第33讲 生物技术在其他方面的应用1.(2022江苏单科,29,9分)为了获得植物次生代谢产物,先用植物外植体获得愈伤组织,然后在液体培养基中悬浮培养。请回答下列问题:(1)外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为 。 (2)在愈伤组织悬浮培养时,细胞干重、蔗糖浓度和pH的变化如图所示。细胞干重在12d后下降的原因有 ;培养液中蔗糖的作用是 、 。 (3)多倍体愈伤组织细胞产生的次生代谢产物量常高于二倍体。二倍体愈伤组织细胞经 处理,会产生染色体加倍的细胞。为检测愈伤组织细胞染色体数目,压片前常用纤维素酶和 酶解离愈伤组织。若愈伤组织细胞(2n)经诱导处理后,观察到染色体数为8n的细胞,合理的解释是 、 。 (4)为了更好地获得次生代谢产物,生产中采用植物细胞的固定化技术,其原理与酵母细胞固定化类似。下列说法正确的有 (填序号)。 ①选取旺盛生长的愈伤组织细胞包埋②必须在光照条件下培养③培养过程中需通空气④固定化后植物细胞生长会变慢2.(2022山东理综,35,12分)玉米是重要的粮食作物,经深加工可生产酒精、玉米胚芽油和果糖等。流程如下:(1)玉米秸秆中的纤维素经充分水解后的产物可被酵母菌利用发酵生产酒精。培养酵母菌时,该水解产物为酵母菌的生长提供 。发酵过程中检测酵母菌数量可采用 法或稀释涂布平板法计数。 (2)玉米胚芽油不易挥发,宜选用 法或 法从玉米胚芽中提取。 (3)玉米淀粉经酶解形成的葡萄糖可在葡萄糖异构酶的作用下转化成果糖。利用 技术可使葡萄糖异构酶重复利用,从而降低生产成本。 5\n(4)利用PCR技术扩增葡萄糖异构酶基因时,需用耐高温的 催化。PCR一般要经历三十次以上的循环,每次循环包括变性、 和 三步。 3.(2022山东理综,34,8分)胡萝卜素是一种常用的食用色素,可分别从胡萝卜或产胡萝卜素的微生物菌体中提取获得,流程如下:(1)筛选产胡萝卜素的酵母菌R时,可选用 或平板划线法接种。采用平板划线法接种时需先灼烧接种环,其目的是 。 (2)培养酵母菌R时,培养基中的蔗糖和硝酸盐可分别为酵母菌R的生长提供 和 。 (3)从胡萝卜中提取胡萝卜素时,干燥过程应控制好温度和 以防止胡萝卜素分解;萃取过程中宜采用 方式加热以防止温度过高;萃取液浓缩前需进行过滤,其目的是 。 (4)纸层析法可用于鉴定所提取的胡萝卜素,鉴定过程中需用胡萝卜素标准品作为 。 4.(2022山东理综,34,8分)辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域。辣椒素的获得途径如图。(1)图中①和②分别表示辣椒组织培养中细胞的 和 过程。 (2)图中培养外植体的培养基中常用的凝固剂是 。培养基中的生长素和细胞分裂素用量的比值 (填“高”或“低”)时,有利于芽的分化。对培养基彻底灭菌时,应采取的灭菌方法是 。 (3)图中外植体的消毒所需酒精的体积分数是 。用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时,常用的酶是 和纤维素酶。 (4)提取辣椒素过程中,萃取加热时需安装冷凝回流装置,其目的是 。 5.(2022江苏单科,31,8分)某研究组对籼稻开展了组织培养及相关研究,请回答下列问题:(1)2,4-D常用于籼稻愈伤组织的诱导,对形态的发生有一定的抑制作用。为促进愈伤组织再分化,在配制分化培养基时需 (填“升高”、“保持”或“降低”)2,4-D的浓度。 (2)当籼稻愈伤组织在只含有细胞分裂素的培养基上培养时,出现具有分生能力的绿色芽点,但不能继续出芽,通常在培养基中添加 ,以促进幼苗形成。 (3)研究中用显微镜可以观察到的现象是 (填下列序号)。 ①绿色芽点细胞排列松散②刚融合的籼稻和稗草杂交细胞发生质壁分离③胚状体细胞中有叶绿体④分化的愈伤组织内各细胞的形态大小一致5\n(4)经组织培养筛选获得的籼稻叶绿素突变体,其叶绿素a与叶绿素b的比值显著大于对照,叶绿素总量不变。某同学用 (填序号:①绿色②红色③蓝紫色④黄色)光照射突变体和对照叶片,检测到两者光合放氧速率差异不大。若取等量色素提取液进行层析,会发现突变体第 条色素带(自上而下)窄于对照组。 (5)胚乳(3n)由一个精子与两个极核受精发育而成。若用籼稻种子的胚乳诱导愈伤组织,培育三倍体,需适时剔除胚,以免胚的存在影响愈伤组织细胞的 ,还可避免再生苗中混有 。 5\n1.