1、二二 植物细胞工程的应用植物细胞工程的应用 必备知识素养奠基 一、植物繁殖的新途径 途径 快速繁殖 作物脱毒 取材 部位 基本无限制 分生区分生区附近 优势 保持优良品种优良品种的遗传特性;高效、 快 速地实现种苗的大量繁殖 提高作物产量和品质 应用 兰花、甘蔗、桉树、铁皮石斛等 马铃薯、草莓、大蒜、甘 蔗、菠萝、香蕉等 马铃薯、草莓和香蕉脱毒苗产量和品质明显提高,为什么小麦和玉米脱 毒苗却基本没有变化? 提示:马铃薯、草莓和香蕉进行无性繁殖,感染的病毒很容易传递给子 代,而小麦和玉米是通过种子繁殖,感染的病毒不容易传递给子代。 二、作物新品种的培育 1.1.单倍体育种单倍体育种: : (1)
2、取材:花药花药( (花粉花粉) )。 (2)过程: 花药单倍体单倍体植株纯合子纯合子植株。 (3)优点: 极大地缩短了育种年限育种年限,节约了大量的人力和物力。 进行体细胞诱变育种和研究遗传突变研究遗传突变的理想材料。 (4)应用: 我国培育出世界上第一个单倍体作物新品种单育单育 1 1 号烟草号烟草。 与常规育种常规育种结合,培育出水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新 品种。 2.2.突变突变体的体的利用利用: : (1)产生:在植物的组织培养过程中,由于培养细胞一直处于不断增殖不断增殖 的状态而易受到培养条件培养条件和外界诱变因素(如射线、化学物质等)的影 响而产生突变。 (2)利用:从
3、产生突变的个体中筛选出对人们有用的突变体突变体,进而培育 成新品种。如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。 三、细胞产物的工厂化生产 1.1.次生代谢物次生代谢物: : (1)定义:不是植物基本生命活动所必需的产物。 (2)种类:小分子小分子有机化合物,如酚类、萜类和含氮化合物等。 (3)作用:在植物抗病、抗虫等方面发挥重要作用,还是药物、香料和色 素等的重要来源。 2.2.方法方法: :对单个植物单个植物细胞或细细胞或细胞团胞团进行培养使其增殖。 3.3.优势优势: :不占用耕地,几乎不受季节、天气等的限制,对于社会、经济、 环境保护具有重要意义。 4.4.应用应用: :紫杉醇、紫草宁、人参皂
4、苷等。 关键能力素养形成 知识点一 常见四种育种方法的比较 列表比较列表比较: : 育种方法 原理 过程 优点 快速繁殖 细胞的全能性 脱分化、再分化 保持优良品种的 遗传特性 突变体 的利用 基因突变、细胞的 全能性 诱变处理后组织 培养 提高突变率,获得 优良性状 单倍体 育种 细胞的全能性、染 色体变异 花药离体培养、秋 水仙素诱导染色 体数目加倍 明显缩短育种年 限 植物体 细胞 杂交 细胞膜的流动性、 细胞的全能性 原生质体融合、杂 种细胞组织培养 打破生殖隔离,实 现远缘杂交 【特别提醒】单倍体育种与多倍体育种的异同 (1)相同点:单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素诱导染色体数
5、 目加倍。 (2)不同点:单倍体育种需要植物组织培养先形成单倍体幼苗,但多倍 体育种一般不使用植物组织培养技术。 如图是利用某植物(基因型为 AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示 意图,据图判断错误的是 ( ) 花粉植株 A植株 B A.过程通常使用的试剂是秋水仙素,作用时期为有丝分裂前期 B.通过过程得到的植株既有纯合子又有杂合子 C.过程属于植物的组织培养,在此过程中必须使用一定量的植物激 素 D.与杂交育种相比,该育种方法的优点是能明显缩短育种年限 【解题导引】解答本题思维流程如下: 【解析】选 B。该过程是单倍体育种过程,所以过程是花药离体培养, 获得的是单倍体,基因型为 AB、Ab
