資源簡介

(共98張PPT)
二　植物細胞工程的應用
必備知識·素養奠基
一、植物繁殖的新途徑
途徑
快速繁殖
作物脫毒
取材部位
基本無限制
_______附近
優勢
保持_________的遺傳特性;
高效、快速地實現種苗的大
量繁殖
提高作物產量和品質
應用
蘭花、甘蔗、桉樹、鐵皮石斛等
馬鈴薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠蘿、香蕉等
分生區
優良品種
【激疑】馬鈴薯、草莓和香蕉脫毒苗產量和品質明顯提高,為什么小麥和玉米脫毒苗卻基本沒有變化?
提示:馬鈴薯、草莓和香蕉進行無性繁殖,感染的病毒很容易傳遞給子代,而小麥和玉米是通過種子繁殖,感染的病毒不容易傳遞給子代。
二、作物新品種的培育
1.單倍體育種:
(1)取材:___________。
(2)過程:
(3)優點:
①極大地縮短了_________,節約了大量的人力和物力。
②進行體細胞誘變育種和_____________的理想材料。
花藥(花粉)
育種年限
研究遺傳突變
(4)應用:
①我國培育出世界上第一個單倍體作物新品種——____________。
②與_________結合,培育出水稻、玉米、油菜、甘藍和甜椒等作物的新品種。
2.突變體的利用:
(1)產生:在植物的組織培養過程中,由于培養細胞一直處于_________的狀態而
易受到_________和外界誘變因素(如射線、化學物質等)的影響而產生突變。
(2)利用:從產生突變的個體中篩選出對人們有用的_______,進而培育成新品
種。如抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的煙草等。
單育1號煙草
常規育種
不斷增殖
培養條件
突變體
三、細胞產物的工廠化生產
1.次生代謝物:
(1)定義:不是植物基本生命活動所必需的產物。
(2)種類:_______有機化合物,如酚類、萜類和含氮化合物等。
(3)作用:在植物抗病、抗蟲等方面發揮重要作用,還是藥物、香料和色素等的
重要來源。
2.方法:對_____________________進行培養使其增殖。
小分子
單個植物細胞或細胞團
3.優勢:不占用耕地,幾乎不受季節、天氣等的限制,對于社會、經濟、環境保護具有重要意義。
4.應用:紫杉醇、紫草寧、人參皂苷等。
關鍵能力·素養形成
知識點一　常見四種育種方法的比較
　列表比較:
育種方法
原理
過程
優點
快速繁殖
細胞的全能性
脫分化、再分化
保持優良品種的遺傳特性
突變體
的利用
基因突變、細胞的全能性
誘變處理后組織培養
提高突變率,獲得優良性狀
育種方法
原理
過程
優點
單倍體
育種
細胞的全能性、染色體變異
花藥離體培養、秋水仙素誘導染色體數目加倍
明顯縮短育種年限
植物體
細胞
雜交
細胞膜的流動性、細胞的全能性
原生質體融合、雜種細胞組織培養
打破生殖隔離,實現遠緣雜交
【特別提醒】單倍體育種與多倍體育種的異同
(1)相同點:單倍體育種和多倍體育種均需要用秋水仙素誘導染色體數目加倍。
(2)不同點:單倍體育種需要植物組織培養先形成單倍體幼苗,但多倍體育種一般不使用植物組織培養技術。
【素養案例】
如圖是利用某植物(基因型為AaBb)產生的花粉進行單倍體育種的示意圖,據圖判斷錯誤的是
(　　)
A.過程②通常使用的試劑是秋水仙素,作用時期為有絲分裂前期
B.通過過程①得到的植株既有純合子又有雜合子
C.過程①屬于植物的組織培養,在此過程中必須使用一定量的植物激素
D.與雜交育種相比,該育種方法的優點是能明顯縮短育種年限
　【解題導引】解答本題思維流程如下:
【解析】選B。該過程是單倍體育種過程,所以過程①是花藥離體培養,獲得的是單倍體,基因型為AB、Ab、aB、ab
4種,經染色體加倍后的植株B都為純合子;過程②使用秋水仙素使染色體數目加倍,作用機理是抑制有絲分裂前期紡錘體的形成,到后期染色單體分開后不能向細胞兩極移動;過程①屬于植物組織培養,需要生長素和細胞分裂素的誘導。
【素養·探究——母題追問】
(1)科學思維——演繹與推理
上題中的過程①包括哪兩個階段?這兩個階段所需條件有何不同?
提示:脫分化和再分化,脫分化需避光培養,再分化需要光照條件,且二者植物激素的配比不同。
(2)科學思維——批判性思維
某同學認為單倍體幼苗經過秋水仙素處理后得到的都是純合子,你認為對嗎?說出你的理由。
提示:不一定。對二倍體植物形成的單倍體來說,這句話是對的。對多倍體來說,這句話不對。例如,四倍體植物(AAaa)形成的單倍體幼苗(基因型有AA、Aa、aa
3種),經秋水仙素誘導后形成的仍然是四倍體,基因型分別為AAAA、AAaa、aaaa,其中AAaa是雜合子。
【素養·遷移】
　現代生物技術可以利用植物體的任何一個活體部分,包括莖尖、葉片和花藥等,在一定的條件下使它發育成完整的植株。這種技術可以在較短時間內大量繁殖、培育新品種及防止病毒的危害等。下列關于該生物技術的敘述,正確的是
(　　)
①常用莖尖或花藥培養獲得脫毒苗
②其應用之一是快速繁殖
③這種技術屬于細胞工程
④該技術一定要用到纖維素酶和果膠酶
A.①②④　　　B.②③　　　C.①④　　D.①②③④
【解析】選B。該技術為植物組織培養技術。常用莖尖培養獲得脫毒苗,而花藥離體培養獲得的是單倍體,往往是高度不育的,①錯誤;植物組織培養技術的應用之一是快速繁殖,②正確;植物組織培養技術屬于植物細胞工程,③正確;在植物體細胞雜交技術中用到了纖維素酶和果膠酶去除細胞壁,而題中所述技術中不涉及,④錯誤。
【補償訓練】
　　馬鈴薯利用塊莖進行無性生殖,種植的世代多了以后往往因感染病毒而減產,為此農戶都希望得到無病毒的幼苗進行種植。獲得無病毒幼苗的最佳辦法是
(　　)
A.選擇優良品種進行雜交
B.進行遠緣植物體細胞雜交
C.利用莖尖進行組織培養
D.人工誘導基因突變
【解析】選C。馬鈴薯種植世代多了以后往往因感染病毒而減產,不是遺傳物質發生變化造成的,因此不需要考慮根據遺傳變異的原理進行育種。其莖尖幾乎不含病毒,可以通過組織培養獲得脫毒苗。
知識點二　細胞產物的工廠化生產
　區別植物組織培養和植物細胞培養:
項目
植物組織培養
植物細胞培養
目的
獲得植物體
獲得細胞產物
原理
植物細胞的全能性
細胞增殖
項目
植物組織培養
植物細胞培養
過程
應用
快速繁殖、作物脫毒、單倍體育種等
細胞產物的工廠化生產,如紫草寧、人參皂苷、紫杉醇等
【特別提醒】
(1)細胞產物一般是細胞的次生代謝物,不一定是蛋白質。
(2)細胞培養一般是使細胞增殖,也可能會利用組織培養技術,先脫分化然后再分化獲得所需的特定細胞后再進行培養。
　
【素養案例】
如圖是通過植物細胞工程技術獲得紫杉醇的途徑,下列敘述正確的是
(　　)
A.該途徑體現了植物細胞的全能性
B.過程①需控制好培養基中植物激素的比例
C.經過程①細胞的形態和結構未發生變化
D.過程③需使用固體培養基,有利于細胞增殖
　【解題導引】解答本題思維流程如下:
【解析】選B。細胞全能性以細胞發育成個體為標志,而圖中并沒有形成完整植物體,A項錯誤;過程①是脫分化,而決定植物脫分化和再分化的關鍵因素是培養基中植物激素的種類和比例,因此該過程需控制好培養基中植物激素的比例,經該過程細胞的形態和結構發生了變化,成為高度液泡化的薄壁細胞,B項正確、C項錯誤;過程③需使用液體培養基,有利于細胞增殖,D項錯誤。
【素養·探究——母題追問】
(1)科學思維——演繹與推理
通過該過程獲得的高產細胞群與紫杉外植體中細胞的遺傳物質是否相同?說明你的理由。
提示:相同;細胞工程技術中的脫分化、再分化和細胞增殖等過程中遺傳物質不變。
(2)社會責任——解決生產生活中的實際問題
假如通過該過程沒有獲得高產細胞群,如果你是研究人員,你應該怎么辦?
提示:可以誘變處理愈傷組織,從突變體中篩選出高產紫杉醇細胞進行培養。
　【素養·遷移】
　美國化學家從紅豆杉樹皮中分離出高抗癌活性的紫杉醇,從此,國家重點保護珍稀植物——紅豆杉遭受了掠奪式砍伐。為拯救紅豆杉,同時獲得紫杉醇,科研小組設計了如圖所示的實驗流程。請回答下列問題:
(1)選用莖尖分生組織進行組織培養可以獲得脫毒苗,原因是莖尖分生組織細胞______________。?
(2)紫杉醇作為常見的細胞產物,抗癌效果顯著,通常取自愈傷組織的____________(細胞器)。?
(3)現有植物甲中提取的物質X,能提高紫杉醇的抗癌效果。科研小組欲獲得既能產生紫杉醇又能產生物質X的植株,可利用________________技術獲得雜種植株。該方法首先要利用__________________(物質)除去細胞壁獲得具有活力的原生質體,再經____________(試劑)誘導融合形成雜種細胞。該技術的優點是____________________。?
