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2.1.1植物细胞工程的基本技术学案
【预习新知】
（一）植物组织培养技术
1．细胞工程：是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过__________或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
2．细胞的全能性：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生__________的潜能。
3．植物组织培养：是指将________的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成________的技术。
4．植物组织培养的流程：接种________，诱导________，诱导________，诱导________，移植成活五个过程。
5．菊花的组织培养
(1)实验原理
①植物细胞一般具有________。
a．在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过________，转变成________的细胞，进而形成________。
b．愈伤组织能重新分化成________等器官，该过程称为________。
②植物激素中________和____________是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。将愈伤组织接种到含有特定激素的培养基上，就可以诱导其再分化成________，长出芽和根，进而发育成完整的植株。
(2)实验步骤
①外植体的消毒：将流水充分冲洗后的外植体(幼嫩的茎段)用________消毒30 s，然后立即用________清洗2～3次；再用________溶液处理30 min后，立即用无菌水清洗2～3次。
②外植体的分割：用________将外植体切成0.5～1 cm长的小段。
③接种：在酒精灯火焰旁，将外植体的________插入诱导愈伤组织的培养基中。
④培养：将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于________ ℃的培养箱中培养。
⑤转移培养：培养15～20 d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导________的培养基上。长出芽后，再将其转接到诱导________的培养基上，进一步诱导形成________。
⑥移栽。
（二）植物体细胞杂交技术
1．概念：将 ，在一定条件下 ，并把杂种细胞培育成 的技术。
2．过程
(1)去壁：用 去除植物细胞壁，获得原生质体。
(2)人工诱导原生质体融合的方法
①物理法： 等。
②化学法：聚 、 等。
3．植物体细胞杂交的原理
原生质体融合的过程利用了细胞膜的流动性，杂种细胞发育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。
4．意义：打破生殖隔离、实现远缘杂交育种，培育植物新品种。
【巩固训练】
1.研究人员利用甲、乙两种二倍体植物的各自优势，通过植物体细胞杂交技术培育兼有两种植物优势且耐盐的目的植株，其实验流程如下图，a~e表示不同操作。下列相关叙述正确的是( )
A.通过a操作获得完整且有活性的原生质体，主要利用了纤维素酶和果胶酶的高效性
B.b操作可使用聚乙二醇促进两种原生质体的膜融合，以获得未分化状态的杂种细胞
C.d操作所用培养基应添加一定浓度的钠盐，且生长素与细胞分裂素用量比值小于1
D.甲、乙植株是两个不同物种，因此通过该技术培育出的目的植株会表现出高度不育
2.植物组织培养的不同阶段均涉及对光照的控制。下列叙述错误的是( )
A.脱分化过程通常需要避光，有利于愈伤组织的形成和生长
