1、六 植物细胞工程的实际应用(30分钟 100分)一、选择题(共4小题,每小题6分,共24分)1.如图所示是人工种子的结构简图,对其叙述不正确的是()A.人工种子的胚乳中含有胚状体发育所需要的营养物质,还可以添加农药和植物激素B.人工种子胚状体还未分化出胚芽、胚轴和胚根等结构C.人工种子可以工业化生产,播种人工种子可节省大量粮食D.人工种子的生产克服了季节的限制【解析】选B。人工种子的胚乳中含有胚状体发育所需要的营养物质,也可添加农药和植物激素以调节植物的生长发育,选项A正确;人工种子的胚状体已经分化出胚芽、胚轴和胚根等结构,选项B错误;人工种子可以工业化生产,播种人工种子可节省大量的粮食,选项
2、C正确;人工种子具有很多优点,如解决有些作物品种繁殖能力差、发芽率低、受季节限制等问题,选项D正确。2.科研人员研究了马铃薯茎尖外植体大小对幼苗的脱毒率的影响,结果如图所示。下列相关叙述错误的是()A.培育脱毒苗所依据的原理有基因突变和细胞的全能性B.培育脱毒苗的过程中涉及脱分化和再分化两个阶段C.实验结果表明茎尖外植体越小脱毒率越高,成苗率越低D.根据本实验结果,培养脱毒苗时茎尖的适宜大小为0.27mm【解析】选A。马铃薯茎尖病毒极少甚至无病毒,因此可利用马铃薯茎尖进行组织培养形成脱毒苗,所依据的原理是细胞的全能性,故A项错误;培育脱毒苗的过程中涉及脱分化和再分化两个阶段,故B项正确;由图可
3、知,茎尖外植体越小,脱毒率越高,成苗率越低,故C项正确;茎尖外植体大小为0.27mm时,脱毒率和成苗率均较高,因此马铃薯脱毒苗培养中茎尖外植体的适宜大小为0.27mm,故D项正确。3.(2021绍兴高二检测)马铃薯四倍体栽培种没有青枯病的抗性基因,少数马铃薯野生种存在青枯病的抗性基因。由于核型等差异,野生种难以与四倍体马铃薯栽培种直接杂交繁育,为获得具有抗青枯病的马铃薯栽培种,研究人员进行了植物体细胞杂交的实验研究(已知杂种细胞会发生部分染色体缺失现象),过程如图所示。下列分析正确的是()A.在低渗溶液中,用酶解法处理 A 和 B 可以获得两种原生质体B.过程体现了生物膜的流动性,用染色体组型
4、分析可筛选出杂种细胞 CC.过程所配制的培养基中添加了等量的生长素类和赤霉素类植物生长调节剂D.过程为脱分化、再分化过程,可采用 DNA 分子杂交技术鉴定植株的抗病性状【解析】选B。酶解法可用于去除细胞壁获得原生质体,但不能在低渗溶液中进行,否则原生质体会吸水涨破,A错误;过程代表原生质体的融合,利用了生物膜的流动性,杂种细胞C中的染色体是A和B细胞染色体之和,所以用染色体组型分析可筛选出杂种细胞C,B正确;过程为脱分化,培养愈伤组织需要在培养基中添加生长素类和细胞分裂素类植物生长调节剂,C错误;过程表示再分化,由于杂种细胞发生部分染色体缺失现象,含抗性基因的染色体可能缺失,所以可采用DNA分
5、子杂交技术鉴定植株是否含有抗性基因,D错误。4.青蒿素是从植物黄花蒿的叶片中所提取的一种代谢产物,而茎及其他部位中的青蒿素含量及其微小,下列关于利用植物组织培养生产青蒿素的叙述中,正确的是()A.在黄花蒿组织培养过程中不需给予光照B.加入大量生长素可提高青蒿素的产量C.可通过大量培养愈伤组织以直接获得青蒿素D.可大规模栽培组织培养苗以获取药用成分【解题关键】解答本题需明确以下两点:(1)诱导形成愈伤组织需避光培养,原因是在有光时往往形成维管组织,而不形成愈伤组织。(2)愈伤组织再分化成胚状体时需要光照,原因是叶绿素的合成需要光照;试管苗需要进行光合作用制造有机物提供营养物质。【解析】选D。植物
6、组织培养包括脱分化和再分化两个过程,其中脱分化过程不需要光照,而再分化过程需要光照,选项A错误;组织培养过程中,生长素对脱分化和再分化过程具有调节作用,但不能直接提高青蒿素的产量,选项B错误;青蒿素是从植物黄花蒿的叶片中所提取的一种代谢产物,而茎及其他部位中的青蒿素含量及其微小,因此通过大量培养愈伤组织不能直接获得青蒿素,选项C错误;可大规模栽培组织培养苗以获取药用成分,选项D正确。二、非选择题(共6小题,共76分)5.(9分)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。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
