细胞，则④可能有不同植物的遗传特性
【解析】 图示表示植物组织培养过程，其中①是外植体、②是脱分化形成的愈伤组织(高度液泡化，无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松、无规则的组织)、③是再分化形成的胚状体、④是新植体。只有杂合子才会发生性状分离，而具有杂种优势的农作物细胞也可能是纯合子，所以用③进行繁育不一定会发生性状分离，A错误；若①是花粉，则④是花药离体培养形成的单倍体植株，其高度不育，但经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种，B正确；若①是人参细胞，则将其脱分化形成②愈伤组织，再进行扩大培养可提高细胞产物人参皂苷的产量， C正确；若①是来自不同植物体细胞融合的杂种细胞，则其含有两个亲本的遗传物质，所以④可能出现不同植物的遗传特性，D正确。
【答案】 A
2．下面为植株繁殖的四种人工方式示意图，请据图回答： 【导学号：10210049】
(1)图中单倍体植株通常的获取方式是____________。若图中单倍体细胞含2个染色体组，A有4个染色体组，则③过程所用化学试剂的作用是_______________________________________________
_______________________________________________。
(2)图中B和C过程的不同点是________________________，这种不同主要的决定因素是_______________________________________________
_______________________________________________。
(3)若想在C过程中获得突变体，进而培育成新品种植株，应用物理诱变或化学诱变的方法处理________。
(4)若要获得水稻的人工种子，则应选用图中的________结构，该结构与正常受精卵形成的________有类似的结构和发育过程。
(5)若D为“胡萝卜—羊角芹”，②过程常用的物理方法有________________等；经融合处理后，含有的细胞类型有________种(若融合的细胞只考虑两两融合)。
【解析】 (1)单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理幼苗两个阶段。秋水仙素可抑制纺锤体的形成，诱导染色体数目加倍。(2)图中B表示通过胚状体分化为幼苗，C表示通过愈伤组织形成丛芽再形成幼苗，这两种途径主要取决于培养基中激素的种类及浓度配比。(3)诱变育种处理的材料为分裂活动旺盛的部位，如愈伤组织、芽等。(4)人工种子是在胚状体外包装上人工种皮制得的。(5)诱导原生质体融合的方法有物理法和化学法，物理法电场诱导融合等。
【答案】 (1)花药离体培养 抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成
(2)B过程中形成的是胚状体，而C过程形成的是丛芽 细胞分裂素与生长素的比值
(3)愈伤组织 (4)胚状体 胚
(5)电场诱导融合 3
1．植物的微型繁殖技术是指( )
A．植物体细胞杂交技术 B．嫁接
C．营养繁殖 D．植物组织培养
【解析】 植物的微型繁殖技术是指快速高效繁殖优良品种的植物组织培养技术。
【答案】 D
2．用植物组织培养技术，可以培养或生产出( )
A．食品添加剂 B．无病毒植物
C．人工种子 D．前三项都是
【解析】 通过植物组织培养技术，可以工厂化生产食品添加剂等细胞产物，也可以生产人工种子和培育脱毒苗。
【答案】 D
3．工厂化生产人参皂苷干粉，下列哪种技术是必需的( ) 【导学号：10210050】
A．杂交育种 B．植物组织培养
C．多倍体育种 D．单倍体育种
【解析】 对人参皂苷干粉进行工厂化生产，必须先通过植物组织培养获得人参皂苷含量高的细胞株，然后进行大规模发酵生产。
【答案】 B
4．将一粒花粉培育成幼苗，将它的茎尖用秋水仙素处理，长大后该植物正常开花结果。该植株中哪一部位细胞的染色体数目与其他部位不同？( )
A．根细胞 B．叶细胞
C．茎细胞 D．子房壁细胞
【解析】 茎尖用秋水仙素处理后染色体数目加倍，由茎尖发育的细胞(叶、茎、子房壁细胞)染色体数目都加倍，而根的染色体数目则无变化。
【答案】 A
5．马铃薯利用块茎进行无性生殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是( )
A．选择优良品种进行杂交
B．进行远缘植物体细胞杂交
C．利用茎尖进行组织培养
D．人工诱导基因突变
【解析】 马铃薯种植世代多了以后往往因感染病毒而减产，而不是遗传物质变化造成的，因此不需要考虑根据遗传变异的原理进行育种。其茎尖几乎不含病毒，可以通过组织培养获得脱毒苗。
【答案】 C
课堂小结：
网络构建
核心回扣
1.植物组织培养技术不仅可以保持优良品种的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。
2．植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒，因此用分生区组织进行组织培养，再生的植株就不会或极少感染病毒。
3．人工种子就是以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。
4．单倍体育种通过花药培养获得单倍体植株，染色体加倍后当年便可获得稳定遗传的优良品种，极大地缩短了育种年限。
5．利用植物细胞培养技术可以生产具有生理活性的植物细胞次生代谢产物。
学业分层测评(六)
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．红江橙种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的( )
A．有丝分裂 B．分化
C．减数分裂 D．全能性
【解析】 采用茎尖分生组织细胞离体培养获得脱毒种苗的技术是植物的组织培养，整个过程中植物细胞的分裂方式都是有丝分裂，不涉及减数分裂，植物组织培养技术的原理是植物细胞的全能性。
【答案】 C
2．下列有关植物细胞工程在生产上的应用，不正确的是( ) 【导学号：10210051】
A．利用植物茎尖进行组织培养，可以获得脱毒苗
B．用人工薄膜将愈伤组织包装可制成人工种子
C．利用细胞培养工业化生产人参皂苷，提高产量
D．对愈伤组织进行诱变处理，从分化的植株中筛选新品种
【解析】 本题考查植物细胞工程的应用。植物的茎尖不含病毒或含病毒较少，可用于培养脱毒苗，A对；人工种子中包埋的是胚状体而不是愈伤组织，B错；应用植物细胞培养技术培养人参细胞，从中提取人参皂苷，C对；愈伤组织的分裂能力较强，此时进行诱变处理，可获得突变的新品种，D对。
