课时1 植物细胞工程的基本技术

配子也具有发育成完整个体所必需的全部基因，花药离体培养证明植物的配子也能表现出全能性， $ \mathrm{A} $ 错误；植物体细胞具有发育成完整个体所需的全部基因，但高度分化的植物细胞只有在离体状态下才可能表现出全能性， $ \mathrm{B} $ 错误；在植物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性，如高度分化的细胞没有表现出全能性， $ \mathrm{C} $ 正确；将花粉细胞的全能性，玉米种子中有植物体的幼体，发育成完整植株不能体现细胞的全能性， $ \mathrm{D} $ 错误。

原生质层是由细胞膜、液泡膜以及这两层膜之间的细胞质组成，过程①获得的原生质体是植物细胞去除了细胞壁后的结构， $ \mathrm{A} $ 错误；获取的原生质体不宜悬浮在低渗溶液中，以防止其吸水涨破， $ \mathrm{B} $ 正确；过程②为诱导芽分化，需要适当提高细胞分裂素的比例， $ \mathrm{C} $ 错误；过程③表示诱导根的分化形成幼苗，在此之前细胞壁已经形成，且秋水仙素不能诱导细胞壁再生， $ \mathrm{D} $ 错误。

植物组织培养过程中，决定其生长发育方向的关键激素是生长素和细胞分裂素， $ \mathrm{A} $ 错误；外植体消毒时，采用酒精消毒并用无菌水冲洗后，用次氯酸钠溶液再次消毒并冲洗， $ \mathrm{B} $ 正确；过程①脱分化形成愈伤组织，一般不需要光照，过程②再分化需要给予适宜光照， $ \mathrm{C} $ 错误；通过植物组织培养快速繁殖甜叶菊植株依据的原理是植物细胞的全能性， $ \mathrm{D} $ 错误。

实验所用叶片、嫩芽和花芽等外植体需要经过消毒后才能进行培养，灭菌采取强烈的理化方法会损伤外植体， $ \mathrm{A} $ 错误；诱导愈伤组织形成通常使用固体培养基， $ \mathrm{B} $ 错误。

过程①用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁获得的原生质体应放在等渗溶液中，放在蒸馏水中会使原生质体吸水涨破， $ \mathrm{A} $ 错误；过程②是原生质体融合，利用了细胞膜具有一定的流动性的原理，但不能体现植物细胞的全能性， $ \mathrm{B} $ 错误； $ \mathrm{P}\mathrm{E}\mathrm{G} $ 融合法属于化学法， $ \mathrm{C} $ 错误；过程③筛选抗黄龙病且对嫁接接穗有亲和力的品种，需对杂种植物进行嫁接接穗并接种黄龙病病原体， $ \mathrm{D} $ 正确。

植物体细胞杂交是将不同来源的植物体细胞在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术，该技术可以克服二者远缘杂交不亲和的障碍，获得不引起鼓胀的牧草， $ \mathrm{A} $ 正确；利用显微镜观察杂种细胞染色体的形态和数目，能判断杂种细胞的融合类型， $ \mathrm{B} $ 错误；获得的杂种植株的染色体数为28条，是异源四倍体，理论上能够正常联会产生配子， $ \mathrm{C} $ 错误；过程③（再分化）由于基因的选择性表达，同一个体不同细胞中核 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 相同，但 $ \mathrm{R}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 和蛋白质不完全相同， $ \mathrm{D} $ 错误。

（1） 培育“番茄—马铃薯”杂种植株利用了植物体细胞杂交技术，将两种植物细胞融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成杂种植株，依据的生物学原理是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。

（2） 过程①为去壁，该过程需要采用酶解法，即用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁获得植物原生质体。人工诱导原生质体融合的方法有物理法和化学法，物理法包括电融合法、离心法等，化学法包括聚乙二醇 $ (\mathrm{P}\mathrm{E}\mathrm{G}) $ 融合法、高 $ {\mathrm{C}\mathrm{a}}^{2+}— $ 高 $ \mathrm{p}\mathrm{H} $ 融合法等。当杂种细胞再生出细胞壁时，意味着原生质体融合已经完成。