7、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,植物A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_酶去除两植物的细胞壁,然后诱导其融合形成杂种细胞。(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
8、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,然后诱导其再生出新的细胞壁,形成杂种细胞。(3)根据题意,紫草细胞中有2n条染色体,植物A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(m+n)。杂种细胞发
9、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)细胞分化程度低,容易诱导脱分化 愈伤组织 丛芽(2)纤维素 果胶(3)4(n+m)四 植物细胞具有全能性6.(14分)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
10、植体是植物的茎尖,通过的处理可使细胞彼此分离,过程中可加入()A.蛋白酶 B.淀粉酶C.果胶酶D.胰蛋白酶(4)由人工种子萌发成的植株是否可育?_。【解题关键】解答本题的突破点:(1)种子的结构。(2)人工种子的培育原理、过程。【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套遗传物质,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)人工种子是否可育取决
11、于培育胚状体所用的材料。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)不一定【互动探究】(1)题中如果经过过程得到的细胞的基因型为DdTt,经图示过程得到的人工种子是否可育?为什么?提示:可育。若经过过程得到的细胞的基因型为DdTt,则胚状体的基因型为DdTt,属于二倍体,因此可育。(2)若题图中植物体的基因型为DdTt,利用花药离体培养得到的“花粉胚”长成的植株可育吗?为什么?提示:不可育。若植物体的基因型为DdTt,利用花药离体培养得到的“花粉胚”长成的植株的基因型为DT、Dt、dT、dt,均属于单倍体,因此不可育。7.(14分)玉米是一种主要的农
12、作物,为了提高玉米的产量,科学家做了大量的研究工作。如图是关于玉米培养的过程,请据图回答:(1)如图AC,发育成植株D,取D的花药进行离体培养得到的幼苗属于_,如图EF,经秋水仙素处理后发育成植株G;从生殖方式上分析,AD属于_生殖。(2)AC的过程要严格控制_。(3)FG的过程中用_处理,使细胞染色体数目加倍,用EG途径育种的优点是_。(4)若想培育出一种能抗虫的玉米新品种,可以采用_育种;若想培育出一种地上结玉米,地下结马铃薯的植株,可以利用_技术。【解析】(1)取D的花药进行离体培养成幼苗(如图EF),经秋水仙素处理后发育成植株G,此过程属于单倍体育种,从生殖方式上分析,AD属于无性生殖
13、。(2)在植物组织培养过程中,要严格控制无菌条件。(3)FG的过程中用秋水仙素处理,使细胞染色体数目加倍;用EG途径进行单倍体育种的优点是直接得到稳定遗传的优良品种,自交后代不发生性状分离,极大地缩短了育种年限。(4)若想培育出一种能抗虫的玉米新品种,可以采用基因工程育种;若想培育出一种地上结玉米,地下结马铃薯的植株,可以利用植物体细胞杂交技术。答案:(1)单倍体 无性(2)无菌(3)秋水仙素 直接得到稳定遗传的优良品种,极大地缩短了育种年限(4)基因工程 植物体细胞杂交8.(12分)下图列举了几种植物的育种方式,请据图回答相关问题:(1)甲育种方式称为_。(2)通过丁方式可以获得脱毒苗,培养
14、过程中c常常取用茎尖的原因是_。(3)乙方式处理植物的愈伤组织能获得较好效果,原因是_。【解析】本题主要考查植物体细胞杂交、诱变育种和基因工程育种,其中诱变育种和基因工程育种都属于作物新品种的培育方法。(1)由a、b两种细胞通过一定的技术手段获得c,属于植物体细胞杂交,能克服远缘杂交不亲和的障碍。(2)植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至没有病毒,因此常用茎尖进行组织培养获得脱毒苗。(3)愈伤组织细胞一直处于不断的分生状态,容易受到培养条件和外界压力(如射线、化学物质等)的影响而发生突变。答案:(1)植物体细胞杂交(2)茎尖不带病毒或很少被病毒感染(3)愈伤组织细胞处于不断的分生状态,易受
