生物二 植物细胞工程的应用第2课时巩固练习

第2课时　植物细胞工程的应用

基础过关练

题组一　掌握植物繁殖的新途径

1.植物的快速繁殖技术是通过哪种技术实现的(　　)

A.植物体细胞杂交 B.嫁接

C.营养繁殖 D.植物组织培养

2.下列属于快速繁殖的是(　　)

A.马铃薯的块茎繁殖

B.胡萝卜根的形成层繁殖

C.杨树的扦插繁殖

D.果树的嫁接繁殖

3.(2020江苏徐州一中高二开学考试)马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖,种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产,为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒植株的最佳办法是(　深度解析　)

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.通过植物组织培养技术繁殖农作物,其优点不包括(　易错　)

A.加快繁殖速度

B.保持亲本优良性状

C.培育无病毒植株

D.改变植物的基因型　

5.马铃薯是一种重要的经济作物,传统的繁殖方式感染病毒严重,导致产量大大降低。科研人员利用种苗脱毒技术可有效解决这个问题,基本操作流程如下:

配制培养基→外植体的取材和消毒→剥离和接种→培养和移栽→结果检测

请回答问题:

(1)该技术称为　　　　　　　,其理论基础是　　　　　　　　。 

(2)利用种苗脱毒技术培育马铃薯,常用的培养基有脱分化培养基、生芽培养基、生根培养基。这三种培养基的主要差异是　。 

(3)在培育过程中,选取的外植体是　　　,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)脱毒马铃薯的产量要比未脱毒马铃薯的产量　　　　。 

6.草莓生产上传统的繁殖方式易将所感染的病毒传播给后代,导致产量降低、品质变差。运用快速繁殖技术可以培育出无病毒幼苗。草莓快速繁殖的基本过程如图,请回答下列问题。

外植体愈伤组织芽、根植株

(1)与常规的种子繁殖方法相比,植物快速繁殖技术的特点有　(答出2点即可)。 

(2)过程①中配制好的培养基中,常常需要添加　　　　　　　,有利于外植体启动细胞分裂形成愈伤组织。接种后2~5 d,若发现外植体边缘局部污染,原因可能是　　　　　　　。 

(3)过程②要进行照光培养,其作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养,最终能够形成完整的植株,说明该叶肉细胞具有该植物全部的　　　　　　　。 

题组二　了解作物新品种的培育

7.单倍体育种的优点是可明显缩短育种年限,下列有关单倍体育种的说法正确的是(　　)

A.花药离体培养的脱分化过程中不需要使用植物激素

B.两个单倍体经植物体细胞杂交,后代一定是纯合子

C.单倍体育种获得的是单倍体,还需要经过秋水仙素处理

D.以上说法均不正确

8.(2020江苏徐州一中高二开学考试)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,易于植物生长

B.培养的细胞一直处于不断增殖的状态

C.纺锤丝的形成容易受抑制

D.DNA复制容易受抑制

9.下列育种措施,可以增加植物突变体出现的是(　　)

A.采用嫁接方法培育苹果新品种

B.将鱼的抗冻蛋白基因导入烟草受精卵中,培育抗冻烟草

C.用紫外线对植物组织培养中的愈伤组织进行照射

D.使用秋水仙素对成熟棉花植株进行处理

题组三　归纳细胞产物的工厂化生产

10.(2020山东滕州一中模拟)紫草宁具有抗菌、消炎等效果,可通过植物组织培养技术培养出愈伤组织,从愈伤组织的细胞中提取紫草宁,大大加快了紫草宁的生产进程。下列叙述正确的是(　　)

A.紫草离体的叶片灭菌后可作外植体

B.愈伤组织通过减数分裂进行细胞增殖

C.破碎愈伤组织细胞能提高紫草宁的提取率

D.愈伤组织生产紫草宁体现了细胞的全能性

能力提升练

题组　植物细胞工程的综合应用

1.(2020江苏苏州高三期中,)科研人员研究了马铃薯茎尖外植体大小对幼苗的成苗率和脱毒率的影响,结果如图。相关叙述正确的是(　　)

A.培育脱毒苗所依据的原理有基因突变和细胞全能性

B.培育的脱毒苗具有抗病毒的能力

C.实验结果表明茎尖越小,脱毒率越高,成苗率越低

D.根据本实验,培养脱毒苗时茎尖的适宜大小为0.60 mm

2.(不定项)(2020天津一中高二期中改编,)花粉植株是体细胞遗传研究和突变育种的理想材料。下面是培育四季柑橘(2N=18)花粉植株的过程示意图,有关叙述错误的是(　　)

