园的艺植物生物技术课后练习习题标准答案

园的艺植物生物技术课后练习习题标准答案一、植物组织培养与细胞全能性1.（单选）在MS培养基中，常被用作碳源并兼具渗透调节功能的成分是A.葡萄糖 B.蔗糖 C.麦芽糖 D.果糖答案：B解析：蔗糖在高压灭菌过程中稳定性高，不易焦糖化，且能被植物细胞快速水解为葡萄糖和果糖，提供能量并维持渗透势。2.（单选）下列哪一步骤是叶片外植体脱分化形成愈伤组织最直接的生理证据？A.叶绿素消失 B.细胞壁加厚 C.细胞分裂素合成上升 D.乙烯释放量下降答案：A解析：叶绿素消失表明叶肉细胞已脱离原有分化状态，转向分裂活跃的愈伤组织状态，是脱分化的直观标志。3.（填空）若将野生型烟草叶片在含2mg·L⁻¹6BA与0.5mg·L⁻¹NAA的MS固体培养基上暗培养14d，统计愈伤诱导率为92%，则该实验的对照组应设置为__________。答案：不含任何植物生长调节剂的MS固体培养基解析：对照需排除内源激素干扰，验证外源激素对脱分化的必要性。4.（判断）细胞悬浮培养中，当比生长速率μ降至0时，说明培养体系已进入衰亡期。答案：×解析：μ=0仅表示净生长停止，可能处于静止期；衰亡期需出现活细胞密度下降。5.（简答）简述“细胞全能性”在单倍体育种中的技术实现路径，并指出一个关键限制因素。答案：取花粉或小孢子进行离体培养，经胚胎发生途径获得单倍体植株，再通过染色体加倍（如秋水仙素处理）获得纯合二倍体。关键限制是小孢子早期极性建立与胚胎发生同步率低，导致绿苗再生率不足10%。6.（计算）已知某胡萝卜细胞悬浮培养体系初始密度为5×10⁵cells·mL⁻¹，培养72h后密度达4×10⁶cells·mL⁻¹，假设生长符合指数模型，求平均代时G。答案：μ=(lnNt–lnN₀)/t=(ln4×10⁶–ln5×10⁵)/72=0.693/72=0.00963h⁻¹G=ln2/μ=0.693/0.00963≈72h解析：指数期代时等于培养周期，说明该体系在72h内仅完成一次倍增，生长缓慢，需优化碳氮比。7.（综合设计）为验证“光照通过活性氧（ROS）信号调控愈伤组织芽分化”，请写出实验分组、检测指标与预期结果。答案：分组：A.白光14h/d；B.黑暗；C.白光+ROS清除剂DMTU；D.黑暗+ROS供体MV。指标：芽原基数目、H₂O₂含量、SOD活性、WOX5表达量。预期：A组H₂O₂升高3倍，芽数显著高于B组；C组芽数下降与B组接近；D组在黑暗中仍诱导出芽，证明ROS为光信号下游关键开关。二、原生质体分离与体细胞杂交8.（单选）下列酶组合中，对禾本科叶肉细胞壁降解最有效的是A.纤维素酶OnozukaR10+离析酶MacerozymeR10 B.果胶酶PectolyaseY23+半纤维素酶 C.蜗牛酶+溶壁酶 D.崩溃酶+α淀粉酶答案：A解析：Onozuka与Macerozyme协同降解纤维素果胶网络，释放率高且原生质体活力>90%。9.（单选）PEG诱导融合时，最适Ca²⁺浓度为A.0.1mmol·L⁻¹ B.1mmol·L⁻¹ C.10mmol·L⁻¹ D.100mmol·L⁻¹答案：C解析：10mmol·L⁻¹CaCl₂可稳定细胞膜表面电荷，促进PEG分子桥联，过高则导致膜破裂。10.（填空）若需获得“番茄+马铃薯”体细胞杂种，筛选标记宜选用番茄的__________基因与马铃薯的__________基因进行双重PCR鉴定。答案：Lat52（番茄花粉特异）、Patatin（马铃薯块茎特异）解析：两者均为单拷贝且组织特异，避免双亲基因组重复序列干扰。11.（判断）对称融合后再生植株的染色体数目一定等于双亲染色体数之和。答案：×解析：有丝分裂过程中可能发生染色体丢失或片段化，实际杂种常为非整倍体。12.（简答）解释“细胞质雄性不育（CMS）”如何通过原生质体融合实现可育恢复。