六植物細胞工程的實際應用(30分鐘100分)一、選擇題(共4小題,每小題6分,共24分)1.如圖所示是人工種子的結構簡圖,對其敘述不正確的是 (

)A.人工種子的胚乳中含有胚狀體發育所需要的營養物質,還可以添加農藥和植物激素B.人工種子胚狀體還未分化出胚芽、胚軸和胚根等結構C.人工種子可以工業化生產,播種人工種子可節省大量糧食D.人工種子的生產克服了季節的限制【解析】選B。人工種子的胚乳中含有胚狀體發育所需要的營養物質,也可添加農藥和植物激素以調節植物的生長發育,選項A正確;人工種子的胚狀體已經分化出胚芽、胚軸和胚根等結構,選項B錯誤;人工種子可以工業化生產,播種人工種子可節省大量的糧食,選項C正確;人工種子具有很多優點,如解決有些作物品種繁殖能力差、發芽率低、受季節限制等問題,選項D正確。2.科研人員研究了馬鈴薯莖尖外植體大小對幼苗的脫毒率的影響,結果如圖所示。下列相關敘述錯誤的是 (

)A.培育脫毒苗所依據的原理有基因突變和細胞的全能性B.培育脫毒苗的過程中涉及脫分化和再分化兩個階段C.實驗結果表明莖尖外植體越小脫毒率越高,成苗率越低D.根據本實驗結果,培養脫毒苗時莖尖的適宜大小為0.27mm【解析】選A。馬鈴薯莖尖病毒極少甚至無病毒,因此可利用馬鈴薯莖尖進行組織培養形成脫毒苗,所依據的原理是細胞的全能性,故A項錯誤;培育脫毒苗的過程中涉及脫分化和再分化兩個階段,故B項正確;由圖可知,莖尖外植體越小,脫毒率越高,成苗率越低,故C項正確;莖尖外植體大小為0.27mm時,脫毒率和成苗率均較高,因此馬鈴薯脫毒苗培養中莖尖外植體的適宜大小為0.27mm,故D項正確。3.(2021·紹興高二檢測)馬鈴薯四倍體栽培種沒有青枯病的抗性基因,少數馬鈴薯野生種存在青枯病的抗性基因。由于核型等差異,野生種難以與四倍體馬鈴薯栽培種直接雜交繁育,為獲得具有抗青枯病的馬鈴薯栽培種,研究人員進行了植物體細胞雜交的實驗研究(已知雜種細胞會發生部分染色體缺失現象),過程如圖所示。下列分析正確的是 (

)A.在低滲溶液中,用酶解法處理A和B可以獲得兩種原生質體B.過程①體現了生物膜的流動性,用染色體組型分析可篩選出雜種細胞CC.過程②所配制的培養基中添加了等量的生長素類和赤霉素類植物生長調節劑D.過程③為脫分化、再分化過程,可采用DNA分子雜交技術鑒定植株的抗病性狀【解析】選B。酶解法可用于去除細胞壁獲得原生質體,但不能在低滲溶液中進行,否則原生質體會吸水漲破,A錯誤;過程①代表原生質體的融合,利用了生物膜的流動性,雜種細胞C中的染色體是A和B細胞染色體之和,所以用染色體組型分析可篩選出雜種細胞C,B正確;過程②為脫分化,培養愈傷組織需要在培養基中添加生長素類和細胞分裂素類植物生長調節劑,C錯誤;過程③表示再分化,由于雜種細胞發生部分染色體缺失現象,含抗性基因的染色體可能缺失,所以可采用DNA分子雜交技術鑒定植株是否含有抗性基因,D錯誤。4.青蒿素是從植物黃花蒿的葉片中所提取的一種代謝產物,而莖及其他部位中的青蒿素含量及其微小,下列關于利用植物組織培養生產青蒿素的敘述中,正確的是 (