【答案】 B
3．下列各项培育植物新品种的过程中，不经过愈伤组织阶段的是( )
A．通过植物体细胞杂交培育白菜—甘蓝杂种植株
B．通过多倍体育种培育无子西瓜
C．通过单倍体育种培育优质小麦
D．通过基因工程培育转基因抗虫水稻
【解析】 植物体细胞杂交、单倍体育种、基因工程育种均经过植物组织培养过程，所以需脱分化形成愈伤组织。植物多倍体育种通常是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，所以B选项符合题意。
【答案】 B
4．下列关于植物细胞工程在生产应用上的叙述，正确的是( )
A．切取一定大小的草莓茎尖进行组织培养，可获得抗病毒新品种
B．对马铃薯愈伤组织进行人工诱变，可获得能分泌乳腺蛋白的新品种
C．在组织培养获得的楸树胚状体外包裹上人工胚乳、种皮制成人工种子
D．在发酵罐中培养人参的胚状体细胞，大量生产人参皂苷粉
【解析】 通过植物组织培养可以获得脱毒植物，但不能培养出抗病毒的新品种；人工诱变并不能产生非本物种的基因，对马铃薯愈伤组织进行人工诱变，不可能获得能分泌乳腺蛋白的新品种；人工种子是在植物组织培养获得的胚状体外包裹人工胚乳和人工种皮制成的；获取细胞产物，应将植物细胞培养到愈伤组织阶段。
【答案】 C
5．下列有关植物细胞工程的叙述，错误的是( )
A．通过培养植物细胞，可获取大量的细胞代谢产物
B．在培养基中加入不同浓度的氯化钠溶液，可筛选出抗盐植株
C．原生质体培养结合基因工程技术，可获得具有特定性状的新植株
D．由于植物细胞具有全能性，同种植物的不同基因型个体，它们的细胞全能性的表达程度不同
【解析】 植物细胞工程中培养特定细胞系，实现产生次生代谢产物的克隆和产物的工业化生产，故A正确；在培养基中加入不同浓度的NaCl能筛选抗盐植株，故B正确；去掉细胞壁后的植物细胞叫原生质体，比较容易摄取外来的遗传物质，如DNA，因而原生质体培养结合基因工程技术，可获得具有特定性状的新植株，故C正确；不同种类的植物或同种植物不同基因型个体之间遗传性有差异，细胞全能性的表达程度大不相同。
【答案】 D
6．人工种子的核心部分胚状体可以由悬浮培养的芽尖细胞得到，也可以通过试管培养的花粉或胚囊获得，由此人们把胚状体分为“体细胞胚”和“花粉胚”。请据此判断下列说法中不正确的是( ) 【导学号：10210052】
A．人工种子的胚状体已经分化出胚芽、胚轴和胚根
B．培育胚状体利用了植物组织培养技术
C．同一种植物“体细胞胚”和“花粉胚”的染色体组的数目相同
D．该项技术的成功应用反映了细胞的全能性
【解析】 人工种子的培育利用了植物组织培养技术，获得具有胚芽、胚根、胚轴等结构的胚状体，在胚状体、不定芽等外部包上人工种皮得到，其原理是植物细胞的全能性。“体细胞胚”是由植物的体细胞经过脱分化和再分化形成的，“花粉胚”是由花粉经过脱分化和再分化形成的，因此同一种植物“体细胞胚”和“花粉胚”的染色体组的数目比为2∶1。
【答案】 C
7．利用植物的茎尖或叶片、茎段、花药、花粉等，在无菌条件下，培养在人工配制的培养基上，使它发育成完整的植株。这种技术可以用来培育植物新品种，也可以在较短时间内大量繁殖植物，还可以防止植物病毒的危害。下列关于这种技术的叙述，正确的是( )
①这种技术利用了植物细胞的全能性 ②这种技术叫作组织培养 ③这种技术属于细胞工程的应用领域之一 ④这种技术是一种无性繁殖的方式
A．① B．①②
C．①②③ D．①②③④
【解析】 植物体细胞都含有该物种的全套遗传信息，所以每个细胞理论上都具有全能性，都有发育成完整生物体的潜能。植物组织培养就是在体外通过人工方法，让植物细胞表现出全能性，是植物细胞工程的一个基础技术手段。因为没有生殖细胞的结合，所以属于无性生殖方式。
【答案】 D
8．下图是四倍体兰花的叶片通过植物组织培养形成植株的示意图，相关叙述中正确的是( )
四倍体兰花叶片愈伤组织胚状体植株
A．(2)阶段会发生减数分裂过程
B．(1)阶段需生长素而(3)阶段需细胞分裂素
C．此过程体现植物细胞具有全能性
D．此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体
【解析】 愈伤组织只能进行有丝分裂，不能进行减数分裂；脱分化和再分化过程都需要生长素和细胞分裂素；植物组织培养体现了植物细胞具有全能性；花药离体培养所得的植株是单倍体。
【答案】 C
9．(2016·天津六校联考)用植物组织培养方法诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状体结构，若包裹上人造种皮，制成人工种子。其过程如下图所示。下列相关叙述，错误的是( )
A．从植物体细胞到种苗形成的过程说明植物细胞具有全能性
B．进行②过程时，不需要用纤维素酶和果胶酶去掉植物细胞的细胞壁
C．再分化发生在④步骤，是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程
D．需细胞分裂素和生长素的诱导，能刺激愈伤组织的形成
【解析】 从植物体细胞到种苗形成的过程说明植物细胞具有全能性，A正确；进行②脱分化过程时，不需要用纤维素酶和果胶酶去掉植物细胞的细胞壁，B正确；再分化发生在③步骤，是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程，C错误；脱分化形成愈伤组织的过程，需要细胞分裂素和生长素的诱导刺激，D正确。
【答案】 C
10．植物组织培养的过程如下图所示。请分析并回答问题。
愈伤组织胚状体植株
(1)愈伤组织是由离体的组织或器官通过A__________过程获得的，B、C过程是通过细胞的__________实现的。
(2)胚状体根据其来源不同，可以分为“体细胞胚”和“花粉胚”。
①用花药离体培养可获得“花粉胚”，同种植物的花粉胚与体细胞胚在染色体数目上的主要区别是_______________________________________________
_______________________________________________。
②如果用________处理二倍体植物的花粉胚，能获得可育的植株，该过程是________育种中不可缺少的步骤。
③在一定条件下培养离体细胞可以形成体细胞胚进而发育成完整的植株，其根本原因是每个细胞都含有________________，这一过程体现了________________。
【解析】 (1)由离体组织或器官获得愈伤组织的过程是脱分化的过程，由愈伤组织通过再分化和培养可获得新的植株，这一过程不仅有细胞的分裂过程，也有细胞分化的过程。(2)二倍体的花粉胚细胞内含一个染色体组，由其发育成的植株高度不育，若要获得可育植株，需要对花粉胚进行染色体加倍处理，例如用秋水仙素处理，这样的育种方式称为单倍体育种。
【答案】 (1)脱分化 分裂和分化
