2.1.1植物细胞工程的基本技术
1．以下不能说明细胞全能性的实验是( )
A．玉米花粉粒培育出植株
B．转入贮存蛋白基因的向日葵细胞培育出植株
C．烧伤病人的健康细胞培养出皮肤
D．核移植获得的组装细胞培育出的鲤鲫移核鱼
解析：选C。考查细胞全能性的概念，细胞的全能性是指生物体的细胞具有使后代细胞发育成完整个体的潜能。玉米花粉粒培育出植株、向日葵细胞培育出植株、组装细胞培育出鲤鲫移核鱼都是全能性的体现，只有C选项没有得到完整个体，不能体现细胞的全能性。
2．下列属于组织培养的是( )
A．花粉培养成单倍体植株
B．芽发育成枝条
C．根尖分生区发育成成熟区
D．未受精卵发育成植株
解析：选A。植物组织培养的过程简要概括为：离体的植物器官、组织或细胞经脱分化，形成愈伤组织，经再分化，形成根、茎、芽等器官，并进一步培养出完整的植株。花粉离体培养是组织培养的新技术，花粉细胞具有全能性；芽发育成枝条、根尖分生区发育成成熟区是正常的生长过程，未受精卵发育成植株是孤雌生殖。
3．(2011年天津高二检测)设计植物体细胞杂交实验时，如果期望获得性状优良的作物新品种，不需要考虑的是( )
A．亲本细胞的生殖隔离问题
B．选择具有优良性状的亲本
C．亲本细胞的融合技术
D．杂种细胞愈伤组织的诱导和再分化
答案：A
4．(2011年北京海淀区高二检测)下图为“番茄——马铃薯”的培育过程示意图，有关叙述正确的是( )
A．获得a、b细胞需要胰蛋白酶和果胶酶
B．诱导a、b细胞融合的化学试剂一般用秋水仙素
C．a、b细胞融合为c细胞的原理是生物膜具有流动性
D．d、e、f过程表示植物的组织培养过程，e、f分别为脱分化和再分化
解析：选C。植物体细胞在杂交之前，必须先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体；a、b细胞融合为c细胞的原理是细胞膜的流动性，诱导a、b细胞融合的化学试剂一般用聚乙二醇，d、e分别为脱分化和再分化。
5．下列四个选项中，没有采用植物组织培养技术的一项是( )
A．花药离体培养得到单倍体植株
B．秋水仙素处理萌发的种子或幼苗得到多倍体植株
C．基因工程培育的抗棉铃虫的棉花植株
D．细胞工程培育“番茄—马铃薯”杂种植株
解析：选B。花药离体培养是单倍体育种的一项基础技术，其基本原理就是组织培养。基因工程培育抗虫棉的过程中，把目的基因导入受体细胞后，要诱导其分裂，分化，最后发育为一个植物体，必须经过组织培养才能实现。细胞工程培育“番茄—马铃薯”杂种植株的过程中，对融合的杂种细胞，也必须经过组织培养才能形成杂种植株。可见，组织培养是生物工程中的基础技术手段。而利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗得到多倍体植株，没有利用到组织培养技术。
6．野生马铃薯品种的植株具有较强的抗病、抗虫、抗盐碱、抗寒能力，但块茎不能食用。俄、德、芬兰专家共同做实验研究，用野生马铃薯与马铃薯的体细胞进行杂交，培育出了生活能力强的杂交系马铃薯。据图分析回答问题：
(1)①过程植物细胞原生质体的分离需经过酶解，其中“酶解”所用的酶应该包括________________________________________________________________________。
(2)②过程需要用到聚乙二醇(PEG)，其目的是___________________________________。
(3)请用文字和箭头表示出④⑤技术过程的实验流程_____________________________
________________________________________________________________________。
由此过程可以看出植物细胞有形成再生组织的可能性，这是________________________________________________________________________的表现。
(4)一般在培养基上培养24～48小时后，大部分原生质体已再生出细胞壁。可以取样，通过________________________________________________________________________
实验来鉴别细胞壁是否已经再生。
(5)请说明运用此植物体细胞杂交法的最大好处：______________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：细胞壁由纤维素和果胶组成，可以用纤维素酶和果胶酶将其水解。在细胞融合时常用聚乙二醇作为诱导剂，诱导原生质体融合。由④→⑤是杂种细胞经过脱分化、再分化形成幼苗的过程，这是植物细胞全能性的体现。有细胞壁的植物细胞可以进行细胞的质壁分离与复原。植物体细胞杂交不通过有性生殖，故可以克服有性生殖远缘杂交不亲和障碍，培育出兼有两物种品质的优良物种。
答案：(1)纤维素酶、果胶酶
(2)诱导原生质体融合
(3)融合细胞愈伤组织幼苗 植物细胞具有全能性
(4)植物细胞的质壁分离与复原
(5)可使本来存在着生殖隔离的物种进行杂交，培育出兼有两物种品质的优良物种或克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍
(紧扣教材，思考感悟)
【讨论】