)A.在黃花蒿組織培養過程中不需給予光照B.加入大量生長素可提高青蒿素的產量C.可通過大量培養愈傷組織以直接獲得青蒿素D.可大規模栽培組織培養苗以獲取藥用成分【解題關鍵】解答本題需明確以下兩點:(1)誘導形成愈傷組織需避光培養,原因是在有光時往往形成維管組織,而不形成愈傷組織。(2)愈傷組織再分化成胚狀體時需要光照,原因是①葉綠素的合成需要光照;②試管苗需要進行光合作用制造有機物提供營養物質。【解析】選D。植物組織培養包括脫分化和再分化兩個過程,其中脫分化過程不需要光照,而再分化過程需要光照,選項A錯誤;組織培養過程中,生長素對脫分化和再分化過程具有調節作用,但不能直接提高青蒿素的產量,選項B錯誤;青蒿素是從植物黃花蒿的葉片中所提取的一種代謝產物,而莖及其他部位中的青蒿素含量及其微小,因此通過大量培養愈傷組織不能直接獲得青蒿素,選項C錯誤;可大規模栽培組織培養苗以獲取藥用成分,選項D正確。二、非選擇題(共6小題,共76分)5.(9分)紫草素是紫草細胞的代謝產物,可作為生產治療燙傷藥物的原料。研究人員通過培養紫草細胞生產紫草素。為了獲取紫草素,某制藥公司利用植物組織培養技術,從培養的愈傷組織中提取這種有效成分。請回答下列問題:(1)培養時,通常選擇新生的芽作為外植體,這是因為_____________________________。將離體的芽培養在人工配制的培養基上,給予適宜的培養條件,誘導其依次產生________________、______________,最終形成完整的植株。

(2)假設紫草與另一種植物A均為二倍體藥用植物(紫草細胞中有2n條染色體,植物A細胞中有2m條染色體)。某藥物研究所擬利用植物體細胞雜交技術培育同時含有兩種有效成分的新型藥用植物。為了得到原生質體需用__________酶和__________酶去除兩植物的細胞壁,然后誘導其融合形成雜種細胞。

(3)融合形成的雜種細胞在有絲分裂后期含有____________條染色體。雜種細胞培育成的新型藥用植物為__________倍體,在這個過程中所利用的生物學原理是____________________。

【解析】(1)植物組織培養技術的原理是植物細胞的全能性,培養時選擇新生的芽作為外植體,是因為新生芽的分化程度低、全能性高,在培養過程中容易誘導其脫分化形成愈傷組織;植物組織培養的過程:將離體的芽培養在人工配制的培養基上,給予適宜的培養條件,誘導其脫分化產生愈傷組織,再分化形成胚狀體或叢芽,最終繼續分裂和分化形成完整個體。(2)在植物體細胞雜交過程中,需要用纖維素酶和果膠酶處理植物的細胞壁,獲得原生質體,然后誘導其再生出新的細胞壁,形成雜種細胞。(3)根據題意,紫草細胞中有2n條染色體,植物A細胞中有2m條染色體,融合后的細胞中具有二者所有的染色體,因此染色體數目為2n+2m,則有絲分裂后期染色體數目加倍為4(m+n)。雜種細胞發育成的藥用植物融合了二者的染色體組,二者為不同的物種,故雜種細胞培育成的新型藥用植物為四倍體,將雜種細胞培養成個體利用了植物細胞的全能性。答案:(1)細胞分化程度低,容易誘導脫分化愈傷組織叢芽(2)纖維素果膠(3)4(n+m)四植物細胞具有全能性

6.(14分)人工種子是人們模仿天然種子的結構制造出來的生命有機體,它能像種子一樣萌發生長,長成植物。人工種子的核心部件是被外層物包埋的具有類似于胚功能的胚狀體。將胚狀體包埋在一個能提供營養的膠質中,便成了所謂的“人工種子”。(1)人工種子依據的原理是_____________________________________________,

