資源簡(jiǎn)介

2.1.2植物細(xì)胞工程的應(yīng)用學(xué)案
【預(yù)習(xí)新知】
（一）植物繁殖的新途徑
1．微型繁殖：
(1)本質(zhì)：微型繁殖只運(yùn)用了植物組織培養(yǎng)技術(shù)，該過(guò)程只涉及有絲分裂，沒(méi)有減數(shù)分裂，因而屬于無(wú)性繁殖。
(2)優(yōu)點(diǎn)：使用材料少，培養(yǎng)周期短，繁殖率高，便于自動(dòng)化管理，有利于進(jìn)行工廠化培養(yǎng)。
2．作物脫毒：
(1)病毒的特點(diǎn)：病毒是寄生性生物，在用種子繁殖或用植物根、莖無(wú)性繁殖過(guò)程中，種子、根、莖的細(xì)胞中可能攜帶著病毒并傳給下一代，使其繁殖的子代感染病毒。
(2)材料的選取：據(jù)檢測(cè)，植物的分生組織細(xì)胞中一般是不含病毒的。如果未被病毒感染的植株的分生組織用植物組織培養(yǎng)的方法培育幼苗，用于生產(chǎn)，可以避免病毒對(duì)作物的影響，大大提高作物的產(chǎn)量。
3．人工種子：
(1)組成：由胚狀體、人工種皮兩部分組成(有的資料上把人工種皮再細(xì)分為人工種皮和人工胚乳兩部分)。如圖：
(2)人工種皮的要求：
①能保持胚狀體的活力，即要能透氣、透水，含有胚狀體發(fā)芽所需要的各種營(yíng)養(yǎng)成分等；
②有利于貯藏、運(yùn)輸和萌發(fā)，選取的材料要有韌性，耐壓，對(duì)胚狀體無(wú)毒害；
③還應(yīng)含有農(nóng)藥和殺菌劑，以防播種后害蟲(chóng)及微生物的侵害；
④還要加入能促進(jìn)胚狀體生長(zhǎng)和發(fā)育的一些植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、有益菌等。
(3)制作人工種皮的材料：海藻酸鈉、明膠、樹(shù)脂、瓊脂糖、淀粉等。
(4)胚狀體的要求：
①播種后能快速出苗；
②根和芽同步生長(zhǎng)，活力強(qiáng)；
③形成的幼苗的形態(tài)與生長(zhǎng)要正常。
(5)制備流程：
誘導(dǎo)植物愈傷組織的形成
↓
體細(xì)胞胚的誘導(dǎo)
↓
體細(xì)胞胚的成熟
↓
機(jī)械化包裝
↓
儲(chǔ)藏或種植
(6)優(yōu)點(diǎn)：
①解決了天然種子在遺傳上由于減數(shù)分裂引起的重組現(xiàn)象造成的某些遺傳性狀的改變或繁殖能力差、結(jié)子困難等問(wèn)題。
②實(shí)現(xiàn)種子的工廠化生產(chǎn)，克服天然種子在生產(chǎn)上受季節(jié)限制的問(wèn)題，提高農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化程度。
③試管苗的大量貯藏和運(yùn)輸也是相當(dāng)困難的。人工種子則克服了這些缺點(diǎn)，人工種子外層是起保護(hù)作用的薄膜，類似天然種子的種皮，因此，可以很方便地貯藏和運(yùn)輸。
④用人工種子播種可以大大節(jié)約糧食。
（二）作物新品種的培育
1．單倍體育種
(1)過(guò)程：________(或花粉)離體培養(yǎng)→________植株遺傳性狀相對(duì)穩(wěn)定的純合子二倍體植株優(yōu)良品種。
(2)優(yōu)點(diǎn)
①后代是純合子，能________。
②明顯縮短了____________。
③進(jìn)行體細(xì)胞誘變育種和研究________的理想材料。
(3)成果
①中國(guó)成功培育出世界上第一個(gè)單倍體作物新品種——單育1號(hào)煙草。
②育成了水稻、玉米、油菜、甘藍(lán)和甜椒等作物的新品種。
2．突變體的利用
(1)產(chǎn)生原因：在植物的組織培養(yǎng)過(guò)程中，由于培養(yǎng)細(xì)胞一直處于________的狀態(tài)，因此它們?nèi)菀资艿絖_______和________(如射線、________等)的影響而________。
(2)利用：從產(chǎn)生突變的個(gè)體中篩選出對(duì)人們有用的________，進(jìn)而培育成________。
（三）細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)
1.植物的代謝產(chǎn)物
（1）初生代謝物：初生代謝是生物______和______所必需的代謝活動(dòng)，初生代謝物有______、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、______等。
