2.2 通过体细胞杂交可获得新的植物体-【步步高】2023-2024学年高二生物学选择性必修3 生物技术与工程（浙科版）

第二节　通过体细胞杂交可获得新的植物体 [学习目标]　概述植物体细胞杂交的过程。 1．原生质体获得的方法 2．植物体细胞杂交 提醒　(1)原生质体融合利用了细胞膜的流动性，杂种细胞发育成杂种植株利用了细胞的全能性。 (2)通过植物体细胞杂交获得的杂种植株具有双亲的性状属于无性繁殖，原因是没有生殖细胞的形成和结合。 判断正误 (1)在用酶解法降解细胞壁之前，需要先用较高渗透压溶液处理细胞(　　) (2)原生质体的融合依赖于细胞膜的流动性(　　) (3)原生质体包括细胞膜、液泡膜及这两层膜之间的细胞质(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)× 任务：植物体细胞杂交的过程 如图是“白菜—甘蓝”杂种植株的培育过程示意图，请回答下列问题： (1)步骤①需要用到的试剂是什么？ 提示　纤维素酶和果胶酶混合液。 (2)步骤②所用的方法有哪些？ 提示　电刺激、离心、振荡、聚乙二醇等诱导。 (3)白菜原生质体与甘蓝原生质体融合后，混合物中有哪几种类型(只考虑两两融合)？而我们需要的是哪种类型？所以原生质体融合后，我们要进行怎样的处理？ 提示　有3种类型：白菜—白菜融合细胞、白菜—甘蓝融合细胞、甘蓝—甘蓝融合细胞；我们需要的是白菜—甘蓝融合细胞；因此要对融合后的原生质体进行鉴定和筛选。 　植物体细胞杂交的过程 (1)原生质体融合成功的标志是再生出细胞壁。 (2)植物体细胞杂交的结果是获得杂种植株。 (3)原生质体是植物细胞去除细胞壁之后的剩余部分，既可用于植物体细胞杂交，又可作为植物基因工程的理想受体。 野生黑芥具有黑腐病的抗性基因，而花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病。利用相关工程技术可以获得抗黑腐病杂种黑芥—花椰菜植株。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化，并丧失再生能力，再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合，流程如图所示。请据图回答下列问题： (1)该过程用到的细胞工程技术有____________________、____________________。 (2)过程①所需的酶是______________，过程②中聚乙二醇(PEG)的作用是_______________，经过②过程操作后，需筛选出融合的杂种细胞，显微镜下观察融合的活细胞中有黑芥叶肉细胞的__________(填写细胞器名称)存在可作为初步筛选杂种细胞的标志。 (3)原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的____________，维持原生质体的形态和活性。原生质体经过细胞壁再生，进而脱分化形成____________。 (4)若分析再生植株的染色体畸变类型，应剪取再生植株和双亲植株的根尖，制成临时装片，在显微镜下观察并比较染色体的________________。将杂种植株栽培在含有_______________的环境中，可筛选出具有高抗性的杂种植株。 答案　(1)植物组织培养　植物体细胞杂交　(2)纤维素酶和果胶酶　促进(或诱导)原生质体的融合　叶绿体　(3)渗透压　愈伤组织　(4)形态和数目　黑腐病菌 题组一　原生质体的培养 1．在不损伤植物细胞内部结构的情况下，下列可用于去除细胞壁的物质是(　　) A．蛋白酶 B．纤维素酶 C．盐酸 D．淀粉酶 答案　B 2．将植物细胞去壁后制成原生质体，下列说法错误的是(　　) A．细胞可能更易被克隆 B．更有利于转入外源基因 C．细胞间融合更易发生 D．细胞全能性不能表达 答案　D 3．下列关于原生质体培养的说法，正确的是(　　) A．原生质体培养技术解决了细胞膜的存在导致植物组织培养困难的问题 B．获得原生质体的常用方法是用蛋白酶处理细胞 C．获得原生质体时要在低于细胞内浓度的甘露醇溶液环境下处理 D．原生质体是球形的 答案　D 解析　细胞膜的存在不是导致植物组织培养困难的原因，A错误；制备原生质体常用的方法是用纤维素酶和果胶酶混合液去除植物细胞的细胞壁，B错误；制备原生质体时，甘露醇溶液的浓度要高于植物细胞中的细胞液浓度，目的是使细胞处于微弱的质壁分离状态，防止原生质体被破坏，C错误。 题组二　植物体细胞杂交 4．