6、、aB、ab 4 种,经染色体加倍后的植 株 B 都为纯合子;过程使用秋水仙素使染色体数目加倍,作用机理是 抑制有丝分裂前期纺锤体的形成,到后期染色单体分开后不能向细胞 两极移动;过程属于植物组织培养,需要生长素和细胞分裂素的诱 导。 【素养探究母题追问】 (1)(1)科学思维科学思维演绎与推理演绎与推理 上题中的过程包括哪两个阶段?这两个阶段所需条件有何不同? 提示:脱分化和再分化,脱分化需避光培养,再分化需要光照条件,且二 者植物激素的配比不同。 (2)(2)科学思维科学思维批判性思维批判性思维 某同学认为单倍体幼苗经过秋水仙素处理后得到的都是纯合子,你认 为对吗?说出你的理由。 提示:不
7、一定。对二倍体植物形成的单倍体来说,这句话是对的。对多 倍体来说,这句话不对。例如,四倍体植物(AAaa)形成的单倍体幼苗(基 因型有 AA、Aa、aa 3 种),经秋水仙素诱导后形成的仍然是四倍体,基 因型分别为 AAAA、AAaa、aaaa,其中 AAaa 是杂合子。 【素养迁移】 现代生物技术可以利用植物体的任何一个活体部分,包括茎尖、叶片 和花药等,在一定的条件下使它发育成完整的植株。这种技术可以在较 短时间内大量繁殖、培育新品种及防止病毒的危害等。下列关于该生 物技术的叙述,正确的是 ( ) 常用茎尖或花药培养获得脱毒苗 其应用之一是快速繁殖 这种技术属于细胞工程 该技术一定要用到纤
8、维素酶和果胶酶 A. B. C. D. 【解析】 选 B。 该技术为植物组织培养技术。 常用茎尖培养获得脱毒苗, 而花药离体培养获得的是单倍体,往往是高度不育的,错误;植物组 织培养技术的应用之一是快速繁殖,正确;植物组织培养技术属于植 物细胞工程,正确;在植物体细胞杂交技术中用到了纤维素酶和果胶 酶去除细胞壁,而题中所述技术中不涉及,错误。 【补偿训练】 马铃薯利用块茎进行无性生殖,种植的世代多了以后往往因感染 病毒而减产,为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒 幼苗的最佳办法是 ( ) A.选择优良品种进行杂交 B.进行远缘植物体细胞杂交 C.利用茎尖进行组织培养 D.人工诱导
9、基因突变 【解析】选 C。马铃薯种植世代多了以后往往因感染病毒而减产,不是 遗传物质发生变化造成的,因此不需要考虑根据遗传变异的原理进行 育种。其茎尖几乎不含病毒,可以通过组织培养获得脱毒苗。 知识点二 细胞产物的工厂化生产 区别植物组织培养和植物细胞培养区别植物组织培养和植物细胞培养: : 项目 植物组织培养 植物细胞培养 目的 获得植物体 获得细胞产物 原理 植物细胞的全能性 细胞增殖 过程 应用 快速繁殖、作物脱毒、单 倍体育种等 细胞产物的工厂化生产,如紫草 宁、人参皂苷、紫杉醇等 【特别提醒】 (1)细胞产物一般是细胞的次生代谢物,不一定是蛋白质。 (2)细胞培养一般是使细胞增殖,也
10、可能会利用组织培养技术,先脱分 化然后再分化获得所需的特定细胞后再进行培养。 如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径,下列叙述正确的 是 ( ) 紫杉外植体愈伤组织单个细胞高产细胞群细胞分泌物 紫杉醇 A.该途径体现了植物细胞的全能性 B.过程需控制好培养基中植物激素的比例 C.经过程细胞的形态和结构未发生变化 D.过程需使用固体培养基,有利于细胞增殖 【解题导引】解答本题思维流程如下: 【解析】选 B。细胞全能性以细胞发育成个体为标志,而图中并没有形 成完整植物体,A 项错误;过程是脱分化,而决定植物脱分化和再分化 的关键因素是培养基中植物激素的种类和比例,因此该过程需控制好 培养基中植
11、物激素的比例,经该过程细胞的形态和结构发生了变化,成 为高度液泡化的薄壁细胞,B 项正确、C 项错误;过程需使用液体培养 基,有利于细胞增殖,D 项错误。 【素养探究母题追问】 (1)(1)科学思维科学思维演绎与推理演绎与推理 通过该过程获得的高产细胞群与紫杉外植体中细胞的遗传物质是否相 同?说明你的理由。 提示:相同;细胞工程技术中的脱分化、再分化和细胞增殖等过程中遗 传物质不变。 (2)(2)社会责任社会责任解决生产生活中的实际问题解决生产生活中的实际问题 假如通过该过程没有获得高产细胞群,如果你是研究人员,你应该怎么 办? 提示:可以诱变处理愈伤组织,从突变体中筛选出高产紫杉醇细胞进行
