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1、植物细胞工程(30分钟100分)1.(12分)如图是胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管内的培养基后，在一定的条件下形成试管苗的培育过程。请据图回答下列问题：(1)要促进植物细胞分裂生长，培养基中应含有营养物质和植物激素，营养物质包括_和小分子有机物；植物激素包括细胞分裂素和_两类。?(2)此过程依据的原理是_。A阶段和B阶段细胞进行的分裂方式主要是_，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞_。?(3)此过程要无菌操作，主要是指对_进行灭菌，对_进行消毒。B阶段需要光照，原因是_?_。?(4)试管苗的根细胞中没有叶绿素，而叶的叶肉细胞中具有叶绿素，这是_的结果。?(5)将胡萝卜韧皮部组织块接种到
2、培养基上时，为防止杂菌污染，应如何操作？_。?【解析】(1)植物组织培养的培养基中，营养物质包括无机物和小分子有机物；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性激素。(2)植物组织培养的原理是植物细胞的全能性；脱分化和再分化过程中细胞进行的都是有丝分裂，再分化过程中会发生细胞分化。(3)植物组织培养要严格灭菌，避免混入杂菌导致实验失败，主要是对培养基进行灭菌，对韧皮部细胞(外植体或离体的器官、细胞)进行消毒。再分化过程需要光照条件，因为芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件。(4)由同一个细胞培养而来的试管苗体细胞中含有一套相同的基因，即根和叶的细胞中都含有控制叶绿素合成
3、的基因，而根细胞中没有叶绿素，叶肉细胞中有叶绿素，这是基因选择性表达的结果。(5)为防止杂菌污染，将胡萝卜韧皮部组织块接种到培养基的过程应该在酒精灯火焰旁进行。答案：(1)无机物生长素(2)植物细胞的全能性有丝分裂分化(3)培养基韧皮部细胞芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件(4)基因选择性表达(5)接种要在酒精灯火焰旁进行【加固训练】如图是某二倍体植物组织培养的简略表示，据此回答：(1)表示_，它能被培养成为的根本原因是_。(2)表示_，它与相比分化程度_，全能性_。(3)在此过程使用的植物激素最重要的是_和_。(4)若上图是花药离体培养，则通过花药培养产生_一般有两条途径：一是花
4、粉通过_阶段发育成植株，二是在诱导培养基上先形成_，再将其诱导分化成植株。这主要取决于培养基中_。【解析】(1)图中表示外植体，因植物细胞具有较高的全能性，外植体在离体状态下经培养可形成新个体。(2)图中表示愈伤组织，它是由外植体经脱分化形成的，比外植体的分化程度低，全能性高。(3)在植物的组织培养中常使用激素诱导细胞脱分化和再分化，其中最主要的激素是细胞分裂素和生长素。?(4)若图示表示花药离体培养，则为单倍体植株，产生花粉植株的两种途径：一种是花粉通过胚状体阶段发育为植株，另一种是花粉在诱导培养基上先形成愈伤组织，再将其诱导分化成植株。两种途径之间没有绝对的界限，主要取决于培养基中激素的种
5、类及其浓度配比。答案：(1)外植体(离体的植物细胞、组织或器官)植物细胞具有全能性(2)愈伤组织低高(3)生长素细胞分裂素(4)单倍体植株胚状体愈伤组织激素的种类及其浓度配比2.(10分)科学家用植物体细胞杂交方法，将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合，成功地培育出了“番茄-马铃薯”杂种植株，如图，其中表示过程，字母表示细胞、组织或植株。据图回答下列问题：(1)过程能否在蒸馏水中进行？_，原因是_。?(2)在将杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，依据的原理是_。与过程密切相关的具有单层膜结构的细胞器为_。?(3)过程相当于_过程，过程的实质是_，和过程的培养基成分的区别是_。?【解析】图示为植
6、物体细胞杂交过程示意图，其中表示去除细胞壁获取原生质体的过程；表示人工诱导原生质体融合；表示再生出新细胞壁的过程；表示脱分化过程；表示再分化过程。(1)在诱导原生质体融合前先要采用酶解法去除细胞壁，获得原生质体，该过程不能在蒸馏水中完成，因为去除了细胞壁的原生质体在蒸馏水中会因渗透作用吸水而涨破。(2)将杂种细胞培育成为杂种植株需要采用植物组织培养技术，其原理是植物细胞具有全能性；表示再生出新细胞壁的过程，细胞中高尔基体与细胞壁的形成有关。(3)图中过程相当于脱分化过程；过程相当于再分化过程，该过程的实质是基因的选择性表达。和过程之所以能正常进行，这与培养基中生长素和细胞分裂素的比例有关。答案
7、：(1)不能原生质体在蒸馏水中会吸水涨破(2)细胞的全能性高尔基体(3)脱分化基因的选择性表达生长素和细胞分裂素的比例【知识总结】细胞全能性的比较(1)细胞的分化程度越高，其分裂能力越弱，其全能性越不容易表现出来。(2)受精卵生殖细胞体细胞。(3)体细胞中：植物细胞动物细胞(只有细胞核才有全能性，分化程度低的分化程度高的；细胞分裂能力强的细胞分裂能力弱的；幼嫩的细胞衰老的细胞)。3.(12分)(2019太原模拟)红豆杉中紫杉醇具有多方面的药用价值，科研人员在红豆杉繁殖和有用成分提取方面做了大量的研究。请依据所学知识回答下列问题：(1)科研人员尝试从红豆杉的愈伤组织中提取紫杉醇，可采用_技术来获
