1、植物细胞工程(30分钟100分)1.(10分)(2021昆明模拟)生产中可利用植物细胞的全能性进行植物组织培养,如图是该技术的流程图,据图回答:(1)细胞的全能性是指_。(2)图中切下植物组织后首先要进行_。取材时一般需要切取含有_的部分,原因是这部分_。(3)图中长成完整植株的过程,常分为两种途径:一是诱导幼苗先生根、后长芽,二是同时诱导幼苗生根、长芽。两种途径的分化培养基中,最主要的区别是_的成分及比例不同。由“”至“长成幼苗”的过程,又称为细胞的_过程。【解析】(1)细胞的全能性是指已分化的细胞,仍然具有发育成完整生物个体的潜能。(2)图中切下来的外植体(离体的植物组织、器官或细胞)需要
2、先进行消毒;取材时一般需要切取含有形成层的部分,因为这部分易于诱导形成愈伤组织。(3)根据题意分析,植物组织培养的两种途径中,一是先生根、后长芽,二是同时生根、长芽,两者主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比。由“”至“长成幼苗”的过程为植物组织培养过程,又称为细胞离体培养过程。答案:(1)已经分化的细胞,仍然具有发育成完整生物个体的潜能(2)消毒形成层易于诱导形成愈伤组织(3)激素离体培养2.(10分)(2021太原模拟)细胞融合技术有着广泛应用。如图为细胞融合的简略过程,据图回答相关问题:(1)若 a、b 分别是基因型为 yyRr 和 YYrr 两个玉米品种的花粉,且这两对基因分别位于两
3、对同源染色体上。科学家分别将它们的花粉除去细胞壁,然后诱导其融合,再把这些融合细胞进行培养,培育出了玉米新品种。这两个品种的花粉可用化学诱导剂_诱导融合,共可产生_种基因型的融合细胞(仅考虑两两融合),这些融合细胞经过脱分化形成_,再经培养可以得到_种不同于亲本表现型的玉米新品种。若想培育出基因型为 yyRR 的玉米植株,也可直接用 yyRr 植株的花粉培养,再经过染色体加倍(秋水仙素)处理并筛选获得,这种方法叫做_。(2)若 a、b 表示番茄和马铃薯两种植物的体细胞。在“番茄马铃薯”的培育过程中,植物体细胞融合完成的标志为_。a、b 细胞融合之前,要用酶处理,酶处理后得到_。(3)若 a、b
4、 分别为骨髓瘤细胞和已免疫的 B 淋巴细胞,则由 d 细胞产生的抗体与普通血清抗体相比较,具有_等特点。【解析】(1)诱导细胞融合时可用的化学诱导剂是聚乙二醇(PEG);花粉有3种,即yR、yr、Yr,共可产生6种基因型的融合细胞,即yyRR、yyrr、YYrr、YyRr、Yyrr、yyRr;这些融合细胞经过脱分化形成愈伤组织;再经培养可以得到2种不同于亲本表现型的玉米新品种,即yyrr、YyRr。若想培育出基因型为yyRR的玉米植株,也可直接用yyRr植株的花粉培养获得单倍体幼苗,再经过染色体加倍(秋水仙素)处理并筛选获得,这种方法叫做单倍体育种。(2)在“番茄马铃薯”的培育过程中,运用了植
5、物细胞工程中的植物体细胞杂交技术,植物体细胞融合完成的标志是再生出细胞壁。植物细胞融合之前,需要用纤维素酶和果胶酶处理得到原生质体。(3)单克隆抗体与普通血清抗体相比较,具有特异性强、灵敏度高、并能大量制备等特点。答案:(1)聚乙二醇(PEG)6 愈伤组织 2 单倍体育种(2)再生出细胞壁 原生质体 (3)特异性强、灵敏度高、并能大量制备 【知识总结】植物体细胞杂交过程中杂种细胞类型及检测方法(1)诱导产生的细胞(假设用于杂交的两种植物细胞分别为A、B)未融合的细胞:A和B。两两融合的细胞:AA、BB和AB。多细胞融合体。(2)检测方法:对诱导产生的细胞进行植物组织培养,然后根据得到的植物性状
6、进行判断。若得到的是一种性状的植物,说明是未融合细胞。若得到的是具有两种亲本性状的植物,说明是杂种细胞。若得到的是具有两种亲本性状的植物,且一种植物的性状得到加强,则是多细胞融合体。若得到的是一种性状的植物且效果得到加强,则是同种细胞融合的结果。3.(12分)(2021哈尔滨模拟)美国化学家从红豆杉树皮中分离出高抗癌活性的紫杉醇,从此,国家重点保护珍稀植物红豆杉遭受了掠夺式地砍伐。为拯救红豆杉,同时获得紫杉醇,科研小组设计了如图所示的实验流程。请回答下列问题:(1)选用茎尖分生组织进行组织培养可以获得脱毒苗,原因是茎尖分生组织细胞_;诱导茎尖分生组织形成愈伤组织的过程叫_。利用愈伤组织诱导形成