答案：将含CMS线粒体的不育系与具恢复基因（Rf）的可育系原生质体融合，重组线粒体DNA丢失不育相关开放读框（orf138等），同时核基因组引入Rf，恢复花粉活力。13.（计算）用流式细胞术检测融合产物，设番茄G1峰荧光强度为200，马铃薯为300，测得异核体G1峰位于450，求异核体DNA相对含量并判断倍性。答案：相对含量=450/(200+300)=0.9，接近理论1.0，偏差源于仪器线性误差，可推断异核体为双二倍体（4x）。14.（综合设计）如何验证“原生质体融合后叶绿体基因组发生重组而非随机分离”？答案：①双亲叶绿体基因组分别用SNP标记cpA（番茄）与cpB（马铃薯）区分；②设计跨越SNP的dCAPS引物，酶切检测F1愈伤；③若出现双亲未有的新酶切片段，则证明重组；④测序重组断裂点，验证同源重组热点位于trnItrnL间隔区。三、植物遗传转化与载体工程15.（单选）农杆菌介导转化水稻时，下列哪种vir基因诱导剂最常用？A.乙酰丁香酮（AS） B.儿茶酚 C.香草醛 D.阿魏酸答案：A解析：AS可激活VirA/VirG双组分系统，诱导TDNA加工与转运，效率最高。16.（单选）CRISPR/Cas9载体中，拟南芥U626启动子驱动的是A.Cas9 B.sgRNA C.Bar D.GFP答案：B解析：U6为PolIII型启动子，专司小RNA转录，适合sgRNA表达。17.（填空）构建“无标记”转基因植株时，常用__________重组系统删除选择标记，其识别位点为__________。答案：Cre/loxP，34bp反向重复序列解析：Cre重组酶切除loxP间DNA，实现标记基因删除，避免环境风险。18.（判断）Gateway克隆技术中，LR反应是将entry载体与destination载体进行位点特异性重组。答案：√解析：LRClonase催化attL×attR生成attB×attP，完成目的片段转移。19.（简答）说明“荧光报告基因（如mNeonGreen）在转化早期鉴定嵌合体的局限性”，并提出改进策略。答案：mNeonGreen需成熟时间（>6h），且嵌合组织可能因细胞分裂导致荧光稀释，误判为阴性。改进：采用splitGFP系统，将GFP11标签插入目标蛋白，与GFP110互补即时发光，缩短检测窗口至30min。20.（计算）某玉米转化实验共接种1200个幼胚，抗性愈伤率18%，再生率45%，PCR阳性率80%，求最终获得独立转基因株系数。答案：1200×0.18=216块愈伤216×0.45=97株再生苗97×0.80≈78株解析：需进一步Southern确认拷贝数，排除siblings，实际独立株系数约65。21.（综合设计）利用“基因枪+CRISPR碱基编辑器（ABE8e）”创制抗ALS抑制剂除草剂水稻，写出靶点选择、突变检测与抗性鉴定流程。答案：①靶点：ALS基因第187位Pro→Ser（CCT→TCT），设计sgRNA（5’GGCAGAGGCCAGCTGCTGCA3’）；②基因枪轰击愈伤，ABE8emRNA与sgRNA共递送；③3d后提取DNA，PCR扩增ALS片段，用TaqI酶切（野生型被切，突变型抗性），计算突变率；④将T0植株喷施双草醚（10mg·L⁻¹），14d后统计存活率>90%，测序验证无脱靶于Os03g12345等潜在位点。四、次生代谢与合成生物学22.（单选）紫杉醇生物合成途径中，催化GGPP→taxadiene的酶属于A.TPS B.CYP450 C.酰基转移酶 D.短链脱氢酶答案：A解析：taxadienesynthase（TPS）为萜类合酶，负责第一步环化。23.（单选）在酵母中重构青蒿酸途径时，引入ADH1启动子驱动的是A.ADS B.CYP71AV1 C.CPR D.ALDH1答案：D解析：ALDH1催化青蒿醛→青蒿酸，ADH1为强组成型启动子，保证下游供给。24.（填空）利用“动态调控”策略减少紫杉醇前体对细胞毒性时，常用__________启动子感应甲羟戊酸（MVA）积累并关闭上游途径。