1．在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？(教材P35)
答案：植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以在上面迅速生长，所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡。
造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植体带菌，培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员操作不规范等。所以在组织培养实验中用到的植物材料和各种器械都要进行彻底地灭菌，实验人员操作一定要规范，避免带入杂菌。
2．在本实验中，切取胡萝卜块时强调要切取含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分(如茎、叶、花)，是否也能培养成小植株，你能用实验的方法进行验证吗？(教材P35)
答案：胡萝卜的其他部分(如茎、叶、花)也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织形成比较困难。可以参考胡萝卜根进行组织培养的实验，尝试设计出利用胡萝卜的茎、叶、花进行组织培养的实验流程。
3．请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技术的流程简图，并与其他同学交流。(教材P35)
答案：
【思考与探究】
1．为什么“番茄——马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？(教材P38)
答案：1978年，梅尔彻斯(Melchers)等人首次获得了马铃薯与番茄的属间体细胞杂种。他们将培育的二倍体马铃薯品系和蕃茄叶片细胞进行融合，所产生的杂交株被称为“马铃薯—番茄”。像大多数杂种一样，杂交株同时具有马铃薯和番茄的形态特征。其中一些植株形成了“类似块茎的生殖根”，但是没有产生可结实的花、果实以及真正意义上的块茎。到目前为止，“番茄—马铃薯”一类的体细胞杂种植物还不能产生经济效益，但是其研究价值不可忽视。
至于“番茄—马铃薯”没有像人们预想的那样地上长番茄、地下结马铃薯，其主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以“番茄—马铃薯”杂种植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。
2．自然界中有一种含有叶绿体的原生动物——眼虫，这说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活。请探讨：动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论上可行，请尝试设计出具体实验方案。(教材P38)
答案：根据眼虫的特点，动物细胞和植物细胞之间在理论上是可以实现杂交的。具体的实验方案可以设计如下：
1．细胞工程技术是一门综合科学技术，下列哪项技术不属于细胞工程( )
A．有性杂交 B．体细胞杂交
C．组织培养 D．细胞核移植
解析：选A。细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。生物有性杂交不能单纯按照人的意愿来进行。
2．下列有关植物细胞全能性的叙述，正确的是( )
A．只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全部基因
B．高度分化的细胞处于离体状态时不能表现出全能性
C．植物细胞的全能性是植物组织培养技术的理论基础之一
D．配子不能表现出全能性的原因是它所含的基因比体细胞减少一半
解析：选C。配子也具有发育成完整个体所必需的全部基因，花药离体培养证明配子也具有并且能表现出全能性，细胞表达全能性的首要前提是处于离体状态。
3．要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，需要(多选) ( )
A．具有完整细胞核的细胞
B．离体状态
C．导入外源基因
D．一定的营养物质和激素
解析：选ABD。本题考查细胞全能性及实现的条件。植物组织培养依据的原理是植物细胞的全能性。细胞的全能性是指一个细胞发育成一个完整个体的潜能，其根本原因是该细胞包含该物种所特有的全套遗传物质。对于细胞而言，遗传物质主要集中在细胞核内。科学研究表明，植物细胞只有在脱离原来所在植物体的组织或器官而处于离体状态时，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下才能表现出全能性。
4．植物组织培养是指( )
A．将离体细胞培养成完整植株
B．将植物的愈伤组织培养成植株
C．愈伤组织形成高度液泡化的组织
D．将离体细胞或组织培养成愈伤组织
解析：选A。植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。
5．韧皮部细胞是高度分化的植物细胞，用韧皮部细胞进行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误是 ( )
A．该愈伤组织是细胞经过脱分化和细胞分裂形成的
