1、专题3 植物组织培养和酶的应用 考点一 植物的组织培养【核心知识通关】1.植物组织培养的基本过程：(1)理论基础：植物细胞的_性。(2)基本过程：全能 脱分化 再分化(3)脱分化与再分化：类别 项目 脱分化再分化过程由外植体形成_ _由愈伤组织重新形成_特点高度分化的细胞恢复_能力未分化的细胞_ _成不同的组织器官相同点其实质均与基因的选择性表达有关愈伤组 织 丛芽、胚状体 分裂 重新 分化(4)愈伤组织：排列疏松而无规则，是一种_ 的呈无定形状态的_细胞。高度液泡化 薄壁 2.影响植物组织培养的因素：(1)材料的选择(同一种植物材料)。材料的_。材料_。年龄 保存时间的长短(2)营养条件。培
2、养基MS培养基。主要营养物质：成分 举例 作用 大量元素 _ 提供植物细胞生活所必需的无机盐 微量元素 _ _ N、P、K、Ca、Mg、S B、Mn、Cu、Zn、Fe、Mo、I、Co 成分 举例 作用 有机物 甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素等 满足离体细胞的特殊营养需求 蔗糖 提供碳源，调节培养基的渗透压(3)植物激素：激素种类：_、_。激素的作用：起调节作用，是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键。(4)适宜的环境条件：_、_和光照等条件。(5)无菌条件。细胞分裂素 生长素 温度 pH 3.菊花的组织培养步骤及注意事项：100 高压蒸汽灭菌 酒精 氯化汞 倒插 1822 12 4.月季的花药培养：
3、(1)被子植物花粉发育的过程：单核居中 单 双核 减数 有丝 核靠边(2)产生花粉植株的途径：胚状体 愈伤组织 再分化 丛芽 脱分化(3)实验步骤及注意事项：单核期 醋酸洋红 酒精 氯化汞 花丝 花药 710 25 光 照【特别提醒】(1)MS培养基与微生物培养基的主要区别。MS培养基的主要营养物质是无机盐，微生物培养基的主要营养物质是有机物。MS培养基中一般要添加植物激素，微生物培养基中不需要添加植物激素。(2)植物组织培养过程中也要利用无菌技术，其主要方法与微生物的培养与应用中相同。(3)产生花粉植株的两种途径之间并没有绝对的界限，主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比。【思维拓展】生长
4、素和细胞分裂素在植物组织培养中的“三大”相互作用(1)有生长素存在，细胞分裂素的作用呈现加强的趋势。(2)使用顺序不同，结果不同：使用顺序实验结果先使用生长素，后使用细胞分裂素有利于细胞分裂，但细胞不分化先使用细胞分裂素，后使用生长素细胞既分裂也分化同时使用分化频率提高(3)用量比值不同，结果不同：生长素用量/细胞分裂素用量结果比值高时促进根分化，抑制芽形成比值低时促进芽分化，抑制根形成比值适中促进愈伤组织形成【高考模拟精练】1.(2012全国卷)为了探究6-BA和IAA对某菊花品种茎尖外植体再生丛芽的影响，某研究小组在MS培养基中加入6-BA和IAA，配制成四种培养基(见下表)，灭菌后分别接
5、种数量相同、生长状态一致、消毒后的茎尖外植体，在适宜条件下培养一段时间后，统计再生丛芽外植体的比率(m)，以及再生丛芽外植体上的丛芽平均数(n)，结果如下表。培养基编号 浓度(mgL-1)m(%)n(个)6-BA IAA 1 0.5 0 76.7 3.1 2 0.1 77.4 6.1 3 0.2 66.7 5.3 4 0.5 60.0 5.0 回答下列问题：(1)按照植物的需求量，培养基中无机盐的元素可分为_和_两类。上述培养基中，6-BA属于_类生长调节剂。(2)在该实验中，自变量是_，因变量是_ _，自变量的取值范围是_。(3)从实验结果可知，诱导丛芽总数最少的培养基是_号培养基。(4)为
