一、理清主干知識(shí)
一、細(xì)胞工程的概念與分類
二、細(xì)胞的全能性
1．概念：細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細(xì)胞的潛能。
2．生物體內(nèi)細(xì)胞不能表現(xiàn)全能性的原因：在特定的時(shí)間和空間條件下，細(xì)胞中的基因會(huì)選擇性地表達(dá)。
三、植物組織培養(yǎng)技術(shù)
1．概念：將離體的植物器官、組織或細(xì)胞等，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其形成完整植株的技術(shù)。
2．理論基礎(chǔ)：植物細(xì)胞的全能性。
3．基本過程
(1)脫分化：在一定的激素和營(yíng)養(yǎng)等條件的誘導(dǎo)下，已經(jīng)分化的細(xì)胞可以經(jīng)過脫分化，即失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能，轉(zhuǎn)變成未分化的細(xì)胞，進(jìn)而形成愈傷組織的過程。
(2)愈傷組織：脫分化產(chǎn)生的不定形的薄壁組織團(tuán)塊。
(3)再分化：愈傷組織重新分化成芽、根等器官的過程。
4．菊花的組織培養(yǎng)
四、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)
1．概念：將不同來源的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新植物體的技術(shù)。
2．過程
eq \x(\(\s\up7(不同種的),\s\d5(植物細(xì)胞)))eq \(――→,\s\up7(①))eq \x(\(\s\up7(原生),\s\d5(質(zhì)體)))eq \(――→,\s\up7(②))eq \x(\(\s\up7(融合后的),\s\d5(原生質(zhì)體)))eq \(――→,\s\up7(③))eq \x(\(\s\up7(雜種),\s\d5(細(xì)胞)))eq \(――→,\s\up7(④))eq \x(\(\s\up7(愈傷),\s\d5(組織)))eq \(――→,\s\up7(⑤))eq \x(\(\s\up7(雜種),\s\d5(植株)))
(1)過程①表示去除細(xì)胞壁。
(2)過程②表示誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合。
(3)過程③表示雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁。
(4)過程④和⑤分別表示脫分化和再分化。
3．意義：在打破生殖隔離，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種，培育植物新品種等方面展示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
二、診斷自學(xué)效果
1．判斷下列敘述的正誤
(1)高度分化的成熟葉肉細(xì)胞不具有細(xì)胞的全能性(×)
(2)植物種子萌發(fā)形成幼苗體現(xiàn)了植物細(xì)胞的全能性(×)
(3)植物的每個(gè)細(xì)胞在植物體內(nèi)和體外都能表現(xiàn)出細(xì)胞的全能性(×)
(4)愈傷組織是外植體經(jīng)脫分化和再分化后形成的(×)
(5)無論脫分化還是再分化過程中均需提供光照(×)
(6)利用物理法或化學(xué)法可以直接將兩個(gè)植物細(xì)胞誘導(dǎo)融合(×)
2．下列有關(guān)細(xì)胞工程的敘述，錯(cuò)誤的是( )
A．細(xì)胞工程應(yīng)用了細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)及發(fā)育生物學(xué)的原理和方法
B．在細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平上完成操作
C．可分為植物細(xì)胞工程、動(dòng)物細(xì)胞工程和細(xì)菌細(xì)胞工程
D．可按照人的意愿改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)物
解析：選C 細(xì)胞工程應(yīng)用的是細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)及發(fā)育生物學(xué)的原理和方法，A正確；細(xì)胞工程是在細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平上的操作，B正確；根據(jù)操作對(duì)象的不同，可以分為植物細(xì)胞工程和動(dòng)物細(xì)胞工程兩大領(lǐng)域，C錯(cuò)誤；細(xì)胞工程可按照人們的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品，D正確。
