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第2章 细胞工程
探究一 植物组织培养技术
素养点拨
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植物细胞A、B
原理：植物细胞的全能性
纤维素酶、果胶酶处理，去除细胞壁
外植体脱分华愈伤组织
植物
原生质体A、B
物理法：电融合法、离心法等
再分化
流程
植物细胞工程
织培养技术
诱导融合
的基本技术
植物体细胞杂交技术
化学法：PEG融合法、高Ca2+一高pH融合法等
新植物体←一根、芽
融合的原生质体
菊花的组织培养
再生出细胞壁
脱分化
再分化
杂种细胞
愈伤组织
杂种植株第1节 植物细胞工程
第1课时 植物细胞工程的基本技术
[基础检查]
1.下列不能说明植物细胞具有全能性的是 ( )
A.胡萝卜韧皮部细胞培育成植株
B.无心插柳柳成荫
C.转入抗虫基因的棉花细胞培育成植株
D.利用花药离体培养得到单倍体植株
2.植物组织培养所用的外植体必须经过处理后才能接种,这种处理方法是 ( )
A.表面消毒 B.灭菌
C.喷洒生长素 D.灼烧
3.番茄根尖经过植物组织培养可以形成完整的番茄植株。下列有关叙述错误的是 ( )
A.此过程中发生了细胞的脱分化、再分化
B.植物激素在此过程中起调节作用
C.此过程中若发生杂菌污染,则难以获得目的植株
D.根尖细胞最终发育为无叶绿体的植株
4.在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中,需要的条件是 ( )
①消毒和灭菌 ②一定浓度的植物激素 ③适宜的温度④充足的光照 ⑤充足的养料
A.①③④⑤ B.②③④⑤
C.①②③④ D.①②③⑤
5.下图表示培养“落地生根”新植株的两种方法,遗传信息相同的是 ( )
A.仅①② B.仅②③
C.仅①③ D.①②③
6.(2023·广东卷)人参皂苷是人参的主要活性成分。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合,以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是 ( )
A.细胞融合前应去除细胞壁
B.高Ca2+ —高pH溶液可促进细胞融合
C.融合的细胞即为杂交细胞
D.杂交细胞可能具有生长快速的优势
7.植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是 ( )
A.细胞壁阻碍了原生质体的融合
B.细胞壁使原生质体失去活力
C.植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁
D.细胞壁不是原生质体的组成部分
8.下列关于植物体细胞杂交的叙述,错误的是 ( )
A.获得原生质体的过程需要用到纤维素酶和果胶酶
B.利用植物体细胞杂交技术可以获得某种多倍体植株
C.植物体细胞杂交过程就是原生质体融合的过程
D.可根据细胞中染色体数目和形态的差异来鉴定杂种细胞
9.下列关于植物体细胞杂交目的的叙述,错误的是 ( )
A.把两个植物的优良性状集中在杂种植株上
B.实现远缘杂交育种
C.获得杂种植株
D.实现原生质体的融合
10.植物体细胞杂交过程中,形成杂种细胞的标志是 ( )
A.再生出细胞壁 B.细胞膜发生融合
C.细胞质发生融合 D.细胞核发生融合
11.(2022·茂名)科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得了“番茄—马铃薯”杂种植株,为了便于杂种细胞的筛选和鉴定,科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的原生质体膜上的蛋白质,其培育过程如下图所示,请据图回答下列问题。
(1)过程①常用的方法是 ,细胞融合完成的标志是 。
(2)番茄和马铃薯的原生质体能发生融合的生物学原理是 ,诱导融合常用的物理方法是 。
(3)植物原生质体诱导融合后,在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察,根据细胞膜表面荧光的不同可观察到 (只考虑细胞两两融合的情况)种不同的原生质体,当观察到 时可判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的。
(4)若番茄细胞内有m条染色体,马铃薯细胞内有n条染色体,则“番茄—马铃薯”细胞在有丝分裂后期含 条染色体。
[拓展应用]
12.下列关于影响植物组织培养的因素的叙述,错误的是 ( )
A.幼嫩组织相比于成熟组织易培养成功
B.给离体幼茎消毒需要用到质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液
C.接种花药后一段时间内不需要光照,但幼小植株形成后需要光照
D.生长素与细胞分裂素用量的比值大于1时,有利于芽的分化
13.“番茄—马铃薯”杂种植株没有如科学家所想象的那样,地上结番茄,地下长马铃薯,原因可能是 ( )
A.需用生长素处理杂种植株,以促进果实的发育
B.培育过程中控制结番茄和长马铃薯的基因全部丢失了
C.生物基因的表达不是孤立的,它们之间是相互调控、相互影响的
D.杂种细胞中没有同源染色体,不能进行正常的减数分裂
14.甜叶菊植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右,而它的热量却很低,是一种非常理想的蔗糖替代甜味剂。甜叶菊的种子小,发芽率低,种子繁殖的遗传性状不稳定,可利用植物组织培养技术提高甜叶菊繁殖效率。下列叙述错误的是 ( )
A.植物组织培养是植物细胞工程的基本技术,依据的原理是植物细胞的全能性
B.植物组织培养的基本步骤是“取材→消毒→愈伤组织培养→生根→出芽→移栽”
C.愈伤组织再分化出根和芽,本质上是基因选择性表达的结果
D.培养基中生长素与细胞分裂素用量的比值显著高于1时,可促进愈伤组织分化出根
15.(2021·全国Ⅰ卷)月季在我国享有“花中皇后”的美誉。为了建立月季某新品种的快速繁殖体系,以芽体为外植体,在MS培养基中添加不同浓度的6-BA(6-苄基嘌呤)和IBA(吲哚丁酸)进行芽体增殖实验,芽分化率(%)结果如表。
IBA/(mg·L-1)
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
1.0 31 63 58 49 41
2.0 40 95 76 69 50
3.0 37 75 64 54 41
4.0 25 35 31 30 25
5.0 8 21 12 8 4
关于上述实验,下列叙述错误的是 ( )
A.6-BA浓度大于4.0 mg/L时,芽分化率明显降低
B.6-BA与IBA的比例为10∶1时,芽分化率均高于其他比例
C.在培养基中同时添加适量的6-BA和IBA,可促进芽分化