在植物细胞工程——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。如果将去除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 答案　B 5．(2023·湖州高二调研)下列关于原生质体及其制备的叙述，错误的是(　　) A．用纤维素酶和果胶酶混合液能降解植物细胞壁，体现了酶的专一性 B．失去细胞壁的原生质体呈现球形，体现了细胞壁维持细胞形态的作用 C．细胞壁具有全透性，与细胞的选择透过性无关 D．在0.5～0.6 mol/L的甘露醇溶液中，原生质体会因吸水发生适度膨胀 答案　D 解析　在0.5～0.6 mol/L的甘露醇溶液中，原生质体会因失水发生轻微的质壁分离，D错误。 6．通过植物体细胞杂交，获得一个杂种植株，需要的步骤是(　　) A．分离原生质体→诱导原生质体融合→再生出细胞壁→组织培养→杂种植株 B．分离原生质体→原生质体自然融合→组织培养→杂种植株 C．获取细胞→诱导细胞融合→组织培养→杂种植株 D．获取细胞→细胞自然融合→组织培养→杂种植株 答案　A 7．为获得性状优良的新品种作物，设计植物体细胞杂交实验时，通常不需要考虑的是(　　) A．选择具有优良性状的亲本 B．选择去除细胞壁的酶 C．亲本间存在的生殖隔离 D．培养基中生长素和细胞分裂素的浓度及比例 答案　C 解析　植物体细胞杂交技术能克服远缘杂交的不亲和性，所以不需要考虑植物亲本间存在的生殖隔离，C符合题意。 8．科研人员利用植物体细胞杂交技术培育矮牵牛新品种，技术流程如图所示。下列有关叙述正确的是(　　) A．愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞分化形成的 B．获得的杂种植株能表现出双亲的所有优良性状 C．聚乙二醇可诱导原生质体的融合及杂种细胞细胞壁的再生 D．用纤维素酶和果胶酶混合液处理愈伤组织以获得原生质体 答案　D 解析　愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞脱分化形成的，A错误；由于基因的选择性表达和基因间的互作效应，获得的杂种植株不一定能够表现亲本所有的优良性状，B错误；可用聚乙二醇诱导原生质体甲和原生质体乙的融合，但不能诱导细胞壁的再生，C错误；由于植物细胞壁的成分主要是纤维素和果胶，故可以用纤维素酶和果胶酶混合液处理愈伤组织以获得原生质体，D正确。 9．为培育具有市场竞争力的无籽柑橘，研究者设计如下流程。下列相关叙述正确的是(　　) A．过程②依赖膜的选择透过性 B．通过过程②得到的两两融合细胞只有杂种细胞 C．过程③得到的植株是不同于柑橘A、B的新物种 D．通过过程③得到的试管苗需炼苗后再移栽入土 答案　D 解析　过程②原生质体的融合依赖膜的流动性，A错误；通过过程②得到的两两融合细胞除了杂种细胞外，还有同种细胞的融合细胞，如柑橘A－柑橘A融合细胞、柑橘B－柑橘B融合细胞，B错误；二倍体柑橘A的花药离体培养获得的柑橘A为单倍体，体细胞中含有一个染色体组，过程③得到的植株是三倍体，减数分裂时同源染色体联会紊乱，不能产生正常配子，不能产生可育后代，不是新物种，C错误；为了提高成活率，通过植物组织培养得到的试管苗，必须通过移栽炼苗后方可进行大田栽培，D正确。 10．(2023·宁波高二期中)用愈伤组织中的胚性细胞获得转基因植株的流程如图所示，其中①～③表示过程。下列相关叙述错误的是(　　) A．①过程去除细胞壁可提高②过程中目的基因导入的成功率 B．①过程需要使用甘露醇溶液，用NaCl或蔗糖溶液也可能达到相同效果 C．除了图示途径外，植物体细胞杂交也可能克服远缘杂交的不亲和性 D．原生质体为球形，③过程中细胞胞质分裂的方式与动物细胞类似 答案　D 解析　①过程需要使用一定浓度的甘露醇溶液(较高渗透压)，目的是利于完整原生质体的释放、防止原生质体被破坏以及更好地进行酶解，如果用NaCl或蔗糖溶液，只需要浓度适宜，也可能达到相同效果，B正确；融合后的原生质体具有生物活性，但不具有细胞壁，需要再生出细胞壁后才能进行分裂，③过程细胞分裂时会形成细胞板，进而形成细胞壁，与动物细胞胞质分裂的方式不同，D错误。 11．如图是研究人员利用甘蓝和萝卜的体细胞为材料获得甘蓝－萝卜杂交植株的操作流程图。下列叙述错误的是(　　) A．需将两种植物细胞置于较高渗透压的溶液中，利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁 B．图中X是愈伤组织，除图示途径外，还可通过形成胚状体获得再生植株 C．培养基中的生长素相对浓度大于细胞分裂素浓度时利于长芽 D．