1选择题
某生物科技公司利用现代生物技术开展育种与育苗生产。下列关于植物细胞工程与动物细胞工程的叙述,错误的是( )
- A. 植物组织培养的原理是植物细胞的全能性,其过程一般包括脱分化和再分化两个阶段
- B. 动物细胞培养需要适宜的温度、pH等条件,还需提供无菌、无毒的环境和适宜的气体环境
- C. 动物细胞核移植技术是动物克隆的基础,其实质是动物细胞核具有全能性
- D. 植物组织培养形成的愈伤组织细胞排列疏松、高度液泡化,细胞中已形成叶绿体,能进行光合作用
答案:D
解析:本题考查植物细胞工程与动物细胞工程的核心概念辨析。A项,植物组织培养的原理是植物细胞的全能性,过程包括脱分化(形成愈伤组织)和再分化(形成芽、根等器官进而形成完整植株),表述正确。B项,动物细胞培养需要适宜的温度、pH等环境条件,还需保证无菌、无毒环境和一定的气体环境(如95%空气加5%CO₂),表述正确。C项,动物细胞核移植技术是动物克隆的基础,其实质是动物细胞核具有全能性,表述正确。D项,愈伤组织是脱分化形成的薄壁细胞团,其细胞排列疏松、无定形、高度液泡化,但此时尚未形成叶绿体,不能进行光合作用,需要培养基提供有机营养,故D项错误。易错点:①混淆愈伤组织与再分化后形成的幼苗的形态结构特点;②误认为愈伤组织细胞含叶绿体。故选D。
2选择题
某科研团队开展"体细胞克隆"相关实验:从甲羊乳腺组织中取出体细胞进行培养,从乙羊卵巢中取出卵母细胞并去核,将甲羊体细胞的细胞核注入去核卵母细胞,构建重组细胞;重组细胞经激活、早期胚胎培养后,移植到丙羊子宫内,最终产下丁羊。下列关于该过程及相关细胞工程技术的叙述,正确的是( )
- A. 该技术的原理是动物细胞的全能性,与植物组织培养的原理相同
- B. 丁羊的绝大多数遗传物质来自提供细胞核的甲羊,因此丁羊的性别与甲羊一致
- C. 重组细胞能发育成早期胚胎,说明去核卵母细胞的细胞质对细胞核的全能性表达没有影响
- D. 动物细胞培养时只需提供营养物质,无需控制温度、pH 等环境条件
答案:B
解析:本题以动物体细胞核移植(克隆)为情境,考查动物细胞工程核心概念辨析。
A 项错误:动物体细胞核移植技术的原理是动物细胞核的全能性(细胞核具有发育成完整个体所需的全套遗传信息),而植物组织培养的原理是植物细胞的全能性。动物体细胞本身目前尚不能直接培养成完整个体,两者原理不同,不可混同。
B 项正确:丁羊的细胞核遗传物质来自甲羊体细胞,细胞质遗传物质(线粒体 DNA)少量来自乙羊卵母细胞,因此丁羊"绝大多数"遗传物质来自甲羊,性别由性染色体决定,随核供体甲羊,与甲羊性别一致。
C 项错误:去核卵母细胞的细胞质中含有促使细胞核全能性表达的物质(如相关蛋白质、mRNA 等),对细胞核重编程至关重要,说"没有影响"是典型易错点。
D 项错误:动物细胞培养需要适宜的温度(一般 36.5 ± 0.5 ℃)、pH(7.2~7.4)、渗透压、气体环境(95% 空气 + 5% CO₂)等,而非仅提供营养物质即可。
故选 B。
3填空题
某生物科技公司为快速繁育一种濒危兰科植物,设计了如下工程化生产流程:取该植物的幼嫩叶片,经消毒后切成小块,接种到含蔗糖、无机盐、植物激素(生长素和细胞分裂素)的培养基上,先避光培养一段时间形成愈伤组织,再转移至光照条件下继续培养,诱导出芽和根,最终获得大量完整植株。请回答:
(1)该技术属于植物细胞工程中的________技术,其原理是植物细胞具有________。
(2)由叶片小块形成愈伤组织的过程称为________,由愈伤组织形成芽和根的过程称为________;后一过程中,培养基中生长素与细胞分裂素的比值较高时,更有利于________的分化。
(3)与种子繁殖相比,该技术在保持母本________、实现种苗________化生产方面具有明显优势。
(4)若要培育同时具备抗虫与耐盐性状的新品种,可将抗虫基因与耐盐基因导入该植物细胞后再进行上述培养,这属于________(填"植物细胞工程"或"基因工程")与植物细胞工程的联合应用。