D.2.0 mg/L的6-BA和0.2 mg/L的IBA是实验处理中芽分化的最佳组合
16.(2021·宜昌)下图为通过植物体细胞杂交培育“番茄—马铃薯”植株的过程,请回答下列问题。
(1)图中过程①②处理后可获得具有活力的 。过程③一般可用 作为诱导剂来诱导细胞融合。
(2)过程⑤⑥⑦涉及的细胞工程技术是 ,其培养时选用的材料通常是分生组织,原因是 。
(3)人们培育“番茄—马铃薯”的目的是想获得地上结番茄、地下长马铃薯的植株,从理论上这种设想是可以实现的,原因是 。但最后却未能如愿,原因是基因的表达相互调控、相互影响。尽管如此,从整个过程来看,植物体细胞杂交的研究在 方面,取得了巨大突破。
(4)番茄有A、B两个品种。科研人员在设计品种A植物组织培养实验时,参照品种B的最佳激素配比(见右上表)进行预实验。
品种B组织培养阶段
Ⅰ诱导形成愈伤组织 m1 n1
Ⅱ诱导形成幼芽 m2 n2
Ⅲ诱导生根 m3 n3
在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段中发生基因选择性表达的是 阶段。为确定品种A的Ⅰ阶段的最适细胞分裂素浓度,参照品种B的激素配比(m1>2.0),以0.5 μmol/L为梯度,设计5个浓度水平的实验,细胞分裂素最高浓度应设为 μmol/L。
探究实践课:菊花的组织培养
一、实验目的
1.了解植物组织培养的基本原理。
2.了解生长素和细胞分裂素的浓度、用量的比例对菊花愈伤组织形成和分化的影响。
3.尝试进行植物组织培养。
二、实验原理
1.植物细胞一般具有 。
2.基本过程。
外植体 根、芽植物体
3.植物激素中 和 是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素,它们用量的比值会影响植物细胞的发育方向。
三、材料用具
1.材料。
幼嫩的菊花茎段、培养基、体积分数为70%的酒精、质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液和无菌水等。各种培养基的配制参见教科书附录1。
2.用具。
50 mL锥形瓶(或植物组织培养瓶)、烧杯、酒精灯、超净工作台(或接种箱)、高压蒸汽灭菌锅、培养箱、封口膜、滤纸、标签、消毒用酒精棉球、培养皿、解剖刀和镊子等。
四、探究过程
五、实验操作
1.操作提醒。
(1)实验中使用的培养基和所有的器械都要灭菌。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行,并且每次使用后的器械都要灭菌。
(2)诱导愈伤组织期间一般不需要光照,在后续的培养过程中,每日需要给予适当时间和强度的光照。
(3)从酒精溶液中取出的用具一定要滴尽酒精后再灼烧,用具要晾凉后再放回酒精溶液中,以免引起火灾。
2.实验报告。
实验时间 。 实验地点 。 实验环境 。
实验结果 实验记录 时间/d形态生长素用量与细胞分裂素用量的比值是否需要光照 . . . . . . . . . . . . .
实验结论 。
实验反思 成功之处 .
不足之处 .
3.实验拓展。
(1)在选取菊花茎段时,为什么要选取生长旺盛的嫩枝
(2)幼苗在移栽前为什么要经过“炼苗”处理
实验评价
1.植物组织培养从提出设想到实践成功,经历了漫长而艰巨的历程。植物组织培养是指 ( )
A.离体的植物器官、组织或细胞培育成愈伤组织
B.愈伤组织培育成植株
C.离体的植物器官、组织或细胞培育成植株
D.愈伤组织形成不定形的薄壁组织
2.植物组织培养的过程是 ( )
①离体的植物器官、组织或细胞 ②愈伤组织 ③形成根、芽 ④脱分化 ⑤再分化 ⑥植物体
A.①②③④⑤⑥
B.①④②⑤③⑥
C.①③④⑤②⑥
D.①④⑤②③⑥
3.菊花的组织培养一般选择 ( )
A.开过花的老枝
B.正在开花的枝条
C.未开花植株的茎上部新萌生的侧枝
D.任何枝条均可
4.用菊花的茎尖进行植物组织培养可培育出试管苗。下列关于这一过程的叙述,正确的是 ( )
A.进行培养时,一次性加足营养物质以防止污染
B.整个培养过程应在光下进行,有利于叶的生长
C.要根据培养过程的实际情况,更换培养基
D.整个培养过程都应在密闭条件下进行,以免杂菌的污染
5.在菊花的组织培养接种操作完成3~4 d后,观察同一温室中的外植体,发现有的瓶内外植体正常生长,有的瓶内外植体死亡。下列不可能是外植体死亡的原因的是 ( )
A.接种时培养基灭菌不彻底
B.愈伤组织形成初期没有给予充足的光照
C.接种工具灼烧后未待冷却就接种外植体
D.培养过程中营养、pH等条件不适宜
6.(2023·江门)“不是花中偏爱菊,此花开尽更无花”,菊花因高洁的品质备受人们喜爱。为实现菊花的快速繁殖,研究人员利用其外植体培养出大量幼苗,下列属于该培养过程必需条件的是 ( )
A.外植体细胞具有完整的细胞核
B.外植体需经过彻底灭菌处理
C.外植体需用酶分散成单个细胞
D.外植体细胞需处于未分化状态
7.下图表示菊花嫩枝的离体培养过程,请据图回答下列问题。
(1)在植物组织培养中常用的培养基名称为 ,从物理性质上看属于 培养基。培养基中要加入一定的植物激素,在培养过程中,使用激素的用量的比值会影响细胞的发育,细胞分裂素用量与生长素用量的比值 (填“大于1”“小于1”或“为1”)有利于根的分化。
(2)植物组织培养都需要接种,接种前为确定培养基是否灭菌彻底,需要进行检测,检测的方法是 。植物组织培养无菌操作应注意 (至少答出两点)。
(3)图中的B过程需要 ,因为愈伤组织形成幼小植物后,植物需要叶绿素进行光合作用。
第1节 植物细胞工程
第1课时 植物细胞工程的基本技术
[基础检查]
1.下列不能说明植物细胞具有全能性的是 ( )
A.胡萝卜韧皮部细胞培育成植株
B.无心插柳柳成荫
C.转入抗虫基因的棉花细胞培育成植株
D.利用花药离体培养得到单倍体植株
解析:“胡萝卜韧皮部细胞培育成植株”是植物组织培养,体现了植物细胞具有全能性;“无心插柳柳成荫”属于扦插繁殖,不能体现植物细胞具有全能性;“转入抗虫基因的棉花细胞培育成植株”体现了植物细胞具有全能性;“利用花药离体培养得到单倍体植株”需要借助植物组织培养,体现了花粉细胞具有全能性。
答案:B
2.植物组织培养所用的外植体必须经过处理后才能接种,这种处理方法是 ( )
A.表面消毒 B.灭菌
C.喷洒生长素 D.灼烧
解析:进行植物组织培养时,为了避免杂菌污染,外植体要经过表面消毒处理后,才能进行接种。
答案:A
3.番茄根尖经过植物组织培养可以形成完整的番茄植株。下列有关叙述错误的是 ( )
A.此过程中发生了细胞的脱分化、再分化
B.植物激素在此过程中起调节作用
C.此过程中若发生杂菌污染,则难以获得目的植株
D.根尖细胞最终发育为无叶绿体的植株
解析:植物组织培养涉及脱分化形成愈伤组织和再分化形成根、芽的过程;植物组织培养时所用培养基除含有各种营养物质外,还要加入起调节作用的植物激素;植物组织培养过程中应进行无菌操作,防止培养基和培养材料滋生杂菌,若发生杂菌污染,则难以获得目的植株;根尖细胞中虽然没有叶绿体,但是含有叶绿体基因,所以经植物组织培养形成的植株中有叶绿体。