8、得红豆杉的愈伤组织。由红豆杉叶肉细胞得到愈伤组织的过程叫做_。?(2)在林业生产上，若连年种植红豆杉单一品种，往往会造成病虫害增加，这违反了生态工程的物种多样性原理，所以多与桉树杂种。红豆杉生长速度比其他本土树木缓慢。科研人员尝试采用植物体细胞杂交技术培育能产生紫杉醇的速生“桉树红豆杉”杂种植株。上述育种方法与传统杂交育种方法相比，优点在于?_。?在进行体细胞杂交之前，必须先利用_酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体。进行原生质体间的融合时，常使用的诱导剂是_。?【解析】(1)利用植物组织培养技术可以从愈伤组织中提取细胞产物，如从红豆杉的愈伤组织中提取紫杉醇；由红豆杉叶肉细胞得到愈伤组织的过程
9、叫做脱分化。(2)与杂交育种相比，利用体细胞杂交技术育种可以克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍。植物体细胞杂交过程中，必须先用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞的细胞壁；诱导植物细胞融合常用的诱导剂是聚乙二醇(PEG)。答案：(1)植物组织培养脱分化(2)克服了不同生物远缘杂交不亲和的障碍纤维素酶和果胶聚乙二醇(PEG)4.(12分)(2019玉溪模拟)如图为植物组织培养的流程图，结合所学知识，回答下列问题：(1)通常选取植物生长旺盛的嫩枝作为外植体的原因是_。通常使用_和_对外植体进行消毒。?(2)MS培养基中添加一些微量元素或者激素，通常先将其配成_，以方便使用。为诱导愈伤组织的形成，生长素与细胞
10、分裂素的用量关系为_。培养基先灭菌还是先分装？_。?(3)愈伤组织再分化形成丛芽和生根的过程实质上是_的结果，最终培育成植株体现了已分化细胞的_。?(4)若培养过程中没有进行光照，将出现白化苗，该现象说明_。?【解析】(1)取植物生长旺盛的嫩枝作为外植体的原因是：细胞分裂比较旺盛，容易诱导形成愈伤组织，通常使用体积分数为70%的酒精和质量分数为0.1%的氯化汞对外植体进行消毒。(2)MS培养基中添加一些微量元素或者激素，通常先将其配成母液，培养瓶A要诱导外植体形成愈伤组织，需要生长素和细胞分裂素比例适中，培养基先分装，后灭菌，这样不会因为分装导致培养基被杂菌污染。(3)B中的愈伤组织形成丛芽和
11、生根的过程是细胞分化，实质上是基因选择性表达的结果，最终培育成植株体现了已分化细胞的全能性。(4)若培养过程中没有进行光照，将出现白化苗，该现象说明叶绿素的形成需要光照，整个培养过程中，脱分化阶段需从培养基中吸收有机物，长出丛芽后，能进行光合作用自己合成有机物，整个培养阶段，植株(组织)的能量来源变化情况为由从培养基中吸收有机物变成通过自身光合作用合成有机物。答案：(1)细胞分裂比较旺盛，容易诱导形成愈伤组织体积分数为70%的酒精质量分数为0.1%的氯化汞(2)母液比例适中先分装(3)基因的选择性表达全能性(4)光照能够促进叶绿素的形成(或生物的性状是基因与环境共同作用的结果)5.(12分)(
12、2018拉萨模拟)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：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中射线照射的目的是_，用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?_。?(3)植物组织培养技术也被广泛应用于其他作物的育种中。在培育白菜甘蓝、三倍体无子西瓜、农杆菌
13、转化法获得抗虫棉中，必须用到植物组织培养技术的是_。?【解析】(1)愈伤组织是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，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中用射线照射的目的是使愈伤组织发生突变，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处于不断分裂状态，易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变。(3)白菜甘蓝形成的过程中，先形成杂种细胞，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；农杆菌转化法获得抗虫棉
14、的过程中，将目的基因导入植物细胞，再通过植物组织培养技术形成植株。答案：(1)脱分化具有再分化植物激素(2)诱导基因突变愈伤组织细胞处于不断分裂状态，易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变氯化钠(3)培育白菜-甘蓝、农杆菌转化法获得抗虫棉6.(12分)玉米是一种主要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家做了大量的研究工作。如图是关于玉米培养的过程，请据图回答：(1)从生殖方式上分析，AD属于_生殖；从细胞分裂方式上分析，EF过程中细胞主要进行_分裂。?(2)AC、EF的过程要严格控制_条件。?(3)F不能用于生产，原因是F具有_的特点。应用_处理F，获得可用于生产的新品种。?(4)若想培育出一
