1、课时分层作业 四十一 植物细胞工程(30分钟100分)1.(12分)(2018正定模拟)叶绿体转基因技术是将外源基因整合到叶绿体基因组中，该技术能有效改良植物的品质。请回答：(1)转基因技术的核心步骤是_，完成该步骤所需要的酶有_。(2)将植物体细胞处理得到原生质体，再通过_法或_法，将目的基因导入原生质体，使原生质体再生细胞壁之后，通过_技术培养可得到相应的转基因幼苗。(3)原核生物中有重要价值的外源基因不需要改造和修饰就可在叶绿体中高效表达，据此分析，原因是_。(4)对大多数高等植物而言，与传统的细胞核转基因相比，叶绿体转基因更稳定，其遗传方式_(填“遵循”或“不遵循”)分离定律，不会随_
2、(填“花粉”或“卵细胞”)传给后代，从而保持了_(填“父本”或“母本”)的遗传特性。【解析】(1)转基因技术的操作分四步：获取目的基因、构建基因表达载体、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测和鉴定，其中构建基因表达载体是核心，需要用到限制酶和DNA连接酶。(2)将目的基因导入原生质体，可以用农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。原生质体再生细胞壁之后，通过植物组织培养技术可得到相应的转基因幼苗。(3)外源基因不需要改造和修饰就可在叶绿体中高效表达，原因是叶绿体DNA与原核生物DNA结构类似。(4)叶绿体转基因属于细胞质基因，不遵循分离定律，受精卵的细胞质几乎全部来自卵细胞，所以叶绿体转基因不
3、会随花粉传给后代，从而保持了母本的遗传特性。答案：(1)构建基因表达载体限制酶和DNA连接酶(2)农杆菌转化基因枪植物组织培养(3)叶绿体DNA与原核生物DNA结构类似(4)不遵循花粉母本【延伸探究】(1)本题中的外源基因在叶绿体中表达时，与核基因的表达相比较，其特点是什么？提示：转录还未结束，翻译已经开始，即转录和翻译同时进行。(2)本题中外源基因在叶绿体中表达的场所是什么？其所需要的能量来自哪里？提示：叶绿体中的核糖体；光反应产生的ATP。2.(12分)根据下面植物体细胞杂交技术流程图，回答相关问题：(1)由AaBb培育出AAaaBBbb过程中所用的化学药剂常作用于_，其作用时期是_，则A
4、AaaBBbb是_倍体。(2)若运用传统有性杂交(即用番茄、马铃薯杂交)能否得到杂种植株？_。为什么？_。(3)在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，运用的技术手段是_，依据的原理是_，其中过程称为_，与过程密切相关的具有单层膜结构的细胞器为_，过程相当于_，过程涉及的分裂方式为_。(4)已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，则“番茄马铃薯”属于_倍体。【解析】(1)由AaBb培育出AAaaBBbb常用的化学药剂是秋水仙素，常作用于萌发的种子或幼苗，其作用是抑制纺锤体的形成，作用于有丝分裂前期，则AAaaBBbb是四倍体。(2)不同种的植物存在生殖隔离，不能通过杂交育种获得杂种植株。(3)在利用
5、杂种细胞培育杂种植株的过程中，运用的技术手段是植物组织培养，依据的原理是细胞的全能性。其中过程称为原生质体融合，表示再生细胞壁，与过程密切相关的具有单层膜结构的细胞器为高尔基体，过程相当于脱分化，过程涉及的分裂方式为有丝分裂。(4)已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，则“番茄马铃薯”属于六倍体。答案：(1)萌发的种子或幼苗有丝分裂前期四(2)不能不同种的植物存在生殖隔离(3)植物组织培养细胞的全能性原生质体融合高尔基体脱分化有丝分裂(4)六3.(10分)红豆杉是濒危植物，其树皮产生的紫杉醇对癌症有一定的疗效。如图是红豆杉植物组织培养和细胞培养的流程图。请据图回答下列问题。(1)图中为愈伤组织