6、了诱导该菊花试管苗生根，培养基中一般不加入_(填“6-BA”或“IAA”)。【解题指南】(1)表中自变量为“IAA浓度”。(2)隐含信息：培养基14号的生长素用量与细胞分裂素用量的比值依次增大。培养基1号有利于生芽，培养基4号有利于生根。(3)关键知识：生长素用量和细胞分裂素用量的比值对培养物的生长的影响。【解析】(1)根据植物的需求量，组成生物体的元素可以分为大量元素和微量元素，6-BA属于细胞分裂素类生长调节剂。(2)根据实验目的和实验步骤中的数据，可以得出IAA的浓度是自变量，菊花再生丛芽外植体的比率(m)和再生丛芽外植体上的丛芽平均数(n)是因变量。由表中数据可以看出IAA的浓度范围是
7、00.5 mgL-1。(3)再生丛芽的外植体数乘以外植体上丛芽平均数即为丛芽总数，诱导丛芽总数最少的培养基是1号培养基。(4)当生长素用量与细胞分裂素用量的比值较高时，容易诱导试管苗生根，所以培养基中一般加入IAA，而不加入6-BA。答案：(1)大量元素 微量元素 细胞分裂素(2)IAA浓度 再生丛芽外植体的比率(m)和再生丛芽外植体上的丛芽平均数(n)00.5 mgL-1(3)1(4)6-BA【延伸探究】本题表中0.5 mgL-1的6-BA是否是诱导再生丛芽的最适浓度？如果不是最适浓度，应怎样设计实验进行探究？提示：不一定。应设置一组实验，自变量为具有浓度梯度的6-BA溶液，IAA浓度为0.
8、1 mgL-1，统计再生丛芽外植体的比率(m)，以及再生丛芽外植体上的丛芽平均数(n)，通过比较得出最适浓度。2.(2016武汉模拟)下图为某科研小组进行菊花的植物组织培养实验的流程图解，据图回答下列问题：(1)一般选择未开花植株的茎上部_作为外植体。本实验培养基一般使用4保存的预先配制好的培养基_来制备，接种前培养基应进行_ _处理。(2)脱分化主要发生在_(用字母表示)过程，再分化主要发生在_(用字母表示)过程。从植物组织到种苗形成的过程说明细胞具有_ _。(3)改用其他材料，若在培养过程中，发现愈伤组织只分裂而不能分化出芽和根，则可能原因有：细胞分裂素用量与生长素用量的比例_；激素使用顺
9、序不当，先使用了_。【解析】(1)因为生长旺盛的嫩枝生理状况好，容易诱导脱分化和再分化，所以对菊花来说，要选取生长旺盛的嫩枝作为外植体进行组织培养。植物组织培养用的培养基一般需由配制好的各种母液来制备，接种前培养基应进行灭菌处理。(2)脱分化主要发生在图中a过程，再分化主要发生在图中b、c过程，从植物组织到种苗形成的过程说明细胞具有全能性。(3)若在培养过程中，发现愈伤组织只分裂而不能分化出芽和根，则可能原因有：细胞分裂素用量与生长素用量的比例适中；激素使用顺序不当，先使用了生长素。答案：(1)新萌生的侧枝(或生长旺盛的嫩枝)母液 灭菌(高压蒸汽灭菌)(2)a b、c 全能性(3)适中 生长素
10、【易错提醒】生长素和细胞分裂素比例不同对细胞的分裂、脱分化和再分化的影响容易记混。可以简记为“生根分芽”，“生根”指的是生长素利于生根，即“生长素/细胞分裂素较高”利于生根；“分芽”指的是细胞分裂素利于发芽，即“生长素/细胞分裂素较低”利于发芽。【加固训练】1.(2016长沙模拟)自1964年印度科学家培养毛叶曼陀罗花药获得单倍体植株后，花药离体培养技术发展迅速。据记载，现在已经有250多种高等植物的花药培养成功。请分析回答：(1)植物组织培养中，常采用_培养基，主要包括的成分有水、大量元素、_、有机物，还需要添加植物激素。(2)进行月季花药离体培养一般选择在五月初到五月中旬。对于花粉而言，要
