植物细胞工程
0 (30 分钟
0 100 分) )
1.(10 分)(2021·昆明模拟)生产中可利用植物细胞的全能性进行植物组织培养,如图是该技术的流程图,据图回答:
(1)细胞的全能性是指__。
(2)图中①切下植物组织后首先要进行________。取材时一般需要切取含有________________的部分,原因是这部分__________________________________________。
(3)图中长成完整植株的过程,常分为两种途径:一是诱导幼苗先生根、后长芽,二是同时诱导幼苗生根、长芽。两种途径的分化培养基中,最主要的区别是________的成分及比例不同。由“①”至“长成幼苗”的过程,又称为细胞的____________________过程。
【解析】(1)细胞的全能性是指已分化的细胞,仍然具有发育成完整生物个体的潜能。
(2)图中①切下来的外植体(离体的植物组织、器官或细胞)需要先进行消毒;取材时一般需要切取含有形成层的部分,因为这部分易于诱导形成愈伤组织。
(3)根据题意分析,植物组织培养的两种途径中,一是先生根、后长芽,二是同时生根、长芽,两者主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比。由“①”至“长成幼苗”的过程为植物组织培养过程,又称为细胞离体培养过程。
答案:(1)已经分化的细胞,仍然具有发育成完整生物个体的潜能 (2)消毒 形成层 易于诱导形成愈伤组织 (3)激素 离体培养 2.(10 分)(2021·太原模拟)细胞融合技术有着广泛应用。如图为细胞融合的简略过程,据图回答相关问题:
(1)若 a、b 分别是基因型为 yyRr 和 YYrr 两个玉米品种的花粉,且这两对基因分别位于两
对同源染色体上。科学家分别将它们的花粉除去细胞壁,然后诱导其融合,再把这些融合细胞进行培养,培育出了玉米新品种。
①这两个品种的花粉可用化学诱导剂______________诱导融合,共可产生__________种基因型的融合细胞(仅考虑两两融合),这些融合细胞经过脱分化形成________________,再经培养可以得到__________种不同于亲本表现型的玉米新品种。
②若想培育出基因型为 yyRR 的玉米植株,也可直接用 yyRr 植株的花粉培养,再经过染色体加倍(秋水仙素)处理并筛选获得,这种方法叫做__________。
(2)若 a、b 表示番茄和马铃薯两种植物的体细胞。
①在“番茄—马铃薯”的培育过程中,植物体细胞融合完成的标志为__。
②a、b 细胞融合之前,要用酶处理,酶处理后得到__________。
(3)若 a、b 分别为骨髓瘤细胞和已免疫的 B 淋巴细胞,则由 d 细胞产生的抗体与普通血清抗体相比较,具有________________________________________等特点。
【解析】(1)①诱导细胞融合时可用的化学诱导剂是聚乙二醇(PEG);花粉有 3 种,即 yR、yr、Yr,共可产生 6 种基因型的融合细胞,即 yyRR、yyrr、YYrr、YyRr、Yyrr、yyRr;这些融合细胞经过脱分化形成愈伤组织;再经培养可以得到 2 种不同于亲本表现型的玉米新品种,即 yyrr、YyRr。
②若想培育出基因型为 yyRR 的玉米植株,也可直接用 yyRr 植株的花粉培养获得单倍体幼苗,再经过染色体加倍(秋水仙素)处理并筛选获得,这种方法叫做单倍体育种。
(2)①在“番茄—马铃薯”的培育过程中,运用了植物细胞工程中的植物体细胞杂交技术,植物体细胞融合完成的标志是再生出细胞壁。
②植物细胞融合之前,需要用纤维素酶和果胶酶处理得到原生质体。
(3)单克隆抗体与普通血清抗体相比较,具有特异性强、灵敏度高、并能大量制备等特点。
答案:(1)聚乙二醇(PEG) 6
愈伤组织
2
单倍体育种 (2)再生出细胞壁
原生质体
(3)特异性强、灵敏度高、并能大量制备
【知识总结】植物体细胞杂交过程中杂种细胞类型及检测方法 (1)诱导产生的细胞(假设用于杂交的两种植物细胞分别为 A、B) ①未融合的细胞:A 和 B。
②两两融合的细胞:AA、BB 和 AB。
③多细胞融合体。
(2)检测方法:对诱导产生的细胞进行植物组织培养,然后根据得到的植物性状进行判断。
①若得到的是一种性状的植物,说明是未融合细胞。
②若得到的是具有两种亲本性状的植物,说明是杂种细胞。
③若得到的是具有两种亲本性状的植物,且一种植物的性状得到加强,则是多细胞融合体。
④若得到的是一种性状的植物且效果得到加强,则是同种细胞融合的结果。
