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第1節(jié)　植物細(xì)胞工程 課時(shí)過關(guān)能力提升 一、基礎(chǔ)鞏固 1.某同學(xué)在進(jìn)行植物組織培養(yǎng)過程中,發(fā)現(xiàn)愈傷組織只分裂而不分化出芽和根,最可能的原因是(　　) A.未見陽光 B.培養(yǎng)時(shí)間不夠 C.培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過多 D.細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素配比不對(duì) 解析:愈傷組織產(chǎn)生根或芽,取決于培養(yǎng)基中生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的比例。當(dāng)生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的比值高時(shí),有利于根的分化,抑制芽的形成;比例適中時(shí),愈傷組織只生長(zhǎng)不分化;比值低時(shí),有利于芽的分化,抑制根的形成。 答案:D 2.下列有關(guān)小麥種胚的組織培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)的敘述,錯(cuò)誤的是 (　　) A.利用了細(xì)胞全能性的原理 B.在特定的營(yíng)養(yǎng)和激素條件下,小麥的種胚脫分化形成愈傷組織,繼續(xù)培養(yǎng)就會(huì)經(jīng)再分化生成幼苗,進(jìn)而發(fā)育成完整的小麥植株 C.在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)培養(yǎng)基、所用器皿進(jìn)行嚴(yán)格滅菌,對(duì)實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行消毒處理 D.培養(yǎng)成幼苗后,就進(jìn)行煉苗處理,在煉苗過程中在培養(yǎng)瓶中加入少量的水防止生霉 解析:在特定的營(yíng)養(yǎng)和激素條件下,小麥的種胚可以脫分化形成愈傷組織,把愈傷組織轉(zhuǎn)移到再分化培養(yǎng)基上才可以再分化生成幼苗。 答案:B 3.下面關(guān)于植物細(xì)胞工程的敘述,正確的是(　　) ①不同種植物葉肉細(xì)胞融合時(shí),應(yīng)先去掉細(xì)胞膜?、谌~肉細(xì)胞脫分化后,可形成無定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞?、廴~肉細(xì)胞經(jīng)過再分化過程,可形成愈傷組織?、苋~肉細(xì)胞離體培養(yǎng)時(shí),可以表現(xiàn)出細(xì)胞全能性 A.①③　　　　　　　　B.②④ C.①②④ D.①②③④ 解析:①植物細(xì)胞融合時(shí)應(yīng)先去掉細(xì)胞壁;③葉肉細(xì)胞經(jīng)脫分化可形成愈傷組織,故①③錯(cuò)。 答案:B 4.用植物細(xì)胞工程技術(shù)將天竺葵與香茅草進(jìn)行雜交可產(chǎn)生驅(qū)蚊香草,有驅(qū)蚊作用的香茅醛會(huì)隨著天竺葵的蒸騰作用散發(fā)到空氣中,達(dá)到驅(qū)蚊的效果。下面有關(guān)該驅(qū)蚊香草的培育過程的敘述,不正確的是(　　) A.原生質(zhì)體的融合常用聚乙二醇作為誘導(dǎo)劑 B.形成的愈傷組織的代謝類型是自養(yǎng)需氧型 C.雜種細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育成雜種植株,要通過有絲分裂和細(xì)胞的分化 D.該項(xiàng)生物工程技術(shù)可克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙 解析:植物體細(xì)胞雜交過程中,誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合常用的誘導(dǎo)劑是聚乙二醇。