【解析】(1)莖尖分生組織細胞病毒極少,甚至無病毒,因此選用莖尖分生組織進行組織培養可以獲得脫毒苗。
(2)紫杉醇是從紅豆杉樹皮中分離出來的高抗癌活性的物質,作為常見的細胞產物,通常取自愈傷組織的液泡。
(3)植物甲可以產生物質X,紅豆杉可以產生紫杉醇,利用植物體細胞雜交技術將兩種植物的體細胞融合獲得雜種細胞,再將獲得的雜種細胞培養成雜種植株,則該雜種植株的細胞既能產生紫杉醇又能產生物質X。在植物體細胞雜交過程中,首先要利用纖維素酶和果膠酶除去細胞壁獲得具有活力的原生質體,再經聚乙二醇(或高Ca2+-高pH)誘導融合形成雜種細胞。植物體細胞雜交技術的優點是克服了遠緣雜交不親和的障礙。
答案:(1)病毒極少,甚至無病毒　(2)液泡　(3)植物體細胞雜交　纖維素酶和果膠酶　聚乙二醇(或高Ca2+-高pH)　克服了遠緣雜交不親和的障礙
【補償訓練】
　　下列關于細胞產物的工廠化生產的敘述中,錯誤的是
(　　)
A.細胞產物的工廠化生產是植物細胞工程的重要用途之一
B.培養過程中需要脫分化形成愈傷組織,然后懸浮培養愈傷組織細胞
C.利用植物組織培養技術工廠化生產的細胞產物一定是藥物
D.培養的細胞收集后一般要破碎提取有效成分
【解析】選C。利用植物組織培養技術工廠化生產的細胞產物包括蛋白質、
脂肪、糖類、香料、生物堿、藥物等。
【課堂回眸】
課堂檢測·素養達標
　【概念·診斷】
1.植物細胞工程在農業、醫藥工業等方面有著廣泛的應用,并且取得了顯著的社會效益和經濟效益,下列有關植物細胞工程的應用描述合理的是____________。?
①快速繁殖只能保持親本的優良性狀
②作物脫毒所選的組織可以來自植物的任何部位
③突變體的利用通常對愈傷組織進行誘變處理
④單倍體育種過程中花藥離體培養獲得單倍體植株需要用到植物組織培養
⑤細胞產物的工廠化生產是利用細胞培養技術獲取大量植物細胞并提取細胞產物的技術
【解析】選③④⑤。快速繁殖屬于無性繁殖,可以保持親本所有的遺傳性狀,①錯誤;作物脫毒所選的組織為分生組織,②錯誤;愈傷組織分裂旺盛,易發生基因突變,因此通常對愈傷組織進行誘變處理,③正確;花藥離體培養是用花粉培育出單倍體植株,需要組織培養,④正確;細胞產物的工廠化生產是利用細胞培養技術獲取大量植物細胞并提取細胞產物的技術,⑤正確。
2.制造人工種子的原理是在植物組織培養得到的“胚狀體”的最外面用一層有機膜包裹,并在薄膜內放入一些營養物質,如圖所示。據此判斷下列說法錯誤的是
(　　)
A.“胚狀體”最外面的一層有機膜和里面營養物質分別具有種皮和胚乳的功能
B.“胚狀體”來源于離體的植物體細胞,其形成過程中要經過的生理變化大體上是脫分化和再分化
C.從保證人工種子正常的生命力及生態系統物質循環上來看,其外部薄膜應具有全透性和能被微生物降解的特點
D.在人工種子萌發的過程中,“胚狀體”細胞吸收營養液中的物質用于生長
【解析】選C。“胚狀體”最外面的一層有機膜和里面營養物質分別具有種皮和胚乳的功能,這是為了模仿真實的種子,從而達到可正常發育的目的,A正確;“胚狀體”是通過植物組織培養獲得的,來源是離體的植物細胞或組織,形成過程中要先經歷脫分化形成愈傷組織,然后通過再分化形成胚狀體,B正確;人工種子的外部薄膜一方面用于保護內部組織,另一方面需要保證種子正常的生命活動,因此應具有選擇透過性,可透氣透水等,但不能使薄膜內的營養物質出來,且不易被微生物降解,C錯誤;在人工種子萌發的過程中,需要提供營養液等適宜條件,這樣可以使胚狀體中的細胞吸收所需的營養物質用于生長,D正確。
3.在植物組織培養過程中,容易獲得突變體的主要原因是
(　　)
A.培養基營養豐富,易于植物生長
B.培養的細胞一直處于不斷增殖狀態
C.紡錘絲的形成容易受抑制
D.DNA復制容易受抑制
【解析】選B。培養基只是為培養物的生長提供了所需的營養物質(水、無機鹽、蔗糖、氨基酸和有機酸等)、激素(如細胞分裂素、生長素)等,不符合題意,A錯誤;在植物組織培養的過程中,由于培養細胞一直處于不斷增殖狀態,因此容易受到培養條件和外界壓力的影響而產生突變,進而獲得突變體,B正確;培養細胞在不斷分裂過程中,由于人為地調控培養條件,因此紡錘絲的形成和DNA復制不容易受抑制,C、D錯誤。
4.某種極具觀賞價值的蘭科珍稀花卉很難獲得成熟種子。為盡快推廣種植,可應用多種技術獲得大量優質苗,下列技術中不能選用的是
(　　)
A.利用莖段扦插誘導生根技術快速育苗
B.采用花粉粒組織培養獲得單倍體幼苗
C.采集幼芽嫁接到合適的其他種類植物體上
D.可以采用幼葉、莖尖等部位的組織進行組織培養
【解析】選B。利用莖段扦插誘導生根技術快速育苗屬于無性生殖,能保持親本的優良性狀,A不符合題意;花粉粒通過減數分裂產生,只含有該品種一半的染色體,后代性狀可能會明顯改變,而且單倍體植株矮小,觀賞價值差,不能用于培育優質苗,B符合題意;幼芽嫁接屬于無性生殖,能保持親本的優良性狀,C不符合題意;選擇幼葉、莖尖進行植物組織培養屬于無性生殖,能保持親本的優良性狀,D不符合題意。
5.作物育種是生物技術的一項重要內容,其方法手段也日益先進和多樣化。現有一基因型為AaBB的生物,現在要將它轉變成基因型為①AABB,②aB,③AAaaBBBB的生物,可以采取的相關技術及排列正確的一組是
(　　)
A.誘變育種、花藥離體培養、植物體細胞雜交
B.雜交育種、花藥離體培養、多倍體育種
C.誘變育種、多倍體育種、花藥離體培養
D.花藥離體培養、多倍體育種、誘變育種
【解析】選B。①將生物的基因型由AaBB轉變為AABB,采用的技術通常是雜交育種或誘變育種;②將生物的基因型由AaBB轉變為aB,采用的技術是花藥離體培養;③將生物的基因型由AaBB轉變為AAaaBBBB,采用的技術是多倍體育種。
【思維·躍遷】
6.隨著科學發展,現代生物技術已經廣泛應用于社會生產的各個方面。請回答下列相關問題:
(1)植物組織培養技術就是在__________________條件下,將離體植物器官、組織、細胞,培養在人工配制的培養基上,給予適宜的培養條件,誘導其產生愈傷組織、叢芽,最終形成完整植株的技術。?
(2)一般無性生殖的植物感染病毒很容易傳播給后代。病毒在植物體內逐年積累,就會導致作物產量降低,品質變差。若想獲得脫毒苗,可以切取植物
____________附近病毒極少甚至無病毒的組織細胞進行培養。脫毒草莓與四倍體草莓形態都比較大,在細胞水平上可通過觀察____________________加以區別。?
(3)在植物組織培養過程中,由于培養細胞一直處于不斷____________的狀態,容易受到培養條件和外界壓力的影響而產生____________。從這些個體中可以篩選出對人有用的個體。?
(4)在植物育種方面一定用到植物組織培養技術的有____________________
________________________________(至少答兩種)。?
(5)正常情況下白菜與甘藍不能通過有性雜交產生后代,但通過體細胞融合可以打破生殖隔離獲得“白菜—甘藍”雜種植株,若“白菜—甘藍”雜種植株與白菜雜交無后代,與甘藍雜交有后代。能否確定“白菜—甘藍”雜種植株與甘藍不存在生殖隔離?________________,為什么?________________________。?
【解析】(1)植物組織培養是利用無性生殖原理,將離體的植物器官、組織或細胞等在無菌和人工控制的條件下,放在人工配制的培養基上培養,短期內就能誘導出完整植株的技術。
(2)脫毒植物苗的取材一般是分生區部位,如幼嫩的芽或莖,主要是這些部位病毒極少甚至無病毒。脫毒草莓是通過植物組織培養技術獲得的,為二倍體,四倍體草莓通過染色體變異獲得,因此在細胞水平上可通過觀察染色體數目加以區別。
(3)在植物的組織培養過程中,由于培養細胞一直處于不斷增殖的狀態,容易受到培養條件和外界壓力的影響,在DNA復制的過程中發生突變,易獲得突變體。
(4)在植物育種方面一定用到植物組織培養技術的有基因工程育種、單倍體育種、體細胞雜交育種等。
(5)“白菜—甘藍”雜種植株與甘藍雜交有后代,但是無法確定二者是否存在生殖隔離,因為不能確定其后代是否可育。
答案:(1)無菌和人工控制　(2)分生區　染色體數目
(3)增殖　突變　(4)基因工程育種、單倍體育種、體細胞雜交育種　(5)不能　盡管有后代,但不能確定后代是否可育
【拓展·探究】
7.紫草是一種重要的藥用植物,其根部富含紅色的萘醌類次生代謝物——紫草寧及其衍生物。它們具有抗菌、消炎、活血和誘導癌細胞凋亡等功效,同時也是一種天然染料。利用細胞產物的工廠化生產紫草寧已成為解決產量問題的重要手段。請回答下列問題:
(1)選用新生營養芽為外植體的原因是_________________________________,?
