2019-2020学年人教版生物选修三同步导学作业6　植物细胞工程的实际应用

2019-2020学年人教版生物选修三同步导学作业6　植物细胞工程的实际应用

限时规范训练(六) 1．下列生物工程技术的实际应用过程中，能形成愈伤组织的是( ) ①作物脱毒 ②细胞产物的工厂化生产 ③生产人工种子 ④转基 因植物的培养 A．①②③ B．①②④ C．①③④ D．①②③④ 答案 D 解析 作物脱毒、细胞产物的工厂化生产、生产人工种子都是植物细 胞工程的实际应用，其技术基础是植物的组织培养技术，都有外植体 脱分化形成愈伤组织的过程。转基因植物的培养利用的是基因工程技 术和植物组织培养技术，该过程中也形成愈伤组织。 2．下图为制备人工种子部分流程示意图，下列叙述正确的是( ) A．胚状体是外植体在培养基上脱分化形成的一团愈伤组织 B．该过程以海藻酸钠作为营养成分，以 CaCl2 溶液作为凝固剂 C．可在海藻酸钠溶液中添加蔗糖，为胚状体提供碳源 D．包埋胚状体的凝胶珠能够隔绝空气，有利于人工种子的储藏 答案 C 解析 该过程采用固定化细胞技术中的包埋法制备人工种子，海藻酸 钠仅是载体，无法为胚状体提供营养物质，为了保证胚状体能够生长， 可向海藻酸钠溶液中加入蔗糖，作为胚状体的碳源，C 项正确、B 项 错误；离体的植物器官、组织或细胞，在培养基上培养一段时间后， 会通过细胞分裂脱分化形成愈伤组织，其细胞排列疏松而无规则，是 一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞；在植物细胞悬浮培养液 中，某些体细胞在形态上转变为与合子发育成的胚非常相似的结构， 它的发育过程也与合子胚类似，胚芽、胚根、胚轴等结构完整，该结 构即为胚状体，A 项错误；包埋胚状体的凝胶珠为海藻酸钠，海藻酸 钠是多孔性载体，可与外界进行气体交换，使胚状体可以进行呼吸作 用；若隔绝空气，胚状体最终会因无法进行正常的有氧呼吸而死亡， 不利于人工种子的贮藏，D 项错误。 3．如图为植物组织培养的基本过程，则制备人工种子及生产治疗烫 伤、割伤的药物——紫草素，应分别选用编号( ) ①外植体――→脱分化②愈伤组织――→再分化③胚状体―→④植株 A．④② B．③② C．③④ D．④③ 答案 B 解析 人工种子是指将已分化的胚状体等用合适的人工薄膜进行包 裹得到的种子；获取细胞产物紫草素只需培养到愈伤组织阶段，无需 获得植株。 4．某优良品种水稻的基因型为 AaBb，利用其花药通过组织培养形 成试管苗。下列对这一培养过程的叙述，错误的是( ) A．花粉形成试管苗要经过脱分化和再分化的过程 B．试管苗有四种基因型，其体细胞含有一个染色体组 C．通过该过程培育出的试管苗还不能直接用于生产 D．这些试管苗自交，后代性状不发生分离 答案 D 解析 花药通过组织培养形成试管苗要采用植物组织培养技术，该过 程要先经过脱分化形成愈伤组织，再通过再分化形成试管苗；由水稻 的基因型为 AaBb 可知，水稻为二倍体，其配子含一个染色体组，由 配子直接发育成的试管苗的体细胞中含有一个染色体组；试管苗为单 倍体，高度不育，不能通过有性生殖繁殖后代，不能直接用于生产。 5．下列关于细胞产物工厂化生产的叙述，错误的是( ) A．细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一 B．培养过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细 胞 C．培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分 D．培养的愈伤组织需要经过再分化产生特定的组织细胞后才能产生 特定的细胞产物 答案 D 解析 细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一；培养 过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞；培养 的细胞收集后一般要破碎提取有效成分；培养的愈伤组织不需要再分 化就能产生特定的细胞产物。 