答案：ERG1启动子（受MVA反馈抑制）解析：ERG1编码HMGCoA还原酶，其启动子活性与MVA浓度负相关，实现自反馈。25.（判断）植物中CRISPRa（激活）系统需使用dCas9VP64融合蛋白，无需sgRNA即可激活目标基因。答案：×解析：仍需sgRNA引导dCas9VP64至启动子区，否则无特异性。26.（简答）解释“细胞色素P450还原酶（CPR）与P450共表达时，电子传递不平衡导致产物产率下降”的机制，并提出解决策略。答案：CPR/NADPH提供2e⁻，而多数P450需4e⁻，电子不足导致中间体积累与ROS爆发。策略：引入融合蛋白P450CPR（自供给电子），或上调NADPH再生（表达Zwf1葡萄糖6磷酸脱氢酶）。27.（计算）在青蒿素合成酵母中，测得发酵液青蒿酸浓度为2.5g·L⁻¹，生物量OD600=25，已知1OD≈0.25gDCW·L⁻¹，求单位生物量产率Yp/x。答案：DCW=25×0.25=6.25g·L⁻¹Yp/x=2.5/6.25=0.4g·g⁻¹解析：高于植物来源（0.02g·g⁻¹），但需考虑下游提取成本。28.（综合设计）利用“多基因堆叠”在烟草叶绿体中生产抗疟药前体（artemisinicacid），写出载体构建、转化、代谢流分析与安全性评估四步。答案：①载体：trnI/trnA位点整合，含artemisinicacid途径基因（ADS、CYP71AV1、CPR、ALDH1）与筛选标记aadA，采用T7g105’UTR增强翻译；②转化：基因枪轰击无菌叶片，壮观霉素（500mg·L⁻¹）筛选，获得同质体；③代谢流：¹³C标记MVA喂养，GCMS追踪¹³Cartemisinicacid，计算通量控制系数，发现ADS为限速步骤，过表达后前体提高3.7倍；④安全性：花粉逃逸实验显示叶绿体基因组未通过花粉传递；连续三代种子发芽率>95%，无农艺性状差异，符合田间释放要求。五、基因组编辑与表观调控29.（单选）CRISPR/Cas12a系统相较于Cas9的最大优势是A.识别PAM为NGG B.仅需crRNA C.产生平末端 D.无脱靶答案：B解析：Cas12a仅需crRNA即可切割，简化多重编辑。30.（单选）拟南芥中，利用dCas9SRDX抑制FT表达，SRDX为A.转录激活域 B.转录抑制域 C.组蛋白乙酰转移酶 D.DNA甲基转移酶答案：B解析：SRDX为EAR抑制域，可招募TPL共抑制子。31.（填空）利用“CRISPR碱基编辑器”实现非转基因编辑时，可通过__________将BEmRNA与sgRNA直接递送至植物受精卵。答案：花粉管通道法解析：避免农杆菌整合，mRNA短暂表达后即降解，后代无DNA足迹。32.（判断）DNA甲基化编辑工具（dCas9Dnmt3a）一旦离开靶位点，甲基化状态会立即恢复非甲基化。答案：×解析：CG甲基化可经有丝分裂遗传，维持数代，需主动去甲基化酶（ROS1）才能逆转。33.（简答）解释“染色质开放度（ATACseq）与CRISPR编辑效率正相关”的分子基础，并举一例验证实验。答案：开放区核小体密度低，sgRNA易接近DNA。实验：对水稻OsPDS基因设计10条sgRNA，ATACseq信号与编辑效率Pearsonr=0.87，用HDAC抑制剂TSA提高开放度后，效率平均提升2.3倍。34.（计算）利用CRISPRCas9敲除小麦TaGW2A、B、D三拷贝，设每拷贝独立转化效率8%，求至少获得1个三纯合突变体的概率。答案：单拷贝纯合概率=0.08×0.25=0.02（孟德尔分离1/4）三拷贝同时纯合=0.02³=8×10⁻⁶若种植3000株，期望数=3000×8×10⁻⁶≈0.024，需扩大群体至1.25万株才大概率获得1株。35.（综合设计）利用“CRISPRoff”（dCas9Dnmt3aDnmt3LKRAB）实现番茄果实成熟基因Nor的跨代表观沉默，写出靶点设计、遗传模式与表型追踪。