11、采用_期的花粉，为了鉴定该时期的花粉，常采用醋酸洋红法进行染色鉴定。若是某些植物的花粉细胞核不易着色，常采用_法染色，能将花粉的细胞核染成_色。(3)消毒后的花蕾，要在无菌条件下除去萼片与花瓣。剥离花药时，尽量不要损伤花药，同时要将_彻底去除。【解析】(1)植物组织培养常采用MS(固体)培养基，主要包括的成分有水、大量元素、微量元素、有机物，还需要添加植物激素。(2)选择月季单核期的花药培养成功率最高，花药取样后通常用醋酸洋红法染色镜检；不易着色的则需要用焙花青铬矾法对其染色，能将花粉的细胞核染成蓝黑色。(3)消毒后的花蕾，要在无菌条件下除去萼片与花瓣。剥离花药时，尽量不要损伤花药，同时要将花
12、丝彻底去除。答案：(1)MS(固体)微量元素(2)单核 焙花青铬矾 蓝黑(3)花丝 2.(2015汕头模拟)下图是月季花药离体培养产生花粉植株的两种途径，请据图回答有关问题：(1)图中花药经脱分化产生胚状体还是愈伤组织，主要取决于培养基中_。(2)无菌技术也是成功诱导出花粉植株的重要因素：培养基；培养皿；接种环；花蕾；实验操作者的双手；三角瓶。以上各项中需要消毒的是_(填编号)。(3)将试管苗移栽到土壤前，通常要进行壮苗，其处理方法是_ _。【解析】(1)花药离体培养时，花药经脱分化产生胚状体还是愈伤组织，主要取决于培养基中植物激素的种类及其浓度配比。(2)在花药离体培养时也要进行无菌操作，无
13、菌技术方法的选择既要考虑效果，又要考虑操作对象的承受能力，因此需要消毒的有花蕾和实验操作者的双手，需要灭菌的有培养基、培养皿、接种环和三角瓶。(3)将试管苗移栽到土壤前的壮苗就是将试管苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境下生活一段时间，等幼苗长壮后再移栽到土壤中。答案：(1)植物激素的种类及其浓度配比(2)(3)将试管苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境下生活一段时间，等幼苗长壮后再移栽到土壤中 考点二 酶在食品制造和洗涤等方面的应用【核心知识通关】1.果胶酶在果汁生产中的作用：(1)果胶、果胶酶及其作用。果胶：是由_聚合而成的一种高分子化合物，不溶于水。半乳糖醛酸 果胶酶：是_的一类酶的总称，包
14、括_ _酶、果胶分解酶和_酶等。果胶酶在果汁生产中的作用：瓦解植物的_ _，使果汁变得_，增加_。分解果胶 多聚 半乳糖醛酸 果胶酯 细胞壁 及胞间层 澄清 出汁率(2)酶的活性与影响酶活性的因素。概念：指酶催化一定_的能力。表示方法：用在一定条件下，酶催化的某一化学反 应的_来表示。酶反应速度的表示方法：用单位时间内、单位体积 中_或_来表示。影响酶活性的因素：_、_和酶的抑制剂等。化学反应 反应速度 反应物的减少量 产物的增加量 温度 pH(3)探究温度和pH对酶活性的影响。实验原理。a.果胶酶活性受温度和pH的影响，处于最适温度和最 适pH时，酶活性最高。b.果肉的出汁率、果汁的澄清度与