3．如圖表示用某二倍體植株進(jìn)行植物組織培養(yǎng)的過程，下列說法正確的是( )
eq \x(①\(――→,\s\up7(脫分化))②\(――→,\s\up7(再分化))③―→④)
A．①→②進(jìn)行的是減數(shù)分裂
B．②的分化程度高于①
C．③是具有分裂、分化能力的薄壁細(xì)胞
D．該過程體現(xiàn)了植物細(xì)胞的全能性
解析：選D 在植物組織培養(yǎng)過程中涉及有絲分裂，沒有減數(shù)分裂，A錯(cuò)誤；②是愈傷組織，①為離體的植物組織、器官或細(xì)胞，②的分化程度低于①，B錯(cuò)誤；②是具有分裂、分化能力的薄壁細(xì)胞，C錯(cuò)誤；該過程表示用某二倍體植株進(jìn)行植物組織培養(yǎng)的過程，體現(xiàn)了植物細(xì)胞的全能性，D正確。
4．如圖為植物體細(xì)胞雜交過程示意圖。下列有關(guān)利用植物細(xì)胞A和B培育成為雜種植株過程的敘述，錯(cuò)誤的是( )
A．②過程利用了細(xì)胞膜的流動(dòng)性
B．該過程利用了細(xì)胞融合技術(shù)和植物組織培養(yǎng)技術(shù)
C．該過程能夠體現(xiàn)植物細(xì)胞的全能性
D．雜種植株能表現(xiàn)植物A、B的所有優(yōu)良性狀
解析：選D 該圖為植物體細(xì)胞雜交過程示意圖。過程①②③是植物體細(xì)胞雜交過程，運(yùn)用了細(xì)胞融合技術(shù)，體現(xiàn)了細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性；④⑤是植物組織培養(yǎng)過程，培育成雜種植株，體現(xiàn)了植物細(xì)胞的全能性；雜種植株的基因選擇性表達(dá)，不能表現(xiàn)出植物A、B的所有優(yōu)良性狀。

eq \a\vs4\al(新知探究一 植物組織培養(yǎng)技術(shù))
[在探究中學(xué)明]
無論是絢麗多姿的花草，還是碧綠參天的大樹，大多是通過播種或扦插實(shí)現(xiàn)繁殖的。其實(shí)在一定的條件下，利用它們的一片葉子、一片花瓣，甚至一?；ǚ?，同樣可以繁殖出新的植株。觀察胡蘿卜植物組織培養(yǎng)的流程圖，回答相關(guān)問題：
1．植物組織培養(yǎng)的基本過程
eq \x(離體的器官、組織或細(xì)胞)eq \(――→,\s\up7(①))eq \x(A)eq \(――→,\s\up7(②))eq \x(芽、根)―→eq \x(完整植株)
(1)①過程表示脫分化，A是愈傷組織，②過程表示再分化。
(2)離體的植物器官、組織或細(xì)胞通常稱為外植體。
(3)在植物組織培養(yǎng)過程中，啟動(dòng)細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵性激素是生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素。
2．植物組織培養(yǎng)技術(shù)的理論基礎(chǔ)是植物細(xì)胞的全能性，為什么植物細(xì)胞具有全能性？
提示：植物細(xì)胞具有全能性的原因：一般來說，生物體的細(xì)胞中都含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個(gè)體所必需的全部遺傳信息。
3．在生物體內(nèi)，細(xì)胞并不表現(xiàn)出全能性，而是分化為不同的組織、器官，其原因是什么？
提示：細(xì)胞全能性表達(dá)的基本條件之一是離體狀態(tài)。
例如：植株上的分生組織細(xì)胞在體內(nèi)只能進(jìn)行分裂分化，形成不同的組織，但不能表現(xiàn)出全能性，這是因?yàn)樵谔囟ǖ臅r(shí)間和空間條件下，細(xì)胞中的基因會(huì)選擇性地表達(dá)。
4．在植物組織培養(yǎng)的過程中，為什么要進(jìn)行一系列的消毒、滅菌，并且要求無菌操作？
提示：培養(yǎng)物一旦受到微生物的污染，這些微生物會(huì)和外植體爭(zhēng)奪培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并且產(chǎn)生大量對(duì)外植體有害的物質(zhì)，導(dǎo)致外植體死亡。
[在深化中提能]
1．植物細(xì)胞的全能性