7、的胚状体经人工薄膜包装后就可得到_。(2)茎尖分生组织细胞具有全能性的原因是_。(3)紫杉醇作为常见的细胞产物,抗癌效果显著,通常取自愈伤组织的_(细胞器)。(4)现有植物甲中提取的物质X,能提高紫杉醇的抗癌效果。科研小组欲获得既能产生紫杉醇又能产生物质X的植株,可利用_技术获得杂种植株。该方法首先要利用_(物质)除去细胞壁获得具有活力的原生质体,再经_(试剂)诱导融合形成杂种细胞。该技术的优点是_。【解析】(1)茎尖分生组织细胞病毒极少,甚至无病毒,因此选用茎尖分生组织进行组织培养可以获得脱毒苗。诱导茎尖分生组织形成愈伤组织的过程叫脱分化。利用愈伤组织诱导形成的胚状体经人工薄膜包装后就得到了
8、人工种子。(2)茎尖分生组织细胞含有该种生物的全部遗传信息,因此具有全能性。(3)紫杉醇是从红豆杉树皮中分离出来的高抗癌活性的物质,作为常见的细胞产物,通常取自愈伤组织的液泡。(4)植物甲可以产生物质X,红豆杉可以产生紫杉醇,利用植物体细胞杂交技术将两种植物的体细胞融合获得杂种细胞,再将获得的杂种细胞培养成杂种植株,则该杂种植株的细胞既能产生紫杉醇又能产生物质X。在植物体细胞杂交过程中,首先要利用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁,获得具有活力的原生质体,再经聚乙二醇诱导融合形成杂种细胞。植物体细胞杂交技术的优点是克服远缘杂交不亲和的障碍。答案:(1)病毒极少,甚至无病毒脱分化人工种子(2)茎尖分生组
9、织细胞含有该种生物的全部遗传信息(3)液泡(4)植物体细胞杂交纤维素酶和果胶酶聚乙二醇克服远缘杂交不亲和的障碍4.(11分)(2021石嘴山模拟)植物A和植物B均为二倍体,如图为植物体细胞杂交过程示意图,据图回答:(1)步骤通常用_处理,步骤一般常用的化学试剂是_。(2)在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中,运用的技术手段是_。其中步骤相当于_。(3)植物体细胞杂交技术的意义在于克服了_的障碍。(4)从理论上讲,杂种植株的育性为_。若运用传统有性杂交方法能否实现?_,理由是_。(5)利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种的过程中,遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律?_。为什么?_。【解析
10、】(1)步骤是去掉细胞壁分离出有活力的原生质体,常用纤维素酶和果胶酶处理;步骤为诱导原生质体融合的过程,一般常用的化学诱导剂是PEG。(2)利用杂种细胞培育成为杂种植株的技术为植物组织培养,图中步骤为脱分化过程。(3)植物体细胞杂交技术可以打破生殖隔离,克服远缘杂交不亲和障碍。(4)杂种植株是由两种不同的二倍体杂交形成的异源四倍体,含有同源染色体,因此是可育的;而运用传统有性杂交方法是不能实现的,因为不同种生物之间存在生殖隔离。(5)由于只有在生物进行有性生殖的过程中,其遗传物质的传递才遵循孟德尔遗传规律,而植物体细胞杂交育种的过程不属于有性生殖,因此利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种的过
11、程中,遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传规律。答案:(1)纤维素酶和果胶酶聚乙二醇(2)植物组织培养脱分化 (3)远缘杂交不亲和(4)可育不能因为不同种生物之间存在生殖隔离(5)不遵循因为只有在生物进行有性生殖的过程中,其遗传物质的传递才遵循孟德尔遗传规律,而植物体细胞杂交育种的过程不属于有性生殖 【易错警示】有关植物体细胞杂交的三个易错点(1)植物体细胞杂交的结果不是形成杂种细胞,最终要经过组织培养形成杂种植株。(2)植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合,因此不属于有性生殖,应为无性生殖。(3)杂种植株的变异类型属于染色体变异,杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和,杂种植株属
