高中生物《植物细胞工程的实际应用》导学案+课后练习题Word格式文档下载.docx

高中生物《植物细胞工程的实际应用》导学案+课后练习题Word格式文档下载.docx

《高中生物《植物细胞工程的实际应用》导学案+课后练习题Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中生物《植物细胞工程的实际应用》导学案+课后练习题Word格式文档下载.docx（24页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

（2）脱毒苗

①常用方法：

茎尖组织培养技术。

②结果：

植株

可能不带病毒，从而获得脱毒苗。

（3）优点：

用脱毒苗进行繁殖，种植的作物

就不会或极少感染病毒，从而提高作物产量和品质。

（4）实例：

马铃薯、

草莓、甘蔗、菠萝、香蕉等无病毒植株的培育。

3．人工种子

以植物组织培养得到的

胚状体、不定芽、

顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。

（2）

（3）特点

①繁殖周期短。

②实现优良杂种的后代不发生

性状分离，能够保持亲本的优良性状。

③不受气候、季节和

地域限制，并可节约土地。

（4）适用对象

①生长数年后才结种子的植物。

②某些作物的优良杂种。

（5）实例：

芹菜、

花椰菜、桉树和水稻等。

　1.微型繁殖是无性生殖吗？

提示：

微型繁殖实际是一种无性生殖，繁殖过程中细胞的分裂方式是有丝分裂，亲、子代细胞内遗传物质相同，因此能保证亲、子代遗传特性不变。

2．为何植物分生区附近病毒少？

在植物分生区附近，细胞分裂十分迅速，病毒来不及侵入，因此就成为植物体相对无病毒的特殊区域。

3．脱毒苗与抗毒苗有何区别？

脱毒苗是选择植物的茎尖（刚形成，病毒极少，甚至无病毒）进行组织培养而获得的，属于细胞工程的范畴。

抗毒苗是把某抗病基因导入到受体细胞中，并通过一定的方法培育形成的，属于基因工程的范畴。

4．天然种子中种皮的基因型与胚的基因型一定相同吗？

不一定。

天然种子中种皮的基因型与母本相同，而胚的基因型与父本和母本均有关。

5．胚状体的产生途径有哪些？

①由脱分化的外植体直接产生；

②由愈伤组织产生；

③由悬浮细胞培养产生。

典题分析

题型一　微型繁殖技术及作物脱毒

[例1]　利用植物的茎尖或叶片、茎段等，在无菌条件下，培养在玻璃器皿中人工配制的培养基上，使它发育成完整的植株。

这种技术可以用来培育植物新品种，也可以在较短时间内大量繁殖植物，还可以防止植物病毒的危害。

下列关于这种技术的叙述，正确的是（　　）

①这种技术利用了植物细胞的全能性　②这种技术叫做植物组织培养，可以克隆生物体　③这种技术属于细胞工程的应用领域之一　④这种技术是一种无性繁殖的方式

A．①B．①②

C．①②③D．①②③④

解题分析　植物体细胞都含有该物种全套遗传信息，所以每个细胞理论上都具有全能性，都有发育成完整生物体的潜能，植物组织培养就是在体外通过人工方法，让植物细胞表现出全能性，是植物细胞工程的一个基础技术手段，①②③正确；

因为没有生殖细胞的结合，所以属于无性生殖方式，④正确。

答案　D

题型二　人工种子的制备及特点

[例2]　下列关于人工种子的叙述，不科学的是（　　）

A．人工种皮的制作材料有海藻酸钠、明胶、淀粉等

B．利用种子进行繁殖属于有性生殖，所以利用人工种子繁殖也属于有性生殖

C．在人工种皮中可加入菌肥、农药等，所以人工种子萌发率比自然种子萌发率高

D．人工种子的胚状体是经植物组织培养形成的

解题分析　植物种子是通过有性生殖得到的，所以利用种子进行繁殖属于有性生殖，而人工种子是利用植物组织培养得到的，如果利用植物的体细胞进行植物组织培养得到人工种子，则该人工种子繁殖属于无性生殖，如果利用花粉进行植物组织培养得到人工种子，则该人工种子繁殖属于有性生殖，B错误。