12、培养。 【素养迁移】 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_。 (2)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)。 (3)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
13、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。 (2)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。 (3)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(或高 Ca 2+-高 pH)诱导融合 形成杂种细胞。植物体细胞杂
14、交技术的优点是克服了远缘杂交不亲和 的障碍。 答案:(1)病毒极少,甚至无病毒 (2)液泡 (3)植物体细胞杂交 纤 维素酶和果胶酶 聚乙二醇(或高Ca 2+-高pH) 克服了远缘杂交不亲和 的障碍 【补偿训练】 下列关于细胞产物的工厂化生产的叙述中,错误的是 ( ) A.细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一 B.培养过程中需要脱分化形成愈伤组织,然后悬浮培养愈伤组织细胞 C.利用植物组织培养技术工厂化生产的细胞产物一定是药物 D.培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分 【解析】选 C。利用植物组织培养技术工厂化生产的细胞产物包括蛋白 质、脂肪、糖类、香料、生物碱、药物等。 【课堂
15、回眸】 课堂检测素养达标 【概念诊断】 1.植物细胞工程在农业、医药工业等方面有着广泛的应用,并且取得了 显著的社会效益和经济效益,下列有关植物细胞工程的应用描述合理 的是_。 快速繁殖只能保持亲本的优良性状 作物脱毒所选的组织可以来自植物的任何部位 突变体的利用通常对愈伤组织进行诱变处理 单倍体育种过程中花药离体培养获得单倍体植株需要用到植物组织 培养 细胞产物的工厂化生产是利用细胞培养技术获取大量植物细胞并提 取细胞产物的技术 【解析】选。快速繁殖属于无性繁殖,可以保持亲本所有的遗传 性状,错误;作物脱毒所选的组织为分生组织,错误;愈伤组织分裂 旺盛,易发生基因突变,因此通常对愈伤组织进行
16、诱变处理,正确;花 药离体培养是用花粉培育出单倍体植株,需要组织培养,正确;细胞 产物的工厂化生产是利用细胞培养技术获取大量植物细胞并提取细胞 产物的技术,正确。 2.制造人工种子的原理是在植物组织培养得到的“胚状体”的最外面 用一层有机膜包裹,并在薄膜内放入一些营养物质,如图所示。据此判 断下列说法错误的是 ( ) A.“胚状体”最外面的一层有机膜和里面营养物质分别具有种皮和胚 乳的功能 B.“胚状体”来源于离体的植物体细胞,其形成过程中要经过的生理变 化大体上是脱分化和再分化 C.从保证人工种子正常的生命力及生态系统物质循环上来看,其外部 薄膜应具有全透性和能被微生物降解的特点 D.在人工
17、种子萌发的过程中,“胚状体”细胞吸收营养液中的物质用于 生长 【解析】选 C。“胚状体”最外面的一层有机膜和里面营养物质分别具 有种皮和胚乳的功能,这是为了模仿真实的种子,从而达到可正常发育 的目的,A 正确;“胚状体”是通过植物组织培养获得的,来源是离体的 植物细胞或组织,形成过程中要先经历脱分化形成愈伤组织,然后通过 再分化形成胚状体,B 正确;人工种子的外部薄膜一方面用于保护内部 组织,另一方面需要保证种子正常的生命活动,因此应具有选择透过性, 可透气透水等,但不能使薄膜内的营养物质出来,且不易被微生物降 解,C 错误;在人工种子萌发的过程中,需要提供营养液等适宜条件,这 样可以使胚状体