12、于异源多倍体。5.(12分)(2021大庆模拟)我国植物学家将名贵兰花的茎尖细胞放在培养基中进行培养,最终发育成完整的新植株。如图是细胞培养形成兰花植株示意图,请据图分析回答:(1)过程和分别表示_和_。(2)在培养过程中,除了提供水分、无机盐、糖类、维生素及氨基酸外,还需要在培养基中加入_。同时,在培养过程中,除必需的温度、光照和氧气等外界条件外,成功的另一个关键是操作过程必须保证_。(3)植物组织培养技术又叫植物微型繁殖技术是植物繁殖的一种途径,与有性生殖相比,植物组织培养优势主要有(答出2点即可)_。(4)在植物组织培养的过程中,可以对_进行化学或物理的诱变处理,促使其发生突变,通过诱导
13、分化形成植株,从中选育出优良品种。这种作物新品种的培育方法属于_。(5)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒,经组织培养形成植株,这种育种方法称为_,其优点是_。【解析】(1)过程为离体茎尖细胞培育为愈伤组织的脱分化过程,过程为愈伤组织培育为胚状体的再分化过程。(2)生长素和细胞分裂素的协同调控作用在植物组织培养中非常重要,在培养过程中,除了提供水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外,还需要在培养基中加入生长素和细胞分裂素。在培养过程中,为避免微生物与培养的植物细胞竞争营养,除必需的温度、光照和氧气等外界条件外,成功的另一个关键是操作过程必须保证无菌。(3)植物组织培养与有性繁殖相比,其优势有:
14、能保持母本的优良性状;培养周期短,繁殖效率高;能培育无病毒植物等。(4)在植物组织培养的过程中,可以对愈伤组织进行化学或物理的诱变处理,促使其发生突变,再通过诱导分化形成植株,从中选育出优良品种。这种作物新品种的培育方法属于突变体的利用。(5)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒,经组织培养形成植株,再进行染色体加倍,这种育种方法称为单倍体育种,其突出优点是明显缩短育种年限。答案:(1)脱分化再分化(2)生长素和细胞分裂素无菌(3)能保持母本的优良性状;培养周期短,繁殖效率高;能培育无病毒植物等(4)愈伤组织突变体的利用(5)单倍体育种能明显缩短育种年限【加固训练】(2021银川模拟)紫草素是紫
15、草细胞的代谢产物,可作为生产治疗烫伤药物的原料。研究人员通过培养紫草细胞生产紫草素。为了获取紫草素,某制药公司利用植物组织培养技术,从培养的愈伤组织中提取这种有效成分。请回答下列问题:(1)培养时,通常选择新生的芽作为外植体,这是因为_。将离体的芽培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其依次产生_、_,最终形成完整的植株。(2)假设紫草与另一种植物A均为二倍体药用植物(紫草细胞中有2n条染色体,A植物细胞中有2m条染色体)。某药物研究所拟利用植物体细胞杂交技术培育同时含有两种有效成分的新型药用植物。为了得到原生质体需用_酶和_酶去除两植物细胞的细胞壁,然后诱导其融合形成杂种细胞。(
16、3)融合形成的杂种细胞在有丝分裂后期含有_条染色体。杂种细胞培育成的新型药用植物为_倍体,在这个过程中所利用的生物学原理是_。【解析】(1)植物组织培养技术的原理是植物细胞的全能性,培养时选择新生的芽作为外植体,是因为新生芽的分化程度低、全能性高,在培养过程中容易诱导其脱分化形成愈伤组织;植物组织培养的过程:将离体的芽培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其脱分化产生愈伤组织,再分化形成胚状体或丛芽,最终继续分裂和分化形成完整个体。(2)在植物体细胞杂交过程中,需要用纤维素酶和果胶酶处理植物的细胞壁,获得原生质体,然后诱导再生出新的细胞壁,形成杂种细胞。(3)根据题意,紫草细胞中有
17、2n条染色体,A植物细胞中有2m条染色体,融合后的细胞中具有二者所有的染色体,因此染色体数目为2n+2m,则有丝分裂后期染色体数目加倍为4(n+m)。杂种细胞发育成的药用植物融合了二者的染色体组,二者为不同的物种,故杂种细胞培育成的新型药用植物为四倍体,将杂种细胞培养成个体利用了植物细胞的全能性。答案:(1)新生芽细胞分化程度低,容易诱导其脱分化愈伤组织胚状体或丛芽(2)纤维素果胶(3)4(n+m)四植物细胞具有全能性6.(13分)Bar基因存在于青麻、黑麦草等生物体内,其编码的酶可使除草剂草丁膦失去毒害作用。培育转Bar基因大豆,对于控制豆田杂草有重要意义。为了把Bar基因导入大豆细胞,需将