(2)①花粉胚细胞中的染色体数目是体细胞胚的一半
②秋水仙素 单倍体
③本物种的全套基因(或全套遗传信息) 植物细胞的全能性
[能力提升]
11．如图表示利用植物细胞工程对棉花进行改良的过程，①②③④表示实验过程，请据图回答，下列说法正确的是( ) 【导学号：10210053】
外源基因
,②Ｆ
棉花叶肉细胞原生质体愈伤组织根、芽―→棉花幼苗
A．外源基因能够导入并大量复制的物质基础是自然界共用一套密码子
B．②过程能定向改变原生质体的遗传特性
C．③过程只能通过液体悬浮培养技术才能实现
D．基因工程技术与花药离体培养技术相结合可快速获得纯合棉花植株
【解析】 据图分析，①表示用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁；②表示将外源基因导入原生质体，常用农杆菌转化法；③表示脱分化，④表示再分化。A、外源基因能够导入的原因是它们都是由四种脱氧核苷酸组成的双螺旋结构，外源基因可以在宿主细胞表达产生相应的蛋白质，说明所有的生物共用一套密码子，A错误；B、基因工程目的性强，育种周期短，能定向改造生物的遗传性状，B正确；C、愈伤组织培养时用固体培养基，在液体培养基中加入琼脂，C错误；D、花药离体培养得到单倍体幼苗，再用秋水仙素处理抑制纺锤体的形成，使得染色体数目加倍，才能获得纯合植株，D错误。
【答案】 B
12．(2016·天水高三检测)为获得纯合高蔓抗病番茄植株，采用了下图所示的方法，图中两对相对性状独立遗传，据图分析不正确的是( )
A．过程①的自交代数越多，纯合高蔓抗病植株的比例越高
B．过程②可以取任一植株的花药作培养材料
C．过程③包括脱分化和再分化两个过程
D．图中筛选过程不改变抗病基因频率
【解析】 过程①多次自交和筛选，纯合高蔓抗病番茄植株的比例会增大，故A正确。过程②是花药离体培养，选用任一株Fl的花粉均可，故B正确。过程③是植物组织培养获得植株的过程，包括脱分化和再分化两个阶段，故C正确。筛选纯合高蔓抗病番茄植株的实质是定向改变基因频率，使高蔓抗病基因的频率提高，故D错误。
【答案】 D
13．制造人工种子的原理是在组织培养得到的“胚状体”的最外面用一层有机膜包裹，并在薄膜以内放入一些营养物质，如下图所示。据此判断下列说法不正确的是( )
A．“胚状体”最外面的一层有机膜和里面营养物质分别具有种皮和胚乳的功能
B．“胚状体”来源于离体的植物体细胞，其形成过程中要经过的生理变化大体上是脱分化和再分化
C．从保证人工种子正常的生命力及生态系统物质循环上来看，其外部薄膜应具有全透性和能被微生物降解的特点
D．在人工种子萌发的过程中“胚状体”细胞吸收营养液中的物质用于生长等
【解析】 从保证人工种子正常的生命力上来看，其外部薄膜应具有半透性，可以透气和透水，但是不能让薄膜以内的营养物质出来。
【答案】 C
14．下图表示花药离体培养及单倍体育种的大致过程，据图回答下列问题：
(1)过程①是把幼小的花药分离出来，在无菌条件下放在人工培养基上进行离体培养， 该培养基中加入的营养物质应该有_______________________________________________
(至少答两种)，加入的激素有________、________。
(2)过程②是花药在培养基所提供的特定条件下发生多次细胞分裂，形成愈伤组织，此过程叫作________，细胞分裂的方式是______________。
(3)过程③是诱导愈伤组织分化出芽和根，这一过程叫____________，然后长成植株。要使该植株染色体数目加倍通常采用一定浓度的__________处理。
(4)花药离体培养应用的是____________技术，其理论基础是________________。
【解析】 (1)植物组织培养需要营养物质，主要包括大量元素、微量元素、有机物(如甘氨酸、肌醇、维生素、蔗糖等)等，用到的植物激素为生长素和细胞分裂素。(2)脱分化是由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程，此过程细胞进行有丝分裂。(3)愈伤组织通过再分化形成芽和根，经过花药培养得到的植株为单倍体，表现为高度不育，对茎尖或花粉用秋水仙素处理，染色体加倍。(4) 花药离体培养是通过植物组织培养技术将生殖细胞培育成一个完整个体，应用的理论基础为细胞的全能性。
【答案】 (1)矿质元素、蔗糖、维生素等 生长素 细胞分裂素
(2)脱分化 有丝分裂
(3)再分化 秋水仙素
(4)组织培养 细胞的全能性
15．科学家从悬浮培养的单细胞、离体花粉或胚囊中，通过植物组织培养技术获得胚状结构(胚状体)。胚状体不同于一般的种子胚，它是由非合子细胞分化形成的类似于胚的结构物，所以，又称“体细胞胚”或“花粉胚”。胚状体在一定的条件下，可以通过个体发育过程形成植株。将其包埋在一个能提供营养的胶质中，外面包裹上人造种皮，便制成了“人工种子”。目前，我国科学家利用植物组织培养技术已在烟草、水稻、小麦和玉米等植物上成功诱导出胚状体，而美、法等各国正着手将人工种子市场化、商品化。
(1)简要归纳“离体的细胞”进行植物组织培养获得胚状体的过程：__________________________。
(2)“人工种子”大体由胚状体、包埋胚状体的胶质以及人造种皮三部分组成。包埋胚状体的胶质相当于自然种子中的____________，其中富含营养物质，这是因为_______________________________________________
_______________________________________________。
为了满足胚状体代谢的需求，“人造种皮”还必须具有良好的____________性能。
(3)培育胚状体利用了____________这一项生物技术。在该过程中，培养基中需要添加________和________两种激素，还需要对培养基进行严格的________。
(4)某二倍体植物基因型为DdTt，利用这种生物技术采用花药离体培养的方法，可培育成“花粉胚”，也可制成人工种子，这种种子萌发形成的个体为________，基因型为____________________。
(5)从上面所述胚状体的类型分析，人工种子萌发长成的植株是否可育？_______________________________________________
_______________________________________________。
(6)写出“人工种子”商品化的意义(两项)：_______________________________________________
_______________________________________________。
【解析】 组织培养的过程包括脱分化和再分化两个阶段。胚状体在萌发初期不能进行光合作用，因此需要给其提供营养，人工种皮要有很好的透气性，保证供给胚足够的氧气。胚状体的培育利用的是组织培养的技术，培养基中需要添加生长素和细胞分裂素，同时要保证无菌条件。