取花
蕾并
消毒取花粉粒,
接种到培
养基A愈伤组
织接到
培养基B丛芽转
接到培
养基C转接
到培养
基D花粉
植株

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,其根本原因是基因选择性表达

C.四种培养基中所含植物激素的种类和比例相同

D.观察处于分裂中期的四季柑橘花粉植株根尖细胞,可观察到18条染色体

3.(2020江苏南通如皋高二学情调研,)紫杉醇是从红豆杉中提取的一种高效抗癌的药物,虽然能造福人类,但却给濒危的红豆杉带来灭顶之灾。为了缓解红豆杉资源匮乏的现状,科研人员利用红豆杉的幼茎为外植体,获得大量的组培苗,如图是其培育过程的示意图。回答下列问题:

(1)图中表示脱分化和再分化的过程分别是　　　　、　　　　。 

(2)在组培过程中,若要大量获得紫杉醇,需要将外植体培养至　　　　　阶段,原因是处于该阶段的细胞　　　　能力较强,且产生的细胞产物较多。 

(3)营养因子对外植体的组培有很大影响,研究表明,葡萄糖和蔗糖可明显促进紫杉醇的产生,它们的最适浓度均为6%,但葡萄糖优于蔗糖,推测原因最可能是　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)过程④为炼苗阶段,将试管苗从培养基中移出时要用镊子小心取出,需彻底洗干净根部,这样处理的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。试管苗移栽大田后,特别需要注意　　　　　　　　　　　　等环境条件与试管苗的炼苗要求相同,以保证试管苗移出后适应大田环境。 

4.()应用植物组织培养技术,不仅可实现种苗的快速繁殖、培育无病毒植株,也可加快作物及苗木育种。下面是培育柑橘耐盐植株的实验流程:

茎段→愈伤
组织挑选生
长的愈
伤组织→耐盐
植株

回答下列问题:

(1)愈伤组织是由离体的茎段经　　　　　　过程形成的,此时愈伤组织细胞　　　　(填“具有”或“不具有”)细胞的全能性,愈伤组织经过　　　　过程形成耐盐植株。在植物组织培养的培养基中除添加无机营养成分、有机营养成分、琼脂外,还需要添加　　　　　　　　　。 

(2)对愈伤组织进行了两次处理,处理1中γ射线照射的目的是　　　　　　　　　,用γ射线不直接处理茎段而是处理愈伤组织,原因是　                                                                                                                                                                                                                                 ; 

处理2中添加的物质X为　　　　　　。　深度解析　 

(3)植物组织培养技术也被广泛应用于其他作物的育种中。在培育番茄—马铃薯、三倍体无子西瓜需用到植物组织培养技术的是　　　　　　　　　。 

5.(2020黑龙江哈尔滨三中期末,)紫杉醇是从红豆杉属植物树皮中提取分离出来的一种代谢物,具有显著的抗癌效果。科研人员设计如图一所示流程制备紫杉醇。为了获得大量的紫杉醇,先用植物的外植体获得愈伤组织,然后在液体培养基中悬浮培养。请回答下列问题:

(1)图一中,为了防止微生物污染,过程①所用的外植体需在　　　　　　　　溶液中摇动几秒。过程②通常需用　　　　　　　　酶处理将愈伤组织分散成单个细胞。 

(2)在愈伤组织悬浮培养时,细胞干重、蔗糖浓度和pH的变化如图二所示,细胞干重在12 d后下降的原因有　　　　　　　　　　;培养液中适量的蔗糖不仅可以为培养的细胞提供能源,还可以调节培养基的　　　　　。 

(3)多倍体愈伤组织细胞产生的代谢物量常高于二倍体。二倍体愈伤组织细胞经　　　　　　　　处理,会产生染色体加倍的细胞。 

(4)为了培养能高效产生紫杉醇的红豆杉—柴胡植株,科研人员将红豆杉的愈伤组织和柴胡的愈伤组织用酶处理后,获得有活力的原生质体,再用诱导剂　　　　　　　　使其融合,最后选择能够高效合成紫杉醇的杂种细胞进行培养。 