_________________________________________________________________,?
外植體經誘導后形成愈傷組織的過程稱為____________。?
(2)培養過程需要加入一定的植物激素,常用的植物激素有_______________。?
(3)為了更好地獲得紫草寧及其衍生物,生產中一般采用細胞產物工廠化生產,進行紫草細胞大規模培養。下列說法正確的有____________________(多選)。?
A.選取生長旺盛的愈傷組織細胞
B.必須在光照條件下培養
C.培養過程中需通空氣
D.培養過程中不會發生基因重組
【解析】(1)用于植物組織培養的材料一般要求分化程度低,無病毒感染,容易誘導形成愈傷組織。外植體經誘導后形成愈傷組織的過程稱為脫分化。(2)培養過程加入的植物激素一般是細胞分裂素和生長素。(3)生產中采用細胞產物工廠化生產,應選擇生長旺盛的愈傷組織細胞,A正確;脫分化過程中不需要光照,B錯誤;植物為需氧型生物,培養過程中需通空氣,保證其有氧呼吸,缺氧會導致其無氧呼吸產生酒精,對其有毒害作用,C正確;基因重組發生在減數分裂產生配子的過程中,細胞培養過程中進行有絲分裂,不會發生基因重組,D正確。
答案:(1)細胞分化程度低,容易誘導形成愈傷組織　脫分化　(2)細胞分裂素和生長素　(3)A、C、D
課時素養評價
六　植物細胞工程的應用
【基礎達標】
(20分鐘·70分)
一、選擇題(共7小題,每小題5分,共35分)
1.人們利用植物的快速繁殖技術來進行工廠化生產,這是利用了該項技術的哪一特點(　　)
A.操作簡單
B.使優良性狀組合在一起
C.培育新的性狀
D.高效性和保持種苗的優良遺傳特性
【解析】選D。植物組織培養操作煩瑣,選項A錯誤;植物組織培養為無性繁殖,能保持親本的優良特性,但不能使優良性狀組合在一起,也不能培育新的性狀,選項B、C錯誤;植物的快速繁殖技術既能實現高效、快速繁殖,又能夠保持植物優良品種的遺傳特性,選項D正確。
2.為給工廠化繁殖脫毒甘薯苗提供技術支持,科研人員利用植物組織培養技術研究甘薯莖尖(外植體)大小對誘導分化苗和脫毒苗的影響,結果如表所示,下列相關敘述錯誤的是
(　　)
莖尖大小
外植體數/個
分化苗數/苗
脫毒苗數/苗
小于0.3
mm
20
1
1
0.3～0.5
mm
20
10
7
大于0.5
mm
20
13
4
A.不同培養階段培養基中激素種類和比例應適時調整
B.脫分化過程中應給予充足光照使其進行光合作用
C.本實驗的自變量為莖尖的大小
D.0.3～0.5
mm
大小的莖尖有利于脫毒甘薯苗的培養
【解析】選B。不同培養階段培養基中激素種類和比例應適時調整,如生長素與細胞分裂素的比例升高,利于根的分化;比例下降,利于芽的分化,A正確;脫分化過程中不需要光照,B錯誤;實驗中莖尖的大小為自變量,脫毒苗的數量為因變量,C正確;由圖可知,0.3～0.5
mm
大小的莖尖,脫毒苗的數目最多,故有利于脫毒甘薯苗的培養,D正確。
3.如圖是對基因型為Aabb的玉米所作的處理,據圖分析下列敘述錯誤的是(　　)
A.過程a所采取的技術手段是花藥離體培養
B.過程b用秋水仙素處理后可以得到4種基因型的玉米植株
C.c和d分別是脫分化和再分化過程
D.圖中過程a或過程c、d能夠說明植物細胞具有全能性
【解析】選B。過程a由花粉粒變為單倍體植株,一定要經過花藥離體培養,A正確;基因型為Aabb的玉米能產生2種基因型的花粉:Ab和ab,經花藥離體培養后可得到2種單倍體幼苗,幼苗再經秋水仙素處理后得到AAbb和aabb
2種基因型的可育玉米,B錯誤;c是脫分化,d是再分化,C正確;過程a和c、d是植物細胞培育成了植物個體,所以能夠說明植物細胞具有全能性,
D正確。
4.玉米是一種主要的農作物,為了提高玉米的產量,科學家在玉米育種和栽培中作了大量的研究。如圖是關于玉米培養的過程,據圖判斷下列說法錯誤的是(　　)
A.從繁殖原理上分析,A→D屬于無性生殖
B.植株D和G中的染色體組數不同
C.E→G不能體現細胞的全能性
D.E→F過程中獲得的植株一般不直接用于大田生產
【解析】選C。A→D是植物組織培養過程,從繁殖原理上分析,屬于無性生殖,A正確;植株D是二倍體植株,植株G是單倍體植株,體內的染色體組數不同,B正確;E→G表示花藥離體培養形成單倍體幼苗的過程,該過程體現了植物細胞的全能性,C錯誤;E→F過程中獲得的植株是單倍體植株,高度不育,一般沒有直接的使用價值,D正確。
5.青蒿素是從植物黃花蒿的葉片中所提取的一種代謝產物,而莖及其他部位中的青蒿素含量極其微小,下列關于利用植物組織培養生產青蒿素的敘述中,正確的是
(　　)
A.在黃花蒿組織培養過程中不需給予光照
B.加入大量生長素可提高青蒿素的產量
C.可通過大量培養愈傷組織以直接獲得青蒿素
D.可大規模栽培組織培養苗以獲取藥用成分
【解題關鍵】解答本題需明確以下兩點:
(1)誘導形成愈傷組織需避光培養,原因是在有光時往往形成維管組織,而不形成愈傷組織。
(2)愈傷組織再分化成胚狀體時需要光照,原因是①葉綠素的合成需要光照;②試管苗需要進行光合作用制造有機物提供營養物質。
【解析】選D。植物組織培養包括脫分化和再分化兩個過程,其中脫分化過程不需要光照,而再分化過程需要光照,選項A錯誤;組織培養過程中,生長素對脫分化和再分化過程具有調節作用,但不能直接提高青蒿素的產量,選項B錯誤;青蒿素是從植物黃花蒿的葉片中所提取的一種代謝產物,而莖及其他部位中的青蒿素含量極其微小,因此通過大量培養愈傷組織不能直接獲得青蒿素,選項C錯誤;可大規模栽培組織培養苗以獲取藥用成分,選項D正確。
6.研究人員在柑橘中發現一棵具有明顯早熟特性的變異株,
決定以此為基礎培育早熟柑橘新品種。下列敘述錯誤的是
(　　)
A.要判斷該變異株的育種價值,首先要確定它的遺傳物質是否發生了變化
B.若該變異株是個別基因的突變體,可采用連續自交的方法,使早熟基因逐漸純化,培育出新品種
C.若欲加快育種進程,可采集變異株的花藥進行離體培養,即可獲得高度純合的新品種
D.若該變異株是染色體數目變異株,減數分裂時同源染色體可能配對紊亂,可采用植物組織培養方法獲得新品種
【解析】選C。要判斷該變異株的育種價值,首先要確定它的遺傳物質是否發生了變化,若其遺傳物質改變,說明其為可遺傳變異,A正確;若該變異株是個別基因的突變體,可通過連續自交,提高純合子的比例,培育新品種,B正確;花藥離體培養的植株為單倍體,高度不育,C錯誤;若該變異株是染色體數目變異株,減數分裂時同源染色體可能配對紊亂,不能通過有性生殖進行繁殖,可采用無性生殖,如植物組織培養方法獲得新品種,D正確。
【補償訓練】
　　下列關于植物細胞工程實際應用的敘述,不正確的是
(　　)
A.快速繁殖技術的原理是植物細胞的全能性
B.利用莖尖組織培育的幼苗一定全是脫毒幼苗
C.利用人工種子繁殖優良品種不會出現性狀分離
D.未脫毒馬鈴薯的產量往往比脫毒馬鈴薯的產量低
【解析】選B。植物快速繁殖技術就是利用植物組織培養技術,所以其原理是細胞的全能性,A正確;利用莖尖組織培育的幼苗不一定全是脫毒幼苗,B錯誤;人工種子是利用植物組織培養得到的,一般利用植物的體細胞進行植物組織培養得到人工種子,則該人工種子繁殖屬于無性生殖,所以不會出現性狀分離,C正確;未脫毒馬鈴薯的產量比脫毒馬鈴薯的產量低,D正確。
7.下列有關植物細胞工程應用的敘述,不正確的是
(　　)
A.利用組織培養技術培育脫毒苗,獲得具有抗病毒的新品種
B.利用組織培養技術獲得人工種子,能保持親本的優良性狀
C.利用細胞培養技術獲得紫草寧,實現了細胞產物的工廠化生產
D.利用植物體細胞雜交技術獲得“蘿卜-甘藍”植株,克服了不同生物遠緣雜交不親和的障礙
【解析】選A。利用組織培養技術培育脫毒苗,可以獲得不帶有病毒的植株,但品種未發生改變,也沒有轉入抗病毒基因,因而不具有抗病毒能力,選項A錯誤;利用植物組織培養得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料,經過人工薄膜包裝得到的種子即為人工種子,人工種子可以保持親本的優良特性,克服種子生產的季節、氣候和地域限制,選項B正確;組織培養技術除了在農業上的應用外,還廣泛應用于另一個重要的領域,即細胞產物的工廠化生產,目前三七、紫草和銀杏的細胞產物已經實現了工廠化生產,選項C正確;利用植物體細胞雜交技術獲得“蘿卜-甘藍”植株,是將兩種植物的體細胞在一定條件下融合成雜種細胞,并培育成新的植物體,該項研究克服了不同生物遠緣雜交不親和的障礙,取得了重大突破,選項D正確。
二、非選擇題(共2小題,共35分)
8.(15分)應用植物組織培養技術,不僅可以實現種苗的快速繁殖、培育無病毒植株,也可以加快作物及苗木育種。下面是培育橘耐鹽植株的實驗流程:
回答下列問題:
(1)愈傷組織是由離體的莖段經______________過程形成的,此時愈傷組織細胞____________(填“具有”或“不具有”)細胞的全能性,愈傷組織經過________________過程形成耐鹽植株。在植物組織培養的培養基中除無機營養成分、有機營養成分、瓊脂外,還需要添加________________。?