答案　B

知识拓展

人工种子中，只有胚状体（或不定芽、顶芽、腋芽）部分是植物组织培养的产物。

人工种子可以固定杂种优势：

天然种子会因有性生殖而引起基因重组，造成某些遗传性状的改变，而人工种子实际是无性繁殖，所以可以保持优良品种的遗传特性。

知识点二　作物新品种的培育

1.单倍体育种

（1）原理：

染色体变异、植物细胞全能性。

（2）过程：

配子

单倍体幼苗

正常植株。

得到纯合子，能

稳定遗传，明显

缩短育种年限。

（4）缺点

①技术复杂，需要与杂交育种相结合。

②多限于植物。

我国在水稻、小麦、烟草等植物的单倍体育种上，处于世界领先地位。

2．突变体的利用

基因突变和植物细胞的全能性。

植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的

分生状态，因此容易受到培养条件和

外界压力（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。

提高愈伤组织的突变率，可以获得高抗、高产、优质、抗逆的新品种，加快了育种进程。

（4）缺点：

有利变异少，需大量处理实验材料。

抗花叶病毒的甘蔗、抗

盐碱的野生烟草、抗

除草剂的白三叶草等。

　1.单倍体育种中为何要进行人工诱导染色体加倍？

常用的诱导方法是什么？

单倍体植株弱小，高度不育。

通常用秋水仙素或低温处理单倍体幼苗，诱导其染色体加倍。

2．单倍体育种和花药离体培养获得的植株有什么区别？

单倍体育种和花药离体培养的区别：

花药离体培养是单倍体育种的常用方法，该过程得到的植株是单倍体，表现高度不育；

单倍体育种是在花药离体培养的基础上，用适当浓度的秋水仙素或低温处理，获得纯合的植株，而且自交后代不发生性状分离。

3．单倍体幼苗经秋水仙素诱导处理后得到的都是纯合子吗？

试分析原因。

对二倍体植物形成的单倍体，这句话是对的。

对多倍体，这句话不对。

例如，四倍体植物（AAaa）形成的单倍体幼苗（基因型有AA、Aa、aa三种），经秋水仙素诱导后形成的仍然是四倍体，基因型分别为AAAA、AAaa、aaaa，其中AAaa是杂合子。

4．单倍体育种与多倍体育种的异同。

单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素或低温诱导染色体数目加倍。

单倍体育种需要植物组织培养先形成单倍体幼苗，但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。

题型三　作物新品种的培育方法

[例3]　下图是利用某植物（基因型为AaBb）产生的花粉进行单倍体育种的示意图，据图判断错误的是（　　）

A．过程②通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为有丝分裂前期

B．通过过程②得到的植株既有纯合子又有杂合子

C．过程①属于植物的组织培养，在此过程中必须使用一定量的植物激素

D．与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种年限

解题分析　该过程是单倍体育种过程，所以①是花药离体培养，获得的是单倍体，基因型为AB、Ab、aB、ab4种，经染色体加倍后的植株B都为纯合子，B错误；

过程②使用秋水仙素使染色体数目加倍，作用的机理是抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，到后期染色单体分开后不能向细胞两极移动，A正确；

过程①属于植物组织培养，需要生长素和细胞分裂素的诱导，C正确；

单倍体育种可以显著缩短育种年限，D正确。

[例4]　下图为几种育种方法示意图，据图回答：

（1）①④方向所示的途径表示________育种方法，⑦过程所示的育种方法是________________。

（2）②过程是________________，③⑦过程中采用方法有________________________（填两项）。

（3）⑤过程发生在生物个体发育的________时期。

经过⑥的选育，得到具有新基因的种子或幼苗，由此培育出的新品种具有某一优良性状，若要将该性状稳定快速地遗传下去，运用生物技术的解决办法是________________________。