答案:D
4.在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中,需要的条件是 ( )
①消毒和灭菌 ②一定浓度的植物激素 ③适宜的温度④充足的光照 ⑤充足的养料
A.①③④⑤ B.②③④⑤
C.①②③④ D.①②③⑤
解析:①植物组织培养过程需要无菌操作,所以需要消毒、灭菌,正确;②脱分化过程所需的培养基需含有一定浓度的植物激素,正确;③植物组织培养过程需要适宜的温度,正确;④脱分化形成愈伤组织时,需要避光,否则会形成维管组织,错误;⑤植物组织培养需要充足的养料,正确。
答案:D
5.下图表示培养“落地生根”新植株的两种方法,遗传信息相同的是 ( )
A.仅①② B.仅②③
C.仅①③ D.①②③
解析:“落地生根”利用叶片①上长出的不定芽繁殖得到新植株③的过程是扦插,属于无性繁殖;利用叶片组织通过组织培养得到新植株②的方式为植物组织培养,属于无性繁殖。无性繁殖可以保持亲本的优良性状,因此①②③的遗传信息相同。
答案:D
6.(2023·广东卷)人参皂苷是人参的主要活性成分。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合,以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是 ( )
A.细胞融合前应去除细胞壁
B.高Ca2+ —高pH溶液可促进细胞融合
C.融合的细胞即为杂交细胞
D.杂交细胞可能具有生长快速的优势
解析:植物细胞壁影响植物体细胞融合, 因此在体细胞融合前可用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁以制备原生质体,A项正确;高Ca2+-高pH溶液有利于两种原生质体的融合,B项正确;融合的细胞包括三种,胡萝卜原生质体自身融合的细胞、人参原生质体自身融合的细胞以及胡萝卜原生质体与人参原生质体融合的细胞,只有最后一种融合得到的细胞才是杂交细胞,C项错误;题干信息“诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合,以提高人参皂苷的产率”,说明杂交细胞包含两种细胞的遗传物质, 可能具有生长快速的优势,D项正确。
答案:C
7.植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是 ( )
A.细胞壁阻碍了原生质体的融合
B.细胞壁使原生质体失去活力
C.植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁
D.细胞壁不是原生质体的组成部分
解析:植物细胞的细胞膜外有细胞壁,具有支持和保护作用。细胞壁阻碍了原生质体的融合,因此在进行植物体细胞杂交之前,需去除细胞壁。
答案:A
8.下列关于植物体细胞杂交的叙述,错误的是 ( )
A.获得原生质体的过程需要用到纤维素酶和果胶酶
B.利用植物体细胞杂交技术可以获得某种多倍体植株
C.植物体细胞杂交过程就是原生质体融合的过程
D.可根据细胞中染色体数目和形态的差异来鉴定杂种细胞
解析:植物细胞去除细胞壁后得到原生质体,去除细胞壁时需要用纤维素酶和果胶酶;利用植物体细胞杂交技术可以获得多倍体植株;植物体细胞杂交的过程包括原生质体融合和植物组织培养的过程;杂种细胞中的染色体数目与原来的生物体细胞不同,因此可根据细胞中染色体数目和形态的差异来鉴定杂种细胞。
答案:C
9.下列关于植物体细胞杂交目的的叙述,错误的是 ( )
A.把两个植物的优良性状集中在杂种植株上
B.实现远缘杂交育种
C.获得杂种植株
D.实现原生质体的融合
解析:原生质体的融合是植物体细胞杂交的过程,而不是目的。
答案:D
10.植物体细胞杂交过程中,形成杂种细胞的标志是 ( )
A.再生出细胞壁 B.细胞膜发生融合
C.细胞质发生融合 D.细胞核发生融合
解析:植物体细胞杂交过程中,杂种细胞形成的标志是融合的原生质体再生出细胞壁。
答案:A
11.(2022·茂名)科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得了“番茄—马铃薯”杂种植株,为了便于杂种细胞的筛选和鉴定,科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的原生质体膜上的蛋白质,其培育过程如下图所示,请据图回答下列问题。
(1)过程①常用的方法是 ,细胞融合完成的标志是 。
(2)番茄和马铃薯的原生质体能发生融合的生物学原理是 ,诱导融合常用的物理方法是 。
(3)植物原生质体诱导融合后,在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察,根据细胞膜表面荧光的不同可观察到 (只考虑细胞两两融合的情况)种不同的原生质体,当观察到 时可判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的。
(4)若番茄细胞内有m条染色体,马铃薯细胞内有n条染色体,则“番茄—马铃薯”细胞在有丝分裂后期含 条染色体。
解析:(1)①是酶解法去除细胞壁获得原生质体的过程,常用的酶是纤维素酶和果胶酶;细胞融合完成的标志是杂种细胞再生出细胞壁。(2)番茄和马铃薯的原生质体能发生融合的生物学原理是细胞膜的流动性;诱导融合常用的物理方法是电融合法、离心法。(3)在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察,只考虑细胞两两融合的情况,根据细胞膜表面荧光的不同可观察到3种不同的原生质体,即“番茄—番茄”“马铃薯—马铃薯”“番茄—马铃薯”;由于番茄原生质体用红色荧光标记,马铃薯原生质体用绿色荧光标记,若原生质体是由番茄和马铃薯融合而成,则可观察到融合的细胞膜表面既有红色荧光,又有绿色荧光。(4)若番茄细胞内有m条染色体,马铃薯细胞内有n条染色体,则“番茄—马铃薯”细胞内有(m+n)条染色体,在有丝分裂后期,着丝粒分裂,染色体数目加倍,含(2m+2n)条染色体。
答案:(1)酶解法 杂种细胞再生出细胞壁 (2)细胞膜的流动性 电融合法(离心法) (3)3 细胞膜表面既有红色荧光,又有绿色荧光 (4)2m+2n
[拓展应用]
12.下列关于影响植物组织培养的因素的叙述,错误的是 ( )
A.幼嫩组织相比于成熟组织易培养成功
B.给离体幼茎消毒需要用到质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液
C.接种花药后一段时间内不需要光照,但幼小植株形成后需要光照
D.生长素与细胞分裂素用量的比值大于1时,有利于芽的分化
解析:幼嫩组织分化程度低,脱分化容易,相比于成熟组织易培养成功;植物组织培养时,给离体幼茎消毒需要用到质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液;接种花药后一段时间内不需要光照,防止形成维管组织,但幼小植株形成后需要光照进行光合作用;生长素与细胞分裂素用量的比值大于1时,有利于根的分化。