B.再分化过程通常需提供光，无光条件下形成的试管苗一般为黄化苗
C.在有光照的条件下培养植物组织，培养基中无需添加有机物成分
D.光既是培养物光合作用的能量来源，也是调节培养物生长发育的信号
3.研究者通过体细胞杂交技术，探索利用条斑紫菜和拟线紫菜培育杂种紫菜。下列相关叙述正确的是( )
A. 从食用紫菜的动物消化道内提取蛋白酶，用于去除细胞壁
B. 原生质体需在低渗溶液中长期保存，以防止过度失水而死亡
C. 检测原生质体活力时可用苯酚品红或甲紫溶液处理，活的原生质体被染色
D. 聚乙二醇促进原生质体融合后，以叶绿体颜色等差异为标志可识别杂种细胞
4.如图是某二倍体植物花药育种过程的示意图，下列叙述正确的是( )
A.秋水仙素可以抑制着丝粒分裂从而诱导染色体数目加倍
B.过程②都需提供光照条件诱导愈伤组织合成叶绿素
C.过程③的培养基中需添加较高浓度的细胞分裂素以利于根的分化
D.过程④培育的试管苗为纯合子，与亲本基因型可能不同
5.植物组织培养过程中，培养基中常添加蔗糖，植物细胞利用蔗糖的方式如图所示。
下列叙述正确的是( )
A.转运蔗糖时，共转运体的构型不发生变化
B.使用ATP合成抑制剂，会使蔗糖运输速率下降
C.植物组培过程中蔗糖是植物细胞吸收的唯一碳源
D.培养基的pH值高于细胞内，有利于蔗糖的吸收
6.“白菜—甘蓝”是用植物细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长期短、耐热性强和易于储藏等优点。如图是“白菜—甘蓝”的杂交过程示意图，下列说法正确的是( )
A.上述培育过程中包含有丝分裂、细胞分化和减数分裂
B.融合完成的标志是细胞核融合，并进一步形成愈伤组织
C.诱导原生质体融合的常用方法有PEG融合法、灭活的病毒诱导法等
D.若原生质体A、B均含有两个染色体组，则理论上杂种植株为四倍体
7.如图为烟草植物组织培养过程的流程图。下列有关叙述正确的是( )
A.对过程①获取的根组织块应做较彻底的灭菌处理
B.从根细胞到幼苗形成的过程说明植物根细胞具有全能性
C.过程③表示脱分化，其实质是基因的选择性表达
D.植物组织培养的培养基中不需要加入有机营养物质
8.如图为植物细胞工程的过程示意图，下列相关叙述正确的是( )
A.图中过程⑤需使用植物激素诱导再分化形成愈伤组织
B.图中所有过程均需要在无菌、无毒以及避光的条件下进行
C.过程⑧形成的幼苗要经过一定处理，并待其长壮后再移栽入土
D.图中各种外植体经植物组织培养获得的植株的基因型都相同
9.紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种次生代谢物，具有高抗癌活性，利用植物细胞工程可实现紫杉醇的工厂化生产。研究人员研究并绘制了两种红豆杉愈伤组织细胞摇瓶培养过程中紫杉醇含量变化曲线图。下列叙述正确的是( )
A.培养过程中摇瓶的目的是增加培养液中CO2含量
B.红豆杉外植体经脱分化过程即可形成愈伤组织
C.35d后紫杉醇产量下降可能与细胞数量增多有关
D.东北红豆杉比云南红豆杉更适合用于紫杉醇
10.关于菊花组织培养的操作，下列叙述错误的是( )
A.菊花组织培养过程中，从外植体的分割到炼苗都需要在无菌条件下进行
B.接种后的材料需要在一定的温度下培养，并每天光照一定的时间
C.继代培养时需对培养瓶口进行酒精消毒，打开瓶盖，瓶口过火焰
D.用无菌水多次冲洗，放在无菌纸或灭菌培养皿中待用
参考答案
1.答案：C
解析：A、植物细胞的细胞壁的主要成分为纤维素和果胶，利用纤维素酶和果胶酶专一性获得完整且有活性的原生质体，A错误；
B、b操作可使用聚乙二醇促进两种原生质体的膜融合，获得的是已分化的杂种细胞，B错误；
C、通过植物体细胞杂交技术培育兼有两种植物优势且耐盐的目的植株，d为再分化，所用培养基应添加一定浓度的钠盐，且生长素与细胞分裂素用量比值先小于1（促进芽的分化）后大于1（促进根的分化），C正确；
D、甲、乙植株是两个不同物种，目的植株含有甲、乙的全部染色体，可正常进行减数分裂产生配子产生后代，D错误。