培育胚狀體利用了____________________________技術。

(2)包埋胚狀體的膠質可看作自然種子的哪部分結構?____________________。

(3)如果外植體是植物的莖尖,通過①的處理可使細胞彼此分離,①過程中可加入 (

)A.蛋白酶 B.淀粉酶C.果膠酶 D.胰蛋白酶(4)由人工種子萌發成的植株是否可育?________________。

【解題關鍵】解答本題的突破點:(1)種子的結構。(2)人工種子的培育原理、過程。【解析】(1)人工種子能發育成完整植株,說明其細胞內含有個體發育所需要的全套遺傳物質,因此依據的原理是細胞的全能性,人工種子是經過植物組織培養技術得到的。(2)包裹胚狀體的膠質有保護胚狀體的作用,同時又可以為胚狀體提供營養物質,所以可看成種皮及胚乳或子葉。(3)使植物細胞彼此分離可以使用纖維素酶和果膠酶,因為植物細胞壁的主要成分是纖維素和果膠。(4)人工種子是否可育取決于培育胚狀體所用的材料。答案:(1)植物細胞的全能性植物組織培養(2)種皮及提供營養的胚乳或子葉(3)C(4)不一定

【互動探究】(1)題中如果經過①過程得到的細胞的基因型為DdTt,經圖示過程得到的人工種子是否可育?為什么?提示:可育。若經過①過程得到的細胞的基因型為DdTt,則胚狀體的基因型為DdTt,屬于二倍體,因此可育。(2)若題圖中植物體的基因型為DdTt,利用花藥離體培養得到的“花粉胚”長成的植株可育嗎?為什么?提示:不可育。若植物體的基因型為DdTt,利用花藥離體培養得到的“花粉胚”長成的植株的基因型為DT、Dt、dT、dt,均屬于單倍體,因此不可育。7.(14分)玉米是一種主要的農作物,為了提高玉米的產量,科學家做了大量的研究工作。如圖是關于玉米培養的過程,請據圖回答:(1)如圖A→C,發育成植株D,取D的花藥進行離體培養得到的幼苗屬于________,如圖E→F,經秋水仙素處理后發育成植株G;從生殖方式上分析,A→D屬于________生殖。

(2)A→C的過程要嚴格控制________。

(3)F→G的過程中用______________處理,使細胞染色體數目加倍,用E→G途徑育種的優點是______________________________________________________。

(4)若想培育出一種能抗蟲的玉米新品種,可以采用________育種;若想培育出一種地上結玉米,地下結馬鈴薯的植株,可以利用______________技術。

【解析】(1)取D的花藥進行離體培養成幼苗(如圖E→F),經秋水仙素處理后發育成植株G,此過程屬于單倍體育種,從生殖方式上分析,A→D屬于無性生殖。(2)在植物組織培養過程中,要嚴格控制無菌條件。(3)F→G的過程中用秋水仙素處理,使細胞染色體數目加倍;用E→G途徑進行單倍體育種的優點是直接得到穩定遺傳的優良品種,自交后代不發生性狀分離,極大地縮短了育種年限。(4)若想培育出一種能抗蟲的玉米新品種,可以采用基因工程育種;若想培育出一種地上結玉米,地下結馬鈴薯的植株,可以利用植物體細胞雜交技術。答案:(1)單倍體無性(2)無菌(3)秋水仙素直接得到穩定遺傳的優良品種,極大地縮短了育種年限(4)基因工程植物體細胞雜交8.(12分)下圖列舉了幾種植物的育種方式,請據圖回答相關問題:(1)甲育種方式稱為________________。