6、，通过B过程可最终产生新的植株，通过C过程可产生大量细胞，则图中A、B分别表示的过程为_，其中B过程的实质是_，C过程进行的是_分裂。(2)要获得代谢产物紫杉醇，需要对图中的_(填序号)进行培养。(3)若是红豆杉(基因型为DdTt)的花药，可选用_(填编号)制成人工种子，该“种子”萌发的幼苗用_处理，可快速获得纯种植株，该植株的基因型可能为_。【解析】(1)由图中为愈伤组织判断可知，图中的表示红豆杉离体的器官、组织或细胞，A为脱分化过程，B为再分化过程，再分化的实质是基因的选择性表达。由于通过C过程可产生大量细胞，因此其进行的是有丝分裂。(2)要获得代谢产物紫杉醇，需要对愈伤组织即图中的进行培
7、养。(3)若是红豆杉(基因型为DdTt)的花药，则经过A、B两过程可获得胚状体、不定芽等，可将其制成人工种子，但该“种子”萌发的幼苗是单倍体，用秋水仙素处理可快速获得纯种植株，该植株的基因型可能为DDTT、DDtt、ddTT、ddtt，因为红豆杉的基因型为DdTt，其产生的花粉有DT、Dt、dT、dt 4种类型，其在加倍后变为DDTT、DDtt、ddTT、ddtt。答案：(1)脱分化、再分化基因的选择性表达有丝(2)(3)秋水仙素DDTT、DDtt、ddTT、ddtt4.(12分)花卉苗木的工业化生产过程中， 植物的细胞工程已被普遍应用。回答下列问题：(1)植物细胞工程最基本的技术是_，它所依
8、据的生物学原理是_。该技术的关键步骤包括_。(2)植物A的体细胞内含a个染色体，植物B的体细胞内含b个染色体。若采用常规杂交育种成功，则其后代体细胞内含_个染色体，后代幼苗必须用_(试剂)处理才能得到可育的杂种植株。若用植物体细胞杂交技术，则“杂种细胞”内含_个染色体。(3)在制备人工种子时可根据需要添加防霉药物，它应加在人工种子结构的_中。【解析】(1)植物细胞工程最基本的技术是植物组织培养，它所依据的生物学原理是细胞的全能性。该技术的关键步骤包括脱分化和再分化。(2)植物A的体细胞内含a个染色体，植物B的体细胞内含b个染色体。若采用常规杂交育种成功，植物A、B需要先进行减数分裂再进行受精作
9、用，因此其后代体细胞内含(a+b)/2个染色体，后代幼苗必须用秋水仙素(试剂)处理才能得到可育的杂种植株。若用植物体细胞杂交技术，则“杂种细胞”内含a+b个染色体。(3)在制备人工种子时可根据需要添加防霉药物，它应加在人工种子结构的人工种皮中。答案：(1)植物组织培养细胞的全能性脱分化和再分化(2)(a+b)/2秋水仙素a+b(3)人工种皮5.(12分)(2018龙岩模拟)植物细胞杂交可以培养杂种植物，下列是某科研小组的操作。请回答相关问题：(1)将甲、乙两个不同品种的植株进行杂交，首先要去掉植物细胞的细胞壁，采用的酶是_，得到原生质体甲和原生质体乙，然后进行人工诱导形成细胞团，通常采用的促融
10、剂是_。(2)甲细胞的基因型为Gg，乙细胞的基因型为Hh(两对基因位于不同对的同源染色体上)，两两融合后所形成细胞的基因型为_。(3)经研究发现，在光照强度大于800 lx时，只有同时存在G和H基因的细胞才能分化形成丛芽，可据此筛选出杂种细胞。丛芽进一步培养长大为植株，该植株自交后代中，继续在大于800 lx的光照下培养，能长成植株个体的基因型为_。(4)在进行分化培养时需要换瓶操作，换瓶的主要目的是_。【解析】(1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因此用酶解法去除植物细胞的细胞壁所需的酶为纤维素酶和果胶酶。人工诱导原生质体融合的过程，常用的化学试剂是聚乙二醇。(2)甲、乙细胞两两融合时，