雜種細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育成雜種植株,要通過有絲分裂、脫分化和再分化。該技術(shù)為植物體細(xì)胞雜交技術(shù),它克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。雜種細(xì)胞經(jīng)組織培養(yǎng)形成的愈傷組織,自身不含葉綠素,無法進(jìn)行光合作用,其所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來自培養(yǎng)基,代謝類型是異養(yǎng)需氧型。 答案:B 5.將一?；ǚ哿Ｅ囵B(yǎng)成幼苗,將其莖尖用秋水仙素處理,長(zhǎng)大后該植株正常開花結(jié)果,該植株的下列細(xì)胞中,與其他細(xì)胞染色體數(shù)目不相同的是(　　) A.根細(xì)胞 B.葉細(xì)胞 C.莖細(xì)胞 D.子房壁細(xì)胞 解析:莖尖用秋水仙素處理后染色體數(shù)目加倍,由莖尖發(fā)育成的細(xì)胞(葉、莖、子房壁細(xì)胞)染色體數(shù)目都加倍,而根細(xì)胞染色體數(shù)目和原來相同。 答案:A 6.下列關(guān)于脫毒馬鈴薯培育的說法,不正確的是(　　) A.應(yīng)該選用馬鈴薯根部成熟區(qū)的細(xì)胞進(jìn)行組織培養(yǎng) B.應(yīng)該選取馬鈴薯根尖分生區(qū)細(xì)胞或莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng) C.培育脫毒馬鈴薯的過程體現(xiàn)了植物細(xì)胞的全能性 D.脫毒馬鈴薯比未經(jīng)脫毒的馬鈴薯品質(zhì)好、產(chǎn)量高 答案:A 二、能力提升 7.用植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)可以在生物反應(yīng)器中通過培養(yǎng)紫草細(xì)胞生產(chǎn)紫草素,下圖記錄了生物反應(yīng)器中紫草細(xì)胞產(chǎn)量、紫草素產(chǎn)量隨培養(yǎng)時(shí)間的變化。下列說法錯(cuò)誤的是 (　　) A.在生產(chǎn)前,需先加入紫草細(xì)胞作為反應(yīng)器中的“種子”,這些“種子”是紫草葉肉細(xì)胞經(jīng)過脫分化和再分化而獲得的 B.從圖中可以看出反應(yīng)器中紫草細(xì)胞的生長(zhǎng)呈現(xiàn)“S”型增長(zhǎng) C.從圖中可以看出反應(yīng)器中影響紫草素產(chǎn)量的因素是細(xì)胞數(shù)量和細(xì)胞所處的生長(zhǎng)期 D.在培養(yǎng)過程中,要不斷通入無菌空氣并進(jìn)行攪拌的目的是保證氧氣供應(yīng)充足,并使細(xì)胞與培養(yǎng)液充分接觸 解析:在生產(chǎn)紫草素前,需先加入紫草細(xì)胞作為反應(yīng)器中的“種子”,這些“種子”是紫草葉肉細(xì)胞經(jīng)過脫分化形成的愈傷組織。 答案:A 8.下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)的敘述,錯(cuò)誤的是(　　) A.外植體可以來自于植物的任何細(xì)胞 B.培養(yǎng)應(yīng)在無菌條件下進(jìn)行 C.以花粉作為外植體可得到單倍體植株 D.不同階段的培養(yǎng)基中細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素的比例不同 解析:植物組織培養(yǎng)的原理是細(xì)胞的全能性,所以作為植物組織培養(yǎng)的外植體細(xì)胞必須有完整的細(xì)胞核,如成熟的篩管細(xì)胞無細(xì)胞核,不能進(jìn)行組織培養(yǎng)。 答案:A 9.芥酸會(huì)降低菜籽油的品質(zhì)。油菜由兩對(duì)獨(dú)立遺傳的等位基因(H和h,G和g)控制菜籽的芥酸含量,下頁左上圖是獲得低芥酸油菜新品種(HHGG)的技術(shù)路線。已知油菜單個(gè)花藥由花藥壁(2n)及大量花粉(n)等組分組成,這些組分的細(xì)胞都具有全能性。據(jù)圖分析,下列敘述錯(cuò)誤的是(　　) A.①②兩過程均需要植物激素來誘導(dǎo)細(xì)胞脫分化 B.