故选C。
2.答案：C
解析：A、脱分化过程通常需要避光，有利于愈伤组织的形成和生长，A正确；
B、再分化过程通常需提供光，无光条件下形成的试管苗一般为黄化苗，B正确；
C、在有光照的条件下培养植物组织，培养基中需添加有机物成分，C错误；
D、光既是培养物光合作用的能量来源，也是调节培养物生长发育的信号，D正确。
故选C。
3.答案：D
解析：A、去除植物细胞壁需要使用纤维素酶和果胶酶，A错误； B、原生质体需置于等渗溶液中，置于低渗溶液中，原生质体会吸水涨破，B错误；C、检测原生质体活力时可用苯酚品红或甲紫溶液处理，死的原生质体被染色，C错误； D、聚乙二醇促进原生质体融合后，两个细胞的叶绿体颜色有差异，可以以叶绿体颜色等差异为标志可识别两种细胞融合后的杂种细胞， D正确。故选：D。
4.答案：D
解析：A、秋水仙素可以抑制纺锤体的形成，但不能抑制着丝粒的分裂，A错误;B、过程②为脱分化过程，该过程应避光处理，B错误;C、过程③是再分化过程，该过程的培养基中需添加较高浓度细胞分裂素以利于芽的分化，添加较高浓度的生长素以利于根的分化，C错误;D、过程④是经花药离体培养后获得的植株，若亲本植株基因型是AaBb，则花药有AB、Ab、aB、ab，再经植物组织培养等过程后，可能得到AABB、AAbb、aaBB、aabb等纯合子，可能与亲本基因型不同，D正确。
5.答案：B
解析：共转运体是转运蛋白，在运输蔗糖过程中会发生构型改变，A错误；蔗糖的运输需要借助H+的顺浓度的化学势能，使用ATP合成抑制剂会抑制组织细胞内的H+运输到细胞外，破坏了细胞内外的H+浓度差，进而影响蔗糖运输，B正确；植物组培的培养基中还有氨基酸等有机物也可以作为碳源，C错误；培养基的pH高于细胞内意味着H+浓度小于细胞内，不利于蔗糖吸收，D错误。
6.答案：D
解析：A、植物体细胞杂交属于无性繁殖，细胞分裂方式不包括减数分裂，A错误；B、植物细胞融合成功的标志是再生出新的细胞壁，得到杂种细胞，并通过脱分化过程形成愈伤组织，B错误；C、灭活的病毒诱导法是动物细胞融合特有的方法，C错误；D、若原生质体A、B均含有两个染色体组，则理论上杂种植株含有两个亲本的所有的遗传物质，为异源四倍体，D正确。
7.答案：B
解析：B、由植物细胞培养成完整个体体现植物细胞具有全能性,因此从根组织块到幼苗形成的过程说明植物根细胞具有全能性, B正确。
8.答案：C
解析：A、图中⑤过程为脱分化形成愈伤组织的过程，此过程需要用一定浓度的生长素和细胞分裂素诱导，错误;B、植物组织培养过程中，脱分化和再分化都需要无菌、无毒条件，形成幼苗后无须严格无菌条件，脱分化过程需要避光，再分化过程需要一定光照条件，促进叶绿素形成，B错误;C、过程⑧形成的幼苗需要经过壮苗处理才能移栽入土，C正确;D、同一植株不同部位的细胞经诱导培养获得的植株基因型不一定相同，如雄蕊中花粉粒培养获得的愈伤组织细胞内染色体数目是正常体细胞的一半，D错误。
9.答案：B
解析：A、摇瓶培养可以增加溶氧量，有利于细胞与营养物质接触，促进细胞增殖，A错误;
B、红豆杉外植体经脱分化过程即可形成愈伤组织，B正确;
C、35d后两种红豆杉中紫杉醇产量均下降，可能与培养液中代谢废物积累等造成细胞数量减少有关，C错误;
D、与东北红豆杉相比，培养相同时间内，云南红豆杉细胞紫杉醇含量更高，故云南红豆杉比东北红豆杉更适合用于紫杉醇的提取，D错误。
10.答案：A
解析：A、在移栽生根的菊花试管苗之前，应先打开培养瓶的封口膜，让试管苗在培养间生长几日，该过程为练苗，不是在无菌条件下进行的，A错误;
B、进行菊花组织培养一般将温度控制在18~22℃，并且对光照的控制为每天12小时光照，B正确;
C、继代培养时需对培养瓶口进行酒精消毒，打开瓶盖，瓶口过火焰，防止杂菌污染，C正确;
D、用无菌水多次冲洗，放在无菌纸或灭菌培养皿中待用，防止杂菌污染，D正确。

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