一、 细胞的全能性
1． 概念：高度分化的细胞仍然具有发育成完整植株的潜能。
2． 原因：高度分化的细胞含有本物种遗传性所需要的全套基因，并没有因细胞分化而失去基因。
3． 细胞全能性的比较：（1） 分化程度越低的细胞，全能性越高；反之，越低。需注意特例：生殖细胞（精子和卵细胞）分化程度高，但全能性也高，如：受精卵＞胚胎干细胞＞生殖细胞＞体细胞。（2）植物细胞＞动物细胞。植物细胞的全能性易表达，尤其具有分裂能力的，动物细胞的全能性受到限制，但细胞核仍具有全能性，如克隆羊的培养。
例1细胞分化过程中，一般不会出现的是（ ）
A． 细胞核遗传物质的改变
B． 细胞器种类和数量的改变
C． 蛋白质种类和数量的改变
D． 细胞表面结构的改变
解析细胞分化的实质是基因的选择性表达，使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率，细胞器和蛋白质的种类和数量都发生了改变，同时细胞的形态也发生了变化，但细胞核中的遗传物质不变，所以分化后的细胞具有全能性。
答案A
二、 植物组织培养的过程
1． 概念：在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的固体培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。
需要明确下列几点：
（1）过程保持无菌。植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养物质，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以在上面迅速生长，所以在植物组织培养过程中污染现象经常发生。培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌在生长过程中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡。所以在组织培养实验中用到的植物材料和各种器械都要进行彻底的灭菌，操作一定要规范，避免带入杂菌。
（2） 在植物体内，细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织和器官，这是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。但是，它们的遗传潜力并没有丧失，全部遗传信息仍然被保存在DNA的序列中，一旦脱离了原来组织器官的束缚成为游离状态，并在一定的营养条件和植物激素的诱导下，细胞就能表现出全能性，发育成完整的植株。
（3） 植物组织培养采用固体培养基，成分包括：无机营养成分（水、矿质元素）；有机营养成分（蔗糖、维生素等）；植物激素（生长素和细胞分裂素的协同调控作用非常重要）；琼脂。
（4） 植物组织培养终点：完整的植株。
例2在下列现象或科学研究成果中，能为“动物细胞具有全能性”观点提供直接证据的是
（ ）
A． 壁虎断尾后重新长出尾部
B． 蜜蜂的未受精卵细胞发育成雄蜂
C． 用体外培养的皮肤治疗烧伤病人
D． 小鼠肝细胞的增殖
解析能为“动物细胞具有全能性”观点提供直接证据的是B，因为B选项的终点是发育成完整的个体即雄蜂；而A选项是壁虎断尾处的细胞长成尾巴，但并没有发育为一个完整的个体，所以不是全能性，只表现了多能性；C选项的过程是体外培养细胞发育为皮肤细胞，也没有发育为一个完整的个体；D选项细胞分裂是细胞本身具有的能力，也没有发育为一个完整的个体，所以也没有体现全能性。
答案B
例3组织培养出来的植物一般很少有植物病毒危害，其主要原因在于（ ）
A． 在组织培养过程中细胞进行的是快速分裂和分化
B． 人工配制的培养基上，植物病毒根本无法生存
C． 组织培养出来的植物体内水分太少，无机盐含量高
D． 进行组织培养的过程都是在无菌条件下进行的
解析进行植物组织培养是在严格无菌的条件下进行的，所以植物很少有病毒侵染。
答案D
2． 过程：
外植体(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
（1） 脱分化和再分化的比较见下表：
（2） 影响脱分化、再分化的因素：
植物激素细胞分裂素与生长素浓度相当时：生成愈伤组织细胞分裂素浓度＞生长素浓度：促进发芽细胞分裂素浓度＜生长素浓度：促进生根