答案:(1)植物组织培养;全能性(细胞的全能性)。
(2)脱分化;再分化;根。
(3)遗传特性(优良性状);工厂(规模/快速)。
(4)基因工程。
解析:本题考查植物组织培养的过程与原理,属于概念辨析类填空。
(1)易错点:把"植物细胞工程"与"植物组织培养"混为一谈,或把原理误答为"细胞分裂"。核心是:植物组织培养的原理是植物细胞的全能性,即已分化的细胞仍具有发育成完整植株的潜能。
(2)易错点:混淆脱分化与再分化的顺序。正确顺序是:外植体 →(脱分化)→ 愈伤组织 →(再分化)→ 丛芽/胚状体 → 完整植株。脱分化是"由已分化状态回到未分化状态",再分化是"由愈伤组织重新分化出根、芽等器官"。另易错在激素比值:生长素/细胞分裂素比值高时利于生根,比值低时利于生芽。
(3)组织培养属于无性繁殖,能保持亲本(母本)的遗传特性,且繁殖速度快,可实现工厂化、规模化生产。
(4)导入外源基因属于基因工程(转基因技术),之后再借助组织培养将转基因细胞培育成植株,是基因工程与植物细胞工程的联合应用,两者原理不同,不可混淆。
4解答题
某科研团队计划通过植物组织培养技术快速繁育一种名贵观赏植物的脱毒苗,并通过动物细胞培养技术生产一种单克隆抗体药物。回答下列问题:
(1)植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性。请写出该技术的基本过程,并说明脱分化与再分化的含义。
(2)在植物组织培养过程中,需要对外植体进行严格消毒,培养基和接种工具需灭菌。请从细胞工程的角度说明植物组织培养为什么要求无菌操作。
(3)动物细胞培养与植物组织培养相比,在原理和培养结果上有何主要区别?
(4)若要获得克隆动物,需要采用动物细胞核移植技术。请说明该技术的原理,并指出供体细胞核与去核卵母细胞在其中各自的作用。
答案:(1)基本过程:外植体→脱分化→愈伤组织→再分化→丛芽或胚状体→完整植株。脱分化是指已分化的细胞失去特有的结构和功能,转变为未分化的愈伤组织细胞的过程;再分化是指愈伤组织细胞重新分化形成芽、根等器官,进而形成完整植株的过程。
(2)植物组织培养所用的培养基营养丰富(含蔗糖、氨基酸、植物激素等),极易滋生杂菌;杂菌生长会与培养物争夺营养,还会产生有害代谢产物毒害培养物,甚至导致培养失败,因此必须对外植体消毒、对培养基和工具灭菌,并在无菌条件下操作。
(3)原理上:植物组织培养的原理是植物细胞的全能性;动物细胞培养的原理是细胞增殖(有丝分裂),一般不能直接培育成完整个体。结果上:植物组织培养可获得完整植株;动物细胞培养一般只能获得细胞或细胞产物(如蛋白质药物)。
(4)动物细胞核移植的原理是动物细胞核具有全能性。供体细胞核提供全套遗传物质,决定克隆动物的绝大多数性状;去核卵母细胞体积大、营养丰富,其细胞质中含有促使细胞核全能性表达的物质和条件,能为早期胚胎发育提供营养和调控环境。
解析:本题围绕植物细胞工程与动物细胞工程的概念辨析设问,属基础偏中档题。第(1)问关键在于准确写出"外植体→脱分化→愈伤组织→再分化→完整植株"这一过程,易错点是漏写愈伤组织阶段,或把脱分化与再分化的顺序颠倒。第(2)问要求从"营养丰富易染菌、杂菌争夺营养并产生毒害"角度作答,易错点是只写"防止污染"而不说明原因。第(3)问核心是区分"全能性"与"细胞增殖",易错点是误认为动物细胞培养也能获得完整动物个体。第(4)问需答出"动物细胞核具有全能性",并区分供体细胞核(提供遗传物质)与去核卵母细胞(提供细胞质环境、促使核全能性表达)的作用,易错点是混淆两者功能或答成"细胞全能性"而非"细胞核全能性"。
5解答题
某生物科技公司利用植物细胞工程技术规模化生产名贵兰花的种苗。已知信息:技术流程为:取兰花幼嫩叶片,消毒后切成小块,接种到含蔗糖、无机盐、植物激素(生长素和细胞分裂素)的培养基上,先避光培养一段时间,外植体细胞分裂形成愈伤组织;再转移到光照条件下继续培养,愈伤组织分化出芽和根,最终获得完整幼苗。回答下列问题:
(1)该技术的名称是什么?其原理是什么?