(1)原因：生物體的每一個(gè)細(xì)胞都含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)。
(2)全能性表現(xiàn)的條件：①離體狀態(tài)；②一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；③植物激素；④其他適宜的外界條件(溫度、pH、光照、氧氣、無菌等)。
2．植物激素在植物組織培養(yǎng)中的作用
(1)生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素是啟動(dòng)細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵性因素。
(2)按照不同的順序使用生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素，會(huì)得到不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
(3)生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的比例影響植物細(xì)胞的發(fā)育方向。
[巧學(xué)妙記] 巧記生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的比例對(duì)植物組織培養(yǎng)的影響，“比值高，根分化；比值低，芽分化；比值適中，不分化”。即“高根低芽中愈傷”。
3．植物組織培養(yǎng)過程中應(yīng)注意的問題
(1)接種時(shí)注意外植體的方向，應(yīng)將外植體的形態(tài)學(xué)下端插入培養(yǎng)基，不能倒插。
(2)培養(yǎng)一株完整的試管苗，必須先進(jìn)行生芽培養(yǎng)，再進(jìn)行生根培養(yǎng)。如果順序顛倒，先誘導(dǎo)生根，就不好誘導(dǎo)生芽了。
(3)菊花植物組織培養(yǎng)中，愈傷組織的形成一般不需要光照，而在后續(xù)的培養(yǎng)過程中，需要一定量的光照。
(4)試管苗一般在高濕、弱光、恒溫等條件下培養(yǎng)生長(zhǎng)，出瓶后一定要注意保溫、保濕。
(5)試管苗的光合作用能力弱，在移栽前應(yīng)給予較強(qiáng)光照閉瓶煉苗，以促進(jìn)幼苗向自養(yǎng)苗轉(zhuǎn)化。
eq \a\vs4\al([典例]) (2020·黃岡期中)如圖為煙草植物組織培養(yǎng)過程的流程圖，下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是( )
A．過程③發(fā)生脫分化，其實(shí)質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)
B．過程②應(yīng)根據(jù)要求使用適宜的培養(yǎng)基，在避光的環(huán)境中進(jìn)行
C．對(duì)過程①獲取的根組織塊應(yīng)做消毒處理
D．植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)是植物細(xì)胞的全能性
[解析] 過程③發(fā)生再分化，其實(shí)質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)，A錯(cuò)誤；過程②為脫分化，應(yīng)根據(jù)要求使用適宜的培養(yǎng)基，在避光的環(huán)境中進(jìn)行，否則不能形成愈傷組織，B正確；對(duì)過程①獲取的根組織塊(外植體)應(yīng)做消毒處理，C正確；植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)是植物細(xì)胞的全能性，D正確。
[答案] A
[在應(yīng)用中落實(shí)]
1．(2020·北京東城區(qū)期末)下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)的敘述中，正確的是( )
A．蘿卜韌皮部細(xì)胞在不離體的情況下可以通過脫分化形成愈傷組織
B．組織培養(yǎng)過程中應(yīng)給予適當(dāng)光照以促進(jìn)愈傷組織的光合作用
C．培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素會(huì)影響愈傷組織的生長(zhǎng)和分化
D．以一株植物的葉片或花藥為外植體培育的植株基因型相同