（4）⑧→⑩过程所代表的生物技术涉及两项重要步骤是__________________、____________________。

假设甲种植物是四倍体，乙种植物是二倍体，则人工种子萌发长成的植物是几倍体？

________。

解题分析　

（1）据图分析，①④所示途径为杂交育种，①②③途径为单倍体育种，⑦途径为多倍体育种。

（2）②是花药离体培养过程，③阶段是用秋水仙素处理或低温诱导单倍体幼苗，而⑦属于多倍体育种，用秋水仙素处理或低温诱导萌发的种子或幼苗。

（3）⑤⑥途径属于诱变育种，基因突变具有随机性，因而⑤过程发生在生物个体发育的任何时期；

通过植物组织培养技术可以将植物细胞的突变基因快速稳定地遗传下去。

（4）⑧→⑩属于植物体细胞杂交技术流程，需要经过植物细胞的融合、杂种细胞的组织培养等阶段。

植物体细胞杂交得到的杂种细胞的染色体组数（N）＝甲植物染色体组数（n1）＋乙植物染色体组数（n2），则杂种植株属于异源N倍体。

答案　

（1）杂交　多倍体育种

（2）花药离体培养　秋水仙素处理或低温诱导

（3）任何　植物组织培养技术（微型繁殖）

（4）植物体细胞融合　植物组织培养　（异源）六倍体

题后归纳

五种生物技术的比较

知识点三　细胞产物的工厂化生产

1.过程

2．技术：

组织培养技术。

3．产物种类：

蛋白质、脂肪、糖类、

药物、香料、生物碱等。

4．实例：

工厂化生产人参皂甙干粉。

5．优点：

提高生产速度、便于操作管理。

　根据培养目的的差异，细胞工程应用中的各项技术在植物组织培养时应分别培养到什么阶段？

①微型繁殖、脱毒苗、单倍体育种、突变体：

到完整植株。

②人工种子：

到胚状体阶段。

③细胞产物的工厂化生产：

可以培养到植株阶段，也可以培养到愈伤组织阶段。

题型四　植物组织培养与植物细胞培养的比较

[例5]　植物细胞培养是在植物组织培养技术的基础上发展起来的，下列有关植物细胞培养的叙述不正确的是（　　）

A．植物细胞培养技术的目的是为了获得大量有生理活性的次级代谢产物

B．植物细胞培养技术快速、高效，不受季节、外部环境等条件的限制

C．利用生物反应器悬浮培养人参细胞，提取人参皂甙，用于生产保健药品和美容护肤用品

D．植物细胞培养需要在一定的温度、pH等条件下进行，但不需要进行无菌操作

解题分析　植物细胞培养和植物组织培养一样，整个培养过程必须在无菌条件下进行，否则培养基内将长出许多杂菌，与离体细胞争夺营养与生存空间，影响细胞增殖和细胞次级代谢产物的获得，D错误；

A项所述为植物细胞培养的目的，B项为特点，C项为应用，A、B、C正确。

[例6]　如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径。

（1）过程①为________，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外，还需要在培养基中加入________，获得的愈伤组织具有的特点是_________________________________________________________________。

（2）过程②________（填“是”或“不是”）再分化，该过程主要用________处理愈伤组织。

（3）过程③需要使用________（填“固体”“液体”或“半固体”）培养基，这样有利于细胞增殖，在培养过程中，除必要的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程中必须保证________，该途径是否体现了植物细胞具有全能性？

解题分析　

（1）过程①为脱分化，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外，还需要在培养基中加入植物激素（生长素和细胞分裂素）。

获得的愈伤组织细胞排列疏松无规则，是一种高度液泡化的呈不定形状态的薄壁细胞。

（2）过程②表示将愈伤组织分散成单个细胞，不是再分化，该过程主要用果胶酶处理愈伤组织。

（3）过程③表示细胞增殖，需使用液体培养基，这样有利于细胞增殖。

在培养过程中，除必要的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程中必须保证无菌，该途径中植物细胞并没有发育成个体，故没有体现植物细胞的全能性。

答案　

（1）脱分化　植物激素（或生长素和细胞分裂素）　由排列疏松无规则、高度液泡化、呈不定形状态的薄壁细胞组成

（2）不是　果胶酶

（3）液体　无菌　否

技法提升

植物组织培养与植物细胞培养的比较

[基础对点]

1.通过植物组织培养技术繁育农作物，其优点不包括（　　）

A．加快繁育速度B．保持亲本优良性状

C．培育出无病毒植株D．改变植物的基因型

解析　植物组织培养技术不仅可以高效快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性，并通过作物脱毒提高作物产量，改善作物品质，A、B、C不符合题意，D符合题意。

2．马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。

获得无毒幼苗的最佳方法是（　　）

A．选择优良品种进行杂交

B．选择远缘植物体细胞杂交

C．利用芽体进行组织培养

D．人工诱导基因突变

答案　C

解析　进行植物脱毒苗培育时，常采用茎尖或根尖作为外植体，原因是茎尖或根尖病毒极少甚至无病毒，因此切取一定大小的茎尖或根尖进行组织培养，再生的植株就可能不带病毒，C正确。