答案:D
13.“番茄—马铃薯”杂种植株没有如科学家所想象的那样,地上结番茄,地下长马铃薯,原因可能是 ( )
A.需用生长素处理杂种植株,以促进果实的发育
B.培育过程中控制结番茄和长马铃薯的基因全部丢失了
C.生物基因的表达不是孤立的,它们之间是相互调控、相互影响的
D.杂种细胞中没有同源染色体,不能进行正常的减数分裂
解析:“番茄—马铃薯”杂种植株没有如科学家所想象的那样,地上结番茄,地下长马铃薯,说明番茄和马铃薯基因的表达不是孤立的,它们之间是相互调控、相互影响的。
答案:C
14.甜叶菊植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右,而它的热量却很低,是一种非常理想的蔗糖替代甜味剂。甜叶菊的种子小,发芽率低,种子繁殖的遗传性状不稳定,可利用植物组织培养技术提高甜叶菊繁殖效率。下列叙述错误的是 ( )
A.植物组织培养是植物细胞工程的基本技术,依据的原理是植物细胞的全能性
B.植物组织培养的基本步骤是“取材→消毒→愈伤组织培养→生根→出芽→移栽”
C.愈伤组织再分化出根和芽,本质上是基因选择性表达的结果
D.培养基中生长素与细胞分裂素用量的比值显著高于1时,可促进愈伤组织分化出根
解析:植物组织培养是植物细胞工程的基本技术,依据的原理是植物细胞的全能性;植物组织培养的基本步骤是“取材→消毒→愈伤组织培养→出芽→生根→移栽”;愈伤组织的再分化属于细胞分化,本质上是基因选择性表达的结果;培养基中生长素与细胞分裂素用量的比值显著高于1时,可诱导生根。
答案:B
15.(2021·全国Ⅰ卷)月季在我国享有“花中皇后”的美誉。为了建立月季某新品种的快速繁殖体系,以芽体为外植体,在MS培养基中添加不同浓度的6-BA(6-苄基嘌呤)和IBA(吲哚丁酸)进行芽体增殖实验,芽分化率(%)结果如表。
IBA/(mg·L-1)
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
1.0 31 63 58 49 41
2.0 40 95 76 69 50
3.0 37 75 64 54 41
4.0 25 35 31 30 25
5.0 8 21 12 8 4
关于上述实验,下列叙述错误的是 ( )
A.6-BA浓度大于4.0 mg/L时,芽分化率明显降低
B.6-BA与IBA的比例为10∶1时,芽分化率均高于其他比例
C.在培养基中同时添加适量的6-BA和IBA,可促进芽分化
D.2.0 mg/L的6-BA和0.2 mg/L的IBA是实验处理中芽分化的最佳组合
解析:据题表可知,6-BA浓度为从4.0 mg/L到5.0 mg/L时,芽分化率明显降低;当6-BA与IBA的比例为10∶1时,芽分化率为31%、95%、64%、30%、4%,因此6-BA与IBA的比例为10∶1时,芽分化率不一定都高于其他比例;6-BA与IBA的比例会影响芽的分化率,因此在培养基中同时添加适量的6-BA和IBA,可促进芽分化;芽分化率为95%是最高的,此时6-BA和IBA浓度分别为2.0 mg/L、0.2 mg/L,是实验处理中芽分化的最佳组合。
答案:B
16.(2021·宜昌)下图为通过植物体细胞杂交培育“番茄—马铃薯”植株的过程,请回答下列问题。
(1)图中过程①②处理后可获得具有活力的 。过程③一般可用 作为诱导剂来诱导细胞融合。
(2)过程⑤⑥⑦涉及的细胞工程技术是 ,其培养时选用的材料通常是分生组织,原因是 。
(3)人们培育“番茄—马铃薯”的目的是想获得地上结番茄、地下长马铃薯的植株,从理论上这种设想是可以实现的,原因是 。但最后却未能如愿,原因是基因的表达相互调控、相互影响。尽管如此,从整个过程来看,植物体细胞杂交的研究在 方面,取得了巨大突破。
(4)番茄有A、B两个品种。科研人员在设计品种A植物组织培养实验时,参照品种B的最佳激素配比(见右上表)进行预实验。
品种B组织培养阶段
Ⅰ诱导形成愈伤组织 m1 n1
Ⅱ诱导形成幼芽 m2 n2
Ⅲ诱导生根 m3 n3
在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段中发生基因选择性表达的是 阶段。为确定品种A的Ⅰ阶段的最适细胞分裂素浓度,参照品种B的激素配比(m1>2.0),以0.5 μmol/L为梯度,设计5个浓度水平的实验,细胞分裂素最高浓度应设为 μmol/L。
解析:(1)题图过程①②表示酶解法去除细胞壁,处理后可获得具有活力的原生质体。过程③一般可用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂来诱导细胞融合。(2)过程⑤⑥⑦中将杂种细胞培育成杂种植株需要采用植物组织培养技术,其培养时选用的材料通常是分生组织,原因是其全能性高,易培养形成愈伤组织。(3)人们培育“番茄—马铃薯”的目的是想获得地上结番茄、地下长马铃薯的植株,从理论上这种设想是可以实现的,原因是该植株同时具有番茄和马铃薯的遗传信息。植物体细胞杂交的研究使不同生物远缘杂交成为可能,取得了巨大突破。(4)设计5个浓度水平的实验,则细胞分裂素浓度依次为(m1-1.0)μmol/L、(m1-0.5)μmol/L、m1 μmol/L、(m1+0.5)μ mol/L、(m1+1.0)μmol/L,可见细胞分裂素的最高浓度应设为(m1+1.0)μmol/L。
答案:(1)原生质体 聚乙二醇(PEG) (2)植物组织培养 分生组织细胞全能性高(或分化程度低),容易培养形成愈伤组织 (3)该植株同时具有番茄和马铃薯的遗传信息 打破生殖隔离,实现远缘杂交育种,培育植物新品种
(4)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ m1+1.0
探究实践课:菊花的组织培养
一、实验目的
1.了解植物组织培养的基本原理。
2.了解生长素和细胞分裂素的浓度、用量的比例对菊花愈伤组织形成和分化的影响。
3.尝试进行植物组织培养。
二、实验原理
1.植物细胞一般具有全能性。
2.基本过程。
外植体愈伤组织根、芽植物体
3.植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素,它们用量的比值会影响植物细胞的发育方向。
三、材料用具
1.材料。
幼嫩的菊花茎段、培养基、体积分数为70%的酒精、质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液和无菌水等。各种培养基的配制参见教科书附录1。
2.用具。
50 mL锥形瓶(或植物组织培养瓶)、烧杯、酒精灯、超净工作台(或接种箱)、高压蒸汽灭菌锅、培养箱、封口膜、滤纸、标签、消毒用酒精棉球、培养皿、解剖刀和镊子等。
四、探究过程
五、实验操作
1.操作提醒。
(1)实验中使用的培养基和所有的器械都要灭菌。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行,并且每次使用后的器械都要灭菌。