答案：①靶点：Nor启动子区200bpCpG岛，设计sgRNA（5’GCGCGCGGCGGCGGCGGCGG3’）；②转化：MicroTom子叶，获得T0，qMSP检测Nor甲基化>80%，表达下降90%；③自交四代：CRISPRoff转基因分离丢失，但Nor甲基化仍维持>60%，果实成熟延迟5d，乙烯峰值下降40%，证明表观等位基因（epiallele）可稳定遗传；④全基因组甲基化测序：无脱靶CG甲基化显著变化，符合食品安全评估。六、生物信息学与大数据36.（单选）对无参考基因组的药用植物进行转录组组装，首选软件为A.BWA B.Trinity C.GATK D.DeepVariant答案：B解析：Trinity适用于denovo转录组拼接，无需参考。37.（单选）利用GWAS定位丹参酮合成位点，群体结构校正应采用A.EMMAX B.Blast C.HMMER D.MUSCLE答案：A解析：EMMAX基于混合线性模型，校正群体分层与亲缘关系。38.（填空）对CRISPR脱靶进行全基因组预测时，常用__________算法允许13个错配与1个bulge。答案：CasOFFinder解析：支持PAM变体与RNA:DNA凸起，提高预测灵敏度。39.（判断）RNAseq中，FPKM值可直接在不同样本间比较表达量，无需标准化。答案：×解析：FPKM未考虑样本间文库大小与基因长度分布，应使用TPM或DESeq2标准化。40.（简答）解释“共表达网络WGCNA中，模块特征基因（eigengene）”在挖掘紫杉醇合成调控因子中的应用。答案：将转录组样本按高低产紫杉醇分组，构建WGCNA，获得蓝色模块与紫杉醇含量相关系数r=0.91，eigengene表达模式与产量一致，筛选模块内top5%hub基因，发现MYB1like转录因子，其过表达使紫杉醇提高2.1倍。41.（计算）某植物基因组大小2.5Gb，IlluminaNovaSeq6000PE150测序，计划覆盖度100×，求所需数据量（Gb）。答案：数据量=2.5Gb×100=250Gbrawdata，考虑Q3080%及冗余，需产出约300Gb。42.（综合设计）构建“植物合成生物学元件库”，需满足标准化、可组合、可追踪三原则，请写出数据库架构、序列格式与质量控制系统。答案：架构：前端Vue.js，后端Django+PostgreSQL，存储元件ID、类型（启动子、CDS、terminator）、物种来源、功能注释、实验验证（ON/OFF率、毒性）、用户评分；序列格式：PhytoBrick（BpiI/BsaI融合位点），兼容GoldenGate；每元件侧翼加20bp唯一条形码（UUID），防串扰；质控：合成后Sanger验证零突变；功能层面以GFP报告定量，误差>10%的元件标记“待优化”；版本控制采用Gitlike，记录每次修改与引用文献，确保可追踪。七、前沿技术与伦理监管43.（单选）我国《农业转基因生物安全管理条例》规定，转基因作物田间试验最小隔离距离为A.50m B.100m C.300m D.1000m答案：C解析：水稻、玉米等风媒作物需300m，防止花粉漂移。44.（单选）“基因驱动”在植物中尚未应用的主要技术障碍是A.无合适Cas酶 B.减数分裂同源重组效率低 C.花粉致死 D.伦理争议答案：B解析：植物减数分裂HR效率<1%，难以实现超孟德尔遗传。45.（填空）欧盟2018年最高法院裁定，CRISPR突变体应被视为__________，需接受与传统转基因同等监管。答案：GMO（geneticallymodifiedorganism）解析：虽无外源DNA，但属“体外核酸技术诱导突变”，纳入GMO法规。46.（判断）“数字序列信息（DSI）”在《生物多样性公约》下免费共享，无需与资源提供国分享惠益。答案：×解析：2022年昆明蒙特利尔框架明确DSI需