解析：選C 蘿卜韌皮部細(xì)胞只有在離體的情況下才可以通過脫分化形成愈傷組織，A錯(cuò)誤；愈傷組織不含葉綠體，不能進(jìn)行光合作用，B錯(cuò)誤；培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的使用順序和比例會(huì)影響愈傷組織的生長(zhǎng)和分化，C正確；由于花藥中花粉是經(jīng)減數(shù)分裂形成的，因此以一株植物的葉片或花藥為外植體培育的植株基因型不相同，D錯(cuò)誤。
2．青蒿素是治療瘧疾的特效藥物，中國(guó)科學(xué)家屠呦呦因在抗瘧疾藥物青蒿素的提取方面做出了突出貢獻(xiàn)而獲得2015年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。下圖為利用組織培養(yǎng)獲得含青蒿素較高的黃花蒿的基本流程。試回答下列問題：
(1)青蒿素通過使瘧原蟲的線粒體內(nèi)膜脫落，導(dǎo)致其________________過程受阻，使細(xì)胞缺乏________________而不能正常增殖。
(2)圖中①、②代表的生理過程分別是______________。此過程除營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外還必須向培養(yǎng)基中添加__________________________________。植物組織培養(yǎng)的主要原理是________________。
(3)組織培養(yǎng)過程中外植體通常選取黃花蒿的分生區(qū)組織的原因是________________________，愈傷組織中提取不到青蒿素的原因是__________________________。過程②和過程③使用的培養(yǎng)基中，細(xì)胞分裂素比例較高的是過程________。
(4)某小組得到的黃花蒿幼苗葉片顏色為黃色，可能的原因是培養(yǎng)基中沒有添加________元素，也可能是____________________。
解析：(1)線粒體內(nèi)膜是有氧呼吸第三階段的反應(yīng)場(chǎng)所，所以青蒿素通過使瘧原蟲的線粒體內(nèi)膜脫落，會(huì)導(dǎo)致有氧呼吸第三階段過程受阻，使細(xì)胞缺乏能量供應(yīng)而不能正常增殖。(2)分析圖示，①表示脫分化，②表示再分化誘導(dǎo)生芽。培養(yǎng)基中需添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和植物激素(生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素)。植物組織培養(yǎng)的主要原理是植物細(xì)胞的全能性。(3)分生區(qū)組織的細(xì)胞生長(zhǎng)較為旺盛，容易得到愈傷組織，因此常作為組織培養(yǎng)過程中外植體的材料，愈傷組織中提取不到青蒿素的原因是相關(guān)基因沒有在愈傷組織中表達(dá)。過程②表示再分化誘導(dǎo)生芽，過程③表示誘導(dǎo)生根，細(xì)胞分裂素有利于生芽，生長(zhǎng)素有利于生根，所以過程②細(xì)胞分裂素比例較高。(4)某小組得到的黃花蒿幼苗葉片顏色為黃色，即為類胡蘿卜素的顏色，缺少葉綠素，可能的原因是培養(yǎng)基中沒有添加鎂元素，也可能是培育過程中沒有給予光照。
答案：(1)有氧呼吸(第三階段) 能量供應(yīng)
(2)脫分化、再分化 植物激素(或生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素) 植物細(xì)胞的全能性 (3)生長(zhǎng)較為旺盛，容易得到愈傷組織 相關(guān)基因沒有在愈傷組織中表達(dá) ② (4)鎂 培育過程中沒有給予光照
eq \a\vs4\al(新知探究二 植物體細(xì)胞雜交技術(shù))
[在探究中學(xué)明]
經(jīng)過長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家們采用體細(xì)胞雜交的方法，終于得到了“番茄馬鈴薯”雜種植株。分析植物體細(xì)胞雜交技術(shù)流程圖，回答下列問題：
1．植物體細(xì)胞雜交的基本過程
(1)過程①為去除細(xì)胞壁獲得具有活力的原生質(zhì)體，所用到的酶是纖維素酶和果膠酶。
(2)過程②是原生質(zhì)體的融合，其原理是細(xì)胞膜的流動(dòng)性，人工誘導(dǎo)的物理法包括電融合法和離心法等；化學(xué)法包括聚乙二醇融合法和高Ca2＋高pH融合法等。
(3)過程③是原生質(zhì)體融合后再生出細(xì)胞壁，過程④是植物組織培養(yǎng)技術(shù)。
2．在植物體細(xì)胞雜交過程中，原生質(zhì)體融合的過程利用的生物學(xué)原理是細(xì)胞膜的流動(dòng)性，雜種細(xì)胞發(fā)育成雜種植株利用的生物學(xué)原理是植物細(xì)胞的全能性。