(2)诱导愈伤组织期间一般不需要光照,在后续的培养过程中,每日需要给予适当时间和强度的光照。
(3)从酒精溶液中取出的用具一定要滴尽酒精后再灼烧,用具要晾凉后再放回酒精溶液中,以免引起火灾。
2.实验报告。
实验时间 某年某月某日。 实验地点 实验室。 实验环境 常温、常压、无菌等。
实验结果 实验记录 时间/d形态生长素用量与细胞分裂素用量的比值是否需要光照15~20愈伤组织1否30~35芽组织小于1是45~55幼苗大于1是
实验结论 通过植物组织培养技术,成功地将幼嫩的菊花茎段培育为完整的植物。
实验反思 成功之处 严格无菌操作,确保实验结果的准确性。
不足之处 个别外植体消毒时间过长,导致死亡。
3.实验拓展。
(1)在选取菊花茎段时,为什么要选取生长旺盛的嫩枝
提示:外植体的生理状态是成功进行组织培养的重要条件之一。生长旺盛的嫩枝生理状况好,容易诱导其进行脱分化和再分化。
(2)幼苗在移栽前为什么要经过“炼苗”处理
提示:由于培养箱和外界环境差距很大,幼苗不经过“炼苗”处理而直接栽种很难适应外界环境,死亡率会很高。“炼苗”是为了让幼苗逐渐地适应外界环境,从而降低幼苗的死亡率。
实验评价
1.植物组织培养从提出设想到实践成功,经历了漫长而艰巨的历程。植物组织培养是指 ( )
A.离体的植物器官、组织或细胞培育成愈伤组织
B.愈伤组织培育成植株
C.离体的植物器官、组织或细胞培育成植株
D.愈伤组织形成不定形的薄壁组织
解析:一般情况下,植物组织培养是指培养外植体(离体的植物器官、组织或细胞)得到植物体的过程。
答案:C
2.植物组织培养的过程是 ( )
①离体的植物器官、组织或细胞 ②愈伤组织 ③形成根、芽 ④脱分化 ⑤再分化 ⑥植物体
A.①②③④⑤⑥
B.①④②⑤③⑥
C.①③④⑤②⑥
D.①④⑤②③⑥
解析:植物组织培养的过程是外植体(离体的植物器官、组织或细胞)经脱分化形成愈伤组织,而后经再分化形成根、芽,进而发育成完整的植株。
答案:B
3.菊花的组织培养一般选择 ( )
A.开过花的老枝
B.正在开花的枝条
C.未开花植株的茎上部新萌生的侧枝
D.任何枝条均可
解析:植物组织培养过程中,植物材料的年龄、保存时间的长短等都会影响组织培养的结果。对于菊花的组织培养来说,一般选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝。
答案:C
4.用菊花的茎尖进行植物组织培养可培育出试管苗。下列关于这一过程的叙述,正确的是 ( )
A.进行培养时,一次性加足营养物质以防止污染
B.整个培养过程应在光下进行,有利于叶的生长
C.要根据培养过程的实际情况,更换培养基
D.整个培养过程都应在密闭条件下进行,以免杂菌的污染
解析:进行植物组织培养时,在不同的发育阶段,所需营养物质的比例是不同的,故营养物质需要适时调整,不能一次性加入;外植体脱分化形成愈伤组织的过程需要避光,再分化过程需要提供适宜的光照条件;在培养过程中,要根据实际情况,更换培养基,如愈伤组织长成后,需要移到分化培养基上,进行再分化形成试管苗;在植物组织培养长出根、芽等器官后,植物可以进行光合作用,自己制造有机物,此后的阶段不需要严格的密闭条件。
答案:C
5.在菊花的组织培养接种操作完成3~4 d后,观察同一温室中的外植体,发现有的瓶内外植体正常生长,有的瓶内外植体死亡。下列不可能是外植体死亡的原因的是 ( )
A.接种时培养基灭菌不彻底
B.愈伤组织形成初期没有给予充足的光照
C.接种工具灼烧后未待冷却就接种外植体
D.培养过程中营养、pH等条件不适宜
解析:接种时培养基灭菌不彻底,就会受到微生物的污染,从而导致实验前功尽弃;愈伤组织形成初期,细胞还没有开始再分化,不需要充足的光照;接种工具灼烧后未待冷却就接种外植体,会因高温杀死外植体;一般来讲,进行植物组织培养时,若培养条件(如pH、营养等)不适宜,则外植体可能死亡。
答案:B
6.(2023·江门)“不是花中偏爱菊,此花开尽更无花”,菊花因高洁的品质备受人们喜爱。为实现菊花的快速繁殖,研究人员利用其外植体培养出大量幼苗,下列属于该培养过程必需条件的是 ( )
A.外植体细胞具有完整的细胞核
B.外植体需经过彻底灭菌处理
C.外植体需用酶分散成单个细胞
D.外植体细胞需处于未分化状态
解析:细胞核是遗传和代谢的控制中心,是遗传信息库,含有该种植物完整的遗传信息,故将菊花细胞培养成幼苗过程中,植物细胞必须具有完整的细胞核;植物组织培养过程中,为防止杂菌污染,外植体需消毒处理;植物组织培养过程中外植体无需用酶分散成单个细胞;植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性,具体过程为外植体脱分化形成愈伤组织,再分化形成胚状体,进而形成新植株,故外植体细胞无需处于未分化状态。
答案:A
7.下图表示菊花嫩枝的离体培养过程,请据图回答下列问题。
(1)在植物组织培养中常用的培养基名称为 ,从物理性质上看属于 培养基。培养基中要加入一定的植物激素,在培养过程中,使用激素的用量的比值会影响细胞的发育,细胞分裂素用量与生长素用量的比值 (填“大于1”“小于1”或“为1”)有利于根的分化。
(2)植物组织培养都需要接种,接种前为确定培养基是否灭菌彻底,需要进行检测,检测的方法是 。植物组织培养无菌操作应注意 (至少答出两点)。
(3)图中的B过程需要 ,因为愈伤组织形成幼小植物后,植物需要叶绿素进行光合作用。
解析:题图表示植物组织培养过程,其原理是植物细胞具有全能性。图中A表示脱分化过程,该过程需避光才能形成愈伤组织,愈伤组织的细胞分化程度低,全能性高;B表示再分化过程,该过程需光照。(1)在植物组织培养中常用的培养基名称为MS培养基,从物理性质看属于固体培养基。培养基中要加入一定的植物激素,在培养过程中,使用激素用量的比值会影响细胞的发育,细胞分裂素用量与生长素用量的比值小于1时有利于根的分化,该比值大于1时,有利于芽的分化。(2)植物组织培养都需要接种,接种前为确定培养基是否灭菌彻底,需要进行检测,检测的方法是将未接种的培养基放在37 ℃的恒温箱中培养24 h(或放在适宜温度下培养一段时间)后观察是否有菌落出现。植物组织培养无菌操作应注意外植体消毒、在酒精灯火焰旁进行操作、操作者双手消毒等。(3)图中的B过程需要光照,因为叶绿素的合成需要光,且叶绿体需利用光才能进行光合作用合成有机物。
答案:(1)MS培养基 固体 小于1 (2)将未接种的培养基放在37 ℃的恒温箱中培养24 h(或放在适宜温度下培养一段时间)后观察是否有菌落出现 外植体消毒、在酒精灯火焰旁进行操作、操作者双手消毒等 (3)光照(共18张PPT)
第2章 细胞工程
探究一 植物繁殖的新途径
快速繁殖
技术
植物细胞培养
植物繁殖的新途径
植物
细胞
作物脱毒
细胞
产物
工程
的工
目标产物
植物细胞的次生代谢物
单倍体育种
的应
厂化
作物新品
用
生产
优点