（3） 过程④为脱分化，表示将杂种细胞培育成愈伤组织的过程；过程⑤为再分化，表示将愈伤组织培育成胚状体进而培育成幼苗的过程。从脱分化到再分化需要更换新的培养基，因为脱分化诱导形成愈伤组织和愈伤组织再分化形成幼苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同。与过程④（脱分化）相比，过程⑤（再分化）需要提供光照，这是因为再分化产生幼苗的过程需要长芽，芽中叶绿素的合成需要光照。

（4） 植物体细胞杂交技术能够通过细胞融合技术将不同物种的遗传物质组合到同一个体中，实现不同物种间的基因交流，故能打破不同物种间的生殖隔离，实现远缘杂交。

细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值 $ (\dfrac{m}{n}) $ 低时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值高时，有利于芽的分化、抑制根的形成；比值适中时，促进愈伤组织的形成。因此不同阶段 $ \dfrac{m}{n} $ 的值是不同的，此值最大的阶段是Ⅱ阶段， $ \mathrm{A} $ 正确。Ⅰ阶段为脱分化，一般不需要光照，Ⅱ、Ⅲ阶段需要给予适当的光照， $ \mathrm{B} $ 错误。Ⅰ阶段时通常选择茎尖、幼叶等作为外植体，原因是茎尖、幼叶细胞分化程度低，容易诱导产生愈伤组织， $ \mathrm{C} $ 正确。Ⅰ阶段诱导形成的愈伤组织细胞处于不断分裂的未分化状态，而秋水仙素诱导多倍体形成的机理是抑制有丝分裂过程中纺锤体的形成，从而使细胞内染色体数目加倍，所以在Ⅰ阶段用秋水仙素对材料进行处理容易获得多倍体， $ \mathrm{D} $ 正确。

若将融合的原生质体置于无菌水中，由于无细胞壁的限制，原生质体可能会吸水涨破， $ \mathrm{A} $ 错误；愈伤组织无叶绿体，叶肉细胞含有叶绿体，可通过观察叶绿体的有无，即有无绿色作为初步筛选杂种细胞的标志， $ \mathrm{B} $ 正确；杂种植株的核 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 只来自早花柠檬，而线粒体 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 只来自山金柑，因此不会保留并成功表达山金柑和早花柠檬全部性状， $ \mathrm{C} $ 错误；杂种植株核 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 与早花柠檬核 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 完全相同，而早花柠檬属于二倍体生物，故杂种植株应该是二倍体， $ \mathrm{D} $ 错误。

（1） 植物组织培养的理论基础是植物细胞具有全能性，全能性是指细胞经过分裂和分化后，仍具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。

（2） ① 观察图1，与对照组相比，2， $ 4-\mathrm{D}-\mathrm{C}\mathrm{I}\mathrm{M} $ 组中 $ \mathrm{I}\mathrm{A}\mathrm{A} $ 合成酶基因 $ (YUC) $ 相对表达量明显降低，说明较高浓度2， $ 4-\mathrm{D} $ 抑制 $ \mathrm{I}\mathrm{A}\mathrm{A} $ 的合成。

② 研究者推测，一定量 $ \mathrm{I}\mathrm{A}\mathrm{A} $ 有利于愈伤组织的形成。为证明该推测，在2， $ 4-\mathrm{D}-\mathrm{C}\mathrm{I}\mathrm{M} $ 的基础上，再分别添加 $ \mathrm{I}\mathrm{A}\mathrm{A} $ 、 $ \mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{A} $ ，检测接种后外植体细胞 $ \mathrm{I}\mathrm{A}\mathrm{A} $ 响应基因 $ W1 $ 的表达情况，同时还测量了各组愈伤组织的形成量。增加两个 $ \mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{A} $ 组是为了进一步确认影响愈伤组织形成的可能是生长素类调节剂的种类而非含量。

（3） 根据实验结果可知，较高浓度2， $ 4-\mathrm{D} $ 抑制 $ \mathrm{I}\mathrm{A}\mathrm{A} $ 合成酶基因 $ (YUC) $ 的表达，从而抑制 $ \mathrm{I}\mathrm{A}\mathrm{A} $ 合成， $ \mathrm{I}\mathrm{A}\mathrm{A} $ 促进 $ W1 $ 基因表达，有利于愈伤组织形成，且较高浓度2， $ 4-\mathrm{D} $ 可促进愈伤组织增殖，模式图见答案。