创新设计学年高中生物 专题二 细胞工程 212 植物细胞工程的实际应用课时作业 新人教版选修3.docx
《创新设计学年高中生物 专题二 细胞工程 212 植物细胞工程的实际应用课时作业 新人教版选修3.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《创新设计学年高中生物 专题二 细胞工程 212 植物细胞工程的实际应用课时作业 新人教版选修3.docx（21页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
创新设计学年高中生物专题二细胞工程212植物细胞工程的实际应用课时作业新人教版选修3
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
目标导航
1.举例说明植物细胞工程在植物繁殖方面的应用。
2.列举植物细胞工程在作物新品种培育方面的应用。
3.概述细胞产物的工厂化生产的原理。
一、植物繁殖的新途径（阅读P38－39）
1．微型繁殖
（1）概念：
用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
（2）属于无性（填有性、无性）繁殖，能够保持优良品种的遗传性状。
2．作物脱毒
（1）选材部位：
植物分生区附近的部位，因为此处细胞内病毒极少，甚至无病毒。
（2）优点：
提高作物的产量和品质。
3．人工种子
（1）组成：
由胚状体、不定芽、顶芽和腋芽作为保护性外壳的人工种皮和提供胚状体进一步发育所需营养的人工胚乳。
如下图：
（2）特点：
后代无性状分离，不受季节、气候和地域的限制。
二、作物新品种的培育及细胞产物的工厂化生产（阅读P40－41）
1．单倍体育种
（1）过程：
花药
单倍体植株
稳定遗传的优良品种。
（2）优点：
①后代是纯合子，能稳定遗传。
②可明显缩短育种年限。
（3）实例：
烟草、小麦等。
2．突变体的利用
（1）过程：
在植物的组织培养过程中，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的影响而产生突变，从中筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。
（2）优点：
可以得到抗逆性（抗盐、抗病和抗除草剂等）品种和含有高蛋白的植株。
（3）实例：
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。
3．细胞产物的工厂化生产
（1）种类：
蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。
（2）技术：
植物组织培养技术。
（3）实例：
人参、三七、紫草和银杏的细胞产物都已实现工厂化生产。
判断正误：
（1）植物组织培养技术不仅可以保持优良品种的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。
（ ）
（2）人工种子就是以植物种子的胚等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。
（ ）
（3）单倍体育种通过花药离体培养获得单倍体植株，染色体加倍后两年便可获得稳定遗传的优良品种，极大地缩短了育种年限。
（ ）
（4）在植物的组织培养过程中，由于所培养的细胞进行有丝分裂，所以不会发生突变。
（ ）
（5）利用植物组织培养技术可获得的细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。
（ ）
（6）单倍体育种的目的是获得单倍体本身。
（ ）
（7）细胞产物的生产是将植物细胞培养到愈伤组织。
（ ）
答案
（1）√
（2）× （3）× （4）× （5）√ （6）× （7）√
一、植物繁殖的新途径
1．微型繁殖
（1）本质：
微型繁殖实际上是一种无性繁殖，能保持亲本的一切优良性状，这项技术只运用了植物组织培养技术，因此该过程只涉及有丝分裂，不涉及减数分裂。
（2）优点：
使用材料少，培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理，有利于进行工厂化培养。
2．作物脱毒
（1）病毒的特点：
病毒是寄生生物，在用种子繁殖或用植物根、茎的无性繁殖过程中，种子、根、茎的细胞中可能携带着病毒并传给下一代，使其繁殖的子代感染病毒。
（2）材料的选取：
据检测，植物的分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。
如果将未被病毒感染的植株的分生组织用植物组织培养的方法培育幼苗用于生产，可以避免病毒对作物的影响，大大提高作物的产量。
3．人工种子
（1）人工种皮的要求：
①能保持胚状体的活力，即要能透气、透水，含有胚状体发芽所需要的各种营养成分等。
②有利于贮藏、运输和萌发，选取的材料要有韧性、耐压、对胚状体无毒害。
③还应含有农药和杀菌剂，以防播种后害虫及微生物的侵害。