3.下面为人工种子图示，下列与其培育过程有关的叙述中，错误的是（　　）

A．人工种子一般用离体的植物细胞通过组织培养技术获得

B．胚状体是由愈伤组织分化而成，离体体细胞只有形成愈伤组织才能表现出全能性

C．同一批次的人工种子可以保证具有相同的基因型

D．胚状体是由未分化的、具有分裂能力的细胞构成的

解析　人工种子是通过植物组织培养到胚状体阶段，再经过人工薄膜包装得到的，A正确；

离体体细胞经脱分化形成愈伤组织，然后再分化生成胚状体，发育成完整植株，表现全能性，B正确；

由于植物组织培养属于无性繁殖，因此同一批次生产的人工种子基因型相同，C正确；

胚状体已具有根、芽的分化，但仍具有分裂能力，D错误。

4.在植物组织培养过程中，容易获得突变体的主要原因是（　　）

A．培养的细胞一直处于不断分裂的分生状态

B．培养基营养丰富，易于植物生长

C．纺锤丝的形成容易受抑制

D．DNA复制容易受抑制

答案　A

解析　在植物组织培养过程中，由于培养的细胞一直处于不断分裂的分生状态，容易受培养条件和外界压力的影响而产生突变，A正确。

5．某科技活动小组将二倍体番茄植株的花粉按如图所示的程序进行实验。

根据图示实验，下列分析错误的是（　　）

A．植株A高度不育，说明该植物的生殖细胞不具有全能性

B．植株A的细胞能进行正常的有丝分裂，但不能进行正常的减数分裂

C．在植株B的细胞中，通常每对同源染色体上的成对基因都是纯合的

D．由花粉到植株A需要用含有有机物的培养基来培养

解析　植株A是二倍体植株形成的单倍体，只含有一个染色体组，高度不育，但该过程为生殖细胞经过增殖分化形成了完整植株，体现了其全能性，A错误；

单倍体植株可以进行正常的有丝分裂，但因为没有同源染色体，致使不能进行正常的减数分裂，B正确；

植物A经过秋水仙素诱导染色体数目加倍，得到了正常植株B，其每一对等位基因都是纯合的，C正确；

花药离体培养需要消耗有机物，必须用含有有机物的培养基来培养，D正确。

6．培育农作物新品种的过程中，常利用植物组织培养技术。

下列叙述正确的是（　　）

A．培育转基因的外植体得到的新个体属于基因突变个体

B．在植物组织培养过程中用理化因素诱导可获得大量有益突变体

C．单倍体育种中经减数分裂和组织培养两个过程能获得纯合二倍体

D．在培养基中加入不同浓度的氯化钠溶液，可筛选出抗盐植株

解析　培育转基因的外植体得到的新个体属于转基因植物，A错误；

基因突变具有不定向性、低频性和少利多害性，在植物组织培养过程中用理化因素诱导不一定获得大量有益突变体，B错误；

单倍体育种中经秋水仙素处理或低温诱导才能获得纯合二倍体，C错误。

7.下面的简式为植物组织培养的基本过程，则制作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

③―→④

A．④、②B．③、②C．③、④D．④、③

解析　人工种子是指将已分化的胚状体等用合适的“人工种皮”进行包裹得到的种子，所以应选用再分化后的③；

获取细胞产物紫草素则只需培养到可以产生此物质的细胞群体②即可，无需获得植株。

8．下列关于细胞产物的工厂化生产的叙述，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．培养过程中需要先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

解析　培养的愈伤组织不需要再分化就能产生特定的细胞产物，D错误。

[能力提升]

9．下列有关植物细胞工程应用的叙述，不正确的是（　　）

A．利用组织培养技术培育脱毒苗，获得抗病毒的新品种

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．利用植物组织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“萝卜—甘蓝”，克服了不同生物远缘杂交不亲和的障碍

解析　利用植物组织培养技术可以得到无病毒植株，但无病毒植株不一定具有抗病毒的能力，通过基因工程可获得抗病毒的新品种，A错误；

在植物组织培养过程中，可对胚状体进行包装制备人工种子，该技术为无性繁殖，可保留亲本的优良性状，B正确；

在植物组织培养的愈伤组织阶段可得到大量的细胞，细胞代谢可以产生大量的细胞产物，C正确；

植物体细胞杂交技术克服了远缘杂交不亲和的障碍，使不同物种优良性状可以集合在一起，D正确。

10．下面的简式表示植物组织培养的大致过程，据此判断不正确的是（　　）

A．若①是来自不同植物体细胞融合的杂种细胞，则④可能出现不同植物的遗传特性

B．若①是二倍体植物的花粉，则④是单倍体植株，经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种

C．若①是人参细胞，对②进行扩大培养可提高细胞产物人参皂甙的产量

D．若①是具有杂种优势的农作物细胞，则用③进行培育会发生性状分离

解析　若①是来自不同植物体细胞融合的杂种细胞，则该细胞含有不同植物的遗传物质，因此④可能出现不同植物的遗传特性，A正确；

若①是二倍体植物的花粉，则④是经花药离体培养获得的单倍体植株，其再经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种（纯种），B正确；