(2)對愈傷組織進行了兩次處理,處理1中γ射線照射的目的是______________,用γ射線不直接處理莖段而是處理愈傷組織,原因是____________________
________________________________________________________;處理2中添加的物質X為______________________。?
(3)植物組織培養技術也被廣泛應用于其他作物的育種中。在培育白菜—甘藍、三倍體無子西瓜中,用到植物組織培養技術的是____________________
__________________________。?
【解析】(1)愈傷組織是離體的莖段脫分化形成的,每個細胞都脫離了原來的分化狀態,都具有全能性,愈傷組織經過再分化過程才能形成植株,在植物組織培養過程中,除了加入營養之外,還要加入植物激素,因為植物激素在脫分化和再分化過程中起重要作用。
(2)對愈傷組織進行了兩次處理,處理1中使用γ射線照射的目的是使愈傷組織發生突變,γ射線不直接處理莖段而是處理愈傷組織的原因是愈傷組織細胞處于不斷地分裂狀態,易受到培養條件和外界的影響而產生突變。處理2的目的是篩選出耐鹽特性的愈傷組織,因此需加入氧化鈉。
(3)白菜—甘藍形成的過程中,先要形成雜種細胞,再由雜種細胞形成雜種植株,所以會用到植物組織培養技術,三倍體無子西瓜需要進行秋水仙素處理和雜交,不需要植物組織培養技術。
答案:(1)脫分化　具有　再分化　植物激素　(2)誘導基因突變　愈傷組織細胞處于不斷地分裂狀態,易受到培養條件和外界的影響而產生突變　氯化鈉　(3)培育白菜-甘藍
9.(20分)下圖為幾種育種方法示意圖,據圖回答:
(1)①④方向所示的途徑表示________育種,⑦過程所示的育種方法是________。?
(2)②過程常用的方法是____________,③⑦過程中采用方法有__(填兩項)。?
(3)⑤過程發生在生物個體發育的________時期。經過⑥的選育,得到具有新基因的種子或幼苗,由此培育出的新品種具有某一優良性狀,若要將該性狀穩定快速地遺傳下去,運用生物技術的解決辦法是________________。?
(4)⑧→⑩過程所代表的生物技術涉及兩項重要步驟是__________、__________。假設甲種植物是四倍體,乙種植物是二倍體,則人工種子萌發長成的植物是幾倍體?________。?
【解析】(1)據圖分析,①④所示途徑為雜交育種,①②③途徑為單倍體育種。(2)②是花藥離體培養過程,③階段是用秋水仙素處理或低溫誘導單倍體幼苗,而⑦屬于多倍體育種,用秋水仙素處理或低溫誘導萌發的種子或二倍體幼苗。(3)⑤⑥階段屬于誘變育種,通常用物理或化學的方法來處理處于分裂間期的細胞,此時DNA復制更容易引起基因突變;通過植物組織培養技術可以將植物細胞的突變基因快速穩定地遺傳下去。(4)⑧→⑩屬于植物體細胞雜交技術流程,需要經過植物細胞的融合、雜種細胞的組織培養等階段。植物體細胞雜交得到的雜種植株的體細胞的染色體組數(N)=甲種植物染色體組數(n1)+乙種植物染色體組數(n2),則雜種植株屬于異源N倍體。
答案:(1)雜交　多倍體育種
(2)花藥離體培養　秋水仙素處理或低溫誘導
(3)任何　植物組織培養技術(或快速繁殖)
(4)植物細胞融合　植物組織培養　(異源)六倍體
【能力提升】(10分鐘·30分)
1.(8分)(不定項)花粉植株是遺傳研究和突變育種的理想材料。下面是培育四季柑橘(2N=18)花粉植株的過程示意圖,有關敘述不正確的是
(　　)
A.過程①②③④均存在細胞分裂和細胞分化
B.由圖可推測培養基B中的細胞分裂素的比例高于生長素的比例
C.圖中獲得的花粉植株高度不育,表明花粉細胞不具有全能性
D.處于分裂中期的四季柑橘單倍體植株根尖細胞有18條染色體
【解析】選A、C、D。在②脫分化過程中不存在細胞分化,A錯誤;
過程③是細胞再分化,誘導叢芽產生時應適當提高細胞分裂素的比例,B正確;花粉細胞培育成單倍體植株,培育的原理是花粉粒細胞具有全能性,其技術是植物組織培養,C錯誤;觀察處于分裂中期的四季柑橘花粉植株根尖細胞,其染色體數和中期體細胞相同為9條,D錯誤。
【實驗·探究】
2.(22分)紫杉醇是紅豆杉細胞中產生的一種高效抗癌物質,在植物體中含量極低。為取代從天然植株中提取紫杉醇的方式,可通過植物組織培養和細胞培養技術來獲取,其過程為獲取紅豆杉外植體→消毒→誘導愈傷組織→細胞培養→提取紫杉醇。回答下列問題:
(1)獲取的外植體首先要通過____________過程培養出愈傷組織。如表為四種不同外植體在相同培養條件下誘導愈傷組織的實驗結果,由表中結果可知誘導愈傷組織較適宜的兩種外植體分別是________________________。
外植體
愈傷組織體積
誘導率/%
不帶葉莖段
很大
99.5
帶葉莖段
很小
90
葉片
很小
20
成熟胚
較大
80
注:誘導率(%)=(形成的愈傷組織數量/接種的外植體數量)×100%
(2)將愈傷組織接種到適宜培養液中進行細胞培養,細胞培養的過程__________(填“體現”或“未體現”)細胞的全能性,理由是____________
______________________________。據下圖分析2,4-D對細胞生長和紫杉醇合成的作用分別是___________________________________________________,?
為獲得最大紫杉醇總產量,最適合的2,4-D濃度應為__________________(
填“0.5”“1.0”或“2.0”)mg/L。?
(3)與從天然植株中提取相比,利用上述技術生產紫杉醇的重要意義是________________________________(答出兩點)。?
【解析】(1)外植體脫分化可培育出愈傷組織。由表中結果可知誘導愈傷組織較適宜的兩種外植體應該是體積較大,且誘導率較高的,分別是不帶葉莖段和成熟胚。
(2)將愈傷組織接種到適宜培養液中進行細胞培養,細胞培養的過程最終培養出的是細胞,而不是完整的生物個體,因此,未體現細胞的全能性。據圖分析可知,2,4-D促進細胞生長,抑制紫杉醇的合成,為獲得最大紫杉醇總產量,最適合的2,4-D濃度應為
1.0
mg/L,若2,4-D濃度為0.5
mg/L,則細胞生長速率太慢,若2,4-D濃度為
2.0
mg/L,則紫杉醇含量太低。
(3)若從天然植株中提取紫杉醇,會破壞紅豆杉樹木,若用植物組織培養技術,在短時間內就能培育大量的愈傷組織,經過細胞培養,可以獲取大量的紫杉醇,利用上述技術生產紫杉醇的重要意義是①提高了紫杉醇的產量;②保護了紅豆杉資源。
答案:(1)脫分化　不帶葉莖段、成熟胚　(2)未體現　此過程中細胞沒有再分化,沒有發育成完整植株　促進細胞生長,抑制紫杉醇合成　1.0　(3)提高了紫杉醇的產量,保護了紅豆杉資源
【補償訓練】
　　紫杉醇是從紅豆杉樹皮中提取的高效抗癌物質,細胞培養生產紫杉醇是擴大紫杉醇來源的重要途徑。如圖為三種紅豆杉細胞培養過程中細胞數量與紫杉醇產量的數據圖。
(1)以南方紅豆杉葉為原料獲得生產紫杉醇的愈傷組織需要通過細胞的________________,愈傷組織細胞具有較強的______________能力。這一技術的成功實現了組織培養技術在一個重要領域的應用,即______________。?
(2)對比分析兩個曲線圖可知:培養后期紫杉醇產量出現下降的原因可能是
_______________________________________________________________;?
在培養過程中,要不斷通入無菌空氣并進行攪拌,其目的是?________________
_________________________________________________________________。
(答三點);與傳統方法獲得紫杉醇相比,利用植物組織培養技術生產紫杉醇,具有________________________等優點。(答兩點即可)?
(3)植物激素在組織培養中具有極其重要的作用,其中赤霉素類植物激素的主要作用是____________________________________。?
【解析】(1)以南方紅豆杉葉為原料獲得生產紫杉醇的愈傷組織需要通過細胞的脫分化產生,愈傷組織細胞具有較強的分裂分化能力。這一技術的成功實現了細胞產物的工廠化生產。
(2)對比分析兩個曲線圖可知:培養后期,培養的細胞數量減少、某些代謝產物積累等導致紫杉醇產量下降。植物細胞培養過程需要充足的氧氣,因此,在培養過程中,要不斷通入無菌空氣并進行攪拌,其目的是防止微生物污染,保證O2供應充足,使細胞與培養液充分接觸。與傳統方法獲得紫杉醇相比,利用植物組織培養技術生產紫杉醇,具有產量高、節約資源、保護環境等優點。
(3)赤霉素類植物激素的主要作用是促進培養細胞的伸長。
答案:(1)脫分化　分裂分化(分生)　細胞產物的工廠化生產　(2)培養的細胞數量減少、某些代謝產物積累等　防止微生物污染,保證氧氣供應充足,使細胞與培養液充分接觸　產量高、節約資源、保護環境
(3)促進培養細胞的伸長　二　植物細胞工程的應用　
必備知識·素養奠基
一、植物繁殖的新途徑
途徑
快速繁殖
作物脫毒
取材部位
基本無限制
分生區附近
優勢
保持優良品種的遺傳特性;高效、快速地實現種苗的大量繁殖
提高作物產量和品質
應用
蘭花、甘蔗、桉樹、鐵皮石斛等
馬鈴薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠蘿、香蕉等
馬鈴薯、草莓和香蕉脫毒苗產量和品質明顯提高,為什么小麥和玉米脫毒苗卻基本沒有變化?