18、中的细胞吸收所需的营养物质用于生长,D 正确。 3.在植物组织培养过程中,容易获得突变体的主要原因是 ( ) A.培养基营养丰富,易于植物生长 B.培养的细胞一直处于不断增殖状态 C.纺锤丝的形成容易受抑制 D.DNA 复制容易受抑制 【解析】选 B。培养基只是为培养物的生长提供了所需的营养物质(水、 无机盐、蔗糖、氨基酸和有机酸等)、激素(如细胞分裂素、生长素)等, 不符合题意,A 错误;在植物组织培养的过程中,由于培养细胞一直处于 不断增殖状态,因此容易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变, 进而获得突变体,B 正确;培养细胞在不断分裂过程中,由于人为地调控 培养条件,因此纺锤丝的形成和
19、 DNA 复制不容易受抑制,C、D 错误。 4.某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得成熟种子。为尽快推广 种植,可应用多种技术获得大量优质苗,下列技术中不能选用的是 ( ) A.利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗 B.采用花粉粒组织培养获得单倍体幼苗 C.采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上 D.可以采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织培养 【解析】选 B。利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗属于无性生殖,能 保持亲本的优良性状,A 不符合题意;花粉粒通过减数分裂产生,只含有 该品种一半的染色体,后代性状可能会明显改变,而且单倍体植株矮小, 观赏价值差,不能用于培育优质苗,B 符合题意;幼芽嫁接属于
20、无性生殖, 能保持亲本的优良性状,C 不符合题意;选择幼叶、 茎尖进行植物组织培 养属于无性生殖,能保持亲本的优良性状,D 不符合题意。 5.作物育种是生物技术的一项重要内容,其方法手段也日益先进和多 样化。现有一基因型为 AaBB 的生物,现在要将它转变成基因型为 AABB,aB,AAaaBBBB 的生物,可以采取的相关技术及排列正确的 一组是 ( ) A.诱变育种、花药离体培养、植物体细胞杂交 B.杂交育种、花药离体培养、多倍体育种 C.诱变育种、多倍体育种、花药离体培养 D.花药离体培养、多倍体育种、诱变育种 【解析】选 B。将生物的基因型由 AaBB 转变为 AABB,采用的技术通 常
21、是杂交育种或诱变育种;将生物的基因型由 AaBB 转变为 aB,采用 的技术是花药离体培养;将生物的基因型由 AaBB 转变为 AAaaBBBB, 采用的技术是多倍体育种。 【思维跃迁】 6.随着科学发展,现代生物技术已经广泛应用于社会生产的各个方面。 请回答下列相关问题: (1)植物组织培养技术就是在_条件下,将离体植物 器官、组织、细胞,培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件, 诱导其产生愈伤组织、丛芽,最终形成完整植株的技术。 (2)一般无性生殖的植物感染病毒很容易传播给后代。病毒在植物体内 逐年积累,就会导致作物产量降低,品质变差。若想获得脱毒苗,可以切 取植物_附近病毒极少甚至
22、无病毒的组织细胞进行培养。 脱毒草莓与四倍体草莓形态都比较大,在细胞水平上可通过观察 _加以区别。 (3)在植物组织培养过程中,由于培养细胞一直处于不断_ 的状态,容易受到培养条件和外界压力的影响而产生_。从 这些个体中可以筛选出对人有用的个体。 (4)在植物育种方面一定用到植物组织培养技术的有 _(至少答两种)。 (5)正常情况下白菜与甘蓝不能通过有性杂交产生后代,但通过体细胞 融合可以打破生殖隔离获得 “白菜甘蓝” 杂种植株,若 “白菜甘蓝” 杂种植株与白菜杂交无后代,与甘蓝杂交有后代。能否确定“白菜甘 蓝”杂种植株与甘蓝不存在生殖隔离?_,为什 么?_。 【解析】(1)植物组织培养是利用