3.(12 分)(2021·哈尔滨模拟)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地砍伐。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__________________;诱导茎尖分生组织形成愈伤组织的过程叫__________________。利用愈伤组织诱导形成的胚状体经人工薄膜包装后就可得到______________________。
(2)茎尖分生组织细胞具有全能性的原因是________________________________________。
(3)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)。
(4)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。诱导茎尖分生组织形成愈伤组织的过程叫脱分化。利用愈伤组织诱导形成的胚状体经人工薄膜包装后就得到了人工种子。
(2)茎尖分生组织细胞含有该种生物的全部遗传信息,因此具有全能性。
(3)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。
(4)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,再经聚乙二醇诱导融合形成杂种细胞。植物体细胞杂交技术的优点是克服远缘杂交不亲和的障碍。
答案:(1)病毒极少,甚至无病毒 脱分化 人工种子
(2)茎尖分生组织细胞含有该种生物
的全部遗传信息 (3)液泡 (4)植物体细胞杂交 纤维素酶和果胶酶 聚乙二醇 克服远缘杂交不亲和的障碍 4.(11 分)(2021·石嘴山模拟)植物 A 和植物 B 均为二倍体,如图为植物体细胞杂交过程示意图,据图回答:
(1) 步 骤 ① 通 常 用 ______________________ 处 理 , 步 骤 ② 一 般 常 用 的 化 学 试 剂 是__________。
(2)在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中,运用的技术手段是__________。其中步骤④相当于________________。
(3)植物体细胞杂交技术的意义在于克服了____________________的障碍。
(4)从理论上讲,杂种植株的育性为__________。若运用传统有性杂交方法能否实现?________,理由是__。
(5)利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种的过程中,遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律?__________。为什么?__
__。
【解析】(1)步骤①是去掉细胞壁分离出有活力的原生质体,常用纤维素酶和果胶酶处理;步骤②为诱导原生质体融合的过程,一般常用的化学诱导剂是 PEG。
(2)利用杂种细胞培育成为杂种植株的技术为植物组织培养,图中步骤④为脱分化过程。
(3)植物体细胞杂交技术可以打破生殖隔离,克服远缘杂交不亲和障碍。
(4)杂种植株是由两种不同的二倍体杂交形成的异源四倍体,含有同源染色体,因此是可育的;而运用传统有性杂交方法是不能实现的,因为不同种生物之间存在生殖隔离。
(5)由于只有在生物进行有性生殖的过程中,其遗传物质的传递才遵循孟德尔遗传规律,而植物体细胞杂交育种的过程不属于有性生殖,因此利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种的过程中,遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传规律。
答案:(1)纤维素酶和果胶酶 聚乙二醇 (2)植物组织培养 脱分化
(3)远缘杂交不亲和 (4)可育 不能 因为不同种生物之间存在生殖隔离 (5)不遵循 因为只有在生物进行有性生殖的过程中,其遗传物质的传递才遵循孟德尔遗传规律,而植物体细胞杂交育种的过程不属
于有性生殖
【易错警示】有关植物体细胞杂交的三个易错点 (1)植物体细胞杂交的结果不是形成杂种细胞,最终要经过组织培养形成杂种植株。
(2)植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合,因此不属于有性生殖,应为无性生殖。
(3)杂种植株的变异类型属于染色体变异,杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和,杂种植株属于异源多倍体。
5.(12 分)(2021·大庆模拟)我国植物学家将名贵兰花的茎尖细胞放在培养基中进行培养,最终发育成完整的新植株。如图是细胞培养形成兰花植株示意图,请据图分析回答:
(1)过程③和④分别表示______和______。
(2)在培养过程中,除了提供水分、无机盐、糖类、维生素及氨基酸外,还需要在培养基中加入________________。同时,在培养过程中,除必需的温度、光照和氧气等外界条件外,成功的另一个关键是操作过程必须保证______。
(3)植物组织培养技术又叫植物微型繁殖技术是植物繁殖的一种途径,与有性生殖相比,植物组织培养优势主要有(答出 2 点即可)_____________。
(4)在植物组织培养的过程中,可以对________________进行化学或物理的诱变处理,促使其发生突变,通过诱导分化形成植株,从中选育出优良品种。这种作物新品种的培育方法属于________________________。
(5)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒,经组织培养形成植株,这种育种方法称为________________,其优点是__________________。
【解析】(1)过程③为离体茎尖细胞培育为愈伤组织的脱分化过程,过程④为愈伤组织培育为胚状体的再分化过程。
(2)生长素和细胞分裂素的协同调控作用在植物组织培养中非常重要,在培养过程中,除了提供水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外,还需要在培养基中加入生长素和细胞分裂素。在培养过程中,为避免微生物与培养的植物细胞竞争营养,除必需的温度、光照和氧气等外界条件外,成功的另一个关键是操作过程必须保证无菌。
(3)植物组织培养与有性繁殖相比,其优势有:能保持母本的优良性状;培养周期短,繁殖效率
高;能培育无病毒植物等。
(4)在植物组织培养的过程中,可以对愈伤组织进行化学或物理的诱变处理,促使其发生突变,再通过诱导分化形成植株,从中选育出优良品种。这种作物新品种的培育方法属于突变体的利用。
(5)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒,经组织培养形成植株,再进行染色体加倍,这种育种方法称为单倍体育种,其突出优点是明显缩短育种年限。
答案:(1)脱分化 再分化 (2)生长素和细胞分裂素 无菌 (3)能保持母本的优良性状;培养周期短,繁殖效率高;能培育无病毒植物等 (4)愈伤组织 突变体的利用 (5)单倍体育种 能明显缩短育种年限
【加固训练】
(2021·银川模拟)紫草素是紫草细胞的代谢产物,可作为生产治疗烫伤药物的原料。研究人员通过培养紫草细胞生产紫草素。为了获取紫草素,某制药公司利用植物组织培养技术,从培养的愈伤组织中提取这种有效成分。请回答下列问题: (1)培养时,通常选择新生的芽作为外植体,这是因为__________________________。将离体的芽培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其依次产生____________、____________,最终形成完整的植株。
(2)假设紫草与另一种植物 A 均为二倍体药用植物(紫草细胞中有 2n 条染色体,A 植物细胞中有2m 条染色体)。某药物研究所拟利用植物体细胞 杂交技术培育同时含有两种有效成分的新型药用植物。为了得到原生质体需用________酶和________酶去除两植物细胞的细胞壁,然后诱导其融合形成杂种细胞。
(3)融合形成的杂种细胞在有丝分裂后期含有________条染色体。杂种细胞培育成的新型药用植物为________倍体,在这个过程中所利用的生物学原理是__。
【解析】(1)植物组织培养技术的原理是植物细胞的全能性,培养时选择新生的芽作为外植体,是因为新生芽的分化程度低、全能性高,在培养过程中容易诱导其脱分化形成愈伤组织;植物组织培养的过程:将离体的芽培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其脱分化产生愈伤组织,再分化形成胚状体或丛芽,最终继续分裂和分化形成完整个体。(2)在植物体细胞杂交过程中,需要用纤维素酶和果胶酶处理植物的细胞壁,获得原生质体,然后诱导再生出新的细胞壁,形成杂种细胞。(3)根据题意,紫草细胞中有 2n 条染色体,A 植物细胞中有 2m 条染色体,融合后的细胞中具有二者所有的染色体,因此染色体数目为 2n+2m,则有丝分裂后期染色体数目加倍为 4(n+m)。杂种细胞发育成的药用植物融合了二者的染色体组,二者为不同的物
种,故杂种细胞培育成的新型药用植物为四倍体,将杂种细胞培养成个体利用了植物细胞的全能性。
答案:(1)新生芽细胞分化程度...