6．如图表示利用高秆抗锈病玉米(基因型为 AaBb，两对基因独立遗 传)的花粉细胞生产人工种子的过程。下列叙述不正确的是( ) A．通过①过程两两融合得到的细胞基因型有 9 种 B．②③过程培养基中植物激素的比例不同 C．④过程需用秋水仙素处理才能获得可育的人工种子 D．人工种子中加入植物生长调节剂可促进胚状体的发育 答案 C 解析 高秆抗锈病玉米的基因型为 AaBb，能产生四种配子，即 AB、 Ab、aB、ab，通过①过程两两融合得到的细胞基因型有 9 种，A 项 正确。生长素与细胞分裂素比值高时，促进根分化，抑制芽形成；比 值低时，促进芽分化，抑制根形成；比值适中时，促进愈伤组织的形 成，故②脱分化和③再分化过程植物激素的比例不同，B 项正确。花 粉细胞杂交形成的植株可育，不需要用秋水仙素处理，C 项错误。人 工种子中加入植物生长调节剂可促进胚状体的发育，D 项正确。 7．下列有关植物细胞工程应用的叙述，错误的是( ) A．利用组织培养技术培育脱毒苗，获得具有抗病毒的新品种 B．利用组织培养技术获得人工种子，能保持亲本的优良性状 C．利用细胞培养技术获得紫草素，实现了细胞产物的工厂化生产 D．利用植物体细胞杂交技术获得“白菜—甘蓝”，克服不同生物远 缘杂交不亲和的障碍 答案 A 解析 脱毒苗是用含病毒极少，甚至无病毒的茎尖等植物分生组织培 养而成的，再生的植株可能不带病毒，但它并未具备抗病毒的能力。 8．红豆杉是濒危植物，其树皮产生的紫杉醇对抗癌症有一定的疗效。 下图是红豆杉植株组织培养和细胞培养的流程图，请据图回答下列问 题： (1)图中②为愈伤组织，通过 B 过程可最终产生新的植株，通过 C 过 程 可 产 生 大 量 细 胞 ， 则 图 中 A 、 B 、 C 分 别 表 示 的 过 程 为 ________________________ 。 其 中 B 过 程 的 实 质 是 ________________。 (2)对⑤的培养一般要采用________培养基，并要不断通入无菌空气 并进行搅拌，其目的是______________________________________。 (3)对⑤的培养可获得代谢产物紫杉醇，但培养后期紫杉醇产量下降， 其原因包括________________________________等。 (4)若①是红豆杉(基因型为 DdTt)的花药，可选用________(填编号) 制成人工种子，该“种子”萌发的幼苗用________处理，可快速获得 纯种植株，该植株的基因型为________________________________。 答案 (1)脱分化、再分化、有丝分裂 基因的选择性表达 (2)液体 保证氧气的供应，使细胞和培养液充分接触 (3)活细胞数量减少，某些代谢产物积累 (4)③ 秋水仙素(或低温) DDTT、DDtt、ddTT、ddtt 解析 (1)图中①为红豆杉离体的植物器官、组织或细胞(外植体)，② 为愈伤组织，③为试管苗(胚状体)，④为植物体，⑤为大量的红豆杉 细胞；A 过程为脱分化，B 过程为再分化，C 过程表示有丝分裂。再 分化的实质是细胞内基因的选择性表达。(2)对⑤的培养目的是快速 增殖细胞，一般采用液体培养基进行培养。在培养过程中通入无菌空 气是为了保证细胞生长过程中氧气的供应，不断搅拌的目的是让细胞 和培养液充分接触。(3)培养的后期，由于细胞代谢产物的积累、营 养物质的消耗、pH 的改变等，导致细胞数量减少，其代谢产物减少。 (4)红豆杉(二倍体)的花药经培养可获得单倍体，再经秋水仙素或低温 处理，可使染色体数目加倍，快速获得纯种植株。如果亲本的基因型 为 DdTt，则获得纯种植株的基因型有 DDTT、DDtt、ddTT、ddtt 四种。 9．下面为植物组织培养过程流程图解，下列相关叙述错误的是( ) A．脱分化发生在 b 步骤，在此过程中植物激素发挥了重要作用 B．再分化发生在 d 步骤，是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过 程 C．