④还要加入能促进胚状体生长和发育的一些植物生长调节剂、有益菌等。
（2）胚状体的要求：
①播种后能快速出苗；②根和芽同步生长，活力强；③形成的幼苗的形态与生长要正常。
（3）制备流程：
诱导植物愈伤组织的形成→体细胞胚的诱导→体细胞胚的成熟→机械化包装→储藏或种植。
1．作物培养过程中为什么要进行作物脱毒，如何进行作物脱毒？
答案 对于无性繁殖的作物，病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低、品质变差。
而植物分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植物就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。
2．脱毒苗与抗毒苗有何区别？
答案 脱毒苗：
是选择植物的茎尖（刚形成，不含有病毒）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植株中，并通过一定的方法培育形成的，属于基因工程的范畴。
3．根据种子发育所需的营养物质，分析人工种皮内应含有哪些有效成分？
答案 适宜的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。
4．人工种子和天然种子的区别：
人工种子是通过植物组织培养产生的，属于无性繁殖，可保持亲本的优良性状。
自然种子是通过有性生殖产生的，可表现出双亲的遗传性状。
5．获取人工种子胚状体的途径有哪些呢？
答案
（1）由已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。
1．下面为人工种子培养过程流程图解，下列相关叙述不正确的（ ）
A．b、c过程中植物激素发挥了重要作用，d表示给胚状体包上人工胚乳和人工种皮
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．人工种子的培育是植物组织培养技术的重要用途之一
D．人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题
问题导析
（1）a表示获得外植体；b表示脱分化。
（2）c表示再分化。
（3）d表示给胚状体包裹上人工胚乳和人工种皮。
（4）e表示将人工种子种植获得种苗的过程。
答案 B
一题多变
判断正误：
（1）人工种子一般用离体的植物细胞通过组织培养技术获得。
（ ）
（2）胚状体是由愈伤组织分化而成，离体细胞只有形成愈伤组织才能表现出全能性。
（ ）
（3）同一批次的人工种子可以保证具有相同的基因型。
（ ）
（4）胚状体是由未分化的、具有分裂能力的细胞构成的。
（ ）
答案
（1）√
（2）√ （3）√ （4）×
二、作物新品种的培育及细胞产物的工厂化生产
1．单倍体育种
（1）原理：
染色体变异。
（2）过程：
取亲本植株花药
单倍体幼苗
纯合子植株。
（3）优点
①单倍体经过染色体加倍，获得的后代为纯合子，可明显缩短育种年限（一般为2年）。
②用单倍体作为转基因的受体，获得的转基因材料经染色体加倍后基因即可纯合，避免了体细胞作为受体导致后代发生性状分离需要多代选择的麻烦。
（4）缺点：
技术相当复杂，需要与杂交育种结合，其中的花药离体培养过程需要组织培养技术的支持，多限于植物。
2．突变体的应用
（1）原理：
突变及植物细胞的全能性，突变包括基因突变和染色体变异两种。
（2）突变体：
在植物组织培养过程中，处于分生状态的培养细胞，容易受到培养条件和外界压力（如射线、化学物质等）的影响而发生基因突变或染色体变异，由此发育而成的个体称为突变体（如图所示）。
（3）体细胞诱变育种：
人们从突变体中筛选出对人们有用的个体，进而培育成新品种，这种育种方式叫突变体育种。
①优点：
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。
②缺点：
a.突变不定向，需要处理大量突变材料；b.突变少利多害，符合人们需要、有利的品种比较少。
3．细胞产物的工厂化生产
（1）原理：
植物细胞在代谢过程中，能够产生一些有机化合物，如人参皂甙、奎宁、紫杉醇，它们可以作为药物、杀虫剂、香料、色素等的原料。
可以通过大规模培养植物细胞，从中提取这些物质。
（2）技术：
植物组织培养技术
外植体（离体的植物器官、组织或细胞）
愈伤组织
细胞悬液
细胞产物
（3）工厂化生产人参皂甙的基本过程
①选择人参根作为外植体进行培养，产生愈伤组织，经过培养选择增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株作为种质。
②将第一步选择的细胞株放在发酵罐中的适当培养液中进行液体培养，增加细胞数量。
③将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。
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？