若①是人参细胞，则②是该人参细胞脱分化形成的愈伤组织，要提高细胞产物人参皂甙的产量，对②进行扩大培养即可，C正确；

植物组织培养属于无性生殖，能保持亲本的优良性状，若①是具有杂种优势的农作物细胞，则用③进行培育不会发生性状分离，D错误。

11．马铃薯是一种种植广泛的农作物，病毒侵染后会导致产量大幅下降，培育脱毒和抗病毒的马铃薯品种是提高产量的有效方法。

请分析并回答有关问题。

（1）马铃薯茎尖病毒极少甚至无病毒，因此可将马铃薯茎尖接种在培养基中，经过人工培养获得脱毒苗。

培养基中添加植物激素的作用是诱导离体细胞经过________________完成组织培养过程，从而形成脱毒苗。

为监控脱毒苗的质量，可采用______________________________________的方法来检测病毒的蛋白质。

（2）研究人员研究了茎尖大小对成苗率和脱毒率的影响。

实验结果如图所示。

结果表明，茎尖越小，________________________，因此马铃薯脱毒培养中茎尖外植体的适宜大小为________。

（3）若要通过转基因技术获得抗病毒的马铃薯植株，采用最多的方法是使用________酶切割目的基因和载体，用________酶将目的基因与载体连接起来，再将含有目的基因的________导入农杆菌，利用农杆菌的转化作用，可以使目的基因进入植物细胞，并将其插入到植物细胞中染色体的DNA上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。

待筛选出成功转化的马铃薯细胞后，再通过________技术形成完整植株。

答案　

（1）脱分化和再分化　抗原—抗体杂交

（2）脱毒率越高，但成苗率越低　0.27mm

（3）限制性核酸内切（或限制）　DNA连接　重组质粒（或Ti质粒）　植物组织培养

解析　

（1）培养脱毒苗的过程即植物组织培养过程，将离体组织经过脱分化形成愈伤组织，再分化形成胚状体或丛芽，进而培育成幼苗。

对某种蛋白质进行检测时，通常利用该种蛋白质的抗体，进行抗原—抗体杂交反应，看是否有杂交带形成。

（2）由图可知，随茎尖增大，脱毒率下降，成苗率提高。

在茎尖为0.27mm时脱毒率和成苗率均较高。

（3）基因工程技术是采用限制性核酸内切酶切割目的基因和载体，再用DNA连接酶连接成重组质粒。

将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法。

转基因成功后的植物细胞利用植物组织培养技术，培养成完整植株。

12．20世纪90年代，美国科学家采用基因工程技术首次培育出抗虫玉米新品种。

如图为这一转基因玉米的主要培育过程。

（1）获得特定目的基因的途径除了从该细菌中直接分离抗虫基因，还可以________。

在基因工程中，常用的载体有__________________________________等，而作为载体必须具备相应的条件，例如应具有________以便进行筛选。

（2）转基因玉米细胞经过________形成愈伤组织，然后发育成胚状体和试管苗。

若要制备转基因玉米的人工种子，可选择上述实验过程中的________再包裹合适的人工种皮即可。

这样得到的种子和自然种子的主要区别在于_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________，

优点主要有________________________________________________________

_________________（答出两点即可），人工种皮具有________________等特点。

答案　

（1）人工合成　质粒、动植物病毒、λ噬菌体的衍生物　标记基因

（2）脱分化　胚状体　自然种子的获得属于有性生殖，细胞内含有双亲的遗传物质；

人工种子的获得属于无性生殖，细胞内只含有一个亲本的遗传物质　①解决了有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低的问题；

②固定杂种优势（其他合理答案均可）　透气、透水、易降解

解析　

（1）目的基因的获取途径通常有直接分离、从基因文库中获取、PCR扩增、人工合成。

常用的载体有质粒、动植物病毒或λ噬菌体的衍生物等，作为载体通常要具有标记基因，以便于检测目的基因是否导入受体细胞。

（2）转基因植物细胞经脱分化形成