23、无性生殖原理,将离体的植物器官、 组织或细胞等在无菌和人工控制的条件下,放在人工配制的培养基上 培养,短期内就能诱导出完整植株的技术。 (2)脱毒植物苗的取材一般是分生区部位,如幼嫩的芽或茎,主要是这 些部位病毒极少甚至无病毒。脱毒草莓是通过植物组织培养技术获得 的,为二倍体,四倍体草莓通过染色体变异获得,因此在细胞水平上可 通过观察染色体数目加以区别。 (3)在植物的组织培养过程中,由于培养细胞一直处于不断增殖的状态, 容易受到培养条件和外界压力的影响,在 DNA 复制的过程中发生突变, 易获得突变体。 (4)在植物育种方面一定用到植物组织培养技术的有基因工程育种、单 倍体育种、体细胞杂交育
24、种等。 (5)“白菜甘蓝”杂种植株与甘蓝杂交有后代,但是无法确定二者是 否存在生殖隔离,因为不能确定其后代是否可育。 答案:(1)无菌和人工控制 (2)分生区 染色体数目 (3)增殖 突变 (4)基因工程育种、 单倍体育种、 体细胞杂交育种 (5) 不能 尽管有后代,但不能确定后代是否可育 【拓展探究】 7.紫草是一种重要的药用植物,其根部富含红色的萘醌类次生代谢物 紫草宁及其衍生物。它们具有抗菌、消炎、活血和诱导癌细胞凋 亡等功效,同时也是一种天然染料。利用细胞产物的工厂化生产紫草宁 已成为解决产量问题的重要手段。请回答下列问题: (1)选用新生营养芽为外植体的原因是 _, _ _, 外植体
25、经诱导后形成愈伤组织的过程称为_。 (2)培养过程需要加入一定的植物激素,常用的植物激素有_ _。 (3)为了更好地获得紫草宁及其衍生物,生产中一般采用细胞产物工厂 化生产,进行紫草细胞大规模培养。下列说法正确的有 _(多选)。 A.选取生长旺盛的愈伤组织细胞 B.必须在光照条件下培养 C.培养过程中需通空气 D.培养过程中不会发生基因重组 【解析】(1)用于植物组织培养的材料一般要求分化程度低,无病毒感 染,容易诱导形成愈伤组织。外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为 脱分化。 (2)培养过程加入的植物激素一般是细胞分裂素和生长素。 (3) 生产中采用细胞产物工厂化生产,应选择生长旺盛的愈伤组
26、织细胞,A 正确;脱分化过程中不需要光照,B 错误;植物为需氧型生物,培养过程 中需通空气,保证其有氧呼吸,缺氧会导致其无氧呼吸产生酒精,对其 有毒害作用,C 正确;基因重组发生在减数分裂产生配子的过程中,细胞 培养过程中进行有丝分裂,不会发生基因重组,D 正确。 答案:(1)细胞分化程度低,容易诱导形成愈伤组织 脱分化 (2)细胞 分裂素和生长素 (3)A、C、D 六六 植物细胞工程的应用植物细胞工程的应用 (20(20 分钟分钟7070 分分) ) 一、选择题(共 7 小题,每小题 5 分,共 35 分) 1.人们利用植物的快速繁殖技术来进行工厂化生产,这是利用了该项 技术的哪一特点( )
27、 A.操作简单 B.使优良性状组合在一起 C.培育新的性状 D.高效性和保持种苗的优良遗传特性 【解析】选 D。植物组织培养操作烦琐,选项 A 错误;植物组织培养为无 性繁殖,能保持亲本的优良特性,但不能使优良性状组合在一起,也不 能培育新的性状,选项 B、C 错误;植物的快速繁殖技术既能实现高效、 快速繁殖,又能够保持植物优良品种的遗传特性,选项 D 正确。 2.为给工厂化繁殖脱毒甘薯苗提供技术支持,科研人员利用植物组织 培养技术研究甘薯茎尖(外植体)大小对诱导分化苗和脱毒苗的影响, 结果如表所示,下列相关叙述错误的是 ( ) 茎尖大小 外植体数/个 分化苗数/苗 脱毒苗数/苗 小于 0.3