（3） 取材：选取有形成层的部位，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。胡萝卜的其他部分(如茎、叶、花)也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。
（4） 对于植物组织培养来说，光照条件非常重要，包括光照强度、时间和波长。但在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，而在分化再生的过程中一定要有光照，有利于叶片内叶绿素的合成。愈伤组织诱导阶段的暗培养有利于细胞脱分化产生愈伤组织，如果在光照条件下容易分化产生微管等组织，不利于产生大量的愈伤组织。
（5） 植物组织培养技术培育出的新个体中，遗传物质只来自一个亲本。优点是可以保持亲本的优良性状。
（6） 花药离体培养获得单倍体植株，则为有性生殖。胡萝卜单个韧皮部细胞离体培养获得完整的植株，则为无性生殖。
（7） 分裂方式：有丝分裂。
例4科学工作者把胡萝卜的韧皮部细胞分离出来，将单个细胞放入培养基中培养，获得了许多完整的植株，这些植株的特点是（ ）
A． 彼此性状相似 B． 变异频率较高
C． 单倍体 D． 都是纯合子
解析胡萝卜的韧皮部细胞是一个受精卵经有丝分裂而来，细胞的遗传物质相同，通过植物组织培养获得的植株，性状相似。这些植株都是二倍体，可能是杂合子，也可能是纯合子，遗传物质与母本一样。
答案ABC
三、 植物组织培养的实际应用
1． 微型繁殖。用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫快速繁殖技术。优点：具有高效性，可以保持亲本的优良遗传特性。工厂化大规模育苗正是利用了上述优势，在短时间内获得大量的优质种苗。
2． 作物脱毒。无性生殖的作物感染的病毒很容易传播给后代。病毒在作物体内逐年积累，就会导致产量降低，品质变差。可以利用植物分生区（如茎尖、芽尖）植物组织培养，获得脱毒苗。
3． 人工种子。植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等位材料，经过人工薄膜包装得到的种子。从遗传物质的来源看，人工种子的遗传物质只来自母本，而正常种子胚的遗传物质来自父母双方。
4． 单倍体育种。花药离体培养获得单倍体植株，秋水仙素处理染色体加倍，获得稳定遗传的优良品种。
5． 诱变育种。在植物组织培养过程中，由于培养细胞（如愈伤组织）一直处于不断地分生状态，因此容易受到培养条件和外界压力（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。从这些产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，培育成新品种。
6． 细胞产物的工厂化生产。植物细胞培养是植物组织培养技术的应用，植物细胞培养是脱分化成为愈伤组织后，不再使其再分化，这样，可以获得细胞的代谢产物，如花药、色素、香料等。如工厂化生产人参皂甙的基本过程：第一步，选择人参根作为外植体进行培养，产生愈伤组织，经过培养选择找到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株作为种质，进行发酵生产；第二步，将第一步选择到的细胞株在发酵罐中的合适培养液中进行液体培养，增加细胞数量；第三步，将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。
7． 转基因植物的培育也要用到植物组织培养技术。
例5紫草素是紫草细胞的代谢产物，可作为生产治疗烫伤药物的原料。用组织培养技术可以在生物反应器中通过培养紫草细胞生产紫草素。下图记录了生物反应器中紫草细胞产量、紫草素产量随培养时间发生的变化。
（1） 在生产前，需先加入紫草细胞作为反应器中的“种子”。这些“种子”是应用组织培养技术，将紫草叶肉细胞经过而获得的。这项技术的理论基础是 。
（2） 从图中可以看出：反应器中紫草细胞的生长呈 规律；影响紫草素产量的因素是
和。
（3） 在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌的目的是和。
解析本题主要考查植物组织培养的知识，并联系种群增长曲线、微生物培养有关知识，考查学生运用所学知识在新情景解决新问题的能力。
答案（1） 脱分化（或脱分化形成愈伤组织） 植物细胞的全能性 （2） S型增长 细胞数量 细胞所处的生长期 （3） 保证氧气供应充足、防止杂菌污染 使细胞与培养液充分接触
巩固练习