从叶组织块到种苗形成的过程说明植物叶片细胞具有全能性 D．人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结籽困难或发芽率 低等问题 答案 B 解析 植物组织培养首先要取部分细胞，这些离体的细胞称为外植 体，经过脱分化后，形成一些薄壁细胞群，这些细胞群称为愈伤组织， 经过再分化，形成具有生根和发芽能力的胚状体或直接形成根和芽， 最终发育成完整植株。所以 b 为脱分化，c 为再分化，植物组织培养 的科学原理是植物细胞具有全能性。 10．甘薯由于能增强免疫功能、防癌抗癌、抗衰老、预防动脉硬化等 越来越被人们喜爱。但甘薯是无性繁殖作物，同时又是同源六倍体， 具有自交不育和杂交不亲和的特点，这使甘薯生产和育种过程中存在 诸多常规方法难以解决的问题。下列相关叙述不合理的是( ) A．利用植物组织培养形成的胚状体制作人工种子，解决种苗用量大 的问题 B．利用茎尖分生组织培养脱毒苗，使植株具备抗病毒的能力，从而 提高产品质量 C．通过原生质体融合等实现体细胞杂交，可以克服杂交不亲和的障 碍，充分利用遗传资源 D．利用培养的愈伤组织进行诱变育种，可以显著提高突变频率 答案 B 解析 植物细胞工程的应用之一是以植物组织培养得到的胚状体等 为材料，经人工薄膜包裹制成人工种子，实现大规模生产，A 项正确。 茎尖等分裂旺盛部位的病毒极少，甚至无病毒，所以可利用茎尖分生 组织培养出无病毒且保持优良性状的幼苗，即脱毒苗；通过基因工程 将抗病毒基因转移至受体细胞可培育出抗病毒的转基因植物，但脱毒 ≠抗病毒，B 项错误。植物体细胞杂交可克服杂交不亲和的障碍，并 可充分利用遗传资源，C 项正确。愈伤组织具有分裂旺盛的特点，容 易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变，是诱变育种的良好材 料，因此，利用愈伤组织进行诱变处理，可以显著提高突变频率，D 项正确。 11．利用植物组织培养技术从红豆杉细胞中提取抗癌物质紫杉醇，不 需要进行的是( ) A．选取合适的外植体并对外植体进行消毒 B．培养基中加入适量的蔗糖，以提供营养并维持渗透压 C．控制植物激素的种类和含量诱导产生愈伤组织 D．选择适当的分化培养基培育红豆杉幼苗 答案 D 解析 植物组织培养需要选取合适的外植体并对外植体进行消毒，以 防止杂菌污染，A 项正确；培养基中加入适量的蔗糖，蔗糖既可提供 营养又能维持渗透压，B 项正确；脱分化过程中需控制植物激素的种 类和含量，C 项正确；若要从红豆杉细胞中提取抗癌物质紫杉醇，只 需培养到愈伤组织阶段，不需培育出红豆杉幼苗，D 项错误。 12．科研工作者将基因型为 Bb 的某植物幼苗用秋水仙素处理，使其 成为四倍体；然后将该四倍体产生的配子进行花药离体培养，形成幼 苗后再用秋水仙素处理使其染色体数目加倍。依据上述材料，你认为 正确的是( ) ①最终获得的后代有 2 种表现型、3 种基因型 ②上述育种方式包含了多倍体育种和单倍体育种 ③最终获得的后代都是纯合子 ④第二次用秋水仙素处理后得到的植株是可育的 A．①②③ B．①②④ C．①②③④ D．②③④ 答案 B 解析 分析题干信息：某植物幼苗(Bb)→秋水仙素处理→四倍体 (BBbb)→产生配子(BB、Bb、bb)→花药离体培养→单倍体幼苗(BB、 Bb、bb)→秋水仙素处理→四倍体(BBBB、BBbb、bbbb)。通过上述 分析，最终获得的后代有 2 种表现型、3 种基因型，其中基因型为 BBbb 的个体为杂合子，①正确、③错误。由二倍体幼苗(Bb)经秋水 仙素处理得到四倍体属于多倍体育种；由四倍体产生的配子经花药离 体培养和秋水仙素处理后得到四倍体属于单倍体育种，该育种方法得 到的后代由于减数分裂过程中同源染色体联会正常，所以是可育的， ②④正确。 13．