提示:馬鈴薯、草莓和香蕉進行無性繁殖,感染的病毒很容易傳遞給子代,而小麥和玉米是通過種子繁殖,感染的病毒不容易傳遞給子代。
二、作物新品種的培育
1.單倍體育種:
(1)取材:花藥(花粉)。
(2)過程:
花藥單倍體植株純合子植株。
(3)優點:
①極大地縮短了育種年限,節約了大量的人力和物力。
②進行體細胞誘變育種和研究遺傳突變的理想材料。
(4)應用:
①我國培育出世界上第一個單倍體作物新品種——單育1號煙草。
②與常規育種結合,培育出水稻、玉米、油菜、甘藍和甜椒等作物的新品種。
2.突變體的利用:
(1)產生:在植物的組織培養過程中,由于培養細胞一直處于不斷增殖的狀態而易受到培養條件和外界誘變因素(如射線、化學物質等)的影響而產生突變。
(2)利用:從產生突變的個體中篩選出對人們有用的突變體,進而培育成新品種。如抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的煙草等。
三、細胞產物的工廠化生產
1.次生代謝物:
(1)定義:不是植物基本生命活動所必需的產物。
(2)種類:小分子有機化合物,如酚類、萜類和含氮化合物等。
(3)作用:在植物抗病、抗蟲等方面發揮重要作用,還是藥物、香料和色素等的重要來源。
2.方法:對單個植物細胞或細胞團進行培養使其增殖。
3.優勢:不占用耕地,幾乎不受季節、天氣等的限制,對于社會、經濟、環境保護具有重要意義。
4.應用:紫杉醇、紫草寧、人參皂苷等。
關鍵能力·素養形成
知識點一　常見四種育種方法的比較
　列表比較:
育種方法
原理
過程
優點
快速繁殖
細胞的全能性
脫分化、再分化
保持優良品種的遺傳特性
突變體的利用
基因突變、細胞的全能性
誘變處理后組織培養
提高突變率,獲得優良性狀
單倍體育種
細胞的全能性、染色體變異
花藥離體培養、秋水仙素誘導染色體數目加倍
明顯縮短育種年限
植物體細胞雜交
細胞膜的流動性、細胞的全能性
原生質體融合、雜種細胞組織培養
打破生殖隔離,實現遠緣雜交
【特別提醒】單倍體育種與多倍體育種的異同
(1)相同點:單倍體育種和多倍體育種均需要用秋水仙素誘導染色體數目加倍。
(2)不同點:單倍體育種需要植物組織培養先形成單倍體幼苗,但多倍體育種一般不使用植物組織培養技術。
　如圖是利用某植物(基因型為AaBb)產生的花粉進行單倍體育種的示意圖,據圖判斷錯誤的是
(　　)
花粉植株A植株B
A.過程②通常使用的試劑是秋水仙素,作用時期為有絲分裂前期
B.通過過程①得到的植株既有純合子又有雜合子
C.過程①屬于植物的組織培養,在此過程中必須使用一定量的植物激素
D.與雜交育種相比,該育種方法的優點是能明顯縮短育種年限
【解題導引】解答本題思維流程如下:
【解析】選B。該過程是單倍體育種過程,所以過程①是花藥離體培養,獲得的是單倍體,基因型為AB、Ab、aB、ab
4種,經染色體加倍后的植株B都為純合子;過程②使用秋水仙素使染色體數目加倍,作用機理是抑制有絲分裂前期紡錘體的形成,到后期染色單體分開后不能向細胞兩極移動;過程①屬于植物組織培養,需要生長素和細胞分裂素的誘導。
【素養·探究——母題追問】
　(1)科學思維——演繹與推理
上題中的過程①包括哪兩個階段?這兩個階段所需條件有何不同?
提示:脫分化和再分化,脫分化需避光培養,再分化需要光照條件,且二者植物激素的配比不同。
(2)科學思維——批判性思維
某同學認為單倍體幼苗經過秋水仙素處理后得到的都是純合子,你認為對嗎?說出你的理由。
提示:不一定。對二倍體植物形成的單倍體來說,這句話是對的。對多倍體來說,這句話不對。例如,四倍體植物(AAaa)形成的單倍體幼苗(基因型有AA、Aa、aa
3種),經秋水仙素誘導后形成的仍然是四倍體,基因型分別為AAAA、AAaa、aaaa,其中AAaa是雜合子。
【素養·遷移】
　現代生物技術可以利用植物體的任何一個活體部分,包括莖尖、葉片和花藥等,在一定的條件下使它發育成完整的植株。這種技術可以在較短時間內大量繁殖、培育新品種及防止病毒的危害等。下列關于該生物技術的敘述,正確的是
(　　)
①常用莖尖或花藥培養獲得脫毒苗
②其應用之一是快速繁殖
③這種技術屬于細胞工程
④該技術一定要用到纖維素酶和果膠酶
A.①②④　　　B.②③　　　C.①④　　D.①②③④
【解析】選B。該技術為植物組織培養技術。常用莖尖培養獲得脫毒苗,而花藥離體培養獲得的是單倍體,往往是高度不育的,①錯誤;植物組織培養技術的應用之一是快速繁殖,②正確;植物組織培養技術屬于植物細胞工程,③正確;在植物體細胞雜交技術中用到了纖維素酶和果膠酶去除細胞壁,而題中所述技術中不涉及,④錯誤。
【補償訓練】
　　馬鈴薯利用塊莖進行無性生殖,種植的世代多了以后往往因感染病毒而減產,為此農戶都希望得到無病毒的幼苗進行種植。獲得無病毒幼苗的最佳辦法是
(　　)
A.選擇優良品種進行雜交
B.進行遠緣植物體細胞雜交
C.利用莖尖進行組織培養
D.人工誘導基因突變
【解析】選C。馬鈴薯種植世代多了以后往往因感染病毒而減產,不是遺傳物質發生變化造成的,因此不需要考慮根據遺傳變異的原理進行育種。其莖尖幾乎不含病毒,可以通過組織培養獲得脫毒苗。
知識點二　細胞產物的工廠化生產
　區別植物組織培養和植物細胞培養:
項目
植物組織培養
植物細胞培養
目的
獲得植物體
獲得細胞產物
原理
植物細胞的全能性
細胞增殖
過程
應用
快速繁殖、作物脫毒、單倍體育種等
細胞產物的工廠化生產,如紫草寧、人參皂苷、紫杉醇等
【特別提醒】
(1)細胞產物一般是細胞的次生代謝物,不一定是蛋白質。
(2)細胞培養一般是使細胞增殖,也可能會利用組織培養技術,先脫分化然后再分化獲得所需的特定細胞后再進行培養。
　如圖是通過植物細胞工程技術獲得紫杉醇的途徑,下列敘述正確的是
(　　)
紫杉外植體愈傷組織單個細胞高產細胞群細胞分泌物紫杉醇
A.該途徑體現了植物細胞的全能性
B.過程①需控制好培養基中植物激素的比例
C.經過程①細胞的形態和結構未發生變化
D.過程③需使用固體培養基,有利于細胞增殖
【解題導引】解答本題思維流程如下:
【解析】選B。細胞全能性以細胞發育成個體為標志,而圖中并沒有形成完整植物體,A項錯誤;過程①是脫分化,而決定植物脫分化和再分化的關鍵因素是培養基中植物激素的種類和比例,因此該過程需控制好培養基中植物激素的比例,經該過程細胞的形態和結構發生了變化,成為高度液泡化的薄壁細胞,B項正確、C項錯誤;過程③需使用液體培養基,有利于細胞增殖,D項錯誤。
【素養·探究——母題追問】
　(1)科學思維——演繹與推理
通過該過程獲得的高產細胞群與紫杉外植體中細胞的遺傳物質是否相同?說明你的理由。
提示:相同;細胞工程技術中的脫分化、再分化和細胞增殖等過程中遺傳物質不變。
(2)社會責任——解決生產生活中的實際問題
假如通過該過程沒有獲得高產細胞群,如果你是研究人員,你應該怎么辦?
提示:可以誘變處理愈傷組織,從突變體中篩選出高產紫杉醇細胞進行培養。
【素養·遷移】
　美國化學家從紅豆杉樹皮中分離出高抗癌活性的紫杉醇,從此,國家重點保護珍稀植物——紅豆杉遭受了掠奪式砍伐。為拯救紅豆杉,同時獲得紫杉醇,科研小組設計了如圖所示的實驗流程。請回答下列問題:
(1)選用莖尖分生組織進行組織培養可以獲得脫毒苗,原因是莖尖分生組織細胞______________。?
(2)紫杉醇作為常見的細胞產物,抗癌效果顯著,通常取自愈傷組織的____________(細胞器)。?
(3)現有植物甲中提取的物質X,能提高紫杉醇的抗癌效果。科研小組欲獲得既能產生紫杉醇又能產生物質X的植株,可利用________________技術獲得雜種植株。該方法首先要利用__________________(物質)除去細胞壁獲得具有活力的原生質體,再經____________(試劑)誘導融合形成雜種細胞。該技術的優點是____________________。?