28、 mm 20 1 1 0.30.5 mm 20 10 7 大于 0.5 mm 20 13 4 A.不同培养阶段培养基中激素种类和比例应适时调整 B.脱分化过程中应给予充足光照使其进行光合作用 C.本实验的自变量为茎尖的大小 D.0.30.5 mm 大小的茎尖有利于脱毒甘薯苗的培养 【解析】选 B。不同培养阶段培养基中激素种类和比例应适时调整,如 生长素与细胞分裂素的比例升高,利于根的分化;比例下降,利于芽的 分化,A正确;脱分化过程中不需要光照,B错误;实验中茎尖的大小为自 变量,脱毒苗的数量为因变量,C 正确;由图可知,0.30.5 mm 大小的 茎尖,脱毒苗的数目最多,故有利于脱毒甘薯苗的
29、培养,D 正确。 3.如图是对基因型为 Aabb 的玉米所作的处理,据图分析下列叙述错误 的是 ( ) A.过程 a 所采取的技术手段是花药离体培养 B.过程 b 用秋水仙素处理后可以得到 4 种基因型的玉米植株 C.c 和 d 分别是脱分化和再分化过程 D.图中过程 a 或过程 c、d 能够说明植物细胞具有全能性 【解析】选 B。过程 a 由花粉粒变为单倍体植株,一定要经过花药离体 培养,A正确;基因型为Aabb的玉米能产生2种基因型的花粉:Ab和ab, 经花药离体培养后可得到2种单倍体幼苗,幼苗再经秋水仙素处理后得 到 AAbb 和 aabb 2 种基因型的可育玉米,B 错误;c 是脱分化
30、,d 是再分 化,C 正确;过程 a 和 c、 d 是植物细胞培育成了植物个体,所以能够说明 植物细胞具有全能性, D 正确。 4.玉米是一种主要的农作物,为了提高玉米的产量,科学家在玉米育种 和栽培中作了大量的研究。如图是关于玉米培养的过程,据图判断下列 说法错误的是 ( ) A.从繁殖原理上分析,AD 属于无性生殖 B.植株 D 和 G 中的染色体组数不同 C.EG 不能体现细胞的全能性 D.EF 过程中获得的植株一般不直接用于大田生产 【解析】选 C。AD 是植物组织培养过程,从繁殖原理上分析,属于无 性生殖,A正确;植株D是二倍体植株,植株G是单倍体植株,体内的染色 体组数不同,B正确
31、;EG表示花药离体培养形成单倍体幼苗的过程,该 过程体现了植物细胞的全能性,C 错误;EF 过程中获得的植株是单倍 体植株,高度不育,一般没有直接的使用价值,D 正确。 5.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极其微小,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
32、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极其微小,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。 6.研究人员在柑橘中发现一棵具有
33、明显早熟特性的变异株, 决定以 此为基础培育早熟柑橘新品种。下列叙述错误的是 ( ) A.要判断该变异株的育种价值,首先要确定它的遗传物质是否发生了 变化 B.若该变异株是个别基因的突变体,可采用连续自交的方法,使早熟基 因逐渐纯化,培育出新品种 C.若欲加快育种进程,可采集变异株的花药进行离体培养,即可获得高 度纯合的新品种 D.若该变异株是染色体数目变异株,减数分裂时同源染色体可能配对 紊乱,可采用植物组织培养方法获得新品种 【解析】选 C。要判断该变异株的育种价值,首先要确定它的遗传物质 是否发生了变化,若其遗传物质改变,说明其为可遗传变异,A 正确;若 该变异株是个别基因的突变体,可通
34、过连续自交,提高纯合子的比例, 培育新品种,B 正确;花药离体培养的植株为单倍体,高度不育,C 错误; 若该变异株是染色体数目变异株,减数分裂时同源染色体可能配对紊 乱,不能通过有性生殖进行繁殖,可采用无性生殖,如植物组织培养方 法获得新品种,D 正确。 【补偿训练】 下列关于植物细胞工程实际应用的叙述,不正确的是 ( ) A.快速繁殖技术的原理是植物细胞的全能性 B.利用茎尖组织培育的幼苗一定全是脱毒幼苗 C.利用人工种子繁殖优良品种不会出现性状分离 D.未脱毒马铃薯的产量往往比脱毒马铃薯的产量低 【解析】选 B。植物快速繁殖技术就是利用植物组织培养技术,所以其 原理是细胞的全能性,A 正确