1． 正常人体内的造血干细胞能分裂产生各种血细胞。在体外，经某些因素的诱导，却可以分化为神经细胞和肝细胞。其根本原因是这些造血干细胞
（ ）
A． 有旺盛的分裂能力
B． 能合成神经细胞或肝细胞需要的蛋白质
C． 与受精卵具有相同的分化能力
D． 具有与受精卵相同的全部遗传信息
2． 高等动物随着胚胎发育，仅有少数细胞依然具有分化成其他细胞类型和构建组织器官的能力，这类细胞称为干细胞，如造血干细胞。下图中最能完整显示正常机体内干细胞基本特征的是（ ）
3． 花药的离体培养是指把分裂旺盛的花药细胞用人工的方法把培养基培育成单倍体植株。这种成果是利用了细胞的（ ）
A． 应激性 B． 全能性
C． 变异性 D． 适应性
4．壁虎断尾后可以再生。下列有关叙述中，不正确的是（ ）
A． 再生是细胞分化的结果
B． 再生涉及到基因的选择性表达
C． 再生是自然选择的结果
D． 再生充分体现了体细胞的全能性
5． 在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，不需要的条件是（ ）
A． 消毒灭菌 B． 适宜的温度
C． 充足的光照 D． 适宜的养料和激素
6． 植物的微型繁殖技术，指（ ）
A． 植物体细胞杂交技术
B． 嫁接
C． 植物组织培养
D． 营养繁殖
7．下图若表示高等动物细胞的增殖和分化过程，下列叙述中，正确的有（ ）
A． A过程和B过程分别表示细胞的增殖和癌变
B． A、B两过程中，都存在遗传信息的表达
C． b、c、d、e细胞的遗传信息存在明显差异
D． a细胞可以看做干细胞，遗传信息最丰富
8． （多选）以下能说明细胞全能性的实验是
（ ）
A． 胡萝卜韧皮部细胞培育出植株
B． 紫色糯性玉米种子培育出植株
C． 转入抗虫基因棉花细胞培育出植株
D． 番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株
9． （多选）要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，需要（ ）
A． 具有完整细胞核的细胞
B． 离体状态
C． 导入外源基因
D． 一定的营养物质和激素
10．很久以前科学家在土壤中发现了某种细菌能制造一种对昆虫有毒的蛋白质，当时许多人就想把编码这一蛋白质的基因（抗虫基因）转移到农作物中，以降低昆虫对农作物造成的危害。20世纪90年代，美国科学家采用基因工程技术首次培育出抗虫玉米新品种。下图为这一转基因玉米的主要培育过程。
（1） 获得特定目的基因的途径除了从该细菌中直接分离抗虫基因外，还可以 。将目的基因与运载体结合时必须用酶和DNA连接酶。在基因工程中，常用的运载体有 等，而作为运载体必须具备相应的条件，例如应具有
以便进行筛选。
（2） 由转基因玉米细胞经过 形成愈伤组织，然后发育成胚状体和试管苗。若要制备转基因玉米的人工种子，可选择上述实验过程中的
，再包裹合适的 等。
11． 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，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，可以通过胚胎发育过程形成植株。将其包埋在一个能提供营养的胶质中，外包裹上人造种皮，便制成了“人工种子”。
（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等3部分组成。包埋胚状体的胶质中富含营养物质，这是因为。
为了满足胚状体代谢的需求，“人造种皮”则必须具有良好的性能。
（3） 由“人工种子”萌发出的植株是否可育？
。
（4）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
。该项技术的成功应用，反映了细胞的性。
（5） 写出“人工种子”商品化的意义
。
参考答案
1． D 2． D 3． B 4． D 5． C 6． C 7． B 8． ACD 9． ABD 10． （1） 人工合成 限制性内切 质粒 标记基因 （2） 脱分化 胚状体 人工薄膜（人造种皮）
11． （1）
（2） 胚状体在萌发初期不能进行光合作用 透水、透气
（3） 由花粉培养发育的植株一般不可育；由体细胞经植物组织培养发育的植株则是可育的
（4） 植物组织培养 生长素 细胞分裂素 消毒（或灭菌） 全能性
（5） 可用于苗木的快速繁育，无病毒植株培养，解决有些作物繁殖力差、结子困难或发芽率低等问题（其他正确的说法也可以）