答案 (9分)(1)脱分化(2)蔗糖浓度下降,pH降低 提供能源 调节渗透压(3)秋水仙素(低温) 果胶 经加倍到4n的细胞处于有丝分裂后期 经加倍到8n的细胞处于有丝分裂中期(4)①③④解析 (1)外植体经脱分化可形成愈伤组织。(2)分析坐标曲线图,可见培养液中的蔗糖浓度已降至较低,pH也由6降为4,因此使得细胞生命活动受阻,细胞干重减小。培养液中的蔗糖可为培养的细胞提供能源,又可调节培养液的渗透压。(3)二倍体愈伤组织经秋水仙素、低温等人工诱导处理,可产生染色体数目加倍的细胞。植物细胞之间除纤维素外,还存在果胶层,因此可利用纤维素酶和果胶酶解离愈伤组织。愈伤组织细胞(2n)经人工诱导后,细胞中染色体数目加倍成4n,染色体数为4n的细胞进行有丝分裂,处于有丝分裂后期的细胞中含有8n条染色体;若加倍到4n的细胞经诱导后继续加倍形成染色体数为8n的细胞,这样的细胞再进行有丝分裂,在中期时会看到染色体数为8n的细胞。(4)通过愈伤组织获得次生代谢产物时,需选择生长旺盛的细胞,由于植物细胞进行有氧呼吸,培养过程需通入空气。愈伤组织细胞没有叶绿体,不进行光合作用,不需光照。植物细胞固定化后,与外界环境的物质交换能力降低,生长变慢。2.答案 (1)碳源 显微镜直接计数(2)压榨 萃取(注:两空可颠倒)(3)固定化酶(4)(Taq)DNA聚合酶 (低温)复性(或退火) (中温)延伸解析 (1)纤维素的水解产物可为酵母菌的生长提供碳源;发酵过程中对酵母菌计数的方法有显微镜直接计数法或稀释涂布平板法。(2)由于玉米胚芽油不易挥发,所以可采用压榨法或萃取法进行提取。(3)利用固定化酶技术可使葡萄糖异构酶重复利用。(4)PCR技术需要耐高温的DNA聚合酶催化子链的合成;PCR的每次循环均包括变性、复性、延伸三步。3.答案 (1)稀释涂布平板法(或稀释混合平板法) 灭菌(或防止杂菌污染)(2)碳源 氮源(3)时间 水浴 滤去不溶物(4)(实验)对照解析 (1)微生物分离和培养中常用的接种方法是稀释涂布平板法和平板划线法。微生物培养需要无菌操作,其中对接种针需进行灼烧灭菌处理。(2)蔗糖和硝酸盐可分别为微生物的生长提供碳源和氮源。(3)从胡萝卜中提取胡萝卜素时,干燥过程中若温度过高、干燥时间太长会导致胡萝卜素分解;萃取过程应避免明火加热,宜采用水浴方式加热,以防止温度过高;萃取液在浓缩之前,还要进行过滤,以除去萃取液中的不溶物。(4)利用纸层析法鉴定所提取的胡萝卜素时,需用胡萝卜素标准样品作对照,对比分析标准样品和萃取样品出现的层析带。4.答案 (1)脱分化(或去分化) 再分化(2)琼脂 低 高压蒸汽灭菌(3)70% 果胶酶(4)防止有机溶剂的挥发5\n解析 此题借助辣椒素的制取与分离考查植物组织培养知识。(1)由外植体培养成脱毒苗的过程为植物组织培养过程,需经过脱分化、再分化两个阶段。(2)植物组织的培养常用固体培养基,固体培养基常用的凝固剂是琼脂。植物组织培养时,常用生长素和细胞分裂素启动细胞分裂、脱分化和再分化,当细胞分裂素较多时,利于芽的分化;当生长素较多时,利于根的分化。培养基的彻底灭菌常用高压蒸汽灭菌法。(3)体积分数为70%的酒精杀菌效果最强,操作者双手和外植体的消毒常用70%的酒精。将愈伤组织分离成单个细胞常用纤维素酶和果胶酶。(4)辣椒素的提取常用有机溶剂,为防止有机溶剂的挥发,提取辣椒素过程中,在萃取加热时需安装冷凝回流装置。5.答案 (1)降低(2)适量的生长素(3)③(4)①④ 4(5)增殖与分化 二倍体幼苗解析 本题主要考查植物组织培养的相关知识。(1)因2,4-D能抑制形态的发生,所以在促进愈伤组织再分化时,分化培养基中应降低2,4-D的浓度。(2)添加适量的生长素利于愈伤组织再分化出芽,促进幼苗的形成。(3)有分生能力的绿色芽点细胞排列紧密;刚融合的籼稻和稗草杂交细胞还没有再生细胞壁,不能发生质壁分离;愈伤组织由无定形状态的薄壁细胞构成,其内的细胞形态大小不一致;因胚状体细胞中有具有分生能力的绿色芽点,用显微镜可观察到胚状体细胞中有叶绿体。(4)因籼稻叶绿素突变体中叶绿素a与叶绿素b的比值增大而叶绿素总量不变,所以突变体中叶绿素a增加,叶绿素b减少,则自上而下第4条色素带变窄;因叶绿素a、b主要吸收红光和蓝紫光,对绿光和黄光吸收较少,所以用绿光和黄光照射突变体和对照叶片,检测到两者放氧速率差别不大。(5)胚由二倍体细胞组成,在培育三倍体时,需要剔除种子中的胚,以免胚的存在影响愈伤组织细胞的增殖与分化,还可避免出现二倍体幼苗。5