（2）次生代謝物：次生代謝不是生物生長(zhǎng)所必需的，一般在____________或______中，并在一定的______和______條件下才進(jìn)行。次級(jí)代謝物是一類小分子有機(jī)化合物（如______、______和____________等）。
2.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)
由于植物細(xì)胞的次生代謝產(chǎn)物含量很低，從植物組織中提取會(huì)大量破壞植物資源，有些產(chǎn)物又不能或難以通過(guò)化學(xué)合成途徑得到。
（1）概念：利用__________________來(lái)獲得目標(biāo)產(chǎn)物，這個(gè)過(guò)程就是細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。
（2）植物細(xì)胞培養(yǎng)：指在____條件下對(duì)________或細(xì)胞團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)使其增殖的技術(shù)。
（3）特點(diǎn)：不占用耕地，幾乎不受______、______等的限制，因此對(duì)于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境保護(hù)具有重要意義。
【鞏固訓(xùn)練】
1.植物細(xì)胞工程在很多方面有著廣泛的應(yīng)用。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是( )
A.作物脫毒一般選擇植物葉肉細(xì)胞進(jìn)行組織培養(yǎng)
B.快速繁殖技術(shù)能夠保持植物優(yōu)良品種的遺傳特性
C.紫草寧是利用細(xì)胞產(chǎn)物工廠化生產(chǎn)出的一種藥物和色素
D.單倍體育種通常需要花藥離體培養(yǎng)和人工誘導(dǎo)多倍體，能夠縮短育種年限
2.生產(chǎn)中培育香蕉脫毒苗常用的方法是( )
A.人工誘導(dǎo)基因突變 B.選擇優(yōu)良品種進(jìn)行雜交
C.取莖尖分生組織進(jìn)行組織培養(yǎng) D.進(jìn)行遠(yuǎn)緣植物體細(xì)胞雜交
3.紫花苜蓿是常用的豆科牧草，但易使家畜患鼓脹病：百脈根富含物質(zhì)X，X可與紫花苜蓿中特定蛋白結(jié)合，抑制鼓脹病的發(fā)生。為培育抗鼓脹病的苜蓿新品種，我國(guó)科學(xué)家利用紫花苜蓿和百脈根為材料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，主要流程如圖所示。下列敘述正確的是( )
A.①過(guò)程為使用纖維素酶和果膠酶處理植物細(xì)胞形成A、B兩種原生質(zhì)層
B.為確保最終得到的F植株為新品種，可對(duì)②過(guò)程形成的C進(jìn)行篩選和鑒定
C.③過(guò)程中C的高爾基體活動(dòng)性增強(qiáng)，D的形成是植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志
D.將細(xì)胞培養(yǎng)至E階段即可研究物質(zhì)X的作用，④過(guò)程需進(jìn)行光照處理
4.下列關(guān)于細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)的敘述，錯(cuò)誤的是( )
A.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)是植物細(xì)胞工程的重要用途之一
B.植物細(xì)胞產(chǎn)物包括蛋白質(zhì)、脂肪、藥物、香料、生物堿等
C.利用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)獲得紫草素可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)
D.培養(yǎng)的愈傷組織需要經(jīng)過(guò)再分化形成植株后才能產(chǎn)生特定的細(xì)胞產(chǎn)物
5.為拯救珍稀植物紅豆杉,并同時(shí)獲得高抗癌活性物質(zhì)——紫杉醇,某科研小組設(shè)計(jì)了下圖所示的實(shí)驗(yàn)流程。下列相關(guān)敘述正確的是( )
A. 誘導(dǎo)紅豆杉莖尖經(jīng)過(guò)再分化過(guò)程形成愈傷組織