不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制
突变体的利用
种的培育
实例
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的生产第1节 植物细胞工程
第2课时 植物细胞工程的应用
[基础检查]
1.下列属于生物的快速繁殖技术的是 ( )
A.兰花的芽尖组织培育成兰花幼苗
B.水稻种子萌发并长成新个体
C.扦插的葡萄枝长成新个体
D.柳树芽发育成枝条
2.某郁金香是用名贵的郁金香品种的茎尖细胞人工培育而成的。这一培育技术反映了 ( )
A.细胞具有增殖的功能
B.细胞具有分化的功能
C.分化的植物细胞具有全能性
D.生物体具有顽强的生命力
3.利用马铃薯的块茎进行无性繁殖,种植多代后往往会因感染病毒而减产,为此农户都希望种植无病毒的幼苗。获得无病毒植株的最佳办法是 ( )
A.选择优良品种进行杂交
B.在田间喷洒消毒剂
C.利用芽体进行组织培养
D.人工诱导基因突变
4.玉米是一种重要的农作物,为了提高玉米的产量,科学家在玉米育种和栽培中做了大量的研究。下图所示是玉米培养的过程,下列叙述错误的是 ( )
A.从繁殖原理上分析,A→D属于无性繁殖
B.植株D和G中的染色体组数不同
C.E→G不能体现细胞的全能性
D.E→F过程中获得的植株一般不用于大田生产
5.下列关于单倍体和单倍体育种的叙述,正确的是 ( )
A.单倍体植株的体细胞中只有一个染色体组
B.单倍体植株高度不育的原因是没有同源染色体或联会紊乱
C.单倍体育种时,杂合子的花药均需筛选后再进行离体培养
D.单倍体育种后得到的植株一定是纯合子
6.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,利于植物生长
B.培养的细胞一直处于不断分裂的状态
C.纺锤丝的形成容易受抑制
D.DNA复制容易受抑制
7.下列关于细胞产物的工厂化生产的叙述,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.培养的愈伤组织需要经过再分化形成特定的组织细胞后才能产生特定的细胞产物
D.培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分
8.(2021·湖北)下列有关植物细胞工程的应用,叙述错误的是 ( )
A.微型繁殖可高效快速地实现种苗的大量繁殖
B.作物脱毒可提高作物的产量和品质
C.获得突变体时,诱导突变的对象是用于组织培养的外植体
D.与传统杂交育种相比,单倍体育种可明显缩短育种年限
9.(2022·抚顺)下列有关植物细胞工程应用的叙述,错误的是 ( )
A.利用植物组织培养技术培育脱毒苗,获得具有抗病毒的新品种
B.植物组织培养技术获得的子代可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“白菜—甘蓝”,使远缘杂交成为可能
10.(2022·云南)红薯是我国种植面积较大的一类作物,但长期以来的连种造成了红薯品种退化,产量和品质逐年下降,其主要原因是所用的种薯携带了大量的病毒。研究人员利用现代生物技术对红薯进行脱毒培养。下列叙述错误的是 ( )
A.可以选择红薯茎尖或根尖的分生区作为外植体
B.若选择的外植体体积过大,可能会导致脱毒率降低
C.在培育红薯脱毒苗的过程中,需要适时调整激素的比例
D.培育红薯脱毒苗过程中,激素使用不当会导致性状分离
11.罗汉果易被病毒感染,某科研小组利用植物组织培养技术培育了罗汉果脱毒苗,其培育过程如下图所示。请回答下列问题。
外植体愈伤组织胚状体脱毒苗
(1)分析图示,图中的①②分别表示 、 过程,植物组织培养在繁殖方式上属于 。
(2)用于培育脱毒苗的外植体一般选取的是 ,理由是 。
(3)②过程在某些条件下也可以发育成丛芽或根,这主要取决于培养基
中 。
[拓展应用]
12.(2023·广东)中国航天文创(CASCI) 于2021年农历七夕节前销售200枝太空玫瑰,1秒内售空。这些玫瑰花朵直径与大拇指宽度相当,花期特别长,最初的种子搭载神舟四号飞船进入太空,返回地球后经过多年的选育,利用植物组织培养等技术培育而成。下列叙述正确的是 ( )
A.太空中的宇宙射线辐射、微重力和弱地磁等因素,可诱发种子发生基因重组
B.接种外植体→诱导愈伤组织→诱导生芽→生成试管苗,在同一个锥形瓶内完成
C.从接种外植体到诱导愈伤组织的过程,是再分化过程
D.生长素和细胞分裂素是植物组织培养中影响植物细胞发育方向的关键激素
13.(2023·山东卷)利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖,可获得植物细胞的某些次生代谢物。下列说法正确的是 ( )
A.利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物
B.植物细胞体积小,故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产
C.次生代谢物是植物所必需的,但含量少,应选择产量高的细胞进行培养
D.该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量
14.(2021·广东卷)白菜型油菜(2n=20)的种子可以榨取食用油(菜籽油)。为了培育高产新品种,科学家诱导该油菜未受精的卵细胞发育形成完整植株Bc。下列叙述错误的是 ( )
A.Bc成熟叶肉细胞中含有两个染色体组
B.将Bc作为育种材料,能缩短育种年限
C.秋水仙素处理Bc幼苗可以培育出纯合植株
D.自然状态下Bc因配子发育异常而高度不育
15.花粉植株是体细胞遗传研究和突变育种的理想材料。下面是培育四季橘(2n=18)花粉植株的过程示意图,下列有关叙述错误的是 ( )
A.花粉植株培育的原理是花粉粒细胞具有全能性,其技术是植物组织培养
B.过程③是细胞再分化,其根本原因是基因的选择性表达
C.4种培养基均属于固体培养基,其中所含植物激素的种类和比例有差异
D.观察处于分裂中期的四季橘花粉植株根尖细胞,可观察到18条染色体
16.野生红豆杉属于濒危植物,从红豆杉树皮中提取的紫杉醇具有独特的抗癌作用,但产量低、成本高。科学家利用植物组织培养的方法解决了这一问题,培养红豆杉的流程如下图所示。
红豆杉组织愈伤组织长出丛芽
③
移栽成活生根
回答下列问题。
(1)过程①的目的是让已经分化的细胞失去其特有的 而转变成未分化的细胞。过程②③的实质是 。快速繁殖不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖,还可以 。
(2)愈伤组织的特点是 。从脱分化到再分化需要更换新的培养基,原因是 。
(3)红豆杉生长慢,桉树生长速度快。利用桉树,通过细胞工程改进红豆杉生长慢这一特点的思路是 。该技术得到的杂种植株通常是可育的,原因是 。
第1节 植物细胞工程
第2课时 植物细胞工程的应用
[基础检查]
1.下列属于生物的快速繁殖技术的是 ( )
