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第1節(jié)　植物細胞工程 課時過關能力提升 一、基礎鞏固 1.某同學在進行植物組織培養(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)時間不夠 C.培養(yǎng)基營養(yǎng)物質過多 D.細胞分裂素和生長素配比不對 解析:愈傷組織產(chǎn)生根或芽,取決于培養(yǎng)基中生長素和細胞分裂素的比例。當生長素與細胞分裂素的比值高時,有利于根的分化,抑制芽的形成;比例適中時,愈傷組織只生長不分化;比值低時,有利于芽的分化,抑制根的形成。 答案:D 2.下列有關小麥種胚的組織培養(yǎng)的實驗的敘述,錯誤的是 (　　) A.利用了細胞全能性的原理 B.在特定的營養(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)就會經(jīng)再分化生成幼苗,進而發(fā)育成完整的小麥植株 C.在實驗過程中對培養(yǎng)基、所用器皿進行嚴格滅菌,對實驗材料進行消毒處理 D.培養(yǎng)成幼苗后,就進行煉苗處理,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.下面關于植物細胞工程的敘述,正確的是(　　) ①不同種植物葉肉細胞融合時,應先去掉細胞膜?、谌~肉細胞脫分化后,可形成無定形狀態(tài)的薄壁細胞?、廴~肉細胞經(jīng)過再分化過程,可形成愈傷組織　④葉肉細胞離體培養(yǎng)時,可以表現(xiàn)出細胞全能性 A.①③　　　　　　　　B.②④ C.①②④ D.①②③④ 解析:①植物細胞融合時應先去掉細胞壁;③葉肉細胞經(jīng)脫分化可形成愈傷組織,故①③錯。 答案:B 4.用植物細胞工程技術將天竺葵與香茅草進行雜交可產(chǎn)生驅蚊香草,有驅蚊作用的香茅醛會隨著天竺葵的蒸騰作用散發(fā)到空氣中,達到驅蚊的效果。下面有關該驅蚊香草的培育過程的敘述,不正確的是(　　) A.原生質體的融合常用聚乙二醇作為誘導劑 B.形成的愈傷組織的代謝類型是自養(yǎng)需氧型 C.雜種細胞生長發(fā)育成雜種植株,要通過有絲分裂和細胞的分化 D.該項生物工程技術可克服遠緣雜交不親和的障礙 解析:植物體細胞雜交過程中,誘導原生質體融合常用的誘導劑是聚乙二醇。雜種細胞生長發(fā)育成雜種植株,要通過有絲分裂、脫分化和再分化。該技術為植物體細胞雜交技術,它克服了遠緣雜交不親和的障礙。雜種細胞經(jīng)組織培養(yǎng)形成的愈傷組織,自身不含葉綠素,無法進行光合作用,其所需的營養(yǎng)物質來自培養(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,長大后該植株正常開花結果,該植株的下列細胞中,與其他細胞染色體數(shù)目不相同的是(　　) A.根細胞 B.葉細胞 C.莖細胞 D.子房壁細胞 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)育成的細胞(葉、莖、子房壁細胞)染色體數(shù)目都加倍,而根細胞染色體數(shù)目和原來相同。 答案:A 6.下列關于脫毒馬鈴薯培育的說法,不正確的是(　　) A.應該選用馬鈴薯根部成熟區(qū)的細胞進行組織培養(yǎng) B.應該選取馬鈴薯根尖分生區(qū)細胞或莖尖進行組織培養(yǎng) C.培育脫毒馬鈴薯的過程體現(xiàn)了植物細胞的全能性 D.脫毒馬鈴薯比未經(jīng)脫毒的馬鈴薯品質好、產(chǎn)量高 答案:A 二、能力提升 7.用植物細胞培養(yǎng)技術可以在生物反應器中通過培養(yǎng)紫草細胞生產(chǎn)紫草素,下圖記錄了生物反應器中紫草細胞產(chǎn)量、紫草素產(chǎn)量隨培養(yǎng)時間的變化。下列說法錯誤的是 (　　) A.在生產(chǎn)前,需先加入紫草細胞作為反應器中的“種子”,這些“種子”是紫草葉肉細胞經(jīng)過脫分化和再分化而獲得的 B.從圖中可以看出反應器中紫草細胞的生長呈現(xiàn)“S”型增長 C.從圖中可以看出反應器中影響紫草素產(chǎn)量的因素是細胞數(shù)量和細胞所處的生長期 D.在培養(yǎng)過程中,要不斷通入無菌空氣并進行攪拌的目的是保證氧氣供應充足,并使細胞與培養(yǎng)液充分接觸 解析:在生產(chǎn)紫草素前,需先加入紫草細胞作為反應器中的“種子”,這些“種子”是紫草葉肉細胞經(jīng)過脫分化形成的愈傷組織。 答案:A 8.下列關于植物組織培養(yǎng)的敘述,錯誤的是(　　) A.外植體可以來自于植物的任何細胞 B.培養(yǎng)應在無菌條件下進行 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)基中細胞分裂素和生長素的比例不同 解析:植物組織培養(yǎng)的原理是細胞的全能性,所以作為植物組織培養(yǎng)的外植體細胞必須有完整的細胞核,如成熟的篩管細胞無細胞核,不能進行組織培養(yǎng)。 答案:A 9.芥酸會降低菜籽油的品質。油菜由兩對獨立遺傳的等位基因(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)的技術路線。已知油菜單個花藥由花藥壁(2n)及大量花粉(n)等組分組成,這些組分的細胞都具有全能性。據(jù)圖分析,下列敘述錯誤的是(　　) A.①②兩過程均需要植物激素來誘導細胞脫分化 B.與④過程相比,③過程可能會產(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,H基因所在染色體會與G基因所在染色體發(fā)生聯(lián)會 解析:①②兩過程是脫分化過程,培養(yǎng)基中需要加入生長素和細胞分裂素來誘導細胞脫分化,A項正確。