答案 由于单倍体植株弱小，高度不育，因此可用秋水仙素处理单倍体的幼苗，来诱导其染色体加倍；人工诱导染色体加倍最常用的方法是用秋水仙素处理。
2．比较单倍体育种与花药离体培养
花药离体培养是单倍体育种时常用的方法。
花药离体培养得到的植株一般是不可育的单倍体植株，而单倍体育种是在花药离体培养获得单倍体幼苗的基础上，用适当浓度的秋水仙素处理，获得的是纯合可育的植株，且一般自交后代不发生性状分离。
3．根据生产的目的不同，植物组织培养的阶段不同，如微型繁殖应培养到试管苗阶段。
请分析要生产人参皂甙粉，应培养到什么阶段？
答案 愈伤组织阶段。
4．在植物组织培养过程中，为什么培养细胞容易在培养条件和外界压力改变的条件下产生突变？
答案 因为培养细胞一直处于不断的分生状态。
2．下图列举了几种植物的育种方式，请据图回答相关问题：
（1）甲育种方式称为________________________________________________。
（2）通过丁方式可以获得脱毒苗，培养过程中c常常取用茎尖的原因是________________________________________________________________________。
（3）乙方式通常用射线处理植物的愈伤组织能获得较好效果，原因是________________________________________________________________________。
（4）丙方式将外源目的基因导入受体植物细胞，最常采用的方法是______________。
（5）甲、丙两种育种方式与传统杂交育种相比，其优点是
________________________________________________________________________。
问题导析
（1）由a、b两种细胞通过一定的技术手段获得c，属于植物体细胞杂交，能克服远缘杂交不亲和的障碍。
（2）植物分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至没有病毒，因此常用茎尖组织培养技术获得脱毒苗。
（3）由于愈伤组织一直处于不断分裂的状态，容易受到培养条件和外界压力的影响而发生突变。
（4）将外源基因导入受体植物细胞的方法，最常用的是农杆菌转化法。
（5）植物体细胞杂交和基因工程都能克服不同物种间远缘杂交不亲和的障碍，而传统杂交育种由于生殖隔离而不能实现种间杂交。
答案
（1）植物体细胞杂交
（2）茎尖所含病毒极少，甚至不含病毒 （3）愈伤组织细胞处于不断的分生状态，易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变 （4）农杆菌转化法 （5）能克服不同物种间远缘杂交不亲和的障碍
一题多变
判断正误：
（1）诱变育种处理的材料为分裂活动旺盛的部位，如愈伤组织、芽等。
（ ）
（2）单倍体育种是利用花药离体培养和秋水仙素处理幼苗两个阶段得到单倍体。
（ ）
（3）人工种子是通过植物组织培养产生的，属于无性繁殖，可表现出双亲的遗传性状。
（ ）
（4）细胞产物的工厂化生产过程包括脱分化和再分化环节。
（ ）
答案
（1）√
（2）× （3）× （4）×
1．下列属于植物的微型繁殖技术的是（ ）
A．兰花的茎尖组织培育成兰花幼苗
B．水稻种子萌发并长成新个体
C．扦插的葡萄枝长成新个体
D．柳树芽发育成枝条
答案 A
解析 解答本题需要从两个方面入手，首先，水稻种子萌发并长成新个体、柳树芽发育成枝条均属于个体发育部分；其次，扦插的葡萄枝长成新个体属于无性生殖中的营养生殖。
2．人工种子比天然种子有许多优越性，下列对其优越性的叙述不正确的是（ ）
A．可使自然状态下不结子的植物得以繁殖
B．方便储藏和运输
C．可以随意改变植物的遗传性状
D．可快速、大量繁殖
答案 C
解析 人工种子是通过细胞工程完成的，所以可使在自然条件下不结实或结实困难的植物得以繁殖。
天然种子的大量储藏和运输也是相当困难的，人工种子则克服了这些缺点，人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地储藏和运输。
天然种子在生产上受季节的限制，而人工种子的生产则不受季节限制，而且快捷高效。
3．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
D．培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分
答案 C
解析 在细胞产物的工厂化生产过程中只需要悬浮培养愈伤组织细胞，利用愈伤组织细胞的分裂和代谢产生所需要的产物即可，不需要再分化。
4．下图所示为农作物新品种的育种方式，请据图回答下列问题：
（1）图示育种方式涉及到的生物工程技术有：
________、________________、________________。
（2）②③过程分别为____________、____________。