B. 紫杉醇是紅豆杉基本生命活動(dòng)必須的
C. 用液體培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)愈傷組織生產(chǎn)紫杉醇時(shí)，通常要通入無(wú)菌空氣
D. 同一株植物不同部位的組織細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)培養(yǎng)獲得的植株基因型一定相同
6.如圖表示植株A（雜合子Aa）和植株B培育植株①②③④⑤的過(guò)程，下列說(shuō)法正確的是( )
A.培育植株①的過(guò)程為單倍體育種，獲得的植株為純合子
B.選擇植物的愈傷組織進(jìn)行誘變處理獲得優(yōu)質(zhì)的突變體，未體現(xiàn)細(xì)胞的全能性
C.需要通過(guò)植物組織培養(yǎng)技術(shù)獲得的植株只有①③④
D.植株①②④⑤與植株A基因型相同的概率分別是0、0、1、0（不考慮基因突變）
7.搖擺式間歇浸沒(méi)生物反應(yīng)器通過(guò)擺動(dòng)架的傾斜擺動(dòng)，使培養(yǎng)液周期性間歇浸沒(méi)組培苗，實(shí)現(xiàn)組培苗的快速生長(zhǎng)。相關(guān)敘述正確是( )
A.獲得組織苗的培養(yǎng)基含有水、無(wú)機(jī)鹽、蔗糖、瓊脂和激素等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)
B.獲得組培苗的步驟：外植體→脫分化形成胚狀體→再分化形成試管苗
C.間歇擺動(dòng)提高培養(yǎng)液溶氧量，有利于組培苗進(jìn)行有氧呼吸，提高生長(zhǎng)速度
D.經(jīng)過(guò)間歇浸沒(méi)培養(yǎng)獲得的植株需要消毒后煉苗再移栽到經(jīng)滅菌處理的土壤中
8.種植型茄子是夏季主要蔬菜之一，容易受到線蟲(chóng)侵染，產(chǎn)量降低。野生型茄子具有抗線蟲(chóng)特性。由于種植型茄子和野生型茄子很難采用雜交育種，某科研小組采用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)培育出了具有兩個(gè)品種優(yōu)良性狀的新品種。下列相關(guān)敘述正確的是( )
A.利用胰蛋白酶或膠原蛋白酶去除細(xì)胞壁，獲得原生質(zhì)體
B.種植型茄子和野生型茄子的原生質(zhì)體融合可用PEG或滅活病毒等誘導(dǎo)
C.雜種細(xì)胞經(jīng)外源植物激素誘導(dǎo)脫分化后，可直接形成雜種植物
D.與種植型茄子的染色體組數(shù)目相比，該新品種的染色體組數(shù)目增加
9.三白草和魚(yú)腥草因療效相近且具有疊加效應(yīng)常被中醫(yī)用作“藥對(duì)”。研究者欲利用原生質(zhì)體融合技術(shù)將復(fù)方的配伍（兩種或兩種以上藥物配合使用）提前到雜種細(xì)胞，并實(shí)現(xiàn)有效成分的工廠化生產(chǎn)，操作如圖所示。下列有關(guān)敘述正確的是( )
A.①過(guò)程可用鹽酸和酒精混合液（1：1）配制的解離液來(lái)完成
B.②過(guò)程通常在略高滲溶液中采用滅活病毒誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合
C.③過(guò)程融合的原生質(zhì)體需先形成細(xì)胞壁再進(jìn)行有絲分裂
D.④過(guò)程配制培養(yǎng)基時(shí)需要添加植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑和瓊脂
10.植物細(xì)胞工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等方面有著廣泛應(yīng)用，并且取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。下列相關(guān)敘述正確的是( )
A.對(duì)莖尖脫分化形成的愈傷組織需用射線處理后方可得到脫毒苗
B.可采用誘變處理煙草愈傷組織的方法來(lái)獲得煙草抗鹽堿突變體
C.玉米（2n=20）的花粉經(jīng)植物組織培養(yǎng)可獲得二倍體幼苗
D.若培育的是耐鹽植株，則可將獲得的試管苗直接移栽于含高鹽土壤中進(jìn)行篩選后，再推廣栽培
參考答案
1.答案：A