15、种新的玉米品种，可以采用_育种方式；若想培育出一种能抗虫的玉米新品种，可以采用_育种；若想培育出一种地上结玉米，地下结马铃薯的植株，可以利用_技术。?【解析】(1)取玉米的分生组织，经过组织培养获得玉米植株，这属于无性生殖，花药离体培养过程进行的是有丝分裂。(2)在组织培养的过程中，要严格控制无菌条件。(3)单倍体植株弱小，高度不育，不能用于生产，应用秋水仙素处理，使染色体数目加倍，成为稳定遗传的纯合子。(4)若想获得新品种，可采取诱变育种、基因工程育种和体细胞杂交技术等。答案：(1)无性有丝(2)无菌(3)植株弱小，高度不育秋水仙素(4)诱变基因工程植物体细胞杂交【延伸探究】(1)AC、EF
16、过程中的细胞，在各种理化因素作用下，容易发生基因突变，为什么？提示：AC、EF过程中的细胞处于分裂旺盛时期，DNA复制时容易发生差错。(2)上题(4)中的各种育种方法，哪些需要进行组织培养？提示：转基因植物和植物体细胞杂交技术均需进行组织培养。1.(15分)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。流程如图。据图回答下列问题：(1)过程所需的酶是_。?(2)过程后，在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的_存在，这一
17、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。如图是用该引物对双亲及再生植株14进行PCR 扩增的结果。据图判断，再生植株14中一定是杂种植株的有_。?(6)对杂种植株进行_接种实验，可筛选出具有高抗性的杂种植株。?【解析
18、】(1)通过过程获得原生质体，根据酶的专一性，需要用纤维素酶和果胶酶处理，去除细胞壁。(2)叶肉细胞的原生质体中含有叶绿体，根细胞的原生质体中不含有叶绿体，融合的活细胞中如果有叶绿体存在，则可能是杂种细胞。(3)原生质体培养液中加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压，可以避免原生质体吸水或失水，维持原生质体一定的形态。原生质体再生出新的细胞壁，标志着植物体细胞杂交成功。(4)借鉴观察植物细胞有丝分裂的方法，剪取再生植株和双亲(或花椰菜和黑芥)植株的根尖，通过解离、漂洗、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，可以分析再生植株的染色体变异类型。(5)据图可知，再生植株
19、1、2、4含有双亲的DNA片段，一定是杂种植株。(6)筛选具有高抗性的杂种植株，可对杂种植株进行黑腐病菌接种实验，不患病的个体即具有黑腐病抗性。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2.(15分)DHA对脑神经发育至关重要。以A、B两种单细胞真核藻为亲本，利用细胞融合技术选育高产DHA融合藻。两种藻特性如下表。据表回答：(1)选育的融合藻应具有A藻_与B藻_的优点。?(2)诱导融合前需用纤维素酶处理两种藻，其目的是获得_。?(3)通过以下三步筛选融合藻，步骤_可淘汰B藻，步骤_可淘汰生长速率较慢的
20、藻落，再通过步骤_获取生产所需的融合藻。?步骤a：观察藻落的大小步骤b：用不含有机碳源(碳源生物生长的碳素来源)的培养基进行光照培养步骤c：测定DHA含量(4)以获得的融合藻为材料进行甲、乙、丙三组实验，结果如图。甲组条件下，融合藻产生H的细胞器是_；丙组条件下产生ATP的细胞器是_。?与甲、丙两组相比，乙组融合藻生长速率较快，原因是在该培养条件下_。?甲、乙两组DHA产量均较高，但实际生产中往往采用甲组的培养条件，其原因是_。?【解题指南】(1)关键知识：酶的专一性、光合作用、细胞呼吸等。(2)图表信息：表格内含A藻、B藻各自的优点，坐标图内含融合藻在不同培养条件下的生长速率和DHA含量。【
21、解析】(1)A藻的优点是产生DHA和自养特性(不需要添加有机物可降低成本)，B藻的优点是快速生长。(2)纤维素酶可破坏细胞壁获得原生质体。(3)B藻是异养生物，使用不含有机碳源的培养基进行光照既可将其淘汰；观察菌落大小，可淘汰A藻；再通过测定DHA含量可获取生产所需的融合藻。(4)甲组条件下，融合藻既可进行光合作用，又可进行细胞呼吸，故产生H的细胞器是叶绿体和线粒体；丙组条件下融合藻仅进行细胞呼吸，故产生ATP的细胞器是线粒体。乙组培养基上有葡萄糖，可异养，又有光照，可自养，故比甲、丙组生长速率快；甲组是光能自养，不需要添加葡萄糖，能降低成本，也可防止其他杂菌生长，所以常用于实际生产中。答案：(1)产生DHA、自养特性快速生长(2)原生质体(3)bac(4)线粒体、叶绿体线粒体融合藻既能光能自养又能异养融合藻利用光能和简单的无机物即能生长，不需要添加葡萄糖，可降低成本，也可防止杂菌生长