（3）⑤过程中常用的载体是________；⑤过程表示的基因操作步骤是________________________________________________________________________。
（4）上述育种与传统杂交育种相比，突出优点是____________________________________________________________________________________。
答案
（1）基因工程 植物组织培养 植物体细胞杂交（细胞融合）
（2）脱分化 再分化 （3）质粒 将目的基因导入受体细胞 （4）打破生殖隔离、实现遗传物质的定向改变、克服了远缘杂交不亲和的障碍，育种周期短
解析
（1）图中⑤过程涉及到基因工程，①过程为植物体细胞杂交，两者都需要植物组织培养技术的支持。
（2）图中②为脱分化的过程，可获得愈伤组织，然后经过③再分化而得到胚状体。
（3）基因工程中常用的载体为质粒。
⑤过程是将目的基因导入到某种植物受体细胞中。
（4）不管是基因工程育种还是植物体细胞杂交育种，都会打破物种的界限——生殖隔离，实现生物性状的定向改变。
基础巩固
1．植物的微型繁殖技术是指（ ）
A．植物体细胞杂交技术B．嫁接
C．营养繁殖D．植物组织培养
答案 D
解析 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，叫微型繁殖技术，也叫快速繁殖技术。
2．下列关于人工种子的叙述中，不正确的是（ ）
A．可以克服季节、气候、地域的限制
B．可以节约时间
C．可防止性状分离
D．由人工种子得到的植株为纯合子
答案 D
解析 天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象，因此会造成某些遗传性状的改变，而人工种子中胚状体的遗传物质和亲本是完全相同的，故可保持亲本的遗传特性，防止性状分离；但是，由人工种子得到的植株并不一定是纯合子。
3．人参皂甙是人参中重要的药用成分，以前只能从人参中提取，产量低，因而价格较贵。
目前可通过下列哪项技术迅速大量获取（ ）
A．基因工程B．植物组织培养
C．植物体细胞杂交D．发酵工程
答案 B
解析 人参皂甙粉是利用人参细胞经植物组织培养而获得的。
4．人工种子的培育中应用的主要技术是（ ）
A．有性杂交B．植物体细胞杂交
C．植物组织培养D．细胞全能性
答案 C
解析 人工种子的形成是先取植物的组织或细胞，通过植物组织培养技术，产生愈伤组织，愈伤组织分化为胚状体，包裹上人工种皮和人工胚乳就成为人工种子。
5．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
答案 D
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。
巩固提升
6．下面为番茄植物组织培养过程的流程图解，以下相关叙述不正确的是（ ）
A．脱分化发生在b步骤，形成愈伤组织，在此过程中植物激素发挥了重要作用
B．人工种子可以完全保持优良品种的遗传性状
C．从叶组织块到种苗形成的过程说明番茄叶片细胞具有全能性
D．人工种子的缺点是易受季节、气候和地域的限制
答案 D
解析 人工种子的优点之一是不受季节、气候和地域的限制。
7．某株名贵花卉用种子繁殖时会发生性状分离，为了防止性状分离并快速繁殖，可利用该植物体的一部分器官或组织进行离体培养，但不能采用该植株的（ ）
A．茎尖B．芽C．叶片D．花粉粒
答案 D
解析 花粉粒细胞离体培养得到的植株是单倍体，改变了原有植株的遗传物质。
8．下面的简式表示植物组织培养的大致过程，据此判断错误的是（ ）
①
②
③→④
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进行微型繁育会发生性状分离
答案 D
解析 若①是具有杂种优势的农作物细胞，则用③进行繁育进行的是有丝分裂，不会发生性状分离。
9．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 在植物的组织培养过程中，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的影响而产生突变。
10．右图是人工种子的结构简图，对其叙述不正确的是（ ）
A．人工种子的胚乳中含有胚状体发育所需要的营养物质，还可以添加农药和植物激素
B．人工种子可以工业化生产，播种人工种子可节省大量粮食
C．人工种子克服了有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题
D．人工种子的胚状体还未分化出胚芽、胚轴和胚根等结构
答案 D
解析 人工种子是在植物组织培养过程中，愈伤组织再分化发育到胚状体阶段，包上人工种皮而成。
人工种子的胚状体已经分化出了胚芽、胚根和胚轴等结构。
11．甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。
某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。