15、果胶酶活性大小呈 正相关，即果汁体积_，果胶酶的活性越高；果汁 越_，果胶酶活性越高。越大 澄清 实验原则：对照原则。a.自变量的控制原则：_原则。b.无关变量的控制原则：_原则。单一变量 等量且适宜 实验设计：实验目的 自变量 无关变量 探究温度对酶活性的影响 _梯度变量 pH相同且为酶的_ _ 探究pH对酶活性的影响 _梯度变量 温度相同且为酶的 _ 温度 最 适pH pH 最适温度 结果分析：根据实验数据绘制出温度和pH对果胶酶活性(用果汁体积表示)影响的曲线图(如下图A、B)，然后根据曲线的最高点得到果胶酶最适温度(图A中的a点)和最适pH(图B中的b点)。(4)探究果胶酶的用量。实验
16、原理：在一定条件下，随着酶的用量增加，果 汁的_；当酶的用量达到一定值后，再增加酶 的用量，果汁的体积_。体积增加 不变 实验设计。a.自变量为果胶酶的_。b.无关变量包括_、pH、_、底物用量 等，这些无关变量都要遵循等量且适宜原则。用量梯度 温度 反应时间 结果分析。a.如果随着酶浓度的增加，过滤得到的果汁体积也增 加，说明酶量_。b.当酶浓度增加到某个值(如下图中的c点)后，再增加 酶的用量，过滤得到的果汁体积不再改变，说明酶的 用量已经足够。不足 结论：果汁体积不变的_就是酶的最适用量。最低酶用量 2.探讨加酶洗衣粉的洗涤效果：(1)加酶洗衣粉。概念：指含有_的洗衣粉。酶制剂 酶制剂的
17、种类及洗涤原理：酶制剂 洗涤原理 污渍种类 蛋白酶 蛋白质氨基酸+_ _ 血渍、奶渍等 脂肪酶 脂肪_+脂肪酸 油渍等 淀粉酶 淀粉_ 粥渍等 纤维素酶 纤维素_ _ 棉纺品的 表面浮毛 小分子 的肽 甘油 麦芽糖或葡萄糖 纤维二糖或葡 萄糖 影响加酶洗衣粉中酶活性的因素：_、pH、表面活性剂等。(2)不同类型的加酶洗衣粉的洗涤效果。实验原理：酶的催化作用具有专一性，复合酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多，与单一酶洗衣粉相比，对各种污渍都有较好的洗涤效果。温度 实验设计。a.自变量：_。b.无关变量：水温、水量、水质、洗衣粉的用量、衣物的材质和大小、洗涤方式和时间等。c.设置变量时要考虑生活中的具体
18、情况。加酶洗衣粉的种类【特别提醒】(1)探究温度对果胶酶活性的影响时，一定要先将苹果泥和果胶酶分别保温，而不能先将苹果泥和果胶酶混合后再保温。(2)探究pH对果胶酶活性的影响时，一定要先将苹果泥和果胶酶的pH调节为实验设定的pH，再将苹果泥和果胶酶混合，而不能先将苹果泥和果胶酶混合后再调节pH。(3)果胶酶活性丧失时也能得到果汁，果胶酶只是增加了果汁的体积和澄清度。(4)如果要提高实验的精度，应减小实验自变量的梯度差，且梯度差越小，实验结果越精确。【思维拓展】定量探究实验自变量取值范围的“两大”偏差分析 自变量变化对因变量的影响，如下图A、B、C依次表示温度、pH对果胶酶活性(用酶反应速度表示
19、)的影响、酶的用量对果汁体积的影响。将实验结果绘图后与上图对比分析会出现以下两种情况：(1)偏差一：若只与上图曲线的前段相符，则说明自变量取值偏低：(2)偏差二：若只与上图曲线后段相符，则自变量的取值范围偏高：【高考模拟精练】1.(2015海南高考)生产果汁时，用果胶酶处理果泥可提高果汁的出汁率。回答下列相关问题：(1)某同学用三种不同的果胶酶进行三组实验，各组实验除酶的来源不同外，其他条件都相同，测定各组的出汁量，据此计算各组果胶酶活性的平均值并进行比较。这一实验的目的是_。(2)现有一种新分离出来的果胶酶，为探究其最适温度，某同学设计了如下实验：取试管16支，分别加入等量的果泥、果胶酶、缓