3．植物體細(xì)胞融合形成雜種細(xì)胞是否標(biāo)志著植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的完成？
提示：不是，細(xì)胞融合成功的標(biāo)志是雜種原生質(zhì)體再生出細(xì)胞壁形成雜種細(xì)胞，植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志是培育出雜種植株，而不是形成雜種細(xì)胞。
4．只考慮兩兩融合，原生質(zhì)體A和B可以形成幾種融合細(xì)胞？哪種融合細(xì)胞才是符合要求的？
提示：三種類型：AA、BB、AB；只有AB型才是符合要求的。
5．從結(jié)果上看雜種植株在遺傳上有何特點(diǎn)？從雜種植株的染色體組成上看屬于何種變異？
提示：遺傳物質(zhì)來自兩個(gè)親本，具有雙親的遺傳性狀；染色體數(shù)目增加，屬于染色體數(shù)目的變異。
6．從新品種培育的角度分析，植物體細(xì)胞雜交技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是什么？
提示：克服了不同種植物遠(yuǎn)緣雜交的障礙，使不同種植物雜交成為可能。
[在深化中提能]
1．植物體細(xì)胞雜交過程中的要點(diǎn)剖析
(1)細(xì)胞融合體現(xiàn)細(xì)胞膜的流動(dòng)性；雜種細(xì)胞發(fā)育成雜種植株體現(xiàn)植物細(xì)胞的全能性。
(2)與傳統(tǒng)有性雜交相比，植物體細(xì)胞雜交具有的優(yōu)越性
①克服植物遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙；
②打破物種之間的生殖隔離；
③擴(kuò)大遺傳重組的范圍。
(3)植物體細(xì)胞雜交的培養(yǎng)基中要添加蔗糖且濃度略大于植物細(xì)胞質(zhì)濃度，原因是蔗糖溶液不僅為原生質(zhì)體提供營(yíng)養(yǎng)，而且還能維持一定的滲透壓，使原生質(zhì)體保持正常的形態(tài)。
(4)體細(xì)胞融合后，培養(yǎng)基中的細(xì)胞有三類：①未融合的細(xì)胞(A和B)；②兩兩融合的細(xì)胞(AA、BB和AB)；③多細(xì)胞融合體。只有AB型細(xì)胞是我們需要的雜種細(xì)胞，因此還應(yīng)有一個(gè)篩選過程。
2．體細(xì)胞雜交過程中涉及的遺傳知識(shí)
(1)從生殖類型上看，植物體細(xì)胞雜交技術(shù)沒有生殖細(xì)胞的形成和結(jié)合，屬于無性生殖，變異類型屬于染色體數(shù)目的變異，形成的是異源多倍體，由于含有兩個(gè)親本的遺傳物質(zhì)，因此理論上應(yīng)具有兩個(gè)親本的遺傳性狀。
(2)體細(xì)胞雜交即兩個(gè)細(xì)胞融合成一個(gè)細(xì)胞，不管染色體、基因組還是染色體組都是兩親本之和。若一植物細(xì)胞含有2x條染色體，2個(gè)染色體組，基因型為Aabb，另一植物細(xì)胞含有2y條染色體，2個(gè)染色體組，基因型為ccDd，則新植株應(yīng)為異源四倍體，其體細(xì)胞中染色體數(shù)為(2x＋2y)條，含4個(gè)染色體組，基因型為AabbccDd。
(3)培育雜種植株的過程中，遺傳物質(zhì)的傳遞不遵循孟德爾遺傳定律，只有進(jìn)行有性生殖的生物經(jīng)減數(shù)分裂形成配子時(shí)才符合遺傳定律，而體細(xì)胞雜交沒有上述過程。
eq \a\vs4\al([典例]) 以下為植物體細(xì)胞雜交技術(shù)流程圖，其中甲和乙分別表示兩種二倍體植物細(xì)胞，所含有的染色體組分別是AA和BB。據(jù)圖分析，下列敘述正確的是( )
A．經(jīng)過程①獲得的a、b稱為原生質(zhì)層
B．c細(xì)胞只有AABB這一種類型
C．過程④和⑤分別是分化和再分化
D．獲得的植物d，因?yàn)樵跍p數(shù)分裂時(shí)同源染色體能正常配對(duì)，所以理論上是可育的
[解析] 經(jīng)①去除植物細(xì)胞壁過程獲得的a、b稱為原生質(zhì)體，A錯(cuò)誤；兩兩融合的細(xì)胞類型有三種：AAAA、BBBB、AABB，B錯(cuò)誤；過程④和⑤分別是脫分化和再分化，C錯(cuò)誤；植物體細(xì)胞雜交，獲得的植物d，因?yàn)槠渫慈旧w在減數(shù)分裂時(shí)能正常配對(duì)，所以理論上是可育的，D正確。
[答案] D
[在應(yīng)用中落實(shí)]