【答案】 (1)离体的细胞愈伤组织胚状体
(2)胚乳或子叶 胚状体在萌发初期不能进行光合作用 透水、透气
(3)植物组织培养 生长素 细胞分裂素 灭菌
(4)单倍体 DT、Dt、dT、dt
(5)由花粉培养发育的植株一般不可育，由体细胞经组织培养发育的植株是可育的
(6)可用于苗木的快速繁育 无病毒植株培养 解决有些作物繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题(任选两项)
第二节 植物细胞工程的应用
1．简述应用植物细胞工程技术的植物繁殖新途径。
2．简述植物细胞工程技术在作物新品种培育中的应用。(重、难点)
3．列表比较作物繁殖的几种新途径。(重点)
4．列表比较单倍体育种与其他一些育种方式。(重点)
5．简述细胞产物的工厂化生产。
植物组织培养技术的应用
1．快速繁殖
(1)植物组织培养技术的优点：①可以保持优良植物品种的遗传特性；②实现种苗高效、快速繁殖，被称为“快速繁殖技术”；③不受季节和恶劣天气影响。
(2)微型繁殖技术的概念
植物组织培养时，需严格执行一定的程序，幼苗在实验室的培养瓶中生长发育，整个生产过程实现微型化、精密化，所以又被称为“微型繁殖技术”。
2．培育无病毒植物
(1)病毒危害：病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量和品质下降。
(2)方法：采用培养茎尖生长点的方法或结合热处理法，通过组织培养除去绝大多数植物的病毒，可以大量繁殖无病毒植物。原因是植物分生组织细胞中极少含有病毒甚至不含病毒。
3．人工种子
(1)概念：将在植物组织培养中得到的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽，包埋在具有养分和保护功能的包被中，得到的在适宜条件下能生根发芽的颗粒体。
(3)生产过程。
①植物组织培养诱导胚状体的发生；
②胚胎发育同步化的控制；
③人工种皮的包埋。
(4)优点。
①不受环境因素的制约，一年四季都可以进行工厂化生产；
②繁殖速度快，可短时间内提供大量种苗；
③有利于保存该品系的优良性状。
资料1 目前，一些优良的观赏植物、经济林木等都已经实现了利用微型繁殖技术来提供苗木。兰花、生菜、杨树以及无子西瓜的试管苗，都已形成一定规模的产业化生产。
资料2 作物感染病毒后，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。20世纪50年代，科学家切取一定大小的植物分生区(如茎尖)进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。
资料3 20世纪80年代，科学家利用植物的组织培养技术制造出了神奇的人工种子。目前，我国的科学工作者已经成功地把芹菜、花椰菜、桉树和水稻的胚状体制备成了人工种子，并得到了较高的发芽率。
探讨：从所需条件上来看，微型繁殖与传统育种方法相比有哪些优点？
提示：微型繁殖是在具有一定人工设施的室内生产，可以不受季节、气候等自然条件的限制。
探讨：对作物脱毒，选择分生区的原因是什么？
提示：植物的分生区一般不会感染病毒，用分生区的细胞进行组织培养，就能得到大量的脱毒苗。
探讨：人工种子的胚状体和植物种子的胚在来源上有何区别？
提示：人工种子的胚状体是无性生殖的结果，种子中的胚是有性生殖的结果。
探讨：人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分。人工种皮中应该具有的有效成分是什么？为了促进胚状体的生长发育，我们还可以向人工种皮中加入哪些物质？
提示：(1)针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂(人工种皮)中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。
(2)为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。
1．微型繁殖技术
(1)优点
①植物组织培养技术是无性繁殖技术，新植株含有的遗传物质与亲本一样，因而能保持亲本的优良性状。
②利用这种技术可以迅速大量地培育新个体，有利于进行工厂化生产。
③选材少、培养周期短、繁殖率高，便于自动化管理。
(2)获取方法：植物组织培养。
(3)本质：微型繁殖只运用了植物组织培养技术，该过程只涉及有丝分裂，没有减数分裂，因而属于无性繁殖。
(4)实例：优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物。
2．培育无病毒植物
(1)病毒的特点：病毒是寄生性生物，在用种子繁殖或用植物根、茎无性繁殖过程中，种子、根、茎的细胞中可能携带着病毒并传给下一代，使其繁殖的子代感染病毒。
(2)原理：生产上许多无性繁殖作物均受到病毒的侵染，从而导致品种的严重退化、减产和品质降低。利用植物分生组织(刚刚产生，病毒很少甚至无病毒)进行植物组织培养可以使新长成的植株脱去病毒。
(3)材料的选取：据检测，植物的分生组织细胞中一般不含病毒或病毒极少。如果将未被病毒感染的植株的分生组织用植物组织培养的方法培育幼苗，用于生产，可以避免病毒对作物的影响，大大提高作物的产量和品质。
(4)优点：获得高产、优质的无病毒植株。
(5)获取方法：植物组织培养。
(6)实例：脱毒马铃薯比未经脱毒的马铃薯增产50%以上。
3．人工种子
(1)组成图示：
①胚状体：人工种子的主要成分，也可以是不定芽、顶芽和腋芽等。
②人工种皮的要求。
a．能保持胚状体的活力，即要能透气、透水，含有胚状体发芽所需要的各种营养成分等。
b．有利于贮藏、运输和萌发，选取的材料要有韧性，耐压，对胚状体无毒害。
c．应含有农药和杀菌剂，以防播种后害虫及微生物的侵害。
d．还要加入能促进胚状体生长和发育的一些植物生长调节剂、有益菌等。
③人工胚乳的要求。
主要成分应该含有无机盐、糖类和蛋白质等营养物质。
(2)优点。
①解决了某些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。
②固定杂种优势。天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象，因而会造成某些遗传性状的改变，而人工种子则可以完全保持优良品种的遗传特性。
③快捷高效的繁殖方式。天然种子在生产上受季节的限制，一般每年只能繁殖1～2次，有些甚至十几年才繁殖一次，而人工种子生产不受季节限制，且快捷高效。