11、可以发生甲、乙细胞的自身融合，也可以发生甲和乙之间的融合，由此可知两两融合后所形成细胞的基因型为GGgg，HHhh，GgHh。(3)由信息“只有同时存在G和H基因的细胞才能分化形成丛芽”，则其自交后代中能长成植株个体的基因型中必须同时含有G和H基因，由此可知符合题意的基因型为GGHH，GgHh，GGHh，GgHH。(4)在进行分化培养时需要换瓶操作，换瓶的主要目的是更换营养物质，改变激素的浓度配比。答案：(1)纤维素酶和果胶酶聚乙二醇(2)GGgg，HHhh，GgHh(3)GGHH，GgHh，GGHh，GgHH(4)改变培养基中的激素浓度配比6.(12分)(2018南昌模拟)如图表示某育种过程
12、，请据图回答：(1)过程中，属于_过程，其中需要光照的是_(填序号)。(2)由花粉能培养成试管苗，说明植物细胞具有_，根本原因是_。(3)花粉在实验条件下发育成植株这一技术，可应用于_育种，从而获得稳定遗传的新品种。该项技术最大的优点是_。(4)若花药壁细胞的基因型是AaBb，则最后得到的纯合二倍体植株可能有_种基因型。【解析】(1)是由细胞培养到愈伤组织阶段，属于脱分化，是由愈伤组织培养到试管苗阶段，属于再分化。再分化过程中，芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照。(2)由细胞培养成个体，体现了细胞的全能性。细胞具有全能性的根本原因是每个细胞中都具有本物种发育成完整个体所需要的全部遗传物
13、质。(3)花药离体培养技术是单倍体育种的流程之一。单倍体育种的最大优点是明显缩短育种年限。(4)若花药壁细胞的基因型是AaBb，则花粉的基因型有AB、Ab、aB、ab四种，则最后得到的纯合二倍体植株可能有AABB、AAbb、aaBB、aabb四种基因型。答案：(1)脱分化(2)全能性每个细胞中都具有本物种发育成完整个体所需要的全部遗传物质(3)单倍体明显缩短育种年限(4)四【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
14、胞分裂能力弱的；幼嫩的细胞衰老的细胞)。【加固训练】如图所示为农作物新品种的育种方式：(1)图示育种方式涉及的生物工程技术有_。(2)、过程分别称为_、_。(3)过程中常用的载体是_，形成的结构A是_。过程常用的方法是_。(4)上述育种方式与传统杂交育种方式相比，突出的优点是_。【解析】(1)图中涉及基因工程、植物体细胞杂交技术、植物组织培养技术。(2)图中为脱分化的过程，可获得愈伤组织，然后经过再分化而得到胚状体。(3)基因工程中常用的载体为质粒；过程指的是基因表达载体的构建，形成的A是基因表达载体，指的是将目的基因导入受体细胞，常用的方法是农杆菌转化法。(4)与传统的杂交育种相比，基因工程
15、育种和植物体细胞杂交育种的优点：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，周期短。答案：(1)基因工程、植物组织培养、植物体细胞杂交(2)脱分化再分化(3)(土壤农杆菌的)质粒基因表达载体农杆菌转化法(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(和周期短)1.(15分)(2018西安模拟)科学家利用植物体细胞杂交技术成功获得了番茄马铃薯杂种植株，为了便于杂种细胞的筛选和鉴定，科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的细胞膜上的蛋白质，其培育过程如图所示。(1)植物体细胞杂交依据的生物学原理有_。(2)细胞融合完成的标志是_。(3)植物原