與④過程相比,③過程可能會(huì)產(chǎn)生二倍體再生植株 C.圖中三種途徑中,利用花粉培養(yǎng)篩選低芥酸植株(HHGG)的效率最高 D.F1減數(shù)分裂時(shí),H基因所在染色體會(huì)與G基因所在染色體發(fā)生聯(lián)會(huì) 解析:①②兩過程是脫分化過程,培養(yǎng)基中需要加入生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素來誘導(dǎo)細(xì)胞脫分化,A項(xiàng)正確。①③過程是利用植物花藥離體培養(yǎng)獲得植株的過程,其中花藥壁細(xì)胞屬于正常的二倍體體細(xì)胞,由其獲得的植株為二倍體正常植株,②④過程是利用花粉離體培養(yǎng)獲得植株的過程,花粉細(xì)胞只有一個(gè)染色體組,由其培養(yǎng)獲得的植株為單倍體植株,B項(xiàng)正確。圖中的三種途徑中,利用花粉培養(yǎng)獲得的植株只有四種品種,比例為1∶1∶1∶1,且染色體加倍后得到的植株都是純合子,易篩選出所需品種,C項(xiàng)正確。H、h和G、g是兩對(duì)獨(dú)立遺傳的等位基因,故兩者位于非同源染色體上,在減數(shù)分裂時(shí),H和G基因所在的染色體不會(huì)發(fā)生聯(lián)會(huì),D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案:D 10.葉肉細(xì)胞原生質(zhì)體的分離和培養(yǎng)的主要過程可以用下面的圖解簡(jiǎn)單表示,根據(jù)圖解完成下列問題。 (1)圖解中“酶解”所用的酶應(yīng)該包括　　　　　　　　和　　　　　　。 (2)原生質(zhì)體由　　　　　　、　　　　　　、　　　　　　三部分組成。 (3)在培養(yǎng)基的成分中,除了各種營(yíng)養(yǎng)成分外,還必須含有　　　　　　　、　　　　　　　　　　才能誘導(dǎo)獲得愈傷組織。 (4)獲得原生質(zhì)體后,需要對(duì)其活力進(jìn)行檢查,下列最適合的實(shí)驗(yàn)是　　　　。 A.觀察原生質(zhì)體的結(jié)構(gòu)是否完整 B.觀察細(xì)胞質(zhì)流動(dòng) C.觀察細(xì)胞的有絲分裂 D.觀察葉綠體數(shù)目的多少 (5)一般在培養(yǎng)基上培養(yǎng)24~48 h后,大部分原生質(zhì)體已再生出細(xì)胞壁,可以取樣,利用25%蔗糖溶液以及其他用具,通過　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　實(shí)驗(yàn)來鑒別細(xì)胞是否已經(jīng)再生出細(xì)胞壁。 解析:對(duì)植物細(xì)胞酶解的目的是除去細(xì)胞壁,植物細(xì)胞壁的主要成分是纖維素和果膠,因此酶解所需的酶是纖維素酶和果膠酶。原生質(zhì)體包括細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核三部分。植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基中必須含有合適比例的生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素才能誘導(dǎo)原生質(zhì)體形成愈傷組織?；罴?xì)胞的細(xì)胞質(zhì)具有流動(dòng)性,因此要對(duì)原生質(zhì)體的活力進(jìn)行檢查,檢查細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)最適合。植物細(xì)胞有無細(xì)胞壁再生,可以通過植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。 答案:(1)纖維素酶　果膠酶 (2)細(xì)胞膜　細(xì)胞質(zhì)　細(xì)胞核 (3)生長(zhǎng)素　細(xì)胞分裂素 (4)B (5)植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原 三、綜合應(yīng)用 11.野生馬鈴薯品種的植株具有較強(qiáng)的抗病、抗蟲、抗鹽堿、抗寒能力,但塊莖不能食用?？茖W(xué)家用野生馬鈴薯與馬鈴薯的體細(xì)胞進(jìn)行雜交,培育出了生活能力強(qiáng)的雜交系馬鈴薯。