18、Bar基因插入pUc18质粒中构建中间表达载体,然后与Ti质粒重组为重组表达载体系统。如图为pUc18质粒的结构示意图,回答下列问题:(1)不能利用黑麦草与大豆进行有性杂交的方法让大豆获得Bar基因,原因是_。(2)构建中间表达载体时,为了便于筛选出含有Bar基因的重组质粒,需将Bar基因插入pUc18质粒的_中形成重组质粒并导入大肠杆菌,然后在添加_的培养基上培养大肠杆菌,菌落呈白色的即为含中间表达载体的大肠杆菌。(3)中间表达载体需插入Ti质粒的T-DNA中,原因是_。(4)可通过_法直接将重组表达载体导入大豆细胞的原生质体。导入Bar基因的原生质体需_成为完整的植物细胞,经脱分化形成_,
19、再进一步分化才能获得转Bar基因大豆植株。【解析】(1)由于黑麦草与大豆之间存在生殖隔离,因此不能利用黑麦草与大豆进行有性杂交的方法让大豆获得Bar基因。(2)根据图中信息可知,lacZ基因编码-半乳糖苷酶,-半乳糖苷酶可以将培养基中的X-gal水解,使菌落呈蓝色,否则菌落呈白色。因此,构建中间表达载体时,为了便于筛选出含有Bar基因的重组质粒,需将Bar基因插入pUc18质粒的lacZ中形成重组质粒并导入大肠杆菌,然后在添加氨苄青霉素和X-gal的培养基上培养大肠杆菌,菌落呈白色的即为含中间表达载体的大肠杆菌。(3)Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上。
20、根据这一特点,如果将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上,通过农杆菌的转化作用,就可以把目的基因整合到植物细胞中染色体的DNA上。(4)可通过显微注射法直接将重组表达载体导入大豆细胞的原生质体。导入Bar基因的原生质体需再生出细胞壁,经脱分化形成愈伤组织,再进一步分化才能获得转Bar基因大豆植株。答案:(1)黑麦草与大豆之间存在生殖隔离(2)lacZ氨苄青霉素和X-gal(3)T-DNA可转移至受体细胞并整合到受体细胞的染色体DNA上(4)显微注射再生出细胞壁愈伤组织7.(12分)(2021哈尔滨模拟)植物组织培养的过程如图所示。请分析并回答:离体的组织或器官愈伤组织胚状体植株(1)B、C过程是
21、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”。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_。如果用_处理二倍体植株的花粉胚,能获得可育的植株,该过程是_育种中不可缺少的步骤。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_。(3)植物组织培养得到的胚状体经过人工薄膜包装可以获得“人工种子”,由“人工种子”萌发出的植株是否可育?_。(4)微型繁殖培育无病毒草莓时,一般选取茎尖或根尖作为外植体,其依据是_。(5)在培养过程中,愈伤组织在培养基中未形成根,但形
22、成了芽,其原因可能是_。【解析】(1)愈伤组织是由离体的组织或器官通过脱分化过程获得的,B、C过程是通过细胞的分裂和分化实现的。(2)花粉是植物减数分裂形成的配子,其染色体数目是体细胞的一半,所以用花药离体培养获得“花粉胚”与体细胞胚相比,花粉胚细胞中的染色体数目是体细胞胚的一半。秋水仙素能抑制纺锤体的形成,导致染色体数目加倍,所以用秋水仙素处理二倍体植物的花粉胚,能获得可育的植株,该过程也是单倍体育种中不可缺少的步骤。因为每个细胞都含有本物种的全套基因(或“全套遗传信息”),即具有全能性,所以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。(3)植物组织培养得到的胚状体经过人