A.兰花的芽尖组织培育成兰花幼苗
B.水稻种子萌发并长成新个体
C.扦插的葡萄枝长成新个体
D.柳树芽发育成枝条
解析:将兰花的芽尖组织经植物组织培养培育成兰花幼苗,可以达到快速繁殖的目的,属于快速繁殖技术;“水稻种子萌发并长成新个体”“扦插的葡萄枝长成新个体”均没有通过植物组织培养技术,不属于快速繁殖技术;“柳树芽发育成枝条”没有发育为新个体,不属于快速繁殖技术。
答案:A
2.某郁金香是用名贵的郁金香品种的茎尖细胞人工培育而成的。这一培育技术反映了 ( )
A.细胞具有增殖的功能
B.细胞具有分化的功能
C.分化的植物细胞具有全能性
D.生物体具有顽强的生命力
解析:茎尖细胞发育成了完整个体,说明了分化的植物细胞具有全能性。
答案:C
3.利用马铃薯的块茎进行无性繁殖,种植多代后往往会因感染病毒而减产,为此农户都希望种植无病毒的幼苗。获得无病毒植株的最佳办法是 ( )
A.选择优良品种进行杂交
B.在田间喷洒消毒剂
C.利用芽体进行组织培养
D.人工诱导基因突变
解析:为获得无病毒植株可采用茎尖等作为外植体进行植物组织培养,因为茎尖等部位病毒极少,甚至没有病毒。
答案:C
4.玉米是一种重要的农作物,为了提高玉米的产量,科学家在玉米育种和栽培中做了大量的研究。下图所示是玉米培养的过程,下列叙述错误的是 ( )
A.从繁殖原理上分析,A→D属于无性繁殖
B.植株D和G中的染色体组数不同
C.E→G不能体现细胞的全能性
D.E→F过程中获得的植株一般不用于大田生产
解析:A→D是植物组织培养过程,从繁殖原理上分析,属于无性繁殖;植株D是二倍体植株,植株G是单倍体植株,二者体内的染色体组数不同;E→G表示花药离体培养形成单倍体植株的过程,该过程体现了植物细胞的全能性;E→F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。
答案:C
5.下列关于单倍体和单倍体育种的叙述,正确的是 ( )
A.单倍体植株的体细胞中只有一个染色体组
B.单倍体植株高度不育的原因是没有同源染色体或联会紊乱
C.单倍体育种时,杂合子的花药均需筛选后再进行离体培养
D.单倍体育种后得到的植株一定是纯合子
解析:单倍体植株的体细胞中含有一个或多个染色体组;单倍体植株因细胞中无同源染色体或联会紊乱而高度不育;单倍体育种时,通常先将花药进行离体培养,并用秋水仙素处理单倍体幼苗后再进行筛选;单倍体育种后得到的植株不一定是纯合子,如原植株基因型是AAaa,经单倍体育种得到的植株可能是杂合子。
答案:B
6.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,利于植物生长
B.培养的细胞一直处于不断分裂的状态
C.纺锤丝的形成容易受抑制
D.DNA复制容易受抑制
解析:培养基只是为培养细胞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,植物的生长还需要人为控制无菌、适宜的温度和pH等条件;在植物组织培养的过程中,由于培养细胞一直处于不断分裂的状态,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;培养细胞在不断分裂的过程中,由于可以人为地调控培养条件,因此纺锤丝的形成和DNA复制不容易受抑制。
答案:B
7.下列关于细胞产物的工厂化生产的叙述,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.培养的愈伤组织需要经过再分化形成特定的组织细胞后才能产生特定的细胞产物
D.培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分
解析:细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一;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;培养的愈伤组织不需要再分化就能产生特定的细胞产物;培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分。
答案:C
8.(2021·湖北)下列有关植物细胞工程的应用,叙述错误的是 ( )
A.微型繁殖可高效快速地实现种苗的大量繁殖
B.作物脱毒可提高作物的产量和品质
C.获得突变体时,诱导突变的对象是用于组织培养的外植体
D.与传统杂交育种相比,单倍体育种可明显缩短育种年限
解析:利用植物组织培养技术不仅可以保持优良品种的遗传特性,还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖,因此人们形象地把用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术称为植物的快速繁殖技术,也叫作微型繁殖技术;利用植物组织培养技术可以对植物进行脱毒,提高作物的产量和品质;获得突变体时,诱导突变的对象是愈伤组织;单倍体育种经过花药离体培养和秋水仙素处理,可以获得纯合子,能够明显缩短育种年限。
答案:C
9.(2022·抚顺)下列有关植物细胞工程应用的叙述,错误的是 ( )
A.利用植物组织培养技术培育脱毒苗,获得具有抗病毒的新品种
B.植物组织培养技术获得的子代可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“白菜—甘蓝”,使远缘杂交成为可能
解析:因为分生组织的病毒极少,甚至没有病毒,所以将分生组织(如根尖、茎尖)进行离体培养能获得脱毒植株,但不能获得抗病毒的新品种;植物组织培养技术属于无性生殖,因此该技术获得的子代能保持亲本的优良性状;植物组织培养技术除了在农业生产上应用外,还可广泛应用于另一个重要的领域,即细胞产物的工厂化生产,如利用细胞培养技术可大量获得紫草宁;白菜和甘蓝不属于同一物种,它们之间存在生殖隔离,因此利用植物体细胞杂交技术培育出“白菜—甘蓝”,使不同生物远缘杂交成为可能。
答案:A
10.(2022·云南)红薯是我国种植面积较大的一类作物,但长期以来的连种造成了红薯品种退化,产量和品质逐年下降,其主要原因是所用的种薯携带了大量的病毒。研究人员利用现代生物技术对红薯进行脱毒培养。下列叙述错误的是 ( )
A.可以选择红薯茎尖或根尖的分生区作为外植体
B.若选择的外植体体积过大,可能会导致脱毒率降低
C.在培育红薯脱毒苗的过程中,需要适时调整激素的比例
D.培育红薯脱毒苗过程中,激素使用不当会导致性状分离
解析:由于茎尖或根尖等部位携带的病毒很少,或者几乎不携带病毒,故可以选择红薯茎尖或根尖的分生区作为外植体;若选择的外植体体积过大,可能会导致脱毒率降低;培育红薯脱毒苗的过程中,需要适时调整激素的比例,如细胞分裂素用量和生长素用量比值大于1时,可以促进芽的分化;培育红薯脱毒苗过程中,细胞分裂的方式为有丝分裂,激素使用不当不会导致性状分离。
答案:D
11.罗汉果易被病毒感染,某科研小组利用植物组织培养技术培育了罗汉果脱毒苗,其培育过程如下图所示。请回答下列问题。
