高考生物(北师大版)总复习 讲义：第十单元 第40讲 细胞工程

考点一 植物细胞工程 1．植物细胞工程的基本技术 (1)植物组织培养技术 ①理论基础：细胞都具有全能性。 ②培养技术种类 a．植物细胞培养技术：采用的方法主要是细胞悬浮培养。 b．原生质体的培养技术：利用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞的细胞壁，就可以获得具有活力的原生质体。对这些原生质体的培养是植物体细胞杂交和显微注射技术的基础。 c．花粉和花药培养技术：在一年时间里就可以选育出稳定遗传的植株。 d．离体胚培养技术：可以分为幼胚培养与成熟胚培养两类。这种技术通过使用相应的培养基使离体胚正常地萌发生长，或诱导其产生愈伤组织，再分化形成完整植株。 ③植物组织培养的含义：指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，最终诱导产生愈伤组织、丛芽或完整的植株。 (2)植物体细胞杂交技术 ①含义：是将不同种的植物体细胞原生质体在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成完整植物体的技术。 ②原生质体间的融合一般要利用人工诱导的方法，可以分为物理法和化学法两大类。 (3)植物细胞工程含义：是利用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，以植物细胞为基本单位进行培养增殖或按照人们的意愿来改造细胞的某些生物学特性，从而获得细胞产品的一门综合技术。 2．植物细胞工程的应用 (1)植物的微型快速繁殖 ①含义：利用植物的组织或器官，经过组织培养过程，可以在短时间内获得大量的植物幼苗。 ②应用：现在一些优良的观赏植物、经济林木等都已经实现利用工厂化微型繁殖来进行大规模的无性繁殖。 (2)人工种子 ①含义：是一种以植物组织培养得到的胚状体为主要材料，再在其外面包裹一层有机薄膜制作而成的颗粒体。 ②成分：人工种子的薄膜包含胚状体萌发和发育成幼苗所需的各种养分，还可以缓冲生产、贮存、运输和种植过程中的碰撞。另外在包裹剂中一般要附加大量的植物生长调节剂、农药、抗生素和一些有益的菌种等。 (3)作物脱毒 ①依据：病毒在植株中的分布是不均一的，成熟的组织和器官中病毒含量高，幼嫩的组织和器官中病毒含量较低，生长点几乎不含病毒或病毒很少。 ②应用：目前已经有多种作物成功利用茎尖组织培养技术进行脱毒处理，使植物在产量和品质上都有了显著的提高。 (4)愈伤组织的诱变育种 ①依据：植物的愈伤组织在培养过程中一直处于分裂增生的状态，其遗传物质极易受到外界因素的影响而发生变异。 ②过程：育种学家利用植物组织先诱导出愈伤组织，然后对愈伤组织进行诱变处理，从再分化得到的植株中筛选、培育出新的品系或品种。 (5)细胞产物的工厂化生产 ①依据：植物细胞培养技术可以快速、高效地得到大量的细胞或细胞产物。 ②过程：利用组织培养方法，培养植物的某些器官或愈伤组织，筛选出高产、高合成能力和生长较快的细胞株系，继而进行大规模工业化生产。 (6)拯救濒危植物 现在科学家正在研究利用植物细胞培养技术来大量培育红豆杉细胞，希望利用这种方法来大量生产紫杉醇，从而拯救红豆杉，拯救我们的自然资源。 [诊断与思考] 1．判断下列说法的正误 (1)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞全能性( √ ) (2)植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性( × ) (3)在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中，不会发生细胞的增殖和分化( × ) (4)愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的( × ) (5)利用物理法或化学法，可以直接将两个植物细胞进行诱导融合( × ) (6)用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体失去了全能性( × ) (7)再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志( √ ) 2．如图表示的是植物体细胞杂交流程示意图。请据图回答下列问题：

(1)a表示什么过程？该过程为什么使用纤维素酶和果胶酶？ 提示 a表示去除细胞壁获得具有活力的原生质体，由于细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，所以使用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。 (2)b表示什么过程？该过程的原理是什么？ 提示 b表示原生质体的融合，其原理是细胞膜具有一定的流动性。 (3)诱导b融合的方法有哪些？ 提示 物理法和化学法。物理法包括离心、振动、电激等；化学法一般用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂。 (4)植物体细胞杂交技术用于作物育种有何优点？ 提示 可以克服远缘杂交不亲和的障碍。

题组一 植物组织培养过程分析 1．下图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，下列叙述不正确的是( )