【解析】(1)莖尖分生組織細胞病毒極少,甚至無病毒,因此選用莖尖分生組織進行組織培養可以獲得脫毒苗。
(2)紫杉醇是從紅豆杉樹皮中分離出來的高抗癌活性的物質,作為常見的細胞產物,通常取自愈傷組織的液泡。
(3)植物甲可以產生物質X,紅豆杉可以產生紫杉醇,利用植物體細胞雜交技術將兩種植物的體細胞融合獲得雜種細胞,再將獲得的雜種細胞培養成雜種植株,則該雜種植株的細胞既能產生紫杉醇又能產生物質X。在植物體細胞雜交過程中,首先要利用纖維素酶和果膠酶除去細胞壁獲得具有活力的原生質體,再經聚乙二醇(或高Ca2+-高pH)誘導融合形成雜種細胞。植物體細胞雜交技術的優點是克服了遠緣雜交不親和的障礙。
答案:(1)病毒極少,甚至無病毒　(2)液泡　(3)植物體細胞雜交　纖維素酶和果膠酶　聚乙二醇(或高Ca2+-高pH)　克服了遠緣雜交不親和的障礙
【補償訓練】
　　下列關于細胞產物的工廠化生產的敘述中,錯誤的是
(　　)
A.細胞產物的工廠化生產是植物細胞工程的重要用途之一
B.培養過程中需要脫分化形成愈傷組織,然后懸浮培養愈傷組織細胞
C.利用植物組織培養技術工廠化生產的細胞產物一定是藥物
D.培養的細胞收集后一般要破碎提取有效成分
【解析】選C。利用植物組織培養技術工廠化生產的細胞產物包括蛋白質、脂肪、糖類、香料、生物堿、藥物等。
【課堂回眸】
課堂檢測·素養達標
【概念·診斷】
1.植物細胞工程在農業、醫藥工業等方面有著廣泛的應用,并且取得了顯著的社會效益和經濟效益,下列有關植物細胞工程的應用描述合理的是____________。?
①快速繁殖只能保持親本的優良性狀
②作物脫毒所選的組織可以來自植物的任何部位
③突變體的利用通常對愈傷組織進行誘變處理
④單倍體育種過程中花藥離體培養獲得單倍體植株需要用到植物組織培養
⑤細胞產物的工廠化生產是利用細胞培養技術獲取大量植物細胞并提取細胞產物的技術
【解析】選③④⑤。快速繁殖屬于無性繁殖,可以保持親本所有的遺傳性狀,①錯誤;作物脫毒所選的組織為分生組織,②錯誤;愈傷組織分裂旺盛,易發生基因突變,因此通常對愈傷組織進行誘變處理,③正確;花藥離體培養是用花粉培育出單倍體植株,需要組織培養,④正確;細胞產物的工廠化生產是利用細胞培養技術獲取大量植物細胞并提取細胞產物的技術,⑤正確。
2.制造人工種子的原理是在植物組織培養得到的“胚狀體”的最外面用一層有機膜包裹,并在薄膜內放入一些營養物質,如圖所示。據此判斷下列說法錯誤的是
(　　)
A.“胚狀體”最外面的一層有機膜和里面營養物質分別具有種皮和胚乳的功能
B.“胚狀體”來源于離體的植物體細胞,其形成過程中要經過的生理變化大體上是脫分化和再分化
C.從保證人工種子正常的生命力及生態系統物質循環上來看,其外部薄膜應具有全透性和能被微生物降解的特點
D.在人工種子萌發的過程中,“胚狀體”細胞吸收營養液中的物質用于生長
【解析】選C。“胚狀體”最外面的一層有機膜和里面營養物質分別具有種皮和胚乳的功能,這是為了模仿真實的種子,從而達到可正常發育的目的,A正確;“胚狀體”是通過植物組織培養獲得的,來源是離體的植物細胞或組織,形成過程中要先經歷脫分化形成愈傷組織,然后通過再分化形成胚狀體,B正確;人工種子的外部薄膜一方面用于保護內部組織,另一方面需要保證種子正常的生命活動,因此應具有選擇透過性,可透氣透水等,但不能使薄膜內的營養物質出來,且不易被微生物降解,C錯誤;在人工種子萌發的過程中,需要提供營養液等適宜條件,這樣可以使胚狀體中的細胞吸收所需的營養物質用于生長,D正確。
3.在植物組織培養過程中,容易獲得突變體的主要原因是
(　　)
A.培養基營養豐富,易于植物生長
B.培養的細胞一直處于不斷增殖狀態
C.紡錘絲的形成容易受抑制
D.DNA復制容易受抑制
【解析】選B。培養基只是為培養物的生長提供了所需的營養物質(水、無機鹽、蔗糖、氨基酸和有機酸等)、激素(如細胞分裂素、生長素)等,不符合題意,A錯誤;在植物組織培養的過程中,由于培養細胞一直處于不斷增殖狀態,因此容易受到培養條件和外界壓力的影響而產生突變,進而獲得突變體,B正確;培養細胞在不斷分裂過程中,由于人為地調控培養條件,因此紡錘絲的形成和DNA復制不容易受抑制,C、D錯誤。
4.某種極具觀賞價值的蘭科珍稀花卉很難獲得成熟種子。為盡快推廣種植,可應用多種技術獲得大量優質苗,下列技術中不能選用的是
(　　)
A.利用莖段扦插誘導生根技術快速育苗
B.采用花粉粒組織培養獲得單倍體幼苗
C.采集幼芽嫁接到合適的其他種類植物體上
D.可以采用幼葉、莖尖等部位的組織進行組織培養
【解析】選B。利用莖段扦插誘導生根技術快速育苗屬于無性生殖,能保持親本的優良性狀,A不符合題意;花粉粒通過減數分裂產生,只含有該品種一半的染色體,后代性狀可能會明顯改變,而且單倍體植株矮小,觀賞價值差,不能用于培育優質苗,B符合題意;幼芽嫁接屬于無性生殖,能保持親本的優良性狀,C不符合題意;選擇幼葉、莖尖進行植物組織培養屬于無性生殖,能保持親本的優良性狀,D不符合題意。
5.作物育種是生物技術的一項重要內容,其方法手段也日益先進和多樣化。現有一基因型為AaBB的生物,現在要將它轉變成基因型為①AABB,②aB,③AAaaBBBB的生物,可以采取的相關技術及排列正確的一組是
(　　)
A.誘變育種、花藥離體培養、植物體細胞雜交
B.雜交育種、花藥離體培養、多倍體育種
C.誘變育種、多倍體育種、花藥離體培養
D.花藥離體培養、多倍體育種、誘變育種
【解析】選B。①將生物的基因型由AaBB轉變為AABB,采用的技術通常是雜交育種或誘變育種;②將生物的基因型由AaBB轉變為aB,采用的技術是花藥離體培養;③將生物的基因型由AaBB轉變為AAaaBBBB,采用的技術是多倍體育種。
【思維·躍遷】
6.隨著科學發展,現代生物技術已經廣泛應用于社會生產的各個方面。請回答下列相關問題:
(1)植物組織培養技術就是在__________________條件下,將離體植物器官、組織、細胞,培養在人工配制的培養基上,給予適宜的培養條件,誘導其產生愈傷組織、叢芽,最終形成完整植株的技術。?
(2)一般無性生殖的植物感染病毒很容易傳播給后代。病毒在植物體內逐年積累,就會導致作物產量降低,品質變差。若想獲得脫毒苗,可以切取植物____________附近病毒極少甚至無病毒的組織細胞進行培養。脫毒草莓與四倍體草莓形態都比較大,在細胞水平上可通過觀察____________________加以區別。?
(3)在植物組織培養過程中,由于培養細胞一直處于不斷____________的狀態,容易受到培養條件和外界壓力的影響而產生____________。從這些個體中可以篩選出對人有用的個體。?
(4)在植物育種方面一定用到植物組織培養技術的有________________________________(至少答兩種)。?
(5)正常情況下白菜與甘藍不能通過有性雜交產生后代,但通過體細胞融合可以打破生殖隔離獲得“白菜—甘藍”雜種植株,若“白菜—甘藍”雜種植株與白菜雜交無后代,與甘藍雜交有后代。能否確定“白菜—甘藍”雜種植株與甘藍不存在生殖隔離?________________,為什么?__。?
【解析】(1)植物組織培養是利用無性生殖原理,將離體的植物器官、組織或細胞等在無菌和人工控制的條件下,放在人工配制的培養基上培養,短期內就能誘導出完整植株的技術。
(2)脫毒植物苗的取材一般是分生區部位,如幼嫩的芽或莖,主要是這些部位病毒極少甚至無病毒。脫毒草莓是通過植物組織培養技術獲得的,為二倍體,四倍體草莓通過染色體變異獲得,因此在細胞水平上可通過觀察染色體數目加以區別。
(3)在植物的組織培養過程中,由于培養細胞一直處于不斷增殖的狀態,容易受到培養條件和外界壓力的影響,在DNA復制的過程中發生突變,易獲得突變體。
(4)在植物育種方面一定用到植物組織培養技術的有基因工程育種、單倍體育種、體細胞雜交育種等。
(5)“白菜—甘藍”雜種植株與甘藍雜交有后代,但是無法確定二者是否存在生殖隔離,因為不能確定其后代是否可育。
答案:(1)無菌和人工控制　(2)分生區　染色體數目
(3)增殖　突變　(4)基因工程育種、單倍體育種、體細胞雜交育種　(5)不能　盡管有后代,但不能確定后代是否可育
【拓展·探究】
7.紫草是一種重要的藥用植物,其根部富含紅色的萘醌類次生代謝物——紫草寧及其衍生物。它們具有抗菌、消炎、活血和誘導癌細胞凋亡等功效,同時也是一種天然染料。利用細胞產物的工廠化生產紫草寧已成為解決產量問題的重要手段。請回答下列問題:
(1)選用新生營養芽為外植體的原因是________________________________,?
______________________________________________________________,?
外植體經誘導后形成愈傷組織的過程稱為____________。?