④可控制植物的生长发育与抗逆性。针对植物种类和土壤条件，在人工种子的包裹剂中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等，可控制植物的生长发育和增强抗逆性。
(3)获取方法：植物组织培养。
(4)实例：已成功把芹菜、花椰菜、桉树和水稻的胚状体制备成了人工种子，并得到了较高的发芽率。
[特别提醒]
(1)人工种子中，只有胚状体(或不定芽、顶芽、腋芽)部分是植物组织培养的产物。
(2)天然种子会因有性生殖而引起基因重组，造成某些遗传性状的改变，而人工种子实际是无性繁殖，所以可以保持优良品种的遗传特性。
1．下面为人工种子图示，下列与其培育过程有关的叙述中，错误的是( )
A．人工种子一般用离体的植物细胞通过组织培养技术获得
B．胚状体是由愈伤组织分化而成，离体细胞只有形成愈伤组织才能表现出全能性
C．同一批次的人工种子可以保证具有相同的基因型
D．胚状体是由未分化的、具有分裂能力的细胞构成的
【解析】 人工种子是通过植物组织培养到胚状体阶段，再经过人工薄膜包装得到的。由于植物组织培养属于无性繁殖，因此同一批次生产的人工种子基因型相同。胚状体已具有根、芽的分化，但仍具有分裂能力。
【答案】 D
2．下面为番茄植物组织培养过程的流程图解。以下相关叙述不正确的是( ) 【导学号：10210048】
A．脱分化发生在b步骤，形成愈伤组织，在此过程中植物激素发挥了重要作用
B．再分化发生在d步骤，是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程
C．从叶组织块到种苗形成的过程说明番茄叶片细胞具有全能性
D．人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题
【解析】 从图中分析可知，b代表的是脱分化，在此过程中发挥作用的植物激素有生长素和细胞分裂素，A正确；c表示再分化，即由愈伤组织形成胚状体，B错误；由体细胞形成完整的植株，体现了植物细胞的全能性，因为其具有本物种全部的遗传信息，C正确；人工种子是一种人工制造的代替天然种子的颗粒体，可以直接播种于田间。特点：周期短，易储存和运输，完全保持优良品种的遗传特性，不受气候和地域的限制。D正确。
【答案】 B
植物细胞培养技术的应用
1．植物细胞代谢产物的工厂化生产
(1)植物细胞在生命活动中产生的多种代谢产物是植物生长到一定阶段产生的化学物质，也称次生代谢产物。
(2)细胞代谢产物包括药用原料、食品添加剂、保健食品。
2．单倍体育种
(1)方法：花药离体培养→单倍体植株→秋水仙素处理→纯合子植株。
(2)优点：①后代是纯系(填“纯系”或“杂合系”)，能稳定遗传。
②明显缩短了育种周期。
资料1 常规选育出一个可以稳定遗传的农作物优良品种，一般要经过5～6年的连续筛选。而单倍体育种极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力物力。单倍体育种已成为作物育种的一条新途径。
资料2 在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，因此容易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变。突变体的利用过程如图所示：
愈伤组织突变体
探讨：请以流程图的形式表示出单倍体育种过程。
提示：亲本F1―→花药单倍体幼苗纯合子→选择所需类型。
探讨：单倍体育种过程所依据的原理和涉及的生物学技术分别是什么？
提示：原理是染色体变异和细胞的全能性，该过程主要利用植物组织培养技术。
探讨：为什么在培养至愈伤组织时进行诱变处理？
提示：愈伤组织细胞分裂旺盛，不断进行DNA分子的复制，此时易发生基因突变。
探讨：诱导分化得到的突变体都是有用的吗？为什么？
提示：多数有害，少数有利。因为基因突变具有多害少利性。
探讨：单倍体育种和突变体育种的原理相同吗？为什么？
提示：不相同。单倍体育种的原理是染色体变异，而突变体育种的原理是基因突变。
1．植物组织培养与植物细胞培养的比较
植物组织培养
植物细胞培养
利用原理
细胞全能性
细胞增殖
培养基
固体培养基
液体培养基
培养对象
离体的植物器官、组织、细胞或原生质体
由愈伤组织分散得到的悬浮细胞
培养过程
外植体→脱分化→再分化→芽、根→植物幼苗
愈伤组织→分散成悬浮细胞→继代培养→细胞次生代谢产物
培养目的
植物幼苗
细胞的次生代谢产物
二者关系
植物组织培养是植物细胞培养的基础；它们都属于植物细胞工程的范畴
2.细胞产物的工厂化生产
(1)细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱、食品添加剂、保健食品等。
(2)过程
外植体愈伤组织细胞悬液细胞产物
(3)举例：工厂化生产人参皂苷。
①过程：人参根愈伤组织选择增殖速度快且细胞内人参皂苷含量高的细胞分裂出更多的细胞人参皂苷
②优点：提高生产速度、便于操作管理。
(4)其他实例：三七、紫草和银杏的细胞产物的工厂化生产。
3．单倍体诱导与利用
(1)单倍体植株的特点：叶小、株矮、生活力弱且高度不育。
(2)技术：花药离体培养和秋水仙素处理。
(3)原理：细胞的全能性和染色体变异。
(4)过程：
(5)秋水仙素的作用：抑制纺锤体的形成，着丝点分裂形成的子染色体不能分配到两极形成2个细胞，从而染色体加倍。
(6)优点：
①单倍体经过染色体加倍，获得的后代为纯合子，可明显缩短育种年限(一般为2年)。
②用单倍体作为转基因的受体，获得的转基因材料经染色体加倍后基因即可纯合，避免了体细胞作为受体导致后代发生性状分离需要多代选择的麻烦。
1．(2016·陕西西安期中)下面的简式表示植物组织培养的大致过程，据此判断不正确的是( )
①②③―→④
A．若①是具有杂种优势的农作物细胞，则用③进行繁育会发生性状分离
B．若①是花粉，则④是单倍体植株，经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种
C．若①是人参细胞，对②进行扩大培养可提高细胞产物人参皂苷的产量
D．若①是来自不同植物体细胞融合的杂种细胞，则④可能有不同植物的遗传特性
【解析】 图示表示植物组织培养过程，其中①是外植体、②是脱分化形成的愈伤组织(高度液泡化，无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松、无规则的组织)、③是再分化形成的胚状体、④是新植体。只有杂合子才会发生性状分离，而具有杂种优势的农作物细胞也可能是纯合子，所以用③进行繁育不一定会发生性状分离，A错误；若①是花粉，则④是花药离体培养形成的单倍体植株，其高度不育，但经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种，B正确；若①是人参细胞，则将其脱分化形成②愈伤组织，再进行扩大培养可提高细胞产物人参皂苷的产量， C正确；若①是来自不同植物体细胞融合的杂种细胞，则其含有两个亲本的遗传物质，所以④可能出现不同植物的遗传特性，D正确。