據(jù)圖分析回答下列問題。 (1)②過程需要用聚乙二醇(PEG),其目的是　　　　　　。 (2)請(qǐng)用文字和箭頭表示出④⑤技術(shù)過程的實(shí)驗(yàn)流程:　　　　　　　　　　。由此過程可以看出分化的植物細(xì)胞能形成完整的植株,這是　　　　　　　　　　　　的表現(xiàn)。 (3)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是　。 解析:誘導(dǎo)細(xì)胞融合可用聚乙二醇。④~⑤表示植物組織培養(yǎng)的過程。分化的植物細(xì)胞能形成完整植株,是植物細(xì)胞全能性的表現(xiàn)。植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。 答案:(1)誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合 (2)雜交細(xì)胞愈傷組織胚狀體→幼苗　植物細(xì)胞全能性 (3)克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙 12.為了獲得植物次生代謝產(chǎn)物,可先用植物外植體獲得愈傷組織,然后在液體培養(yǎng)基中懸浮培養(yǎng)。請(qǐng)回答下列問題。 (1)外植體經(jīng)誘導(dǎo)后形成愈傷組織的過程稱為　　　　　　。 (2)在愈傷組織懸浮培養(yǎng)時(shí),細(xì)胞干重、蔗糖濃度和pH的變化如下頁左上圖所示。細(xì)胞干重在12 d后下降的原因有　　　　　　　;培養(yǎng)液中蔗糖的作用是　　　　　　　　、　　　　　　　　。 (3)多倍體愈傷組織細(xì)胞產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物量常高于二倍體。二倍體愈傷組織細(xì)胞經(jīng)　　　　　　　　處理,會(huì)產(chǎn)生染色體加倍的細(xì)胞。為檢測(cè)愈傷組織細(xì)胞染色體數(shù)目,壓片前常用纖維素酶和　　　　酶解離愈傷組織。若愈傷組織細(xì)胞(2n)經(jīng)誘導(dǎo)處理后,觀察到染色體數(shù)為8n的細(xì)胞,合理的解釋是　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　。 (4)為了更好地獲得次生代謝產(chǎn)物,生產(chǎn)中采用植物細(xì)胞的固定化技術(shù),其原理與酵母菌細(xì)胞固定化類似。下列說法正確的有　　　　(填序號(hào))。 ①選取旺盛生長(zhǎng)的愈傷組織細(xì)胞包埋 ②必須在光照條件下培養(yǎng) ③培養(yǎng)過程中需通空氣 ④固定化后植物細(xì)胞生長(zhǎng)會(huì)變慢 解析:(1)由外植體形成愈傷組織的過程,叫做脫分化。 (2)由曲線很容易看出隨著培養(yǎng)的進(jìn)行,蔗糖濃度下降,pH下降,影響了酶的活性,細(xì)胞的代謝速度也隨之降低,所以細(xì)胞干重下降。培養(yǎng)基中蔗糖作為碳源,為細(xì)胞提供能量,另外,蔗糖還能調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的滲透壓。 (3)誘導(dǎo)染色體加倍,常用的方法是用秋水仙素(低溫)處理植物的組織或細(xì)胞,這樣細(xì)胞中染色體數(shù)目就會(huì)加倍。 (4)為更好地獲得次生代謝產(chǎn)物,應(yīng)選取生長(zhǎng)旺盛、代謝快的愈傷組織細(xì)胞進(jìn)行包埋。愈傷組織的培養(yǎng)要嚴(yán)格避光,因?yàn)樵诠庹諚l件下容易分化產(chǎn)生維管等組織,不利于產(chǎn)生大量的愈傷組織。為了保證愈傷組織進(jìn)行有氧呼吸,應(yīng)通氣培養(yǎng)。愈傷組織包埋以后,與外界物質(zhì)交換過程受到影響,所以生長(zhǎng)會(huì)變慢。 答案:(1)脫分化 (2)蔗糖濃度下降,pH降低　作為碳源,提供能量 調(diào)節(jié)滲透壓 (3)秋水仙素(低溫)　果膠　經(jīng)加倍到4n的細(xì)胞處于有絲分裂后期　經(jīng)加倍到8n的細(xì)胞處于有絲分裂中期 (4)①③④