35、;利用茎尖组织培育的幼苗不一定全是脱 毒幼苗,B 错误;人工种子是利用植物组织培养得到的,一般利用植物的 体细胞进行植物组织培养得到人工种子,则该人工种子繁殖属于无性 生殖,所以不会出现性状分离,C 正确;未脱毒马铃薯的产量比脱毒马铃 薯的产量低,D 正确。 7.下列有关植物细胞工程应用的叙述,不正确的是 ( ) A.利用组织培养技术培育脱毒苗,获得具有抗病毒的新品种 B.利用组织培养技术获得人工种子,能保持亲本的优良性状 C.利用细胞培养技术获得紫草宁,实现了细胞产物的工厂化生产 D.利用植物体细胞杂交技术获得“萝卜-甘蓝”植株,克服了不同生物 远缘杂交不亲和的障碍 【解析】选 A。利用组织
36、培养技术培育脱毒苗,可以获得不带有病毒的 植株,但品种未发生改变,也没有转入抗病毒基因,因而不具有抗病毒 能力,选项 A 错误;利用植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和 腋芽等为材料,经过人工薄膜包装得到的种子即为人工种子,人工种子 可以保持亲本的优良特性,克服种子生产的季节、气候和地域限制,选 项 B 正确;组织培养技术除了在农业上的应用外,还广泛应用于另一个 重要的领域,即细胞产物的工厂化生产,目前三七、紫草和银杏的细胞 产物已经实现了工厂化生产,选项 C 正确;利用植物体细胞杂交技术获 得“萝卜-甘蓝”植株,是将两种植物的体细胞在一定条件下融合成杂 种细胞,并培育成新的植物体,该项研
37、究克服了不同生物远缘杂交不亲 和的障碍,取得了重大突破,选项 D 正确。 二、非选择题(共 2 小题,共 35 分) 8.(15 分)应用植物组织培养技术,不仅可以实现种苗的快速繁殖、 培育 无病毒植株,也可以加快作物及苗木育种。下面是培育橘耐盐植株的实 验流程: 回答下列问题: (1)愈伤组织是由离体的茎段经_过程形成的,此时愈伤 组织细胞_(填“具有”或“不具有”)细胞的全能性,愈伤 组织经过_过程形成耐盐植株。在植物组织培养的培 养基中除无机营养成分、有机营养成分、琼脂外,还需要添加 _。 (2)对愈伤组织进行了两次处理,处理 1 中 射线照射的目的是 _,用射线不直接处理茎段而是处理愈
38、伤组织,原因是 _ _;处 理 2 中添加的物质 X 为_。 (3)植物组织培养技术也被广泛应用于其他作物的育种中。在培育白菜 甘蓝、三倍体无子西瓜中,用到植物组织培养技术的是 _ _。 【解析】(1)愈伤组织是离体的茎段脱分化形成的,每个细胞都脱离了 原来的分化状态,都具有全能性,愈伤组织经过再分化过程才能形成植 株,在植物组织培养过程中,除了加入营养之外,还要加入植物激素,因 为植物激素在脱分化和再分化过程中起重要作用。 (2)对愈伤组织进行了两次处理,处理 1 中使用射线照射的目的是使 愈伤组织发生突变,射线不直接处理茎段而是处理愈伤组织的原因 是愈伤组织细胞处于不断地分裂状态,易受到培
39、养条件和外界的影响 而产生突变。处理 2 的目的是筛选出耐盐特性的愈伤组织,因此需加入 氧化钠。 (3)白菜甘蓝形成的过程中,先要形成杂种细胞,再由杂种细胞形成 杂种植株,所以会用到植物组织培养技术,三倍体无子西瓜需要进行秋 水仙素处理和杂交,不需要植物组织培养技术。 答案:(1)脱分化 具有 再分化 植物激素 (2)诱导基因突变 愈 伤组织细胞处于不断地分裂状态,易受到培养条件和外界的影响而产 生突变 氯化钠 (3)培育白菜-甘蓝 9.(20 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
40、 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
41、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(或快速繁殖) (4)植物细胞融合 植物组织培养 (异源)六倍体 (10 分钟30 分) 1.(8 分)( (不定项不定项) )花粉植株是遗传研究和突变育种的理