【答案】 A
2．下面为植株繁殖的四种人工方式示意图，请据图回答： 【导学号：10210049】
(1)图中单倍体植株通常的获取方式是____________。若图中单倍体细胞含2个染色体组，A有4个染色体组，则③过程所用化学试剂的作用是_______________________________________________
_______________________________________________。
(2)图中B和C过程的不同点是________________________，这种不同主要的决定因素是_______________________________________________
_______________________________________________。
(3)若想在C过程中获得突变体，进而培育成新品种植株，应用物理诱变或化学诱变的方法处理________。
(4)若要获得水稻的人工种子，则应选用图中的________结构，该结构与正常受精卵形成的________有类似的结构和发育过程。
(5)若D为“胡萝卜—羊角芹”，②过程常用的物理方法有________________等；经融合处理后，含有的细胞类型有________种(若融合的细胞只考虑两两融合)。
【解析】 (1)单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理幼苗两个阶段。秋水仙素可抑制纺锤体的形成，诱导染色体数目加倍。(2)图中B表示通过胚状体分化为幼苗，C表示通过愈伤组织形成丛芽再形成幼苗，这两种途径主要取决于培养基中激素的种类及浓度配比。(3)诱变育种处理的材料为分裂活动旺盛的部位，如愈伤组织、芽等。(4)人工种子是在胚状体外包装上人工种皮制得的。(5)诱导原生质体融合的方法有物理法和化学法，物理法电场诱导融合等。
【答案】 (1)花药离体培养 抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成
(2)B过程中形成的是胚状体，而C过程形成的是丛芽 细胞分裂素与生长素的比值
(3)愈伤组织 (4)胚状体 胚
(5)电场诱导融合 3
1．植物的微型繁殖技术是指( )
A．植物体细胞杂交技术 B．嫁接
C．营养繁殖 D．植物组织培养
【解析】 植物的微型繁殖技术是指快速高效繁殖优良品种的植物组织培养技术。
【答案】 D
2．用植物组织培养技术，可以培养或生产出( )
A．食品添加剂 B．无病毒植物
C．人工种子 D．前三项都是
【解析】 通过植物组织培养技术，可以工厂化生产食品添加剂等细胞产物，也可以生产人工种子和培育脱毒苗。
【答案】 D
3．工厂化生产人参皂苷干粉，下列哪种技术是必需的( ) 【导学号：10210050】
A．杂交育种 B．植物组织培养
C．多倍体育种 D．单倍体育种
【解析】 对人参皂苷干粉进行工厂化生产，必须先通过植物组织培养获得人参皂苷含量高的细胞株，然后进行大规模发酵生产。
【答案】 B
4．将一粒花粉培育成幼苗，将它的茎尖用秋水仙素处理，长大后该植物正常开花结果。该植株中哪一部位细胞的染色体数目与其他部位不同？( )
A．根细胞 B．叶细胞
C．茎细胞 D．子房壁细胞
【解析】 茎尖用秋水仙素处理后染色体数目加倍，由茎尖发育的细胞(叶、茎、子房壁细胞)染色体数目都加倍，而根的染色体数目则无变化。
【答案】 A
5．马铃薯利用块茎进行无性生殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是( )
A．选择优良品种进行杂交
B．进行远缘植物体细胞杂交
C．利用茎尖进行组织培养
D．人工诱导基因突变
【解析】 马铃薯种植世代多了以后往往因感染病毒而减产，而不是遗传物质变化造成的，因此不需要考虑根据遗传变异的原理进行育种。其茎尖几乎不含病毒，可以通过组织培养获得脱毒苗。
【答案】 C
课堂小结：
网络构建
核心回扣
1.植物组织培养技术不仅可以保持优良品种的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。
2．植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒，因此用分生区组织进行组织培养，再生的植株就不会或极少感染病毒。
3．人工种子就是以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。
4．单倍体育种通过花药培养获得单倍体植株，染色体加倍后当年便可获得稳定遗传的优良品种，极大地缩短了育种年限。
5．利用植物细胞培养技术可以生产具有生理活性的植物细胞次生代谢产物。
学业分层测评(六)
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．红江橙种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的( )
A．有丝分裂 B．分化
C．减数分裂 D．全能性
【解析】 采用茎尖分生组织细胞离体培养获得脱毒种苗的技术是植物的组织培养，整个过程中植物细胞的分裂方式都是有丝分裂，不涉及减数分裂，植物组织培养技术的原理是植物细胞的全能性。
【答案】 C
2．下列有关植物细胞工程在生产上的应用，不正确的是( ) 【导学号：10210051】
A．利用植物茎尖进行组织培养，可以获得脱毒苗
B．用人工薄膜将愈伤组织包装可制成人工种子
C．利用细胞培养工业化生产人参皂苷，提高产量
D．对愈伤组织进行诱变处理，从分化的植株中筛选新品种
【解析】 本题考查植物细胞工程的应用。植物的茎尖不含病毒或含病毒较少，可用于培养脱毒苗，A对；人工种子中包埋的是胚状体而不是愈伤组织，B错；应用植物细胞培养技术培养人参细胞，从中提取人参皂苷，C对；愈伤组织的分裂能力较强，此时进行诱变处理，可获得突变的新品种，D对。
【答案】 B
3．下列各项培育植物新品种的过程中，不经过愈伤组织阶段的是( )
A．通过植物体细胞杂交培育白菜—甘蓝杂种植株
B．通过多倍体育种培育无子西瓜
C．通过单倍体育种培育优质小麦
D．通过基因工程培育转基因抗虫水稻
【解析】 植物体细胞杂交、单倍体育种、基因工程育种均经过植物组织培养过程，所以需脱分化形成愈伤组织。植物多倍体育种通常是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，所以B选项符合题意。
【答案】 B
4．下列关于植物细胞工程在生产应用上的叙述，正确的是( )
A．切取一定大小的草莓茎尖进行组织培养，可获得抗病毒新品种
B．对马铃薯愈伤组织进行人工诱变，可获得能分泌乳腺蛋白的新品种