①③過程是利用植物花藥離體培養(yǎng)獲得植株的過程,其中花藥壁細胞屬于正常的二倍體體細胞,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,花粉細胞只有一個染色體組,由其培養(yǎng)獲得的植株為單倍體植株,B項正確。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項正確。H、h和G、g是兩對獨立遺傳的等位基因,故兩者位于非同源染色體上,在減數(shù)分裂時,H和G基因所在的染色體不會發(fā)生聯(lián)會,D項錯誤。 答案:D 10.葉肉細胞原生質體的分離和培養(yǎng)的主要過程可以用下面的圖解簡單表示,根據(jù)圖解完成下列問題。 (1)圖解中“酶解”所用的酶應該包括　　　　　　　　和　　　　　　。 (2)原生質體由　　　　　　、　　　　　　、　　　　　　三部分組成。 (3)在培養(yǎng)基的成分中,除了各種營養(yǎng)成分外,還必須含有　　　　　　　、　　　　　　　　　　才能誘導獲得愈傷組織。 (4)獲得原生質體后,需要對其活力進行檢查,下列最適合的實驗是　　　　。 A.觀察原生質體的結構是否完整 B.觀察細胞質流動 C.觀察細胞的有絲分裂 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,大部分原生質體已再生出細胞壁,可以取樣,利用25%蔗糖溶液以及其他用具,通過　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　實驗來鑒別細胞是否已經(jīng)再生出細胞壁。 解析:對植物細胞酶解的目的是除去細胞壁,植物細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。原生質體包括細胞膜、細胞質和細胞核三部分。植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基中必須含有合適比例的生長素和細胞分裂素才能誘導原生質體形成愈傷組織?；罴毎募毎|具有流動性,因此要對原生質體的活力進行檢查,檢查細胞質流動最適合。植物細胞有無細胞壁再生,可以通過植物細胞質壁分離和復原的實驗來驗證。 答案:(1)纖維素酶　果膠酶 (2)細胞膜　細胞質　細胞核 (3)生長素　細胞分裂素 (4)B (5)植物細胞的質壁分離和復原 三、綜合應用 11.野生馬鈴薯品種的植株具有較強的抗病、抗蟲、抗鹽堿、抗寒能力,但塊莖不能食用?？茖W家用野生馬鈴薯與馬鈴薯的體細胞進行雜交,培育出了生活能力強的雜交系馬鈴薯。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)請用文字和箭頭表示出④⑤技術過程的實驗流程:　　　　　　　　　　。由此過程可以看出分化的植物細胞能形成完整的植株,這是　　　　　　　　　　　　的表現(xiàn)。 (3)植物體細胞雜交技術的優(yōu)點是　。 解析:誘導細胞融合可用聚乙二醇。④~⑤表示植物組織培養(yǎng)的過程。分化的植物細胞能形成完整植株,是植物細胞全能性的表現(xiàn)。植物體細胞雜交技術的優(yōu)點是克服了遠緣雜交不親和的障礙。 答案:(1)誘導原生質體融合 (2)雜交細胞愈傷組織胚狀體→幼苗　植物細胞全能性 (3)克服了遠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)。請回答下列問題。 (1)外植體經(jīng)誘導后形成愈傷組織的過程稱為　　　　　　。 (2)在愈傷組織懸浮培養(yǎng)時,細胞干重、蔗糖濃度和pH的變化如下頁左上圖所示。細胞干重在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。二倍體愈傷組織細胞經(jīng)　　　　　　　　處理,會產(chǎn)生染色體加倍的細胞。為檢測愈傷組織細胞染色體數(shù)目,壓片前常用纖維素酶和　　　　酶解離愈傷組織。若愈傷組織細胞(2n)經(jīng)誘導處理后,觀察到染色體數(shù)為8n的細胞,合理的解釋是　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　。 (4)為了更好地獲得次生代謝產(chǎn)物,生產(chǎn)中采用植物細胞的固定化技術,其原理與酵母菌細胞固定化類似。下列說法正確的有　　　　(填序號)。 ①選取旺盛生長的愈傷組織細胞包埋 ②必須在光照條件下培養(yǎng) ③培養(yǎng)過程中需通空氣 ④固定化后植物細胞生長會變慢 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)的進行,蔗糖濃度下降,pH下降,影響了酶的活性,細胞的代謝速度也隨之降低,所以細胞干重下降。培養(yǎng)基中蔗糖作為碳源,為細胞提供能量,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胞,這樣細胞中染色體數(shù)目就會加倍。 (4)為更好地獲得次生代謝產(chǎn)物,應選取生長旺盛、代謝快的愈傷組織細胞進行包埋。愈傷組織的培養(yǎng)要嚴格避光,因為在光照條件下容易分化產(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行有氧呼吸,應通氣培養(yǎng)。愈傷組織包埋以后,與外界物質交換過程受到影響,所以生長會變慢。 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的細胞處于有絲分裂后期　經(jīng)加倍到8n的細胞處于有絲分裂中期 (4)①③④