外植体愈伤组织胚状体脱毒苗
(1)分析图示,图中的①②分别表示 、 过程,植物组织培养在繁殖方式上属于 。
(2)用于培育脱毒苗的外植体一般选取的是 ,理由是 。
(3)②过程在某些条件下也可以发育成丛芽或根,这主要取决于培养基
中 。
解析:(1)图中的①②分别表示脱分化、再分化过程,植物组织培养不经过精卵细胞的结合,在繁殖方式上属于无性繁殖。(2)用于培育脱毒苗的外植体一般选取的是植物顶端分生区,原因是植物顶端分生区附近的病毒很少,甚至无病毒。(3)②过程的发育方向主要取决于培养基中植物激素的种类和比例。
答案:(1)脱分化 再分化 无性繁殖 (2)植物顶端分生区 植物顶端分生区附近的病毒很少,甚至无病毒(3)植物激素的种类和比例
[拓展应用]
12.(2023·广东)中国航天文创(CASCI) 于2021年农历七夕节前销售200枝太空玫瑰,1秒内售空。这些玫瑰花朵直径与大拇指宽度相当,花期特别长,最初的种子搭载神舟四号飞船进入太空,返回地球后经过多年的选育,利用植物组织培养等技术培育而成。下列叙述正确的是 ( )
A.太空中的宇宙射线辐射、微重力和弱地磁等因素,可诱发种子发生基因重组
B.接种外植体→诱导愈伤组织→诱导生芽→生成试管苗,在同一个锥形瓶内完成
C.从接种外植体到诱导愈伤组织的过程,是再分化过程
D.生长素和细胞分裂素是植物组织培养中影响植物细胞发育方向的关键激素
解析:太空中的宇宙射线辐射、微重力和弱地磁等因素,可诱发种子发生基因突变或染色体变异,不会发生基因重组;植物组织培养包括脱分化和再分化两个过程,这两个过程条件不同,因此不能在同一个锥形瓶内完成;从接种外植体到诱导愈伤组织的过程,是脱分化过程;植物组织培养中影响植物细胞发育方向的关键激素是生长素和细胞分裂素。
答案:D
13.(2023·山东卷)利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖,可获得植物细胞的某些次生代谢物。下列说法正确的是 ( )
A.利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物
B.植物细胞体积小,故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产
C.次生代谢物是植物所必需的,但含量少,应选择产量高的细胞进行培养
D.该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量
解析:利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物,A项正确;能通过该技术进行其产物的工厂化生产,B项错误;次生代谢物不一定是植物所必需的,C项错误;该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高多个细胞产生的次生代谢物的含量,D项错误。
答案:A
14.(2021·广东卷)白菜型油菜(2n=20)的种子可以榨取食用油(菜籽油)。为了培育高产新品种,科学家诱导该油菜未受精的卵细胞发育形成完整植株Bc。下列叙述错误的是 ( )
A.Bc成熟叶肉细胞中含有两个染色体组
B.将Bc作为育种材料,能缩短育种年限
C.秋水仙素处理Bc幼苗可以培育出纯合植株
D.自然状态下Bc因配子发育异常而高度不育
解析:“白菜型油菜(2n=20)的种子”,表明白菜型油菜属于二倍体生物,体细胞中含有两个染色体组,而Bc是通过卵细胞发育而来的单倍体,其成熟叶肉细胞中含有一个染色体组;Bc是通过卵细胞发育而来的单倍体,秋水仙素处理Bc幼苗可以培育出纯合植株,此种方法为单倍体育种,能缩短育种年限;自然状态下,Bc只含有一个染色体组,细胞中无同源染色体,减数分裂不能形成正常配子而高度不育。
答案:A
15.花粉植株是体细胞遗传研究和突变育种的理想材料。下面是培育四季橘(2n=18)花粉植株的过程示意图,下列有关叙述错误的是 ( )
A.花粉植株培育的原理是花粉粒细胞具有全能性,其技术是植物组织培养
B.过程③是细胞再分化,其根本原因是基因的选择性表达
C.4种培养基均属于固体培养基,其中所含植物激素的种类和比例有差异
D.观察处于分裂中期的四季橘花粉植株根尖细胞,可观察到18条染色体
解析:将花粉粒培育成单倍体植株的原理是花粉粒细胞具有全能性,其技术是植物组织培养;由愈伤组织到丛芽的过程是再分化,其根本原因是基因的选择性表达;题图中4种培养基的差异主要表现在植物激素的种类和比例;观察处于分裂中期的四季橘花粉植株根尖细胞,可观察到9条染色体。
答案:D
16.野生红豆杉属于濒危植物,从红豆杉树皮中提取的紫杉醇具有独特的抗癌作用,但产量低、成本高。科学家利用植物组织培养的方法解决了这一问题,培养红豆杉的流程如下图所示。
红豆杉组织愈伤组织长出丛芽
③
移栽成活生根
回答下列问题。
(1)过程①的目的是让已经分化的细胞失去其特有的 而转变成未分化的细胞。过程②③的实质是 。快速繁殖不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖,还可以 。
(2)愈伤组织的特点是 。从脱分化到再分化需要更换新的培养基,原因是 。
(3)红豆杉生长慢,桉树生长速度快。利用桉树,通过细胞工程改进红豆杉生长慢这一特点的思路是 。该技术得到的杂种植株通常是可育的,原因是 。
解析:(1)①为脱分化过程,目的是让已经分化的细胞失去其特有的结构和功能而转变成未分化的细胞;②为再分化过程,③为分化过程,二者的实质是基因的选择性表达;植物组织培养技术的优点是既可以保持优良品种的遗传特性,又可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。(2)愈伤组织是具有分裂分化能力,为不定形的薄壁组织团块;植物组织培养过程需要激素的作用,而诱导离体植物组织进行脱分化形成愈伤组织和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素用量和细胞分裂素用量的比值不同,所以从脱分化到再分化需要更换新的培养基。(3)红豆杉生长慢,而桉树生长速度快,故可通过体细胞融合技术令两者的优点结合,即通过细胞工程可以将桉树的细胞与红豆杉的细胞融合,经植物组织培养获得杂种植株,该杂种植株可能具备生长快速且能产生紫杉醇的特性;因杂种植株通常含有同源染色体,减数分裂过程中联会正常,能够产生正常的生殖细胞,故该技术得到的杂种植株通常是可育的。
答案:(1)结构和功能 基因的选择性表达 保持优良品种的遗传特性 (2)具有分裂分化能力,为不定形的薄壁组织团块 诱导形成愈伤组织和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素用量和细胞分裂素用量的比值不同 (3)将桉树的细胞与红豆杉的细胞融合,经植物组织培养获得植株 杂种植株通常含有同源染色体,减数分裂过程中联会正常,能够产生正常的生殖细胞