(2)培養過程需要加入一定的植物激素,常用的植物激素有__________
__________________。?
(3)為了更好地獲得紫草寧及其衍生物,生產中一般采用細胞產物工廠化生產,進行紫草細胞大規模培養。下列說法正確的有____________________(多選)。?
A.選取生長旺盛的愈傷組織細胞
B.必須在光照條件下培養
C.培養過程中需通空氣
D.培養過程中不會發生基因重組
【解析】(1)用于植物組織培養的材料一般要求分化程度低,無病毒感染,容易誘導形成愈傷組織。外植體經誘導后形成愈傷組織的過程稱為脫分化。(2)培養過程加入的植物激素一般是細胞分裂素和生長素。(3)生產中采用細胞產物工廠化生產,應選擇生長旺盛的愈傷組織細胞,A正確;脫分化過程中不需要光照,B錯誤;植物為需氧型生物,培養過程中需通空氣,保證其有氧呼吸,缺氧會導致其無氧呼吸產生酒精,對其有毒害作用,C正確;基因重組發生在減數分裂產生配子的過程中,細胞培養過程中進行有絲分裂,不會發生基因重組,D正確。
答案:(1)細胞分化程度低,容易誘導形成愈傷組織　脫分化　(2)細胞分裂素和生長素　(3)A、C、D
六　植物細胞工程的應用
　(20分鐘·70分)
一、選擇題(共7小題,每小題5分,共35分)
1.人們利用植物的快速繁殖技術來進行工廠化生產,這是利用了該項技術的哪一特點(　　)
A.操作簡單
B.使優良性狀組合在一起
C.培育新的性狀
D.高效性和保持種苗的優良遺傳特性
【解析】選D。植物組織培養操作煩瑣,選項A錯誤;植物組織培養為無性繁殖,能保持親本的優良特性,但不能使優良性狀組合在一起,也不能培育新的性狀,選項B、C錯誤;植物的快速繁殖技術既能實現高效、快速繁殖,又能夠保持植物優良品種的遺傳特性,選項D正確。
2.為給工廠化繁殖脫毒甘薯苗提供技術支持,科研人員利用植物組織培養技術研究甘薯莖尖(外植體)大小對誘導分化苗和脫毒苗的影響,結果如表所示,下列相關敘述錯誤的是
(　　)
莖尖大小
外植體數/個
分化苗數/苗
脫毒苗數/苗
小于0.3
mm
20
1
1
0.3～0.5
mm
20
10
7
大于0.5
mm
20
13
4
A.不同培養階段培養基中激素種類和比例應適時調整
B.脫分化過程中應給予充足光照使其進行光合作用
C.本實驗的自變量為莖尖的大小
D.0.3～0.5
mm
大小的莖尖有利于脫毒甘薯苗的培養
【解析】選B。不同培養階段培養基中激素種類和比例應適時調整,如生長素與細胞分裂素的比例升高,利于根的分化;比例下降,利于芽的分化,A正確;脫分化過程中不需要光照,B錯誤;實驗中莖尖的大小為自變量,脫毒苗的數量為因變量,C正確;由圖可知,0.3～0.5
mm
大小的莖尖,脫毒苗的數目最多,故有利于脫毒甘薯苗的培養,D正確。
3.如圖是對基因型為Aabb的玉米所作的處理,據圖分析下列敘述錯誤的是
(　　)
A.過程a所采取的技術手段是花藥離體培養
B.過程b用秋水仙素處理后可以得到4種基因型的玉米植株
C.c和d分別是脫分化和再分化過程
D.圖中過程a或過程c、d能夠說明植物細胞具有全能性
【解析】選B。過程a由花粉粒變為單倍體植株,一定要經過花藥離體培養,A正確;基因型為Aabb的玉米能產生2種基因型的花粉:Ab和ab,經花藥離體培養后可得到2種單倍體幼苗,幼苗再經秋水仙素處理后得到AAbb和aabb
2種基因型的可育玉米,B錯誤;c是脫分化,d是再分化,C正確;過程a和c、d是植物細胞培育成了植物個體,所以能夠說明植物細胞具有全能性,
D正確。
4.玉米是一種主要的農作物,為了提高玉米的產量,科學家在玉米育種和栽培中作了大量的研究。如圖是關于玉米培養的過程,據圖判斷下列說法錯誤的是
(　　)
A.從繁殖原理上分析,A→D屬于無性生殖
B.植株D和G中的染色體組數不同
C.E→G不能體現細胞的全能性
D.E→F過程中獲得的植株一般不直接用于大田生產
【解析】選C。A→D是植物組織培養過程,從繁殖原理上分析,屬于無性生殖,A正確;植株D是二倍體植株,植株G是單倍體植株,體內的染色體組數不同,B正確;E→G表示花藥離體培養形成單倍體幼苗的過程,該過程體現了植物細胞的全能性,C錯誤;E→F過程中獲得的植株是單倍體植株,高度不育,一般沒有直接的使用價值,D正確。
5.青蒿素是從植物黃花蒿的葉片中所提取的一種代謝產物,而莖及其他部位中的青蒿素含量極其微小,下列關于利用植物組織培養生產青蒿素的敘述中,正確的是
(　　)
A.在黃花蒿組織培養過程中不需給予光照
B.加入大量生長素可提高青蒿素的產量
C.可通過大量培養愈傷組織以直接獲得青蒿素
D.可大規模栽培組織培養苗以獲取藥用成分
【解題關鍵】解答本題需明確以下兩點:
(1)誘導形成愈傷組織需避光培養,原因是在有光時往往形成維管組織,而不形成愈傷組織。
(2)愈傷組織再分化成胚狀體時需要光照,原因是①葉綠素的合成需要光照;②試管苗需要進行光合作用制造有機物提供營養物質。
【解析】選D。植物組織培養包括脫分化和再分化兩個過程,其中脫分化過程不需要光照,而再分化過程需要光照,選項A錯誤;組織培養過程中,生長素對脫分化和再分化過程具有調節作用,但不能直接提高青蒿素的產量,選項B錯誤;青蒿素是從植物黃花蒿的葉片中所提取的一種代謝產物,而莖及其他部位中的青蒿素含量極其微小,因此通過大量培養愈傷組織不能直接獲得青蒿素,選項C錯誤;可大規模栽培組織培養苗以獲取藥用成分,選項D正確。
6.研究人員在柑橘中發現一棵具有明顯早熟特性的變異株,
決定以此為基礎培育早熟柑橘新品種。下列敘述錯誤的是
(　　)
A.要判斷該變異株的育種價值,首先要確定它的遺傳物質是否發生了變化
B.若該變異株是個別基因的突變體,可采用連續自交的方法,使早熟基因逐漸純化,培育出新品種
C.若欲加快育種進程,可采集變異株的花藥進行離體培養,即可獲得高度純合的新品種
D.若該變異株是染色體數目變異株,減數分裂時同源染色體可能配對紊亂,可采用植物組織培養方法獲得新品種
【解析】選C。要判斷該變異株的育種價值,首先要確定它的遺傳物質是否發生了變化,若其遺傳物質改變,說明其為可遺傳變異,A正確;若該變異株是個別基因的突變體,可通過連續自交,提高純合子的比例,培育新品種,B正確;花藥離體培養的植株為單倍體,高度不育,C錯誤;若該變異株是染色體數目變異株,減數分裂時同源染色體可能配對紊亂,不能通過有性生殖進行繁殖,可采用無性生殖,如植物組織培養方法獲得新品種,D正確。
【補償訓練】
　　下列關于植物細胞工程實際應用的敘述,不正確的是
(　　)
A.快速繁殖技術的原理是植物細胞的全能性
B.利用莖尖組織培育的幼苗一定全是脫毒幼苗
C.利用人工種子繁殖優良品種不會出現性狀分離
D.未脫毒馬鈴薯的產量往往比脫毒馬鈴薯的產量低
【解析】選B。植物快速繁殖技術就是利用植物組織培養技術,所以其原理是細胞的全能性,A正確;利用莖尖組織培育的幼苗不一定全是脫毒幼苗,B錯誤;人工種子是利用植物組織培養得到的,一般利用植物的體細胞進行植物組織培養得到人工種子,則該人工種子繁殖屬于無性生殖,所以不會出現性狀分離,C正確;未脫毒馬鈴薯的產量比脫毒馬鈴薯的產量低,D正確。
7.下列有關植物細胞工程應用的敘述,不正確的是
(　　)
A.利用組織培養技術培育脫毒苗,獲得具有抗病毒的新品種
B.利用組織培養技術獲得人工種子,能保持親本的優良性狀
C.利用細胞培養技術獲得紫草寧,實現了細胞產物的工廠化生產
D.利用植物體細胞雜交技術獲得“蘿卜-甘藍”植株,克服了不同生物遠緣雜交不親和的障礙
【解析】選A。利用組織培養技術培育脫毒苗,可以獲得不帶有病毒的植株,但品種未發生改變,也沒有轉入抗病毒基因,因而不具有抗病毒能力,選項A錯誤;利用植物組織培養得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料,經過人工薄膜包裝得到的種子即為人工種子,人工種子可以保持親本的優良特性,克服種子生產的季節、氣候和地域限制,選項B正確;組織培養技術除了在農業上的應用外,還廣泛應用于另一個重要的領域,即細胞產物的工廠化生產,目前三七、紫草和銀杏的細胞產物已經實現了工廠化生產,選項C正確;利用植物體細胞雜交技術獲得“蘿卜-甘藍”植株,是將兩種植物的體細胞在一定條件下融合成雜種細胞,并培育成新的植物體,該項研究克服了不同生物遠緣雜交不親和的障礙,取得了重大突破,選項D正確。
二、非選擇題(共2小題,共35分)
8.(15分)應用植物組織培養技術,不僅可以實現種苗的快速繁殖、培育無病毒植株,也可以加快作物及苗木育種。下面是培育橘耐鹽植株的實驗流程:
回答下列問題:
(1)愈傷組織是由離體的莖段經______________過程形成的,此時愈傷組織細胞____________(填“具有”或“不具有”)細胞的全能性,愈傷組織經過________________過程形成耐鹽植株。在植物組織培養的培養基中除無機營養成分、有機營養成分、瓊脂外,還需要添加________________。?