(2)通過丁方式可以獲得脫毒苗,培養過程中c常常取用莖尖的原因是____________________________________________。

(3)乙方式處理植物的愈傷組織能獲得較好效果,原因是___________________。

【解析】本題主要考查植物體細胞雜交、誘變育種和基因工程育種,其中誘變育種和基因工程育種都屬于作物新品種的培育方法。(1)由a、b兩種細胞通過一定的技術手段獲得c,屬于植物體細胞雜交,能克服遠緣雜交不親和的障礙。(2)植物分生區附近(如莖尖)的病毒極少,甚至沒有病毒,因此常用莖尖進行組織培養獲得脫毒苗。(3)愈傷組織細胞一直處于不斷的分生狀態,容易受到培養條件和外界壓力(如射線、化學物質等)的影響而發生突變。答案:(1)植物體細胞雜交(2)莖尖不帶病毒或很少被病毒感染(3)愈傷組織細胞處于不斷的分生狀態,易受到培養條件和外界壓力的影響而發生突變【互動探究】(1)丁過程中需要用到哪些激素?提示:生長素和細胞分裂素。(2)丁過程存在基因重組嗎?提示:不存在。基因重組發生在減數分裂過程中,丁過程進行的是有絲分裂。9.(12分)紅豆杉因其次生代謝產物紫杉醇的顯著治癌效果而備受關注。為了獲得紫杉醇,可以先用植物外植體獲得愈傷組織,然后在生物反應器中懸浮培養。請回答下列問題:(1)以該植物的幼莖、樹皮、針葉作為外植體,在一定條件下進行組織培養,均能獲得試管苗,其原理是_______________________________________________。

研究發現用幼嫩莖段比成年老枝更易產生愈傷組織,且時間早,誘導率高,原因是幼嫩莖段細胞分化程度較__________________________________________。

(2)可采用____________(部位)進行植物組織培養獲得脫除病毒的紅豆杉。與從紅豆杉樹皮中直接提取相比,通過莖段組培獲得的愈傷細胞懸浮培養生產紫杉醇的優點是___________________________________________。

(3)二倍體愈傷組織細胞經__________________處理,會產生染色體加倍的細胞。

(4)不同有機溶劑及其組合作為浸提溶劑對紫杉醇的得率的影響如圖所示。有機溶劑名稱注: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-乙酸乙酯從溶劑單獨和混合提取效果的角度分析,可得出的結論有:單一溶劑作為提取紫杉醇的浸提溶劑時,____________的提取效果最佳;溶劑混合浸提時,______________作為浸提溶劑提取紫杉醇效果最好。

【解析】(1)植物的幼莖、樹皮、針葉作為外植體,在一定條件下進行組織培養,均能獲得試管苗,其原理是利用了植物細胞的全能性。研究發現用幼嫩莖段比成年老枝更易產生愈傷組織,且時間早,誘導率高,原因是幼嫩莖段細胞分化程度較低,全能性高。(2)由于莖尖含病毒很少或沒有,所以可采用莖尖進行植物組織培養獲得脫除病毒的紅豆杉。與從紅豆杉樹皮中直接提取相比,通過莖段組培獲得的愈傷細胞懸浮培養生產紫杉醇的優點是可以在生物反應器中大量培養植物細胞,并且通過控制條件使培養細胞合成大量的紫杉醇。(3)二倍體愈傷組織細胞經秋水仙素(低溫)處理,會產生染色體加倍的細胞。(4)由柱形圖分析可知,單一溶劑作為提取紫杉醇的浸提溶劑時,甲醇的提取效果最佳;溶劑混合浸提時,乙醇-二氯甲烷作為浸提溶劑提取紫杉醇效果最好。答案:(1)幼莖、樹皮、針葉的細胞都具有全能性,在一定條件下能發育成完整的植株低(2)莖尖可以在生物反應器中大規模培養細胞,并且通過控制培養條件使培養細胞合成大量紫杉醇(3)秋水仙素(或低溫)

(4)甲醇乙醇—二氯甲烷10.(15分)下圖為幾種育種方法示意圖,據圖回答:(1)①④方向所示的途徑表示__________育種,⑦過程所示的育種方法是___________________________