(2)流程中由外植体形成愈伤组织的过程称为________,由愈伤组织形成芽和根的过程称为________。这两个过程的根本区别在于________。
(3)培养基中生长素与细胞分裂素的比值会影响愈伤组织的分化方向。若某次培养中愈伤组织只分化出大量芽而几乎不生根,从激素配比角度推测原因是什么?
(4)与传统的种子繁殖相比,该技术在保持优良性状方面有何优势?请说明理由。
答案:(1)技术名称:植物组织培养。原理:植物细胞的全能性(已分化的植物细胞仍具有发育成完整植株的潜能)。
(2)脱分化;再分化。区别:脱分化使已分化的细胞失去原有结构和功能,转变为未分化的愈伤组织(恢复分裂能力);再分化使愈伤组织细胞重新分化,形成芽、根等器官,最终形成完整植株。
(3)培养基中细胞分裂素与生长素的比值偏高(细胞分裂素相对含量较高),促进芽的分化而抑制根的分化。
(4)该技术属于无性繁殖(植物克隆),后代由同一外植体细胞经有丝分裂产生,遗传物质与亲本一致,不发生性状分离,能稳定保持优良品种的性状;而种子繁殖(有性生殖)中基因重组会导致后代出现性状分离。
解析:本题考查植物组织培养的过程与原理,属于概念辨析题。易错点:①混淆脱分化与再分化的顺序和实质——脱分化在前、形成愈伤组织,再分化在后、形成器官,很多同学把二者颠倒或把愈伤组织误当作已分化的组织;②把植物组织培养的原理答成"基因的选择性表达"或"细胞分裂",正确原理是细胞的全能性;③激素比值影响分化方向的规律记反(生长素/细胞分裂素比值高利于生根,比值低利于生芽);④比较繁殖方式时只说"快",未从"无性生殖、不发生性状分离"的角度解释保持优良性状的原因。
6解答题
我国某科研团队以"中中""华华"克隆猴的培育技术为基础,开展濒危灵长类动物的保护研究。已知信息:该团队将供体猴A的体细胞的细胞核取出,注入去核的猴B的卵母细胞中,构建重组细胞;重组细胞经激活后进行早期胚胎培养,再将胚胎移植到代孕母猴C的子宫内,最终产下与猴A遗传物质基本相同的幼猴。回答下列问题:
(1)该技术的核心操作是什么?其在动物生物技术中的地位如何?
(2)从遗传物质来源分析,克隆幼猴的核遗传物质主要来自哪只猴?细胞质遗传物质主要来自哪只猴?这一结果说明了什么?
(3)与植物组织培养相比,动物细胞培养通常需要________、________等适宜的环境条件(写出两项);动物体细胞不能直接发育成完整个体,这与植物细胞相比说明了什么差异?
(4)有人认为"克隆幼猴的性状应与猴A完全相同",请评价这一观点并说明理由。
答案:(1)核心操作:动物细胞核移植技术(将体细胞核移入去核卵母细胞中)。它是动物克隆技术的基础。
(2)核遗传物质主要来自猴A(供体体细胞),细胞质遗传物质主要来自猴B(去核卵母细胞)。说明生物的性状主要由细胞核中的遗传物质控制,细胞质基因也有一定影响。
(3)适宜的温度、适宜的酸碱度(pH)(还可填:无菌、无毒环境,适宜的气体环境,含血清/血浆的培养液等,任选两项)。差异:高度分化的动物体细胞全能性受到限制,其细胞核仍具全能性(核的全能性),而植物细胞(在离体、一定营养和激素条件下)能直接表达全能性发育成完整植株。
(4)该观点不正确。因为克隆幼猴的细胞质遗传物质来自猴B,且生物的性状是基因与环境共同作用的结果,发育过程中的环境条件、表观遗传修饰等也会影响性状,因此幼猴与猴A只是"遗传物质基本相同",性状不会完全相同。
解析:本题考查动物细胞培养条件、动物细胞核移植与克隆的概念辨析,与植物细胞工程进行对比。易错点:①把"动物克隆的原理"答成"细胞的全能性"——动物克隆依据的是动物细胞核的全能性,核心技术是核移植,这是与植物组织培养(依据细胞全能性)的最大区别;②遗传物质来源判断错误,应区分核遗传物质(供体)与细胞质遗传物质(受体卵母细胞);③动物细胞培养条件漏答"无菌无毒、适宜温度和pH、气体环境、加血清"等;④误认为克隆个体与供体性状完全一致,忽略细胞质基因、环境因素与表观遗传的影响。
7解答题
某生物科技公司为实现名贵观赏兰花的工厂化快繁,设计了如下技术路线:取兰花的幼嫩茎段,经表面消毒后接种到含有蔗糖、矿质元素、植物激素(生长素与细胞分裂素)的MS培养基上,先在避光条件下培养一段时间,形成一团薄壁细胞团(愈伤组织);再将愈伤组织转接到调整了生长素与细胞分裂素比例的培养基上,并给予适宜光照,最终获得完整植株。回答下列问题:
(1)该技术路线所依据的生物学原理是什么?请简要说明为什么一个已分化的茎段细胞仍能形成完整植株。
(2)从茎段形成愈伤组织的过程称为________,从愈伤组织形成芽和根的过程称为________。若在第二步中细胞分裂素用量明显高于生长素用量,通常更有利于________(填"芽的形成"或"根的形成")。
(3)与种子繁殖相比,该技术路线在保持品种优良性状方面有何优势?