若在融合过程中会丢失来自甘蓝的染色体，利用这一特点可对甘蓝进行基因定位 答案　C 解析　培养基中的生长素相对浓度大于细胞分裂素浓度时利于生根，C错误。 12．紫花苜蓿产量高，营养丰富，但耐酸性差，作为饲料易造成家畜膨胀病；百脉根耐酸性强，叶片因富含缩合单宁可防止反刍动物膨胀病的发生。研究人员通过植物体细胞杂交最终获得抗膨胀病的新型苜蓿。下列相关叙述不正确的是(　　) A．在不同的培养阶段，培养基中的生长素和细胞分裂素的比例不同 B．诱导原生质体融合的方法是物理法、化学法和生物法 C．抗膨胀病型苜蓿新品种与紫花苜蓿、百脉根均不属于同一物种 D．体细胞杂交技术克服了远缘杂交的不亲和性 答案　B 解析　诱导原生质体融合的方法有物理法(电刺激、离心、振荡)和化学法(聚乙二醇)两种，B错误。 13．植物细胞工程包括植物组织培养、植物体细胞杂交等技术，具有广泛的应用前景和实用价值。下列对这些操作或应用描述错误的是(　　) A．植物组织培养技术可用于作物新品种的培育 B．利用植物组织培养技术可获得药物、调料、香料等 C.植物培养基中常用的植物生长调节物质一般可以分为生长素类、细胞分裂素类和赤霉素类 D．获取植物原生质体时，需在略低于细胞液浓度的蔗糖缓冲液中进行 答案　D 14. (2023·温州高二期中)如图是植物体细胞杂交过程示意图，请据图回答相关问题： (1)在植物体细胞杂交的过程中，①过程是去除植物细胞壁，分离出有活力的原生质体。目前此步骤最常用的方法是____________法。 (2)②过程的发生，必须进行人工诱导。人工诱导原生质体融合的物理方法是利用_________(至少答出两种方法)等促使原生质体融合；化学方法是用________等试剂作为诱导剂诱导融合。 (3)③过程表示融合后的原生质体再生出新的细胞壁，新细胞壁的生成与细胞内__________(填细胞器名称)有密切的关系。 (4)④⑤过程分别表示________和________过程，在④⑤过程中，细胞分裂的主要方式是____________。 (5)植物体细胞杂交在育种工作中具有广泛的应用价值，其突出的优点是可以_____________。 答案　(1)酶解　(2)离心、振荡、电刺激　聚乙二醇(PEG)　(3)高尔基体　(4)脱分化　再分化　有丝分裂　(5)克服远缘杂交的不亲和性 解析　(1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，根据酶的专一性原理，采用酶解法去除植物细胞壁，常用的酶是纤维素酶和果胶酶。(4)④是由杂种细胞形成愈伤组织的过程，表示脱分化，⑤是由愈伤组织形成杂种植株的过程，表示再分化；在④⑤过程中，细胞分裂的主要方式是有丝分裂，保证了遗传信息在亲代和子代细胞中的一致性。(5)植物体细胞杂交技术能克服远缘杂交的不亲和性，获得新品种。 15．如图为利用某种低产耐酸植物甲(4n)和高产不耐酸植物乙(2n)，培育高产耐酸植物丙的过程。请回答下列问题： (1)过程①应将甲、乙两种植物细胞分别置于含有______________________酶的混合溶液中，以制备原生质体甲′和乙′。 (2)植物丙′的体细胞中有________个染色体组，为筛选出耐酸的植物丙′，过程③所用的固体培养基需________________________________________。 (3)该育种技术涉及的生物学原理有________(填序号，多选)。 ①细胞膜的流动性　②细胞膜的选择透过性　③植物细胞的全能性　④细胞增殖 (4)利用单倍体育种技术，也可以利用上述低产耐酸植物甲(4n)和高产不耐酸植物乙(2n)培育出高产耐酸的新品种丁。下表是相关实验中的一些步骤，请根据题意完成以下表格。 实验目的 方法步骤要点 收集花粉 ①将品种甲和品种乙______________________后获得F1，收集F1花粉 获得可增殖分化的细胞 ②利用_____________技术中的脱分化过程，获得______________ 诱导单倍体幼苗的形成 ③通过改变培养基中的________________________________，实现诱导分化 获得染色体加倍的植株 ④用__________________________处理单倍体幼苗 获得新品种丁 筛选符合要求的植株，收获其所结种子 答案　(1)纤维素酶和果胶　(2)6　将pH调整为酸性　(3)①③④　(4)①植物体细胞杂交　 ②花药离体培养(植物组织培养)　愈伤组织　③生长素和细胞分裂素的浓度比例(植物激素的浓度和比例)　④一定浓度的秋水仙素(低温、温度骤变) 学科网（北京）股份有限公司 $$