20、冲液，混匀，平均分为4组，分别置于0、5、10、40下保温相同时间，然后，测定各试管中的出汁量并计算各组出汁量平均值。该实验温度设置的不足之处有_和_。(3)某同学取5组试管(AE)分别加入等量的同种果 泥，在A、B、C、D 4个实验组的试管中分别加入等量 的缓冲液和不同量的同种果胶酶，然后，补充蒸馏水 使4组试管内液体体积相同；E组加入蒸馏水使试管中 液体体积与实验组相同。将5组试管置于适宜温度下保 温一定时间后，测定各组的出汁量。通过AD组实验 可比较不同实验组出汁量的差异。本实验中，若要检 测加入酶的量等于0而其他条件均与实验组相同时的出汁量，E组设计_(填“能”或“不能”)达到目的，其
21、原因是_ _。【解题指南】(1)题干关键信息：“果胶酶”“出汁量”“探究其最适温度”。(2)关键知识：实验流程设计的分析与纠错。【解析】本题以果胶酶为载体，考查拟定实验目的、设计实验步骤以及设计实验应遵循的原则。(1)根据题意，设计的各组实验中除酶的来源不同外，其他条件都相同，然后测定各组的出汁量，据此计算各组果胶酶的活性的平均值并进行比较，可见实验的自变量是果胶酶的来源，因变量是果胶酶的活性(可用出汁量的多少来反映)，所以该实验的目的是比较不同来源果胶酶的活性。(2)根据实验设计可知，该实验是探究果胶酶的最适温度，所以自变量是温度，因变量是果胶酶的活性(用出汁量表示，出汁量越多则果胶酶活性越
22、高)。该实验方案中，应该在低温、适温、高温范围内设置系列温度梯度的实验组进行实验，且梯度差要相等。(3)根据题意，本实验的自变量是果胶酶的量，因变量是出汁量，对照实验的设计应遵循单一变量原则、等量原则和对照原则，根据实验设置，通过AD组实验可比较不同实验组出汁量的差异。若要检测加入酶的量等于0而其他条件均与实验组相同时的出汁量，则E组应加入与实验组等量的缓冲液才符合实验设计的单一变量和等量原则，因此E组设计不能达到目的。答案：(1)比较不同来源果胶酶的活性(2)温度范围设置不合理 温度梯度设置不合理(3)不能 未加入缓冲液 2.(2016南京模拟)加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗 衣粉。请回答下列
23、问题：(1)为了探究某加酶洗衣粉中碱性蛋白酶含量与洗涤 效果的关系，某同学通过实验获得下图所示的结果。由图可知，加酶洗衣粉中碱性蛋白酶的最适含量是 _%，本实验的自变量是_。(2)下表是围绕加酶洗衣粉的一项研究结果：上述实验结果可以得出的结论有：_；_。温度()20 30 40 45 50 60 普通洗衣粉去污力(%)15 18 20 21 21.5 22 加酶洗衣粉去污力(%)30 40 48 50 48 37(3)在使用加酶洗衣粉过程中，对于特别脏的衣服、较大的洗衣量，写出两项提高洗涤效果的措施。_；_。【解题指南】(1)关键信息：图中横坐标为自变量。(2)关键方法。曲线图的分析方法：转折
24、点代表的意义。表格数据的分析方法：横向比较和纵向比较。【解析】(1)根据本实验的目的可知，碱性蛋白酶的含量为自变量。从坐标图可以看出，碱性蛋白酶含量在0.6%时为最适含量，既达到了最好的效果，又不至于造成浪费。(2)从表格可以看出，有温度和洗衣粉种类两个变量，比较实验结果可以得出结论：在相同温度下加酶洗衣粉的去污力比普通洗衣粉强；使用加酶洗衣粉时的适宜温度为45左右。(3)用温水浸泡(提高酶的活性)，延长浸泡时间(以便污渍与酶充分接触)，增加洗衣粉用量等都能提高加酶洗衣粉的洗涤效果。答案：(1)0.6 碱性蛋白酶的含量(2)在相同温度下加酶洗衣粉的去污力比普通洗衣粉强 使用加酶洗衣粉时的适宜温