(4)有人认为"植物组织培养属于无性繁殖,因此所得植株的遗传物质一定与亲本完全相同"。请判断该说法是否严谨,并说明理由。
答案:(1)原理是植物细胞的全能性,即已分化的植物细胞仍含有该物种全套遗传物质,在离体、适宜的营养与激素条件下,能脱分化并再分化形成完整植株。
(2)脱分化;再分化;芽的形成。
(3)该过程不经过减数分裂与受精作用,属于无性繁殖,后代由母体体细胞经有丝分裂产生,能稳定保持亲本的优良性状,不易发生性状分离。
(4)不严谨。虽然组织培养属于无性繁殖、一般能保持亲本性状,但培养过程中细胞可能发生基因突变或染色体变异(如组织培养中出现的体细胞无性系变异),因此不能说遗传物质"一定"完全相同。
解析:本题考查植物组织培养的原理与两个关键过程。易错点:①混淆"脱分化"(已分化细胞→愈伤组织)与"再分化"(愈伤组织→根、芽等器官),顺序不可颠倒;②激素比例与器官分化的对应关系——生长素/细胞分裂素比值高利于生根,比值低利于生芽,比值适中利于愈伤组织生长;③误认为无性繁殖后代遗传物质绝对不变,忽略组织培养中可能出现的突变与染色体变异。作答时应紧扣"全能性—脱分化—再分化"这条主线。
8解答题
我国科研团队开展了珍稀濒危哺乳动物的保护性克隆研究。技术路线如下:从供体动物A的体细胞中取出细胞核,注入已去核的动物B的卵母细胞中,构建重组细胞;重组细胞经人工激活后进行早期胚胎培养,发育至适宜阶段的胚胎再移植到代孕母体C的子宫内,最终产下幼崽D。回答下列问题:
(1)该技术的核心操作是________,它是动物克隆技术的基础。与之相比,植物细胞工程中获得完整植株主要依赖________原理。
(2)在构建重组细胞前,必须对卵母细胞进行"去核"处理,其目的是什么?
(3)幼崽D的绝大多数遗传物质来自________(填"A"、"B"或"C"),但其细胞质中的线粒体DNA主要来自________。由此说明克隆动物并不与供体A的遗传物质完全相同。
(4)与植物组织培养相比,动物细胞培养通常不能直接获得完整个体,请从细胞全能性角度简要分析其原因。
答案:(1)动物体细胞核移植技术;植物细胞的全能性。
(2)去除卵母细胞的核,保证重组细胞的核遗传物质全部(主要)来自供体细胞核,避免卵母细胞自身核遗传物质的干扰。
(3)A;B。幼崽D的核基因来自供体A,细胞质基因(线粒体DNA)主要来自提供卵母细胞的动物B,故其遗传物质并非与A完全一致。
(4)植物细胞一般具有全能性,在离体和适宜条件下可表达;动物体细胞的全能性受到严格限制,其细胞核虽具有全能性,但已分化的动物细胞本身难以在离体培养条件下直接发育成完整个体,故动物细胞培养一般只能获得细胞或细胞产物,需借助核移植才能获得克隆个体。
解析:本题考查动物细胞核移植与植物组织培养的概念辨析,是本册最易混淆的一组概念。易错点:①误写"细胞融合"或"胚胎移植"作为核心操作,克隆的核心是核移植,胚胎移植只是后续环节;②误以为克隆动物的遗传物质100%来自供体A,忽略卵母细胞细胞质(线粒体DNA)来自B,这是常考的说理点;③混淆"细胞核具有全能性"与"动物细胞具有全能性",动物体细胞本身全能性受限,是动物细胞工程与植物细胞工程的根本区别;④混淆代孕母体C的作用——仅提供胚胎发育的子宫环境,不提供遗传物质。结论:植物细胞工程看全能性,动物细胞工程看核移植。