42、想材料。 下面是 培育四季柑橘(2N=18)花粉植株的过程示意图,有关叙述不正确的是 ( ) 取花蕾并消毒取花粉粒,接种到培养基 A愈伤组织接到培养基 B 丛芽转接到培养基 C单倍体植株 A.过程均存在细胞分裂和细胞分化 B.由图可推测培养基 B 中的细胞分裂素的比例高于生长素的比例 C.图中获得的花粉植株高度不育,表明花粉细胞不具有全能性 D.处于分裂中期的四季柑橘单倍体植株根尖细胞有 18 条染色体 【解析】选 A、C、D。在脱分化过程中不存在细胞分化,A 错误; 过 程是细胞再分化,诱导丛芽产生时应适当提高细胞分裂素的比例,B 正确;花粉细胞培育成单倍体植株,培育的原理是花粉粒细胞具有全
43、能 性,其技术是植物组织培养,C 错误;观察处于分裂中期的四季柑橘花粉 植株根尖细胞,其染色体数和中期体细胞相同为 9 条,D 错误。 【实验探究】 2.(22 分)紫杉醇是红豆杉细胞中产生的一种高效抗癌物质,在植物体 中含量极低。为取代从天然植株中提取紫杉醇的方式,可通过植物组织 培养和细胞培养技术来获取,其过程为获取红豆杉外植体消毒诱 导愈伤组织细胞培养提取紫杉醇。回答下列问题: (1)获取的外植体首先要通过_过程培养出愈伤组织。如表 为四种不同外植体在相同培养条件下诱导愈伤组织的实验结果,由表 中结果可知诱导愈伤组织较适宜的两种外植体分别是 _ _ _ _。 外植体 愈伤组织体积 诱导率
44、/% 不带叶茎段 很大 99.5 带叶茎段 很小 90 叶片 很小 20 成熟胚 较大 80 注:诱导率(%)=(形成的愈伤组织数量/接种的外植体数量)100% (2)将愈伤组织接种到适宜培养液中进行细胞培养,细胞培养的过程 _(填 “体现” 或 “未体现” )细胞的全能性,理由是_ _。据下图分析 2,4-D 对细胞生长和 紫杉醇合成的作用分别是 _, 为获得最大紫杉醇总产量,最适合的 2,4-D 浓度应为 _( 填“0.5”“1.0”或“2.0”)mg/L。 (3)与从天然植株中提取相比,利用上述技术生产紫杉醇的重要意义是 _(答出两点)。 【解析】(1)外植体脱分化可培育出愈伤组织。由表
45、中结果可知诱导愈 伤组织较适宜的两种外植体应该是体积较大,且诱导率较高的,分别是 不带叶茎段和成熟胚。 (2)将愈伤组织接种到适宜培养液中进行细胞培养,细胞培养的过程最 终培养出的是细胞,而不是完整的生物个体,因此,未体现细胞的全能 性。据图分析可知,2,4-D 促进细胞生长,抑制紫杉醇的合成,为获得最 大紫杉醇总产量,最适合的 2,4-D 浓度应为 1.0 mg/L,若 2,4-D 浓度为 0.5 mg/L,则细胞生长速率太慢,若 2,4-D 浓度为 2.0 mg/L,则紫杉醇 含量太低。 (3)若从天然植株中提取紫杉醇,会破坏红豆杉树木,若用植物组织培 养技术,在短时间内就能培育大量的愈伤
46、组织,经过细胞培养,可以获 取大量的紫杉醇,利用上述技术生产紫杉醇的重要意义是提高了紫 杉醇的产量;保护了红豆杉资源。 答案:(1)脱分化 不带叶茎段、成熟胚 (2)未体现 此过程中细胞没 有再分化,没有发育成完整植株 促进细胞生长,抑制紫杉醇合成 1.0 (3)提高了紫杉醇的产量,保护了红豆杉资源 【补偿训练】 紫杉醇是从红豆杉树皮中提取的高效抗癌物质,细胞培养生产紫 杉醇是扩大紫杉醇来源的重要途径。如图为三种红豆杉细胞培养过程 中细胞数量与紫杉醇产量的数据图。 (1)以南方红豆杉叶为原料获得生产紫杉醇的愈伤组织需要通过细胞 的_,愈伤组织细胞具有较强的_能力。 这一技术的成功实现了组织培养技术在一个重要领域的应用,即 _。 (2)对比分析两个曲线图可知:培养后期紫杉醇产量出现下降的原因可 能是 _ _; 在培养过程中,要不断通入无菌空气并进行搅拌,其目的 是 _ (答三点);与传统方法获得紫杉醇相比,利用植物组织培养技术生产紫 杉醇,具有_等优点。(答两点即可) (3)植物激素在组织培养中具有极其重要的作用,其中赤