1．(2020·烏魯木齊一模)蘿卜和甘藍(lán)是親緣關(guān)系較近的兩種植物，蘿卜體細(xì)胞的染色體組成可表示為2N＝AA＝18，甘藍(lán)體細(xì)胞的染色體組成可表示為2N＝BB＝18?？蒲腥藛T利用蘿卜和甘藍(lán)培育作物新品種，將蘿卜與甘藍(lán)雜交，收獲種子并培育成F1植株。下列相關(guān)敘述正確的是( )
A．F1可通過自交產(chǎn)生同時(shí)具有蘿卜和甘藍(lán)優(yōu)良性狀的后代
B．用一定濃度的秋水仙素處理F1的葉肉細(xì)胞可使染色體數(shù)目加倍
C．F1體細(xì)胞的染色體組成可表示為2N＝AB＝18
D．蘿卜與甘藍(lán)可雜交產(chǎn)生F1，說明二者不存在生殖隔離
解析：選C 蘿卜和甘藍(lán)雜交產(chǎn)生的后代高度不育，所以F1不能通過自交產(chǎn)生同時(shí)具有蘿卜和甘藍(lán)優(yōu)良性狀的后代，A錯(cuò)誤；F1的葉肉細(xì)胞已高度分化，不再分裂，所以用一定濃度的秋水仙素處理F1的葉肉細(xì)胞不能使染色體數(shù)目加倍，B錯(cuò)誤；蘿卜產(chǎn)生的配子染色體組成可表示為N＝A＝9，甘藍(lán)產(chǎn)生的配子染色體組成可表示為N＝B＝9，所以蘿卜與甘藍(lán)雜交，F(xiàn)1體細(xì)胞的染色體組成可表示為2N＝AB＝18，C正確；蘿卜與甘藍(lán)可雜交產(chǎn)生F1，F(xiàn)1植株細(xì)胞中不含同源染色體，高度不育，說明二者存在生殖隔離，D錯(cuò)誤。
2．(2020·邢臺(tái)期末)玉米(2N＝20)和水稻(2M＝24)均為二倍體植物，某實(shí)驗(yàn)小組擬用體細(xì)胞雜交技術(shù)培育富含β胡蘿卜素的“黃金大米”植株，過程設(shè)計(jì)如圖所示。請(qǐng)回答下列問題：
(1)①為原生質(zhì)體的制備過程，該過程需要的酶是________________，制備原生質(zhì)體的過程不能在清水中進(jìn)行，以防止________________。
(2)原生質(zhì)體融合過程體現(xiàn)了細(xì)胞膜________________的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
(3)圖中融合的雜種細(xì)胞中含有________個(gè)染色體組，該雜種細(xì)胞培育形成的植株的精原細(xì)胞在減數(shù)分裂過程中能產(chǎn)生________個(gè)四分體。
(4)③過程__________(填“需要”或“不需要”)在光下進(jìn)行，⑤過程中愈傷組織分化的方向與培養(yǎng)基中____________________有關(guān)。
解析：(1)①為原生質(zhì)體的制備過程，通常用酶解法。由于細(xì)胞壁的主要成分是纖維素和果膠，所以該過程需要的酶是纖維素酶和果膠酶。由于細(xì)胞壁對(duì)細(xì)胞有支持和保護(hù)作用，所以制備原生質(zhì)體的過程不能在清水中進(jìn)行，以防止原生質(zhì)層吸水漲破。(2)原生質(zhì)體融合過程體現(xiàn)了細(xì)胞膜具有一定流動(dòng)性的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。(3)由于玉米(2N＝20)和水稻(2M＝24)均為二倍體植物，所以圖中融合的雜種細(xì)胞中含有4個(gè)染色體組，該雜種細(xì)胞含有22對(duì)44條染色體，所以培育形成的植株的精原細(xì)胞在減數(shù)分裂過程中能產(chǎn)生22個(gè)四分體。(4)③過程為雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁，不需要在光下進(jìn)行，⑤過程中愈傷組織分化的方向與培養(yǎng)基中植物激素的種類和比例有關(guān)。
答案：(1)纖維素酶和果膠酶 原生質(zhì)層吸水漲破 (2)具有一定流動(dòng)性 (3)4 22 (4)不需要 植物激素的種類和比例
[課堂鞏固落實(shí)]
1．如圖為植物組織培養(yǎng)的過程示意圖。下列敘述正確的是( )
①eq \(――→,\s\up7(脫分化))②eq \(――→,\s\up7(再分化))③―→④
A．①必須脫離母體后，才可能完成上述過程
B．②由排列疏松的薄壁細(xì)胞組成，沒有全能性
C．②→③的再分化過程中，只利用細(xì)胞分裂素即可誘導(dǎo)②生根
D．在上述植物組織培養(yǎng)過程中不需要光照條件
解析：選A 分析題圖可知，①②③④依次代表外植體(離體的植物器官、組織或細(xì)胞)、愈傷組織、根或芽、植株。植物體的器官、組織或細(xì)胞只有處于離體狀態(tài)時(shí)，才可能表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株。愈傷組織細(xì)胞具有全能性。生根還是發(fā)芽取決于激素的種類、濃度和用量比例等，當(dāng)生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素比值高時(shí)，有利于生根；比值低時(shí)，有利于發(fā)芽。植物組織培養(yǎng)中某些階段需要光照。