解析：作物脫毒一般選擇植物根尖、莖尖或芽尖等幼嫩部位進(jìn)行組織培養(yǎng)，A錯(cuò)誤；快速繁殖技術(shù)能夠保持植物優(yōu)良品種的遺傳特性，B正確；紫草寧是利用細(xì)胞產(chǎn)物工廠化生產(chǎn)出的一種藥物和色素，C正確；單倍體育種通常需要花藥離體培養(yǎng)和人工誘導(dǎo)多倍體，能夠縮短育種年限，D正確。
2.答案：C
解析：A、植物長(zhǎng)期無(wú)性繁殖，病毒在體內(nèi)積累，基因突變不會(huì)消除病毒，A錯(cuò)誤；B、選擇優(yōu)良品種進(jìn)行雜交會(huì)使子代獲得優(yōu)良性狀，不會(huì)消除病毒，B錯(cuò)誤；C、植物長(zhǎng)期無(wú)性繁殖，病毒在體內(nèi)積累，植物的莖尖無(wú)毒或病毒極少，可以組織培養(yǎng)獲得無(wú)病毒植株，C正確；D、進(jìn)行遠(yuǎn)緣植物體細(xì)胞雜交，細(xì)胞內(nèi)的病毒不會(huì)消失，D錯(cuò)誤。故選：C。
3.答案：B
解析：A、①是制備原生質(zhì)體的過(guò)程，由于植物細(xì)胞壁的成分主要是纖維素和果膠，故過(guò)程①需要用纖維素酶和果膠酶處理植物細(xì)胞，A錯(cuò)誤；
B、②形成的細(xì)胞類型可能有紫花苜蓿-紫花苜蓿型、百脈根-百脈根型、紫花苜蓿-百脈根型等，為確保最終得到的F植株為新品種，可對(duì)②過(guò)程形成的C進(jìn)行初步的篩選和鑒定，B正確；
C、③是篩選出雜種細(xì)胞的過(guò)程，該過(guò)程中由于要形成新的細(xì)胞壁，故高爾基體的活動(dòng)增強(qiáng)，植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志是形成新植株，而非圖中的D形成，C錯(cuò)誤；
D、④過(guò)程是脫分化過(guò)程，該過(guò)程需要避光處理，D錯(cuò)誤。
故選B。
4.答案：D
解析：A、植物細(xì)胞工程技術(shù)的應(yīng)用有植物繁殖的新途徑（包括微型繁殖，作物脫毒等）、作物新品種的培育（單倍體育種、突變體的利用）、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)等，A正確；
B、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)是指對(duì)能夠產(chǎn)生對(duì)人體有利產(chǎn)物的細(xì)胞進(jìn)行組織培養(yǎng)，讓它們能夠產(chǎn)生大量的細(xì)胞產(chǎn)物。細(xì)胞產(chǎn)物有蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等，B正確；
C、紫草素是細(xì)胞的代謝產(chǎn)物，利用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)獲得紫草素，可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)，C正確；
D、培養(yǎng)過(guò)程中需要脫分化形成愈傷組織，然后懸浮培養(yǎng)愈傷組織細(xì)胞，產(chǎn)生特定的細(xì)胞產(chǎn)物，D錯(cuò)誤。
故選D。
5.答案：C
解析：A、誘導(dǎo)紅豆杉莖尖經(jīng)過(guò)脫分化過(guò)程形成愈傷組織A錯(cuò)誤;
B、紫杉醇是次生代謝物，一般不是植物基本生命活動(dòng)必須的B錯(cuò)誤;
C、用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)固定在一定空間內(nèi)的愈傷組織生產(chǎn)紫杉時(shí)，需要通入無(wú)菌空氣有利于細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸，C正確;
D、同一植株不同部位的組織細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)培養(yǎng)獲得的植株基因型不一定相同如由花粉粒培養(yǎng)獲得的愈傷組織細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目是正常體細(xì)胞的一半，D錯(cuò)誤。
故選C。
6.答案：D
解析：A、對(duì)植株A（雜合子Aa）的花粉（A或a）經(jīng)過(guò)離體培養(yǎng)得到的植株①單倍體植株（A或a），秋水仙素處理單倍體植株①，獲得的植株②（AA或aa）為純合子，A錯(cuò)誤；
