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一、植物组织培养技术
1. 理论依据
植物组织培养技术的基本原理是细胞全能性,这是因为每个活的体细胞中都包含本物种的全部遗传信息。
2. 基本过程
脱分化:又叫去分化,是由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程。
再分化:愈伤组织继续培养,重新分化成根或芽等器官的过程。
愈伤组织:细胞排列疏松、无规则,是高度液泡化的、呈无定型状态的薄壁细胞。
3. 必须满足的基本条件
(1)植物组织或细胞处于离体状态下;
(2)外部环境条件适宜,如温度、PH、光照、无菌操作;
(3)必要的营养条件,如水、有机营养、矿质营养、维生素等营养物质和植物激素。
例1 用高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织,下列叙述错误的是( )
A. 该愈伤组织的细胞经过脱分化和分裂形成
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生芽能力的胚状结构
解析 愈伤组织是经过脱分化后,细胞分裂形成的具有生根生芽能力的胚状结构,该结构主要是由排列疏松的薄壁细胞组成。所有的植物细胞都具有全能性,愈伤组织细胞也具有全能性。
答案 B
二、植物体细胞杂交
1. 原理
细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。
2. 过程(如下图)
3. 关键环节
(1)用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,获得有活力的原生质体;
(2)诱导原生质体融合的方法:物理法(离心、振动、电激)及化学法(聚乙二醇PEG)。
4. 实质:不同植物细胞的原生质体的融合。
5. 融合细胞的类型
既有AB型杂种细胞,还能形成AA型和BB型两种融合细胞,但只有AB型细胞是植物体细胞杂交所形成的杂种细胞,因此在杂种细胞形成后还应有一个筛选过程。
6. 意义
克服远缘杂交不亲和的障碍,打破物种之间的生殖隔离、扩大遗传重组范围。
7. 植物细胞杂交与传统杂交比较
A. 植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍
B. 杂种细胞经过④和⑤过程可以培育成杂种植株,说明杂种细胞具有全能性
C. 尽管愈伤组织可以进行光合作用,但其培养基中仍需要糖类、氨基酸等有机营养
D. 若A的基因型为Rr,B的基因型为Yy,则最终形成的杂种植株的基因型为RrYy
解析 植物细胞杂交的结果是两个植物体细胞中的遗传物质融合到一个细胞中去,故形成的杂种细胞基因应是两者之和;愈伤组织不能进行光合作用,只能从培养基中吸取营养物质,故培养基中仍需要糖类、氨基酸等有机营养。
答案 C
【练习】
1. 在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中,下列哪一项条件是不需要的( )
A. 消毒灭菌 B. 适宜的温度
C. 充足的光照 D. 适宜的养料和激素
2. 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,右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。下列说法错误的是( )
A. 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”是紫草叶肉细胞经过脱分化和再分化而获得的
B. 从图中可以看出反应器中紫草细胞的生长呈现S型增长规律
C. 从图中可以看出反应器中影响紫草素产量的因素是细胞数量和细胞所处的生长期
D. 在培养过程中,要不断通入无菌空气并进行搅拌的目的是保证氧气供应充足,并使细胞与培养液充分接触
3. 植物体细胞杂交能解决不同种植物之间由于生殖隔离而不能进行有性杂交的问题,植物体细胞杂交过程不涉及( )
A. 使用纤维素酶和果胶酶
B. 使用限制性核酸内切酶
C. 诱导两种不同细胞融合
D. 选择有利于杂种细胞分裂和分化的培养基
4. 下列各项中需要利用植物的微型繁殖技术的是( )
A. 柳树芽发育成新个体
B. 水稻种子萌发并长成新个体
C. 扦插的葡萄枝条长成新个体
D. 兰花的茎尖组织培养成兰花的幼苗
【参考答案】
1. C 2. A 3. B 4. D
1. 理论依据
植物组织培养技术的基本原理是细胞全能性,这是因为每个活的体细胞中都包含本物种的全部遗传信息。
2. 基本过程
脱分化:又叫去分化,是由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程。
再分化:愈伤组织继续培养,重新分化成根或芽等器官的过程。
愈伤组织:细胞排列疏松、无规则,是高度液泡化的、呈无定型状态的薄壁细胞。
3. 必须满足的基本条件
(1)植物组织或细胞处于离体状态下;
(2)外部环境条件适宜,如温度、PH、光照、无菌操作;
(3)必要的营养条件,如水、有机营养、矿质营养、维生素等营养物质和植物激素。
例1 用高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织,下列叙述错误的是( )
A. 该愈伤组织的细胞经过脱分化和分裂形成
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生芽能力的胚状结构
解析 愈伤组织是经过脱分化后,细胞分裂形成的具有生根生芽能力的胚状结构,该结构主要是由排列疏松的薄壁细胞组成。所有的植物细胞都具有全能性,愈伤组织细胞也具有全能性。
答案 B
二、植物体细胞杂交
1. 原理
细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。
2. 过程(如下图)
3. 关键环节
(1)用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,获得有活力的原生质体;
(2)诱导原生质体融合的方法:物理法(离心、振动、电激)及化学法(聚乙二醇PEG)。
4. 实质:不同植物细胞的原生质体的融合。
5. 融合细胞的类型
既有AB型杂种细胞,还能形成AA型和BB型两种融合细胞,但只有AB型细胞是植物体细胞杂交所形成的杂种细胞,因此在杂种细胞形成后还应有一个筛选过程。
6. 意义
克服远缘杂交不亲和的障碍,打破物种之间的生殖隔离、扩大遗传重组范围。
7. 植物细胞杂交与传统杂交比较
A. 植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍
B. 杂种细胞经过④和⑤过程可以培育成杂种植株,说明杂种细胞具有全能性
C. 尽管愈伤组织可以进行光合作用,但其培养基中仍需要糖类、氨基酸等有机营养
D. 若A的基因型为Rr,B的基因型为Yy,则最终形成的杂种植株的基因型为RrYy
解析 植物细胞杂交的结果是两个植物体细胞中的遗传物质融合到一个细胞中去,故形成的杂种细胞基因应是两者之和;愈伤组织不能进行光合作用,只能从培养基中吸取营养物质,故培养基中仍需要糖类、氨基酸等有机营养。
答案 C
【练习】
1. 在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中,下列哪一项条件是不需要的( )
A. 消毒灭菌 B. 适宜的温度
C. 充足的光照 D. 适宜的养料和激素
2. 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,右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。下列说法错误的是( )
A. 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”是紫草叶肉细胞经过脱分化和再分化而获得的
B. 从图中可以看出反应器中紫草细胞的生长呈现S型增长规律
C. 从图中可以看出反应器中影响紫草素产量的因素是细胞数量和细胞所处的生长期
D. 在培养过程中,要不断通入无菌空气并进行搅拌的目的是保证氧气供应充足,并使细胞与培养液充分接触
3. 植物体细胞杂交能解决不同种植物之间由于生殖隔离而不能进行有性杂交的问题,植物体细胞杂交过程不涉及( )
A. 使用纤维素酶和果胶酶
B. 使用限制性核酸内切酶
C. 诱导两种不同细胞融合
D. 选择有利于杂种细胞分裂和分化的培养基
4. 下列各项中需要利用植物的微型繁殖技术的是( )
A. 柳树芽发育成新个体
B. 水稻种子萌发并长成新个体
C. 扦插的葡萄枝条长成新个体
D. 兰花的茎尖组织培养成兰花的幼苗
【参考答案】
1. C 2. A 3. B 4. D