2．(2020·天津期末)科學(xué)家將番茄和馬鈴薯細(xì)胞利用圖示技術(shù)獲得了“番茄馬鈴薯”植株。下列有關(guān)敘述正確的是( )
A．圖示技術(shù)涉及的原理有細(xì)胞膜的流動(dòng)性、植物細(xì)胞的全能性等
B．過程②可用電激、聚乙二醇或滅活的病毒誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合
C．e、f的培養(yǎng)基中只需添加無機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分即可
D．f培養(yǎng)基中生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的配比與e培養(yǎng)基中的相同
解析：選A 圖示過程為植物體細(xì)胞雜交，圖示技術(shù)涉及的原理有細(xì)胞膜的流動(dòng)性、植物細(xì)胞的全能性等，A正確；過程②為原生質(zhì)體融合，可用電激、聚乙二醇等誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合，不能用滅活的病毒誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合，B錯(cuò)誤；e、f為植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基，需提供無機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分、有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分和植物激素等，C錯(cuò)誤；f培養(yǎng)基為再分化培養(yǎng)基，其中生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的配比與e脫分化培養(yǎng)基中的不同，D錯(cuò)誤。
3．(2019·江蘇高考)為探究矮牽牛原生質(zhì)體的培養(yǎng)條件和植株再生能力，某研究小組的實(shí)驗(yàn)過程如圖。下列敘述正確的是( )
A．過程①獲得的原生質(zhì)體需懸浮在30%蔗糖溶液中
B．過程②需提高生長(zhǎng)素的比例以促進(jìn)芽的分化
C．過程③需用秋水仙素處理誘導(dǎo)細(xì)胞壁再生
D．原生質(zhì)體雖無細(xì)胞壁但仍保持細(xì)胞的全能性
解析：選D 過程①是制備原生質(zhì)體，獲得的原生質(zhì)體若懸浮在30%的蔗糖溶液中會(huì)失水皺縮，A錯(cuò)誤；過程②是植物組織培養(yǎng)的再分化過程，需提高細(xì)胞分裂素的比例以促進(jìn)芽的分化，B錯(cuò)誤；秋水仙素的作用是抑制紡錘體的形成，且脫分化形成的愈傷組織細(xì)胞已經(jīng)具備細(xì)胞壁，故過程③不需要用秋水仙素處理，C錯(cuò)誤；原生質(zhì)體雖無細(xì)胞壁，但含有細(xì)胞核，細(xì)胞核中含有個(gè)體發(fā)育所需的全部遺傳信息，故原生質(zhì)體仍保持細(xì)胞的全能性，D正確。
4．(2019·全國(guó)卷Ⅲ)培養(yǎng)胡蘿卜根組織可獲得試管苗，獲得試管苗的過程如圖所示。
切取潔凈的
胡蘿卜根段 ―→對(duì)根段進(jìn)
行消毒 ―→切取1 cm3左右?guī)в?br>形成層的組織塊 ―→接種
組織塊 ―→誘導(dǎo)組織塊形成
愈傷組織 ―→誘導(dǎo)愈傷組織形成
試管苗
回答下列問題。
(1)利用胡蘿卜根段進(jìn)行組織培養(yǎng)可以形成試管苗。用分化的植物細(xì)胞可以培養(yǎng)成完整的植株，這是因?yàn)橹参锛?xì)胞具有________________________。
(2)步驟③切取的組織塊中要帶有形成層，原因是____________________________。
(3)從步驟⑤到步驟⑥需要更換新的培養(yǎng)基，其原因是_____________________________________________________________________________。在新的培養(yǎng)基上愈傷組織通過細(xì)胞的________過程，最終可形成試管苗。