16、生质体融合过程常利用化学试剂_诱导融合，在鉴定杂种原生质体时可用显微镜观察，根据细胞膜表面的荧光的不同可观察到_种不同的原生质体，当观察到_时可判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的。(4)过程的实质是_，过程中的培养基常添加的植物激素是_。(5)若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞内有n条染色体，则“番茄马铃薯”细胞在有丝分裂后期含_条染色体。若杂种细胞培育成的“番茄马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培养得到的植株属于_植株。【解析】(1)植物体细胞杂交就是将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，再利用植物组织培养技术把杂种细胞培育成新的植物体的技术。所以植物体细胞杂
17、交依据的生物学原理有细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。(2)细胞融合完成的标志是杂种细胞再生出新的细胞壁。(3)植物原生质体融合过程，常利用的诱导融合的化学试剂是聚乙二醇(PEG)。依题意，科学家利用红色荧光和绿色荧光分别标记番茄和马铃薯的原生质体膜上的蛋白质，所以融合后根据细胞膜表面的荧光的不同可观察到有3种不同类型的原生质体：红色荧光标记的番茄原生质体及其融合后的原生质体、绿色荧光标记的马铃薯原生质体及其融合后的原生质体、红色荧光和绿色荧光共同存在的番茄与马铃薯的原生质体融合后所形成的原生质体。当观察到融合的细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光时，可判断该原生质体是由番茄和马铃薯融合而成的。(
18、4)过程表示将愈伤组织培养成植物体，该过程属于再分化，其实质是基因的选择性表达，培养基常添加的植物激素是生长素和细胞分裂素。(5)杂种细胞的染色体数为融合前两种细胞染色体数之和，即m+n。“番茄马铃薯”细胞在有丝分裂后期，着丝点分裂、姐妹染色单体分开，使得杂种细胞中的染色体数目加倍为2(m+n)。杂种植株的花粉经离体培养形成的植株属于单倍体。答案：(1)细胞膜的流动性、植物细胞的全能性(2)形成了新的细胞壁(3)聚乙二醇(PEG)3融合的细胞表面既有红色荧光又有绿色荧光(4)基因的选择性表达生长素和细胞分裂素(5)2(m+n)单倍体【易错提醒】植物体细胞杂交的认识误区(1)生殖方式：类似于有性
19、生殖，只是没有通过减数分裂产生染色体数目减半的生殖细胞，因此不遵循孟德尔遗传规律。(2)产生后代：属于多倍体。杂种植株细胞中染色体数目等于双亲体细胞中染色体数目之和。2.(15分)如图是利用现代生物技术改良草莓品系的过程，据图回答：(1)将野生绿色草莓的叶片离体组织培养成四倍体试管苗的过程，体现了植物细胞的_，此过程中秋水仙素的作用机理是_。(2)过程中欲获得_，可从蛋白酶抑制剂基因、生长素诱导基因中选择_作为目的基因，通常用_法导入受体细胞，基因表达载体除包括目的基因外，还必须有_及标记基因等。(3)过程可以先用_分别获得抗虫草莓和凤梨草莓的单倍体，再利用_技术获得同时具凤梨口味和抗虫特性的
20、六倍体草莓，该技术常用的化学诱导剂是_。【解析】(1)将野生绿色草莓的叶片离体组织培养成四倍体试管苗的过程，体现了植物细胞的全能性，此过程中秋水仙素的作用机理是抑制纺锤体形成(从而引起细胞内染色体数目加倍)。(2)过程中欲获得抗虫草莓，可将蛋白酶抑制剂基因作为目的基因，通常用农杆菌转化法导入受体细胞，基因表达载体除包括目的基因外，还必须有启动子、终止子及标记基因等。(3)过程可以先用花药离体培养分别获得抗虫草莓和凤梨草莓的单倍体，再利用植物体细胞杂交技术获得同时具凤梨口味和抗虫特性的六倍体草莓，该技术常用的化学诱导剂是聚乙二醇。答案：(1)全能性抑制纺锤体形成(从而引起细胞内染色体数目加倍)(2)抗虫草莓蛋白酶抑制剂基因农杆菌转化启动子、终止子(3)花药离体培养植物体细胞杂交聚乙二醇 - 8 -