B、選擇植物的愈傷組織進(jìn)行誘變處理獲得優(yōu)質(zhì)的突變體，通過(guò)組織培養(yǎng)技術(shù)獲得植株③，體現(xiàn)了細(xì)胞的全能性，B錯(cuò)誤；
C、圖中需要通過(guò)植物組織培養(yǎng)技術(shù)獲得的植株是①③④⑤，該過(guò)程中利用了細(xì)胞的全能性，植株②是秋水仙素處理植株①的幼苗得到，沒(méi)有用到植物組織培養(yǎng)技術(shù)，C錯(cuò)誤；
D、植株①是通過(guò)花藥離體培養(yǎng)獲得的單倍體植株（A或a），秋水仙素處理得到植株②（AA或aa）；植株③④是通過(guò)植物組織培養(yǎng)獲得的，其基因型為Aa；植株⑤是通過(guò)植物體細(xì)胞雜交的方法獲得的，其遺傳物質(zhì)是由植株A和植株B組成的，與植株A的基因型不同，因此植株①②④⑤與植株A基因型相同的概率分別是0、0、1、0，D正確。
故選D。
7.答案：C
解析：A、瓊脂是凝固劑，不提供營(yíng)養(yǎng)，A錯(cuò)誤；
B、外植體脫分化可以形成愈傷組織，愈傷組織再分化形成胚狀體，B錯(cuò)誤；
C、間歇擺動(dòng)提高培養(yǎng)液溶氧量，有利于組培苗進(jìn)行有氧呼吸，有氧呼吸能為組培苗的生長(zhǎng)發(fā)育提供能量，因此可以提高生長(zhǎng)速度，C正確；
D、植物組織培養(yǎng)是在無(wú)菌條件下進(jìn)行的，經(jīng)過(guò)間歇浸沒(méi)培養(yǎng)獲得的植株不需要消毒處理，D錯(cuò)誤。
故選C。
8.答案：D
解析：A、在進(jìn)行體細(xì)胞雜交之前，必須先利用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁，獲得具有活力的原生質(zhì)體，A錯(cuò)誤;
B、進(jìn)行原生質(zhì)體間的融合，人工誘導(dǎo)的方法分為物理法和化學(xué)法，滅活的病毒適用于動(dòng)物細(xì)胞融合，B錯(cuò)誤;
C、雜種細(xì)胞經(jīng)植物組織培養(yǎng)(即脫分化和再分化)獲得雜種植物，C錯(cuò)誤;
D、新品種是通過(guò)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)培育而成，因此，與種植型茄子的染色體組數(shù)目相比，該新品種的染色體組數(shù)目增加，D正確。
9.答案：C
解析：A、①是去除細(xì)胞壁獲得原生質(zhì)體的過(guò)程，該過(guò)程可用纖維素酶和果膠酶來(lái)完成，A錯(cuò)誤； B、②過(guò)程是誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的過(guò)程，該過(guò)程不能用滅活的病毒誘導(dǎo)，滅活的病毒用于誘導(dǎo)動(dòng)物細(xì)胞融合，B錯(cuò)誤； C、③過(guò)程融合的原生質(zhì)體需先形成細(xì)胞壁成為完整的細(xì)胞，再進(jìn)行有絲分裂，C正確； D、④過(guò)程配制的培養(yǎng)基用于培養(yǎng)愈傷組織細(xì)胞來(lái)獲得細(xì)胞產(chǎn)物，不需要加入植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，且該培養(yǎng)基為液體培養(yǎng)基，不需要加入瓊脂，D錯(cuò)誤。
故選：C。
10.答案：B
解析：植物組織培養(yǎng)技術(shù):1、過(guò)程:離體的植物組織,器官或細(xì)胞(外植體) →愈傷組織→胚狀體→植株(新植體)。2、原理:植物細(xì)胞的全能性。3、條件:(1)細(xì)胞離體和適宜的外界條件(如適宜溫度、適時(shí)的光照、pH和無(wú)菌環(huán)境等)。(2)一定的營(yíng)養(yǎng)(無(wú)機(jī)、有機(jī)成分)和植物激素(生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素)。4、植物細(xì)胞工程技術(shù)的應(yīng)用:植物繁殖的新途徑(包括微型繁殖,作物脫毒、人工種子等)、作物新品種的培育(單倍體育種、突變體的利用)、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。

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