花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病，野生黑芥具有黑腐病的 抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段 化，并丧失再生能力，再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与 完整的花椰菜原生质体融合，以获得抗黑腐病杂种植株。流程如下图 所示： 据图回答下列问题： (1)过程①所需的酶是________________。 (2)过程②后，在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的________存 在，这一特征可作为初步筛选杂种细胞的标志。 (3)原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透 压，其作用是____________________。原生质体经过________再生， 进而分裂和脱分化形成愈伤组织。 (4) 若 分 析 再 生 植 株 的 染 色 体 变 异 类 型 ， 应 剪 取 再 生 植 株 和 ________________植株的根尖，通过________、________、染色和制 片等过程制成装片，然后在显微镜下观察比较染色体的形态和数目。 (5)采用特异性引物对花椰菜和黑芥基因组 DNA 进行 PCR 扩增，得 到两亲本的差异性条带，可用于杂种植株的鉴定。下图是用该引物对 双亲及再生植株 1～4 进行 PCR 扩增的结果。据图判断，再生植株 1～ 4 中一定是杂种植株的有________。 (6)对杂种植株进行________接种实验，可是筛选出具有高抗性的杂 种植株。 答案 (1)纤维素酶和果胶酶 (2)叶绿体 (3)保持原生质体完整性 细胞壁 (4)双亲(或花椰菜和黑芥) 解离 漂洗 (5)1、2、4 (6)黑腐病菌 解析 (1)过程①表示原生质体的制备，要用纤维素酶和果胶酶去掉 植物细胞的细胞壁。(2)用于融合的两个细胞，一个是黑芥苗的叶肉 细胞，一个是花椰菜的根部细胞，其中供体细胞特有的结构是叶绿体， 可通过观察叶绿体的有无作为初步筛选杂种细胞的标志。(3)原生质 体没有细胞壁的保护，需要加入适宜浓度的甘露醇以保持渗透压的稳 定，以避免原生质体吸水或失水破坏原生质体的完整性。原生质体通 过细胞壁再生形成杂种细胞，进而形成愈伤组织。(4)分析再生植株 染色体变异类型，需要将再生植株细胞染色体和黑芥苗与花椰菜细胞 中的染色体制片观察进行比较，制片的基本程序是解离、漂洗、染色、 制片。(5)根据图谱，花椰菜含有碱基对为 300 和 600 的 DNA 片段， 黑芥含有碱基对为 1 000、1 300 和 1 500 的 DNA 片段，再生植株 3 只含有长度为 300 和 600 的 DNA 片段，与花椰菜一致，1、2、4 既 含有花椰菜 DNA 片段，又含有黑芥 DNA 片段，为杂种植株。(6)对 杂种植株接种黑腐病菌，能正常生长的即为具有高抗性的杂种植株。 14．通过植物组织培养技术，可以快速繁殖并培育无病毒的植物。据 图回答问题。 离体的植物器官、组织或细胞――→① 愈伤组织――→② 胚状体――→③ 植 物体 图 1 (1)紫草细胞中提取的紫草素是制造治疗烫伤和割伤的药物、染料和 化妆品的原料。若要从大量培养的紫草愈伤组织中提取紫草素，不需 要经过图中[②]________过程，且不需要的条件是________。 A．消毒灭菌 B．适宜温度 C．充足光照 D．适宜养料和激素 (2)用植物组织培养方法诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力 的胚状体结构，若包裹上人工种皮，可制成人工种子，则图 2 中的 C 相当于种子结构中的________，主要作用是________________。 (3)人工种子的培育具有哪些显著的优点？ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ _______________________________________(至少答出两点)。 (4)为了有利于幼苗茁壮成长，提高农作物产量，请设计两种对人工 种子处理的方法：__________________________________________ ___________________________________________________________ _____________。 答案 (1)再分化 C (2)胚乳 为胚状体提供营养 (3)生产不受季节、气候和地域的限制；后代一般不会出现性状分离； 能保持优良品种的遗传特性；方便储存和运输等(答案合理即可，至 少答出两点) (4)在人工种子包裹剂中添加养分、无机盐、有机碳源、有益菌、农 药、抗生素等；向人工种皮中加入植物生长调节剂(答案合理即可) 解析 分析图 1 可知，①表示脱分化，②表示再分化；分析图 2 可知， A 表示人工种皮，B 表示胚状体，C 表示人工胚乳。(1)若要从大量培 养的紫草愈伤组织中提取紫草素，只需要将外植体脱分化形成愈伤组 织即可，不需要经过再分化过程。愈伤组织不含叶绿体，不能进行光 合作用，因此从大量培养的紫草愈伤组织中提取紫草素时，不需要充 足的光照条件。(2)图 2 中的 C 人工胚乳相当于种子结构中的胚乳， 主要作用是为胚状体提供营养。(3)人工种子具有的优点有生产不受 季节、气候和地域的限制；后代一般不会出现性状分离；能保持优良 品种的遗传特性；方便储存和运输；节约土地；节约粮食等。(4)为 了有利于幼苗茁壮成长，提高农作物产量，可以在人工种子包裹剂中 添加养分、无机盐、有机碳源、有益菌、农药、抗生素等；可以向人 工种皮中加入植物生长调节剂。 15．青蒿素被誉为“世界上唯一有效的疟疾治疗药物”，几乎不溶于 水，且对热不稳定，所以提取工艺一直难以突破。中国科学家屠呦呦 因在抗疟疾药物青蒿素的提取方面做出了突出贡献而获 2015 年诺贝 尔生理学或医学奖。如图为通过植物组织培养获得含青蒿素较高的黄 花蒿的基本流程。试回答下列问题： (1)图中①②代表的生理过程分别是________________，此过程除营 养物质外还需要向培养基中添加____________。植物组织培养的原理 是____________________。 (2)植物组织培养过程中外植体通常选取黄花蒿的分生区组织的原因 是________________________________，愈伤组织中提取不到青蒿 素的原因可能是____________________。过程②和过程③使用的培养 基中，细胞分裂素比例较高的是________。 (3)某小组得到的黄花蒿幼苗叶片颜色为黄色，可能的原因是培养基 中没有添加________元素，也可能是________________。 (4)青蒿素通过使疟原虫的线粒体内膜脱落，导致其____________过 程受阻，使细胞因缺乏________而不能正常增殖。 答案 (1)脱分化、再分化 植物激素(或生长素和细胞分裂素) 植物 细胞的全能性 (2)生长较为旺盛，容易诱导形成愈伤组织 相关基因没有在愈伤组 织中表达 ② (3)镁 培育过程中没有给予光照 (4)有氧呼吸第三阶段 ATP 解析 (1)图中①②代表的生理过程分别是脱分化和再分化，此过程 除营养物质外还需要向培养基中添加植物激素(即生长素和细胞分裂 素)。植物组织培养的原理是植物细胞的全能性。(2)植物组织培养过 程中外植体通常选取黄花蒿的分生区组织，这是因为分生区组织生长 较为旺盛，容易诱导形成愈伤组织。愈伤组织中提取不到青蒿素的原 因可能是相关基因没有在愈伤组织中表达。过程②和过程③中，需添 加不同比例的细胞分裂素和生长素，以促进愈伤组织分化成根或芽， 当细胞分裂素比例较高时，有利于芽的分化，抑制根的形成，当生长 素比例较高时，有利于根的分化，抑制芽的形成。(3)某小组得到的 黄花蒿幼苗叶片颜色为黄色，可能的原因是培养基中没有添加镁元 素，也可能是培育过程中没有给予光照。(4)线粒体内膜是有氧呼吸 第三阶段的场所，青蒿素通过使疟原虫的线粒体内膜脱落，导致其有 氧呼吸第三阶段过程受阻，使细胞因缺乏 ATP 而不能正常增殖。