23、工薄膜包装可以获得“人工种子”,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则是可育的。(4)茎尖(或根尖)病毒极少,甚至无病毒,因此微型繁殖培育无病毒草莓时,一般选取茎尖或根尖作为外植体。(5)在培养过程中,由于培养基中生长素类物质用量与细胞分裂素类物质用量比例不合理,愈伤组织在培养基中未形成根,但形成了芽。答案:(1)分裂(或增殖)分化(2)花粉胚细胞中的染色体数目是体细胞胚的一半 秋水仙素单倍体本物种的全套基因(或全套遗传信息)植物细胞的全能性(3)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则是可育的(4)茎尖(或根尖)病毒极少,甚至无病毒(5)培养基中
24、生长素类物质用量与细胞分裂素类物质用量比例不合理(或培养基中生长素类物质用量与细胞分裂素类物质用量的比值偏低) 8.(11分)甲、乙两名同学分别以某种植物的绿色叶片和白色花瓣为材料,利用植物组织培养技术繁殖该植物。回答下列问题:(1)以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体,在一定条件下进行组织培养,均能获得试管苗,其原理是_。(2)甲、乙同学在诱导愈伤组织所用的培养基中,均加入一定量的蔗糖,蔗糖水解后可得到_。若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗,该细胞应具备的条件是_(填“具有完整的细胞核”“具有叶绿体”或“已转入抗性基因”)。(3)图中A、B、C所示的是不同的培养结果,该不同结果的出现主要是
25、由于培养基中两种激素用量的不同造成的,这两种激素是_。A中的愈伤组织是叶肉细胞经_形成的。(4)若该种植物是一种杂合子的名贵花卉,要快速获得与原植株基因型和表现型都相同的该种花卉,可用组织培养方法繁殖,在培养时,_(填“能”或“不能”)采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体,原因是_。【解析】(1)植物组织培养的原理是植物细胞的全能性。(2)蔗糖水解后可得到葡萄糖、果糖。用细胞作为材料进行培养获得幼苗,细胞必须具有完整的细胞核,才具有发育为个体的一套完整遗传信息。(3)影响植物组织培养的两种主要激素是细胞分裂素和生长素。愈伤组织是叶肉细胞经脱分化形成的。(4)由于花粉粒的基因型与体细胞的基因型不
26、同,组织培养得到的花卉基因型不同于原植株,导致不能保留亲本性状。答案:(1)绿色叶片和白色花瓣的细胞具有全能性,在一定条件下能发育成完整的植株(2)葡萄糖、果糖具有完整的细胞核(3)细胞分裂素、生长素脱分化(4)不能对杂合子的植株来说,其体细胞的基因型相同,而花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同,用花粉粒进行组织培养得到的花卉基因型不同于原植株9.(9分)蓝莓中富含的花青素能有效地改善视力,下面为科学家利用植物组织培养的方法大量培养蓝莓的具体流程的文字图解。请回答下列问题:蓝莓(1)用于离体培养的蓝莓组织叫做_,该技术的原理是_。(2)配制MS培养基时,应加入一定量的琼脂、蔗糖、无机盐、维生素、
27、有机物等营养物质,蔗糖除作为碳源外,还具有_的功能。常用的培养基有脱分化培养基、生根培养基和生芽培养基,这三种培养基的主要差异是_。(3)图中蓝莓组织要经过消毒处理后才能进行培养。其过程中,细胞的分化程度会_(填“升高”“降低”或“不变”)。(4)愈伤组织经过过程重新分化成根或丛芽的过程叫做_。(5)蓝莓花青素在60 以下的热稳定性较好,将含花青素的粗品经真空干燥(可使水的沸点降低40 )制成成品。采用该方法的主要原因是_。【解析】(1)植物组织培养的原理是植物细胞的全能性,用于离体培养的组织叫做外植体。(2)配制MS培养基时,应加入一定量的琼脂、蔗糖、无机盐、维生素、有机物等营养物质,蔗糖除作为碳源外,还具有提供能量和维持渗透压的功能。常用的培养基有脱分化培养基、生根培养基和生芽培养基,这三种培养基的主要差异是生长素和细胞分裂素的用量及比例不同。(3)题图中过程是脱分化形成愈伤组织的过程,高度分化的细胞恢复分裂能力,则分化程度会降低。(4)题图中过程是愈伤组织经过再分化形成丛芽或根的过程。(5)含花青素的粗品经真空干燥(可使水的沸点降至40 )制成成品,采用该方法的主要原因是避免干燥时温度过高导致花青素分解。答案:(1)外植体植物细胞的全能性(2)提供能量和维持渗透压生长素和细胞分裂素的用量及比例不同(3)降低(4)再分化(5)避免干燥时温度过高导致花青素分解