(5)红豆杉的形成层在生长发育过程中并不能合成紫杉醇的根本原因是　。 

第2课时　植物细胞工程的应用

基础过关练

1.D　植物的快速繁殖技术也叫微型繁殖技术,是通过植物组织培养技术实现的。

2.B　用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术,被人们形象地称为植物的快速繁殖技术,也叫微型繁殖技术,A、C、D项所描述的均属于营养繁殖,只有B项运用植物组织培养技术,属于快速繁殖。

3.C　进行植物快速繁殖时常采用植物顶端分生区附近如茎尖作为外植体,原因是茎尖病毒极少,甚至无病毒,因此切取一定大小的茎尖进行组织培养,再生的植株就可能不带病毒。

归纳总结

在植物顶端分生区附近,细胞繁殖十分迅速,病毒来不及侵入,因此就成为植物体相对无病毒的特殊区域。

4.D　植物组织培养技术不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖,还可以保持亲本的优良性状,并通过作物脱毒提高作物产量,改善作物品质,但不会改变植物的基因型。

易错警示

植物组织培养从整体看属于无性繁殖的范畴,不能改变植物的基因型。

5.答案　(1)植物组织培养　植物细胞的全能性　(2)生长素和细胞分裂素的比例不同　(3)茎(芽)尖　茎(芽)尖病毒极少,甚至无病毒　(4)高

解析　(1)配制培养基→外植体的取材和消毒→剥离和接种→培养和移栽→结果检测,应用了植物组织培养技术,理论基础是植物细胞具有全能性。(2)植物组织培养中关键激素是生长素和细胞分裂素,它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向,生长素与细胞分裂素的比值高时,有利于根的分化,比值低时,有利于芽的分化。(3)在培育过程中,由于茎(芽)尖病毒极少,甚至无病毒,因此选取茎(芽)尖作为外植体。(4)脱毒马铃薯的产量要比未脱毒马铃薯的产量高。

6.答案　(1)繁殖速度快;后代性状稳定,不发生性状分离　(2)植物激素　外植体消毒不彻底　(3)促进叶肉细胞中叶绿素的合成　(4)遗传信息

解析　(1)与常规的种子繁殖方法相比,植物快速繁殖技术不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖,还可以保持优良品种的遗传特性。(2)过程①为脱分化过程,植物组织培养的培养基中,需要加入植物激素,植物激素中的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;在植物组织培养时,若在接种后发现外植体边缘局部有污染,原因可能是外植体消毒不彻底。(3)过程②为再分化过程,再分化过程芽发育成叶,叶肉细胞中的叶绿素的合成需要光照,故该过程需要进行照光培养。(4)离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养,最终能够形成完整的植株,证明叶肉细胞具有全能性,即该叶肉细胞具有该植物全部的遗传信息。

7.D　花药离体培养属于植物组织培养,在脱分化的过程中需用到植物激素,A错误;两个单倍体的基因组成可能不同,因此,两者经植物体细胞杂交,获得的后代可能是杂合子,B错误;单倍体育种包括花药(或花粉)离体培养和秋水仙素或低温诱导染色体加倍两个过程,所以,单倍体育种获得的不是单倍体,C错误。

8.B　培养基为培养物的生长提供所需的营养物质(如水、无机盐、碳源、氮源)、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,A错误;在植物的组织培养过程中,由于培养细胞一直处于不断增殖的状态,因此它们容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变,B正确;培养细胞在不断增殖的过程中,由于人为地调控培养条件,利于它们的增殖,因此纺锤丝的形成和DNA复制不容易受抑制,C、D错误。

9.C　愈伤组织中的细胞处于分生状态,受紫外线照射容易发生突变。A项为无性生殖,B项为基因工程(基因重组),D项用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,可诱导染色体加倍,用秋水仙素对成熟棉花植株进行处理,不能增加植物突变体的出现。

10.C　紫草离体的叶片消毒后可作外植体,A错误;愈伤组织细胞不能进行减数分裂,其通过有丝分裂进行细胞增殖,B错误;破碎愈伤组织细胞能提高紫草宁的提取率,C正确;细胞的全能性是指细胞经分裂和分化后,仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能,愈伤组织生产紫草宁不能体现细胞的全能性,D错误。