B．该愈伤组织的细胞没有全能性
C．该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成
D．该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构
解析：选B。愈伤组织是由离体的植物器官、组织或细胞通过细胞分裂产生的，此过程称为植物细胞的脱分化。愈伤组织中的细胞排列疏松而无规则，主要是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。愈伤组织中虽然有些细胞发生分化，但仍具有全能性，在一定条件下继续培养，细胞会发生再分化，生成芽和根，进而发育成完整植株。愈伤组织的形态发生方式主要有不定芽方式和胚状体方式两种。其中，胚状体方式是指由愈伤组织细胞诱导分化出具有胚芽、胚根和胚轴的胚状结构，进而长成完整植株。
6．(2011年大连市第二十高中高二检测)下列对植物组织培养过程中的脱分化，叙述正确的是( )
A．植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞的过程
B．体内分化的细胞形态、结构和功能发生改变的过程
C．高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程
D．愈伤组织分裂产生大量相同细胞的过程
解析：选C。脱分化是已经分化的植物器官、组织或细胞，当受到创伤或进行离体(也受到创伤)培养时，已停止分裂的细胞，又重新恢复分裂，细胞改变原有的分化状态，失去原有结构和功能，成为具有未分化特性的细胞，即高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程。
7．下图为植物组织培养技术过程，有关说法不正确的是( )
A．B试管中细胞全能性最高
B．D试管中培育出的个体都是纯合子
C．A→B的过程需要激素的刺激
D．A→D的细胞分裂都是有丝分裂
解析：选B。该过程为植物组织培养技术，能保持亲本的优良性状。A→B为愈伤组织的形成过程，愈伤组织的形成需要激素的刺激。A→D只发生有丝分裂。不发生减数分裂。D试管中是否为纯合子取决于亲本。
8．植物体细胞杂交所利用的原理包括( )
①细胞膜的流动性 ②细胞的全能性 ③基因结构的相对独立性
A．① B．②
C．①② D．①②③
解析：选C。细胞膜的流动性为植物体细胞杂交的成功提供了可能，这是植物体细胞杂交成功的首要条件；细胞的全能性是细胞工程所依据的基本原理，这是植物体细胞杂交成功的内在原因；植物体细胞杂交过程与基因的结构无直接关系。
9．(2011年丰台区高二检测)在细胞工程——原生质体融合育种技术中，其技术的重要一环是将营养细胞的细胞壁除去。若将去掉了细胞壁的成熟植物细胞置于清水中，细胞将( )
A．皱缩 B．涨破
C．呈球形 D．保持原状
解析：选B。去壁的植物细胞是原生质体，相当于一个动物细胞，在清水中会渗透吸水膨胀，导致细胞破裂。
10．下面关于植物体细胞杂交技术的说法，不正确的是( )
A．必须有纤维素酶和果胶酶的存在
B．要经过组织培养的过程
C．可以实现种间或种内杂交
D．原生质体融合必须借助诱导剂
解析：选D。在进行植物体细胞杂交时，要除去细胞壁才能进行原生质体的融合。细胞壁的成分是纤维素和果胶，利用纤维素酶和果胶酶就可除去细胞壁。植物体细胞杂交主要指种间杂交，也可以进行种内杂交。原生质体融合时可以借助诱导剂，如用聚乙二醇，也可以采用物理法，如离心、振动、电激等。在完成体细胞杂交形成杂种细胞后，再通过组织培养的过程，产生新个体。
11．“白菜—甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长周期短、耐热性强和易于储存等优点。下图是“白菜—甘蓝”的杂交过程示意图，请据图回答：
(1)在上述方法中，除去细胞壁的方法是_________________________________________。
(2)图中原生质体A和原生质体B能融合形成一个杂种细胞，所依据的生物学原理是________________________________________________________________________。
(3)通常情况下，白菜和甘蓝杂交是不成功的，原因是___________________________
________________________________________________________________________。
(4)通过细胞工程获得的“白菜—甘蓝”是否可育，为什么？
解析：(1)植物体细胞杂交中先要去除细胞壁得到原生质体。细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因而用纤维素酶和果胶酶去除较为合适。
(2)原生质体的融合先是细胞膜的融合，两个不同的细胞膜融合为一个细胞膜说明了细胞膜的流动性。
(3)自然状态下，白菜和甘蓝为不同物种，存在着生殖隔离，所以不能杂交。
(4)通过体细胞杂交获得的“白菜—甘蓝”是可育的，因为它的细胞中存在同源染色体，可以通过减数分裂产生有性生殖细胞，再经受精作用后发育形成种子。
答案：(1)酶解法(用纤维素酶、果胶酶去掉细胞壁)