(2)對愈傷組織進行了兩次處理,處理1中γ射線照射的目的是______________,用γ射線不直接處理莖段而是處理愈傷組織,原因是_____________________
________________________________________________________;處理2中添加的物質X為______________________。?
(3)植物組織培養技術也被廣泛應用于其他作物的育種中。在培育白菜—甘藍、三倍體無子西瓜中,用到植物組織培養技術的是_____________________
_________________________________。?
【解析】(1)愈傷組織是離體的莖段脫分化形成的,每個細胞都脫離了原來的分化狀態,都具有全能性,愈傷組織經過再分化過程才能形成植株,在植物組織培養過程中,除了加入營養之外,還要加入植物激素,因為植物激素在脫分化和再分化過程中起重要作用。
(2)對愈傷組織進行了兩次處理,處理1中使用γ射線照射的目的是使愈傷組織發生突變,γ射線不直接處理莖段而是處理愈傷組織的原因是愈傷組織細胞處于不斷地分裂狀態,易受到培養條件和外界的影響而產生突變。處理2的目的是篩選出耐鹽特性的愈傷組織,因此需加入氧化鈉。
(3)白菜—甘藍形成的過程中,先要形成雜種細胞,再由雜種細胞形成雜種植株,所以會用到植物組織培養技術,三倍體無子西瓜需要進行秋水仙素處理和雜交,不需要植物組織培養技術。
答案:(1)脫分化　具有　再分化　植物激素　(2)誘導基因突變　愈傷組織細胞處于不斷地分裂狀態,易受到培養條件和外界的影響而產生突變　氯化鈉　(3)培育白菜-甘藍
9.(20分)下圖為幾種育種方法示意圖,據圖回答:
(1)①④方向所示的途徑表示________育種,⑦過程所示的育種方法是________。?
(2)②過程常用的方法是____________,③⑦過程中采用方法有__(填兩項)。?
(3)⑤過程發生在生物個體發育的________時期。經過⑥的選育,得到具有新基因的種子或幼苗,由此培育出的新品種具有某一優良性狀,若要將該性狀穩定快速地遺傳下去,運用生物技術的解決辦法是________________。?
(4)⑧→⑩過程所代表的生物技術涉及兩項重要步驟是__________、__________。假設甲種植物是四倍體,乙種植物是二倍體,則人工種子萌發長成的植物是幾倍體?________。?
【解析】(1)據圖分析,①④所示途徑為雜交育種,①②③途徑為單倍體育種。(2)②是花藥離體培養過程,③階段是用秋水仙素處理或低溫誘導單倍體幼苗,而⑦屬于多倍體育種,用秋水仙素處理或低溫誘導萌發的種子或二倍體幼苗。(3)⑤⑥階段屬于誘變育種,通常用物理或化學的方法來處理處于分裂間期的細胞,此時DNA復制更容易引起基因突變;通過植物組織培養技術可以將植物細胞的突變基因快速穩定地遺傳下去。(4)⑧→⑩屬于植物體細胞雜交技術流程,需要經過植物細胞的融合、雜種細胞的組織培養等階段。植物體細胞雜交得到的雜種植株的體細胞的染色體組數(N)=甲種植物染色體組數(n1)+乙種植物染色體組數(n2),則雜種植株屬于異源N倍體。
答案:(1)雜交　多倍體育種
(2)花藥離體培養　秋水仙素處理或低溫誘導
(3)任何　植物組織培養技術(或快速繁殖)
(4)植物細胞融合　植物組織培養　(異源)六倍體
(10分鐘·30分)
1.(8分)(不定項)花粉植株是遺傳研究和突變育種的理想材料。下面是培育四季柑橘(2N=18)花粉植株的過程示意圖,有關敘述不正確的是
(　　)
取花蕾并消毒取花粉粒,接種到培養基A愈傷組織接到培養基B
叢芽轉接到培養基C單倍體植株
A.過程①②③④均存在細胞分裂和細胞分化
B.由圖可推測培養基B中的細胞分裂素的比例高于生長素的比例
C.圖中獲得的花粉植株高度不育,表明花粉細胞不具有全能性
D.處于分裂中期的四季柑橘單倍體植株根尖細胞有18條染色體
【解析】選A、C、D。在②脫分化過程中不存在細胞分化,A錯誤;
過程③是細胞再分化,誘導叢芽產生時應適當提高細胞分裂素的比例,B正確;花粉細胞培育成單倍體植株,培育的原理是花粉粒細胞具有全能性,其技術是植物組織培養,C錯誤;觀察處于分裂中期的四季柑橘花粉植株根尖細胞,其染色體數和中期體細胞相同為9條,D錯誤。
【實驗·探究】
2.(22分)紫杉醇是紅豆杉細胞中產生的一種高效抗癌物質,在植物體中含量極低。為取代從天然植株中提取紫杉醇的方式,可通過植物組織培養和細胞培養技術來獲取,其過程為獲取紅豆杉外植體→消毒→誘導愈傷組織→細胞培養→提取紫杉醇。回答下列問題:
(1)獲取的外植體首先要通過____________過程培養出愈傷組織。如表為四種不同外植體在相同培養條件下誘導愈傷組織的實驗結果,由表中結果可知誘導愈傷組織較適宜的兩種外植體分別是__?______________________________
__________________________________________________________________。?
外植體
愈傷組織體積
誘導率/%
不帶葉莖段
很大
99.5
帶葉莖段
很小
90
葉片
很小
20
成熟胚
較大
80
注:誘導率(%)=(形成的愈傷組織數量/接種的外植體數量)×100%
(2)將愈傷組織接種到適宜培養液中進行細胞培養,細胞培養的過程__________(填“體現”或“未體現”)細胞的全能性,理由是__________
______________________________。據下圖分析2,4-D對細胞生長和紫杉醇合成的作用分別是______________________________________________,?
為獲得最大紫杉醇總產量,最適合的2,4-D濃度應為__________________(
填“0.5”“1.0”或“2.0”)mg/L。?
(3)與從天然植株中提取相比,利用上述技術生產紫杉醇的重要意義是________________________________(答出兩點)。?
【解析】(1)外植體脫分化可培育出愈傷組織。由表中結果可知誘導愈傷組織較適宜的兩種外植體應該是體積較大,且誘導率較高的,分別是不帶葉莖段和成熟胚。
(2)將愈傷組織接種到適宜培養液中進行細胞培養,細胞培養的過程最終培養出的是細胞,而不是完整的生物個體,因此,未體現細胞的全能性。據圖分析可知,2,4-D促進細胞生長,抑制紫杉醇的合成,為獲得最大紫杉醇總產量,最適合的2,4-D濃度應為
1.0
mg/L,若2,4-D濃度為0.5
mg/L,則細胞生長速率太慢,若2,4-D濃度為
2.0
mg/L,則紫杉醇含量太低。
(3)若從天然植株中提取紫杉醇,會破壞紅豆杉樹木,若用植物組織培養技術,在短時間內就能培育大量的愈傷組織,經過細胞培養,可以獲取大量的紫杉醇,利用上述技術生產紫杉醇的重要意義是①提高了紫杉醇的產量;②保護了紅豆杉資源。
答案:(1)脫分化　不帶葉莖段、成熟胚　(2)未體現　此過程中細胞沒有再分化,沒有發育成完整植株　促進細胞生長,抑制紫杉醇合成　1.0　(3)提高了紫杉醇的產量,保護了紅豆杉資源
【補償訓練】
　　紫杉醇是從紅豆杉樹皮中提取的高效抗癌物質,細胞培養生產紫杉醇是擴大紫杉醇來源的重要途徑。如圖為三種紅豆杉細胞培養過程中細胞數量與紫杉醇產量的數據圖。
(1)以南方紅豆杉葉為原料獲得生產紫杉醇的愈傷組織需要通過細胞的________________,愈傷組織細胞具有較強的______________能力。這一技術的成功實現了組織培養技術在一個重要領域的應用,即______________。?
(2)對比分析兩個曲線圖可知:培養后期紫杉醇產量出現下降的原因可能是
___________________________________________________________________;
在培養過程中,要不斷通入無菌空氣并進行攪拌,其目的是?_____________?
(答三點);與傳統方法獲得紫杉醇相比,利用植物組織培養技術生產紫杉醇,具有________________________等優點。(答兩點即可)?
(3)植物激素在組織培養中具有極其重要的作用,其中赤霉素類植物激素的主要作用是____________________________________。?
【解析】(1)以南方紅豆杉葉為原料獲得生產紫杉醇的愈傷組織需要通過細胞的脫分化產生,愈傷組織細胞具有較強的分裂分化能力。這一技術的成功實現了細胞產物的工廠化生產。
(2)對比分析兩個曲線圖可知:培養后期,培養的細胞數量減少、某些代謝產物積累等導致紫杉醇產量下降。植物細胞培養過程需要充足的氧氣,因此,在培養過程中,要不斷通入無菌空氣并進行攪拌,其目的是防止微生物污染,保證O2供應充足,使細胞與培養液充分接觸。與傳統方法獲得紫杉醇相比,利用植物組織培養技術生產紫杉醇,具有產量高、節約資源、保護環境等優點。
(3)赤霉素類植物激素的主要作用是促進培養細胞的伸長。
答案:(1)脫分化　分裂分化(分生)　細胞產物的工廠化生產　(2)培養的細胞數量減少、某些代謝產物積累等　防止微生物污染,保證氧氣供應充足,使細胞與培養液充分接觸　產量高、節約資源、保護環境
(3)促進培養細胞的伸長

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