回答下列问题：
（1）为了培育该新型药用植物，可取甲和乙的叶片，先用________酶和________酶去除细胞壁，获得具有活力的____________________，再用化学诱导剂诱导二者融合。
形成的融合细胞进一步培养形成________组织，然后经过________形成完整的杂种植株。
这种培育技术称为________________________________________________________________________。
（2）上述杂种植株属于多倍体，多倍体是指________________________________________________________________。
假设甲与乙有性杂交的后代是不育的，而上述杂种植株是可育的，造成这种差异的原因是________________________________________________________________________。
（3）这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖。
经植物组织培养得到的______________________________________________等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。
答案
（1）纤维素 果胶 原生质体 愈伤 再分化（分化） 植物体细胞杂交技术
（2）体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体 在减数分裂过程中，前者染色体联会异常，而后者染色体联会正常
（3）胚状体、不定芽、顶芽、腋芽
解析
（1）该新型药用植物是通过植物体细胞杂交技术获得的。
要获得有活力的原生质体才能进行体细胞杂交，因此首先用纤维素酶和果胶酶去掉植物的细胞壁，然后用PEG化学诱导剂（物理方法：
离心、振动等）诱导二者的原生质体融合。
然后采用植物组织培养技术获得杂种植株，植物组织培养的主要过程是：
先脱分化形成愈伤组织，然后再分化形成植物体，利用了植物细胞的全能性。
（2）如果植物甲、乙是两个物种，二者不能通过有性杂交产生可育后代，原因是甲、乙有性杂交所产生的后代在减数分裂过程中同源染色体联会异常，也就是存在着生殖隔离。
但植物甲、乙通过植物体细胞杂交技术产生的后代却是可育的，因为在减数分裂过程中同源染色体能完成正常的联会，产生正常的配子。
由于甲、乙都是二倍体，因此，植物体细胞杂交得到的后代是异源多倍体（四倍体）。
（3）人工种子生产不受气候、季节和地域等因素限制，而且可以避免后代发生性状分离等优点，因此，植物细胞工程重要的应用之一是制备人工种子，用到的核心技术是植物组织培养技术。
将植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。
12．紫草素是紫草细胞的代谢产物，可作为生产治疗烫伤药物的原料。
用组织培养技术可以在生物反应器中通过培养紫草细胞生产紫草素。
下图记录了生物反应器中紫草细胞产量、紫草素产量随培养时间发生的变化。
（1）在生产前，需先加入紫草细胞作为反应器中的“种子”。
这些“种子”是应用组织培养技术，将紫草叶肉细胞经过____________________________而获得的。
这项技术的理论基础是________________________________________________________________________。
（2）从图中可以看出：
反应器中紫草细胞的生长呈现________规律；影响紫草素产量的因素是________________________________________________________________________
和________________。
（3）在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌的目的是__________________和__________________。
（4）要使紫草素持续高产，紫草细胞的产量（干重）应保持在什么数值左右？
________________________________________________________________________。
答案
（1）脱分化（或脱分化形成愈伤组织） 细胞的全能性
（2）“S”型增长 细胞数量 细胞所处的生长期
（3）保证氧气供应充足 使细胞与培养液充分接触 （4）19g/L左右
解析 植物外植体细胞经脱分化形成愈伤组织，通过培养这些细胞从中提取紫草素。
细胞培养需要一定的环境条件。
当细胞大量增殖，细胞数量增多时，产生的紫草素最多。
因为细胞进行有氧呼吸，所以应不断补充氧气。
走进高考
13．（2014·江苏卷，29节选）为了获得植物次生代谢产物，先用植物外植体获得愈伤组织，然后在液体培养基中悬浮培养。
请回答下列问题：
（1）外植体经诱导后形成愈伤组
升级会员 