25、度为45左右(3)用温水浸泡 延长浸泡时间 增加洗衣粉的用量等(任选两项即可)【延伸探究】根据表中数据，试想如果再升高温度，加酶洗衣粉的去污力是否一定比普通洗衣粉去污力强？试说明原因。提示：不一定。再升高温度，普通洗衣粉的去污力还会增强，而加酶洗衣粉的去污力将持续下降。【加固训练】1.葡萄收获的季节性较强，并且不易运输，容易因积压而腐烂变质。为了解决上述问题且满足不同人群的需求，可以将其加工制作成果汁、果酒、果醋等。下面是简单的生产流程图，结合所学知识回答下列问题。(1)果胶酶的使用过程中，需要对酶的活性、酶的用量进行研究。在下图甲、乙两条曲线中，果胶酶活性受环境因素影响的变化曲线是_；乙曲线
26、中纵轴还可以用_来表示。自变量X可以代表_；自变量Y可以代表_。(2)果胶酶的最适用量是上图中的_点对应的量。(3)过程中不用灭菌一般也不会受到杂菌的污染，原因是_。(4)果酒和果醋的制作过程相比，从发酵条件来看，二者不同之处是_。【解析】(1)果胶酶的活性受温度、pH等条件的影响，每一种酶的最适pH和最适温度是一定的。衡量实验结果的指标有两种，一种是果汁的量，另一种是果汁的澄清度。(2)果胶酶的最适用量是过滤得到果汁澄清度最高时对应的最小酶量，B点后酶量增加而澄清度不再增加，因此B点对应的量为最适用量。(3)缺氧条件不利于大多数细菌的生存，同时酒精有杀菌作用。(4)酒精发酵为无氧发酵，醋酸发
27、酵为有氧发酵。答案：(1)甲 过滤得到的果汁体积 温度、pH等 果胶酶的浓度(或用量)(2)B(3)培养液中缺氧环境及酵母菌产生的酒精能抑制绝大多数细菌的生长繁殖(4)酒精发酵需要无氧条件，醋酸发酵需要充足的氧气 2.(2012广东高考改编)食品种类多，酸碱度范围广。某生物兴趣小组拟探究在食品生产中应用范围较广的蛋白酶，查阅相关文献，得知：(1)pH对不同蛋白酶的活力影响有差异。据图可知，_更适宜作为食品添加剂，理由是_。蛋白酶的活力可用_来表示。(2)该蛋白酶的提取工艺流程如下：兴趣小组分别对酶保护剂浓度、提取液pH进行了探究实验。结果显示，酶保护剂浓度在0.020.06 mol/L范围内，
28、酶活力较高；提取液pH在6.08.0范围内，酶活力较高。他们认为，要进一步提高粗酶制剂的酶活力，以达到最佳提取效果，还需对酶保护剂浓度和提取液pH进行优化，并确定以此为探究课题进行探究。请分析回答：本实验的课题是_。本实验的自变量为_，因变量为_。【解题指南】(1)题干关键词：“食品种类多，酸碱度范围广”。(2)图中关键信息：木瓜蛋白酶保持酶活力的pH范围最广。(3)探究目的：对酶保护剂浓度和提取液pH进行优化。【解析】(1)结合图形和文字可知，在题目中已经提供了信息“食品种类多，酸碱度范围广”，所以选择的食品添加剂应该有较广的酸碱适应范围，从图中可以看出木瓜蛋白酶的适应范围最广，所以可以选作食品添加剂。酶的活力一般用酶催化的底物消耗量或者产物的生成量来表示。(2)实验设计时应该明确实验目的，这里的实验目的是探究酶保护剂的最适浓度和提取液的最适pH，所以我们可以将酶保护剂的浓度和提取液的pH作为自变量，因变量为单位时间内底物的消耗量或产物的生成量。答案：(1)木瓜蛋白酶 木瓜蛋白酶的活力基本不受pH的影响 单位时间内底物的消耗量或产物的生成量(2)探究酶保护剂的最适浓度和提取液的最适pH 酶保护剂的浓度和提取液的pH 单位时间内底物的消耗量或产物的生成量