C．在组织培养获得的楸树胚状体外包裹上人工胚乳、种皮制成人工种子
D．在发酵罐中培养人参的胚状体细胞，大量生产人参皂苷粉
【解析】 通过植物组织培养可以获得脱毒植物，但不能培养出抗病毒的新品种；人工诱变并不能产生非本物种的基因，对马铃薯愈伤组织进行人工诱变，不可能获得能分泌乳腺蛋白的新品种；人工种子是在植物组织培养获得的胚状体外包裹人工胚乳和人工种皮制成的；获取细胞产物，应将植物细胞培养到愈伤组织阶段。
【答案】 C
5．下列有关植物细胞工程的叙述，错误的是( )
A．通过培养植物细胞，可获取大量的细胞代谢产物
B．在培养基中加入不同浓度的氯化钠溶液，可筛选出抗盐植株
C．原生质体培养结合基因工程技术，可获得具有特定性状的新植株
D．由于植物细胞具有全能性，同种植物的不同基因型个体，它们的细胞全能性的表达程度不同
【解析】 植物细胞工程中培养特定细胞系，实现产生次生代谢产物的克隆和产物的工业化生产，故A正确；在培养基中加入不同浓度的NaCl能筛选抗盐植株，故B正确；去掉细胞壁后的植物细胞叫原生质体，比较容易摄取外来的遗传物质，如DNA，因而原生质体培养结合基因工程技术，可获得具有特定性状的新植株，故C正确；不同种类的植物或同种植物不同基因型个体之间遗传性有差异，细胞全能性的表达程度大不相同。
【答案】 D
6．人工种子的核心部分胚状体可以由悬浮培养的芽尖细胞得到，也可以通过试管培养的花粉或胚囊获得，由此人们把胚状体分为“体细胞胚”和“花粉胚”。请据此判断下列说法中不正确的是( ) 【导学号：10210052】
A．人工种子的胚状体已经分化出胚芽、胚轴和胚根
B．培育胚状体利用了植物组织培养技术
C．同一种植物“体细胞胚”和“花粉胚”的染色体组的数目相同
D．该项技术的成功应用反映了细胞的全能性
【解析】 人工种子的培育利用了植物组织培养技术，获得具有胚芽、胚根、胚轴等结构的胚状体，在胚状体、不定芽等外部包上人工种皮得到，其原理是植物细胞的全能性。“体细胞胚”是由植物的体细胞经过脱分化和再分化形成的，“花粉胚”是由花粉经过脱分化和再分化形成的，因此同一种植物“体细胞胚”和“花粉胚”的染色体组的数目比为2∶1。
【答案】 C
7．利用植物的茎尖或叶片、茎段、花药、花粉等，在无菌条件下，培养在人工配制的培养基上，使它发育成完整的植株。这种技术可以用来培育植物新品种，也可以在较短时间内大量繁殖植物，还可以防止植物病毒的危害。下列关于这种技术的叙述，正确的是( )
①这种技术利用了植物细胞的全能性 ②这种技术叫作组织培养 ③这种技术属于细胞工程的应用领域之一 ④这种技术是一种无性繁殖的方式
A．① B．①②
C．①②③ D．①②③④
【解析】 植物体细胞都含有该物种的全套遗传信息，所以每个细胞理论上都具有全能性，都有发育成完整生物体的潜能。植物组织培养就是在体外通过人工方法，让植物细胞表现出全能性，是植物细胞工程的一个基础技术手段。因为没有生殖细胞的结合，所以属于无性生殖方式。
【答案】 D
8．下图是四倍体兰花的叶片通过植物组织培养形成植株的示意图，相关叙述中正确的是( )
四倍体兰花叶片愈伤组织胚状体植株
A．(2)阶段会发生减数分裂过程
B．(1)阶段需生长素而(3)阶段需细胞分裂素
C．此过程体现植物细胞具有全能性
D．此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体
【解析】 愈伤组织只能进行有丝分裂，不能进行减数分裂；脱分化和再分化过程都需要生长素和细胞分裂素；植物组织培养体现了植物细胞具有全能性；花药离体培养所得的植株是单倍体。
【答案】 C
9．(2016·天津六校联考)用植物组织培养方法诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状体结构，若包裹上人造种皮，制成人工种子。其过程如下图所示。下列相关叙述，错误的是( )
A．从植物体细胞到种苗形成的过程说明植物细胞具有全能性
B．进行②过程时，不需要用纤维素酶和果胶酶去掉植物细胞的细胞壁
C．再分化发生在④步骤，是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程
D．需细胞分裂素和生长素的诱导，能刺激愈伤组织的形成
【解析】 从植物体细胞到种苗形成的过程说明植物细胞具有全能性，A正确；进行②脱分化过程时，不需要用纤维素酶和果胶酶去掉植物细胞的细胞壁，B正确；再分化发生在③步骤，是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程，C错误；脱分化形成愈伤组织的过程，需要细胞分裂素和生长素的诱导刺激，D正确。
【答案】 C
10．植物组织培养的过程如下图所示。请分析并回答问题。
愈伤组织胚状体植株
(1)愈伤组织是由离体的组织或器官通过A__________过程获得的，B、C过程是通过细胞的__________实现的。
(2)胚状体根据其来源不同，可以分为“体细胞胚”和“花粉胚”。
①用花药离体培养可获得“花粉胚”，同种植物的花粉胚与体细胞胚在染色体数目上的主要区别是_______________________________________________
_______________________________________________。
②如果用________处理二倍体植物的花粉胚，能获得可育的植株，该过程是________育种中不可缺少的步骤。
③在一定条件下培养离体细胞可以形成体细胞胚进而发育成完整的植株，其根本原因是每个细胞都含有________________，这一过程体现了________________。
【解析】 (1)由离体组织或器官获得愈伤组织的过程是脱分化的过程，由愈伤组织通过再分化和培养可获得新的植株，这一过程不仅有细胞的分裂过程，也有细胞分化的过程。(2)二倍体的花粉胚细胞内含一个染色体组，由其发育成的植株高度不育，若要获得可育植株，需要对花粉胚进行染色体加倍处理，例如用秋水仙素处理，这样的育种方式称为单倍体育种。
【答案】 (1)脱分化 分裂和分化
(2)①花粉胚细胞中的染色体数目是体细胞胚的一半
②秋水仙素 单倍体
③本物种的全套基因(或全套遗传信息) 植物细胞的全能性
[能力提升]
11．如图表示利用植物细胞工程对棉花进行改良的过程，①②③④表示实验过程，请据图回答，下列说法正确的是( ) 【导学号：10210053】
外源基因
,②Ｆ
棉花叶肉细胞原生质体愈伤组织根、芽―→棉花幼苗
A．外源基因能够导入并大量复制的物质基础是自然界共用一套密码子
B．②过程能定向改变原生质体的遗传特性
C．③过程只能通过液体悬浮培养技术才能实现
D．基因工程技术与花药离体培养技术相结合可快速获得纯合棉花植株