A．该途径依据的原理是植物细胞具有全能性 B．过程①需控制好培养基中植物激素的比例 C．经过程①细胞的形态和结构发生了变化 D．过程③需使用液体培养基，有利于细胞增殖 答案 A 解析 该过程是为了得到细胞群及细胞产物，依据的原理是植物组织培养，没有体现细胞的全能性，A错误；过程①为脱分化，在培养基中应加入适量的生长素和细胞分裂素，B正确；愈伤组织是无定形状态的薄壁细胞，所以经过程①细胞的形态和结构发生了明显变化，C正确；过程③是细胞大量增殖的过程，需要使用液体培养基，D正确。 2．人工种子是人们模仿天然种子的结构制造出来的生命有机体，它能像种子一样萌发生长，长成植物。人工种子的核心部件是一个被外层物包埋的具有类似于胚功能的胚状体。将胚状体包埋在一个能提供营养的胶质中，便成了所谓的“人工种子”。

(1)人工种子依据的原理是________________________，培育胚状体利用了_______________技术。 (2)包埋胚状体的胶质可看作自然种子的哪部分结构？______________________。 (3)如果外植体是植物的茎尖，通过①的处理可使细胞彼此分离，①过程中可加入( ) A．蛋白酶B．淀粉酶 C．纤维素酶和果胶酶D．胰蛋白酶 (4)②过程表示脱分化过程，其实质是________________________________；③表示再分化过程，其实质是______________________。 (5)由人工种子萌发成的植株是否可育？________。 答案 (1)植物细胞的全能性 植物组织培养 (2)种皮及提供营养的胚乳或子叶 (3)C (4)使细胞恢复分裂能力 基因的选择性表达 (5)不一定 解析 (1)人工种子能发育成完整植株，说明其细胞内含有个体发育所需要的全部遗传物质，因此依据的原理是细胞的全能性，人工种子是经过植物组织培养技术得到的。(2)包裹胚状体的胶质有保护胚状体的作用，同时又可以为胚状体提供营养物质，所以可看成种皮及胚乳或子叶。(3)使植物细胞彼此分离可以使用纤维素酶和果胶酶，因为植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。(4)脱分化的实质是使细胞恢复分裂能力，而再分化的实质是基因的选择性表达。(5)人工种子是否可育取决于培育胚状体所选用的材料。 题组二 植物体细胞杂交过程分析 3． “白菜—甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长期短、耐热性强和易于储藏等优点。下图是“白菜—甘蓝”的杂交过程示意图。以下说法正确的是( )

A．除去细胞壁形成原生质体，可运用的酶是纤维素酶、淀粉酶和果胶酶 B．通常可诱导上述原生质体相互融合的方法是PEG和灭活的病毒诱导 C．杂种细胞形成的标志是诱导产生了新的细胞壁 D．愈伤组织形成“白菜—甘蓝”植物体必须经过脱分化和再分化两个过程 答案 C 解析 除去细胞壁的酶有纤维素酶和果胶酶；诱导植物原生质体融合不能用灭活的病毒；杂种细胞形成的标志是诱导产生了新的细胞壁；愈伤组织形成“白菜—甘蓝”植物体属于再分化过程。 4．科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得了番茄—马铃薯杂种植株，为了便于杂种细胞的筛选和鉴定，科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的原生质体膜上的蛋白质，其培育过程如图所示，请据图回答下列问题：

(1)植物体细胞杂交依据的生物学原理有____________________________________________。 (2)过程①常用的酶是____________________，细胞融合完成的标志是__________________。 (3)植物原生质体融合过程常利用化学试剂____________诱导融合，在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察，根据细胞膜表面荧光的不同可观察到__________种不同的原生质体(只考虑细胞两两融合的情况)，当观察到______________________________________时可判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的。 (4)过程③和过程④依次为______________________________________， 过程④中的培养基常添加的植物激素是__________________________。 (5)若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞内有n条染色体，则“番茄—马铃薯”细胞在有丝分裂后期含______条染色体。若杂种细胞培育成的“番茄—马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培养得到的植株属于____________植株。 答案 (1)细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 (2)纤维素酶和果胶酶 再生出新的细胞壁 (3)聚乙二醇(或PEG) 3 融合的细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光 (4)脱分化和再分化 生长素和细胞分裂素 (5)2(m＋n) 单倍体 解析 (1)植物体细胞杂交包括原生质体融合和培育杂种植株两大步骤，两者的原理分别是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。(2)去除细胞壁常用的酶是纤维素酶和果胶酶，细胞融合完成的标志是再生出新的细胞壁。(3)化学促融剂是聚乙二醇，两两融合的原生质体有三种：番茄—番茄、马铃薯—番茄、马铃薯—马铃薯，其中杂种细胞的细胞表面有两种颜色的荧光。(4)过程③和过程④分别表示脱分化和再分化，诱导细胞分化所用的植物激素主要是生长素和细胞分裂素。(5)“番茄—马铃薯”体细胞有m＋n条染色体，有丝分裂后期染色体数目加倍；由配子发育成的个体均为单倍体。