15、到培养条件和外界压力的影响而发生突变【互动探究】(1)丁过程中需要用到哪些激素?提示:生长素和细胞分裂素。(2)丁过程存在基因重组吗?提示:不存在。基因重组发生在减数分裂过程中,丁过程进行的是有丝分裂。9.(12分)红豆杉因其次生代谢产物紫杉醇的显著治癌效果而备受关注。为了获得紫杉醇,可以先用植物外植体获得愈伤组织,然后在生物反应器中悬浮培养。请回答下列问题:(1)以该植物的幼茎、树皮、针叶作为外植体,在一定条件下进行组织培养,均能获得试管苗,其原理是_。研究发现用幼嫩茎段比成年老枝更易产生愈伤组织,且时间早,诱导率高,原因是幼嫩茎段细胞分化程度较_。(2)可采用_(部位)进行植物组织培养获得
16、脱除病毒的红豆杉。与从红豆杉树皮中直接提取相比,通过茎段组培获得的愈伤细胞悬浮培养生产紫杉醇的优点是_。(3)二倍体愈伤组织细胞经_处理,会产生染色体加倍的细胞。(4)不同有机溶剂及其组合作为浸提溶剂对紫杉醇的得率的影响如图所示。有机溶剂名称注:1-甲醇;2-乙醇;3-丙酮;4-二氯甲烷;5-乙酸乙酯;6-甲醇-乙醇;7-甲醇-丙酮;8-甲醇-二氯甲烷;9-甲醇-乙酸乙酯;10-乙醇-丙酮;11-乙醇-二氯甲烷;12-乙醇-乙酸乙酯;13-丙酮-二氯甲烷;14-丙酮-乙酸乙酯;15-二氧甲烷-乙酸乙酯从溶剂单独和混合提取效果的角度分析,可得出的结论有:单一溶剂作为提取紫杉醇的浸提溶剂时,_的提
17、取效果最佳;溶剂混合浸提时,_作为浸提溶剂提取紫杉醇效果最好。【解析】(1)植物的幼茎、树皮、针叶作为外植体,在一定条件下进行组织培养,均能获得试管苗,其原理是利用了植物细胞的全能性。研究发现用幼嫩茎段比成年老枝更易产生愈伤组织,且时间早,诱导率高,原因是幼嫩茎段细胞分化程度较低,全能性高。(2)由于茎尖含病毒很少或没有,所以可采用茎尖进行植物组织培养获得脱除病毒的红豆杉。与从红豆杉树皮中直接提取相比,通过茎段组培获得的愈伤细胞悬浮培养生产紫杉醇的优点是可以在生物反应器中大量培养植物细胞,并且通过控制条件使培养细胞合成大量的紫杉醇。(3)二倍体愈伤组织细胞经秋水仙素(低温)处理,会产生染色体加
18、倍的细胞。(4)由柱形图分析可知,单一溶剂作为提取紫杉醇的浸提溶剂时,甲醇的提取效果最佳;溶剂混合浸提时,乙醇-二氯甲烷作为浸提溶剂提取紫杉醇效果最好。答案:(1)幼茎、树皮、针叶的细胞都具有全能性,在一定条件下能发育成完整的植株 低(2)茎尖 可以在生物反应器中大规模培养细胞,并且通过控制培养条件使培养细胞合成大量紫杉醇(3)秋水仙素(或低温)(4)甲醇 乙醇二氯甲烷10.(15分)下图为几种育种方法示意图,据图回答:(1)方向所示的途径表示_育种,过程所示的育种方法是_。(2)过程常用的方法是_,过程中采用方法有_(填两项)。(3)过程发生在生物个体发育的_时期。经过的选育,得到具有新基因
19、的种子或幼苗,由此培育出的新品种具有某一优良性状,若要将该性状稳定快速地遗传下去,运用生物技术的解决办法是_。(4)过程所代表的生物技术涉及两项重要步骤是_、_。假设甲种植物是四倍体,乙种植物是二倍体,则人工种子萌发长成的植物是几倍体?_。【解析】(1)据图分析,所示途径为杂交育种,途径为单倍体育种。(2)是花药离体培养过程,阶段是用秋水仙素处理或低温诱导单倍体幼苗,而属于多倍体育种,用秋水仙素处理或低温诱导萌发的种子或二倍体幼苗。(3)阶段属于诱变育种,通常用物理或化学的方法来处理处于分裂间期的细胞,此时DNA复制更容易引起基因突变;通过植物组织培养技术可以将植物细胞的突变基因快速稳定地遗传下去。(4)属于植物体细胞杂交技术流程,需要经过植物细胞的融合、杂种细胞的组织培养等阶段。植物体细胞杂交得到的杂种植株的体细胞的染色体组数(N)=甲种植物染色体组数(n1)+乙种植物染色体组数(n2),则杂种植株属于异源N倍体。答案:(1)杂交 多倍体育种(2)花药离体培养 秋水仙素处理或低温诱导(3)任何 植物组织培养技术(或微型繁殖)(4)植物细胞融合 植物组织培养(异源)六倍体