(4)步驟⑥要進(jìn)行照光培養(yǎng)，其作用是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)經(jīng)組織培養(yǎng)得到的植株，一般可保持原品種的________，這種繁殖方式屬于________繁殖。
解析：(1)植物細(xì)胞具有全能性，故用分化的植物細(xì)胞可以培養(yǎng)成完整的植株。(2)形成層細(xì)胞分化程度低、全能性高，易培養(yǎng)成功，所以要選取含有形成層的組織進(jìn)行組織培養(yǎng)。(3)培養(yǎng)愈傷組織過程中，需要一定的營(yíng)養(yǎng)和激素誘導(dǎo)等條件，步驟⑤和步驟⑥在培養(yǎng)過程中需要的生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的濃度、用量比例不同，所以從步驟⑤到步驟⑥需要更換新的培養(yǎng)基。在培養(yǎng)基上愈傷組織通過細(xì)胞的分化(再分化)過程，最終可形成試管苗。(4)試管苗需要照光培養(yǎng)，以便誘導(dǎo)葉綠素的形成，使試管苗能夠進(jìn)行光合作用，培養(yǎng)成正常的植株。(5)組培植株是在離體植物器官、組織、細(xì)胞等培養(yǎng)的基礎(chǔ)上獲得的，其理論基礎(chǔ)是植物細(xì)胞具有全能性，其一般可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性。植物組織培養(yǎng)技術(shù)沒有經(jīng)過兩性生殖細(xì)胞的融合，因此屬于無性繁殖。
答案：(1)全能性(或答：形成完整植株所需的全部基因)
(2)形成層容易誘導(dǎo)形成愈傷組織 (3)誘導(dǎo)愈傷組織形成和誘導(dǎo)愈傷組織分化形成試管苗所需的生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的比例不同 分化(或答：再分化) (4)誘導(dǎo)葉綠素的形成，使試管苗能夠進(jìn)行光合作用 (5)遺傳特性 無性
學(xué)有目標(biāo)——新課程標(biāo)準(zhǔn)必明
記在平時(shí)——核心語(yǔ)句必背
1.闡明細(xì)胞全能性的概念。
2．概述植物組織培養(yǎng)的基本過程。
3．描述植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的基本過程。
4．嘗試進(jìn)行菊花的組織培養(yǎng)。
1.植物組織培養(yǎng)的基本過程：
eq \x(外植體)eq \(――→,\s\up7(脫分化))eq \x(愈傷組織)eq \(――→,\s\up7(再分化))eq \x(芽、根)―→eq \x(完整植株)
2．植物組織培養(yǎng)技術(shù)的理論基礎(chǔ)是植物細(xì)胞的全能性，植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的理論基礎(chǔ)是細(xì)胞膜的流動(dòng)性和植物細(xì)胞的全能性。
3．去除細(xì)胞壁制備原生質(zhì)體用到的酶是纖維素酶和果膠酶。
4．人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法有物理法(電融合法和離心法)和化學(xué)法(聚乙二醇融合法、高Ca2＋高pH融合法)。
原理和方法
細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)
操作水平
細(xì)胞器、細(xì)胞或組織水平
目的
獲得特定的細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體或其產(chǎn)品
分類
植物細(xì)胞工程和動(dòng)物細(xì)胞工程
使用順序
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
先使用生長(zhǎng)素，后使用細(xì)胞分裂素
有利于細(xì)胞分裂，但細(xì)胞不分化
先使用細(xì)胞分裂素，后使用生長(zhǎng)素
細(xì)胞既分裂又分化
同時(shí)使用
分化頻率提高
生長(zhǎng)素/細(xì)胞分裂素
作用效果
比值高時(shí)
促進(jìn)根的分化、抑制芽的形成
比值低時(shí)
促進(jìn)芽的分化、抑制根的形成
比值適中
促進(jìn)愈傷組織的形成

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一 植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)

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