(2)细胞膜的流动性 (3)存在生殖隔离 (4)可育，可经减数分裂产生有性生殖细胞，再经受精作用形成受精卵并最终发育成种子。
12．现有甲、乙两个烟草品种(2n＝48)，其基因型分别为aaBB和AAbb，这两对基因位于非同源染色体上。两品种在光照强度大于800 1x时，都不能生长，这是由于它们中的一对隐性纯合基因(aa或bb)作用的结果。
取甲、乙两品种的花粉分别培养成植株，将它们的叶肉细胞制成原生质体，并将两者相混，使之融合，诱导产生细胞团。然后，放到大于800 1x光照下培养，结果有的细胞团不能分化，有的能分化发育成植株。请完成下列问题：
(1)甲、乙两烟草品种花粉的基因型分别为________和________。
(2)将叶肉细胞制成原生质体时，使用____________去除细胞壁。
(3)在细胞融合技术中，常用的促融剂是________________________________________。
(4)细胞融合后诱导产生的细胞团叫___________________________________________。
(5)在大于800 1x光照下培养，有________种细胞团不能分化；能分化的细胞团是由________的原生质体融合来的 (这里只考虑两个原生质体的相互融合)。由该细胞团分化发育成的植株，其染色体条数是________，基因型是________。该植株自交后代中，在大于800 1x光照下，出现不能生长的植株的概率是________。
解析：(1)基因型为aaBB和AAbb的个体，经减数分裂形成的生殖细胞(花粉)的基因型分别为aB和Ab。
(2)据酶的专一性，可用纤维素酶和果胶酶降解掉细胞壁形成原生质体。
(3)植物细胞融合技术中，常用的促融剂是聚乙二醇。电激等手段不是促融剂。
(4)细胞融合后产生的杂种细胞，在一定条件下进行植物组织培养，形成的细胞团是愈伤组织。
(5)在大于800 1x光照下培养，凡基因型中含有aa或bb的细胞都不能分化，能分化的细胞中一定同时含有基因A和B。若基因型为AaBb的植株自交，根据基因的自由组合定律，后代中出现9种基因型，4种表现型(9∶3∶3∶1)。其中A－B－的个体占总数的，其余为。
答案：(1)aB Ab (2)纤维素酶和果胶酶
(3)聚乙二醇 (4)愈伤组织
(5)两 甲、乙两品种 48 AaBb
13．(2011年江苏盐城中学高二检测)“白菜—甘蓝”是科学家用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长周期短，耐热性强和易储存等优点。下图是“白菜—甘蓝”培育过程示意图，请完成下列有关问题：
(1)由杂种细胞D培育成“白菜—甘蓝”植株，采用的技术手段是______________________。该过程说明植物细胞具有________。
(2)在a过程中诱导原生质体融合最常用的诱导剂是____________________，融合依据的原理是_______________________________________________________________。
(3)要获得上图中白菜和甘蓝的原生质体，首先需要分别除去白菜和甘蓝细胞的细胞壁。现提供以下材料和用具：紫色洋葱鳞片叶、适宜浓度的蔗糖溶液、纤维素酶和果胶酶、蒸馏水、镊子、显微镜、载玻片等。请你从中选择合适的材料，完成下面检验是否已除去细胞壁实验的方法步骤，并预测和解释实验结果。
主要实验步骤：
①选取适宜浓度的蔗糖溶液，加入适量纤维素酶和果胶酶配制成细胞壁分解液。其中选取适宜浓度的蔗糖溶液而不用蒸馏水的理由是：适宜浓度的蔗糖溶液________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②检验细胞壁分解液除去细胞壁。
第一步：用镊子撕取一小块紫色洋葱鳞片叶放在载玻片中央，滴加适量细胞壁分解液，制成临时装片。得到实验组装片。
第二步：_______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
第三步：_______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
结果预测和解释：________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)杂种细胞D培育成杂种植株的技术是植物组织培养。利用的原理是细胞的全能性。
(2)a过程是细胞原生质体的融合过程，常用诱导剂是聚乙二醇，依据原理是细胞膜的流动性。
(3)①适宜浓度的蔗糖溶液可保持细胞的正常形态。
②第二步中对照组的设置与第一步对应即可；第三步，显微镜下观察比较。
结果预测和解释有两种情况：实验组细胞分散，说明细胞壁被分解；对照组细胞不分散，说明细胞壁未被分解。
答案：(1)植物组织培养 全能性 (2)聚乙二醇(PEG) 细胞膜的流动性 (3)①可防止原生质体过度吸水涨破(保持原生质体正常的形态) ②第二步：用适宜浓度的蔗糖溶液代替细胞壁分解液。其他操作同第一步。得到对照组装片 第三步：在显微镜下观察比较实验组和对照组装片洋葱细胞的形态 结果预测和解释：实验组装片的洋葱细胞呈分散的紫色球形，表明细胞壁已被分解；对照组装片的洋葱细胞呈相互连接的紫色多边形，表明细胞壁未被分解
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