能力提升练

1.C　马铃薯茎尖病毒极少,甚至无病毒,因此可利用马铃薯茎尖进行组织培养形成脱毒苗,所依据的原理是细胞全能性,A错误;培育的脱毒苗不具有抗病毒的能力,B错误;实验结果表明茎尖越小,脱毒率越高,成苗率越低,C正确;在茎尖外植体大小为0.27 mm时,脱毒率和成苗率均较高,因此马铃薯脱毒培养中茎尖外植体的适宜大小为0.27 mm,D错误。

2.CD　花粉细胞培育成单倍体植株,依据的原理是花粉粒细胞具有全能性,其技术是植物组织培养,A正确;由愈伤组织到丛芽的过程是再分化,其根本原因是基因选择性表达,B正确;图中四种培养基的差异主要表现在植物激素的种类和含量,C错误;观察处于分裂中期的四季柑橘花粉植株根尖细胞,其染色体数为9条,D错误。

3.答案　(1)②　③　(2)愈伤组织　分生(分裂)　(3)葡萄糖为单糖,更容易被植物细胞吸收利用　(4)防止移栽苗烂根死亡(防止残留在根部的培养基中的营养因子成为潜在的致病微生物的生长培养基,从而引起移栽苗烂根死亡)　湿度、光照和温度

解析　(1)图中表示脱分化的是过程②,表示再分化的是过程③。(2)在植物组织培养过程中,愈伤组织阶段的细胞分裂能力较强,且产生的细胞产物较多,因此若要大量获得紫杉醇,需要将外植体培养至愈伤组织阶段。(3)研究表明,葡萄糖和蔗糖可明显促进紫杉醇的产生,它们的最适浓度均为6%,但葡萄糖优于蔗糖,推测原因最可能是葡萄糖为单糖,更容易被植物细胞吸收利用。(4)为了防止移栽苗烂根死亡,试管苗从培养基中移出时要用镊子小心取出,需彻底洗干净根部。试管苗移栽大田后,特别需要注意湿度、光照和温度等环境条件与试管苗的炼苗要求相同,以保证试管苗移出后适应大田环境。

4.答案　(1)脱分化　具有　再分化　植物激素　(2)诱导突变　愈伤组织细胞一直处于不断增殖的状态,易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变　氯化钠　(3)培育番茄—马铃薯

解析　(1)愈伤组织是由离体的茎段脱分化形成的,每个细胞都脱离了原来的分化状态,因此愈伤组织细胞都具有全能性。愈伤组织经过再分化过程才能形成植株。在植物组织培养过程中,除了加入营养之外,还要加入植物激素,因为植物激素在脱分化和再分化过程中起重要作用。(2)对愈伤组织进行了两次处理,处理1中γ射线照射的目的是使愈伤组织发生突变,γ射线不直接处理茎段而是处理愈伤组织的原因是愈伤组织细胞一直处于不断增殖的状态,易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变。(3)番茄—马铃薯形成的过程中,先要形成杂种细胞,再由杂种细胞形成杂种植株,所以会用到植物组织培养技术。

归纳总结

突变体的利用

在植物组织培养过程中,由于培养细胞一直处于不断增殖的状态,因此容易受到培养条件和诱变因素的影响而发生突变。从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体,进而培育成新品种。

5.答案　(1)体积分数为70%的酒精　纤维素酶和果胶　(2)蔗糖浓度下降,pH降低　渗透压　(3)秋水仙素或低温　(4)聚乙二醇(PEG)　(5)在特定时间和空间条件下,细胞中的基因选择性的表达

解析　(1)图一中,植物组织培养过程应该在无菌的条件下进行,因此过程①所用的外植体需用体积分数为70%的酒精消毒30 s,以防止杂菌污染。过程②通常需用纤维素酶和果胶酶处理将愈伤组织分散成单个细胞。(2)据图二分析:外植体离体培养过程中,再分化形成根、芽之前需要消耗蔗糖,且pH下降会影响酶的活性,愈伤组织细胞不能进行光合作用,对物质的合成小于分解,故细胞干重下降;植物组织培养过程中,蔗糖既能提供能源也能调节细胞渗透压。(3)秋水仙素或低温都可以抑制纺锤体形成,诱导染色体数目加倍,形成多倍体。(4)在植物体细胞杂交过程中,利用酶解法获得有活力的原生质体,然后再用聚乙二醇(PEG)使其融合,最后选择能够高效合成紫杉醇的杂种细胞进行培养。(5)红豆杉的形成层在生长发育过程中并不能合成紫杉醇,这是由于在特定时间和空间条件下,细胞中的基因会选择性地表达。