【解析】 据图分析，①表示用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁；②表示将外源基因导入原生质体，常用农杆菌转化法；③表示脱分化，④表示再分化。A、外源基因能够导入的原因是它们都是由四种脱氧核苷酸组成的双螺旋结构，外源基因可以在宿主细胞表达产生相应的蛋白质，说明所有的生物共用一套密码子，A错误；B、基因工程目的性强，育种周期短，能定向改造生物的遗传性状，B正确；C、愈伤组织培养时用固体培养基，在液体培养基中加入琼脂，C错误；D、花药离体培养得到单倍体幼苗，再用秋水仙素处理抑制纺锤体的形成，使得染色体数目加倍，才能获得纯合植株，D错误。
【答案】 B
12．(2016·天水高三检测)为获得纯合高蔓抗病番茄植株，采用了下图所示的方法，图中两对相对性状独立遗传，据图分析不正确的是( )
A．过程①的自交代数越多，纯合高蔓抗病植株的比例越高
B．过程②可以取任一植株的花药作培养材料
C．过程③包括脱分化和再分化两个过程
D．图中筛选过程不改变抗病基因频率
【解析】 过程①多次自交和筛选，纯合高蔓抗病番茄植株的比例会增大，故A正确。过程②是花药离体培养，选用任一株Fl的花粉均可，故B正确。过程③是植物组织培养获得植株的过程，包括脱分化和再分化两个阶段，故C正确。筛选纯合高蔓抗病番茄植株的实质是定向改变基因频率，使高蔓抗病基因的频率提高，故D错误。
【答案】 D
13．制造人工种子的原理是在组织培养得到的“胚状体”的最外面用一层有机膜包裹，并在薄膜以内放入一些营养物质，如下图所示。据此判断下列说法不正确的是( )
A．“胚状体”最外面的一层有机膜和里面营养物质分别具有种皮和胚乳的功能
B．“胚状体”来源于离体的植物体细胞，其形成过程中要经过的生理变化大体上是脱分化和再分化
C．从保证人工种子正常的生命力及生态系统物质循环上来看，其外部薄膜应具有全透性和能被微生物降解的特点
D．在人工种子萌发的过程中“胚状体”细胞吸收营养液中的物质用于生长等
【解析】 从保证人工种子正常的生命力上来看，其外部薄膜应具有半透性，可以透气和透水，但是不能让薄膜以内的营养物质出来。
【答案】 C
14．下图表示花药离体培养及单倍体育种的大致过程，据图回答下列问题：
(1)过程①是把幼小的花药分离出来，在无菌条件下放在人工培养基上进行离体培养， 该培养基中加入的营养物质应该有_______________________________________________
(至少答两种)，加入的激素有________、________。
(2)过程②是花药在培养基所提供的特定条件下发生多次细胞分裂，形成愈伤组织，此过程叫作________，细胞分裂的方式是______________。
(3)过程③是诱导愈伤组织分化出芽和根，这一过程叫____________，然后长成植株。要使该植株染色体数目加倍通常采用一定浓度的__________处理。
(4)花药离体培养应用的是____________技术，其理论基础是________________。
【解析】 (1)植物组织培养需要营养物质，主要包括大量元素、微量元素、有机物(如甘氨酸、肌醇、维生素、蔗糖等)等，用到的植物激素为生长素和细胞分裂素。(2)脱分化是由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程，此过程细胞进行有丝分裂。(3)愈伤组织通过再分化形成芽和根，经过花药培养得到的植株为单倍体，表现为高度不育，对茎尖或花粉用秋水仙素处理，染色体加倍。(4) 花药离体培养是通过植物组织培养技术将生殖细胞培育成一个完整个体，应用的理论基础为细胞的全能性。
【答案】 (1)矿质元素、蔗糖、维生素等 生长素 细胞分裂素
(2)脱分化 有丝分裂
(3)再分化 秋水仙素
(4)组织培养 细胞的全能性
15．科学家从悬浮培养的单细胞、离体花粉或胚囊中，通过植物组织培养技术获得胚状结构(胚状体)。胚状体不同于一般的种子胚，它是由非合子细胞分化形成的类似于胚的结构物，所以，又称“体细胞胚”或“花粉胚”。胚状体在一定的条件下，可以通过个体发育过程形成植株。将其包埋在一个能提供营养的胶质中，外面包裹上人造种皮，便制成了“人工种子”。目前，我国科学家利用植物组织培养技术已在烟草、水稻、小麦和玉米等植物上成功诱导出胚状体，而美、法等各国正着手将人工种子市场化、商品化。
(1)简要归纳“离体的细胞”进行植物组织培养获得胚状体的过程：__________________________。
(2)“人工种子”大体由胚状体、包埋胚状体的胶质以及人造种皮三部分组成。包埋胚状体的胶质相当于自然种子中的____________，其中富含营养物质，这是因为_______________________________________________
_______________________________________________。
为了满足胚状体代谢的需求，“人造种皮”还必须具有良好的____________性能。
(3)培育胚状体利用了____________这一项生物技术。在该过程中，培养基中需要添加________和________两种激素，还需要对培养基进行严格的________。
(4)某二倍体植物基因型为DdTt，利用这种生物技术采用花药离体培养的方法，可培育成“花粉胚”，也可制成人工种子，这种种子萌发形成的个体为________，基因型为____________________。
(5)从上面所述胚状体的类型分析，人工种子萌发长成的植株是否可育？_______________________________________________
_______________________________________________。
(6)写出“人工种子”商品化的意义(两项)：_______________________________________________
_______________________________________________。
【解析】 组织培养的过程包括脱分化和再分化两个阶段。胚状体在萌发初期不能进行光合作用，因此需要给其提供营养，人工种皮要有很好的透气性，保证供给胚足够的氧气。胚状体的培育利用的是组织培养的技术，培养基中需要添加生长素和细胞分裂素，同时要保证无菌条件。
【答案】 (1)离体的细胞愈伤组织胚状体
(2)胚乳或子叶 胚状体在萌发初期不能进行光合作用 透水、透气
(3)植物组织培养 生长素 细胞分裂素 灭菌
(4)单倍体 DT、Dt、dT、dt
(5)由花粉培养发育的植株一般不可育，由体细胞经组织培养发育的植株是可育的
(6)可用于苗木的快速繁育 无病毒植株培养 解决有些作物繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题(任选两项)
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