高中生物第二章细胞工程第7课时植物细胞工程的应用学案苏教版.docx

高中生物第二章细胞工程第7课时植物细胞工程的应用学案苏教版.docx

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高中生物第二章细胞工程第7课时植物细胞工程的应用学案苏教版

第7课时植物细胞工程的应用

[学习目标]　1.掌握植物组织培养的原理、过程及其特点。

2.理解人工种子的制备方法、过程及其意义。

3.理解植物细胞培养的方法、过程。

4.举例说出植物细胞工程的应用。

一、植物组织培养技术的应用

植物细胞工程作为一门新兴的生物技术，已经普遍应用于社会生产的方方面面。

下面图示都是利用了植物组织培养技术，结合教材内容回答下列问题：

1．快速繁殖

（1）传统繁殖方法中，哪些可以保持植物的优良性状？

为什么？

答案　人们常用嫁接、扦插等方法。

因为它们是无性繁殖，遗传物质与亲本完全相同，所以能保持植物的优良性状。

（2）什么是微型繁殖？

答案　植物组织培养时，需要严格执行一定的程序，幼苗在实验室的培养瓶中生长发育，整个生产过程实现微型化、精密化，所以又被称为“微型繁殖技术”。

植物组织培养技术实现了种苗高效、快速繁殖，也被称为“快速繁殖技术”。

（3）微型繁殖属于什么繁殖方式？

进行哪种细胞分裂方式？

答案　无性繁殖。

有丝分裂。

（4）总结植物微型繁殖的特点。

答案　①能够保持优良品种的遗传特性。

②选取材料少；繁殖速度快，周期短；不受季节和恶劣天气的影响。

③可实现工厂化生产。

（5）人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化育苗生产，这是利用了该项技术的哪些特点？

答案　植物微型繁殖技术具有高效性和可以保持种苗的优良遗传特性的优势，工厂化大规模育苗生产正是利用了植物微型繁殖技术的这两方面优势。

利用植物微型繁殖技术我们可以在短时间内获得大量的优质种苗。

2．培育无病毒植物

（1）病毒是营寄生生活的生物，它是如何穿过植物细胞壁入侵植物体的？

答案　植物病毒一般是通过损伤部位入侵植物体的。

侵入植物体的病毒在细胞中会大量增殖并感染其相邻的细胞，最终扩散至整个植株。

（2）病毒对植物的生长有何影响？

答案　病毒在作物体内逐年积累会导致作物的产量降低，品质变差。

（3）植物组织培养为什么选用茎尖等分生组织做材料？

答案　要得到脱毒苗，材料选取的关键是选取植物的茎尖（或根尖）来作为植物组织培养的外植体。

这是因为植物的分生组织细胞中一般是不含病毒的，选取植物的茎尖（或根尖）作材料，可以避免病毒对作物的影响，大大提高作物的产量。

3．人工种子

（1）天然种子一般包括哪些结构？

各结构的主要成分及功能各有哪些？

答案　天然种子一般包括种皮、子叶、胚芽、胚轴、胚根等结构。

种皮具有保护种胚和萌发时吸收水分的作用。

胚根最先突破种皮向地生长，并发育成根。

胚轴伸长，胚芽突破种皮背地生长，发育成茎和叶。

胚乳的作用是储存营养物质。

单子叶植物子叶的作用是将胚乳内的有机物转运给胚芽、胚轴、胚根；双子叶植物子叶的作用是储存营养物质。

（2）如果制造人工种子，应该具备哪些结构？

答案　由胚状体、作为保护性外壳的人工种皮和提供发育所需营养的人工胚乳组成。

如图所示：

（3）在人工种子中还应该添加什么有效成分？

答案　适量的养分、无机盐、有机碳源、抗生素、农药、有益菌等，还可添加一些植物生长调节剂。

（4）与天然种子相比，人工种子有哪些优点？

答案　①不受环境因素的制约，一年四季都可以进行工厂化生产。

②繁殖速度快，可在短时间内提供大量种苗。

③胚状体是经人工无性繁殖产生的，有利于保存该种系的优良性状等。

二、植物细胞培养技术的应用

1．植物细胞代谢产物的工厂化生产

目前，植物细胞培养技术已成为工业化生产植物产品的一条有效途径，试结合下面的资料阅读教材，分析思考：

（1）植物细胞培养的技术基础是什么？

答案　植物组织培养。

（2）植物细胞培养也是为了获取新的植物个体吗？

有无体现细胞的全能性？

答案　植物细胞培养技术生产具有生理活性的植物细胞次生代谢产物，而不是植物个体，没有体现植物细胞的全能性，其原理是细胞增殖。

（3）植物细胞培养技术具有哪些优点？

答案　快速、高效，且不受季节、外部环境等条件限制。

2．单倍体育种

（1）花药由花药壁和花粉囊等构成，后者中的花粉可发育成单倍体胚或脱分化形成愈伤组织。

（2）什么是单倍体？

答案　单倍体是含有本物种配子染色体数目的个体。

（3）与二倍体植株相比，单倍体植株有何特点？

答案　叶小、株矮、生活力弱且高度不育。

（4）秋水仙素有何作用？

答案　抑制纺锤体的形成，使着丝点分裂后形成的两条子染色体不能分配到两个子细胞中，从而使染色体数目加倍。

（5）单倍体育种的原理是什么？

答案　染色体变异及植物细胞的全能性。

（6）单倍体育种采用的技术手段有哪些？

答案　花药离体培养、秋水仙素处理幼苗、植物组织培养技术。

（7）写出单倍体育种的流程图。

答案　花药离体培养愈伤组织单倍体植株正常植株。

（8）单倍体育种方式有何优缺点？

答案　优点：

明显缩短育种年限。

缺点：

技术相当复杂，需要与杂交育种结合，其中的花药离体培养过程需要组织培养技术的支持，多限于植物。

一、培育无病毒植物、人工种子的培育过程均采用组织培养技术

1．培育无病毒植物主要是强调组织培养的取材一定是无毒的（如茎尖、根尖），才能繁殖出无毒的幼苗。

2．人工种子的培育也是采用组织培养技术，但是只需培育得到胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料，包上人工种皮就可形成人工种子。

人工胚乳含有胚状体发芽所需要的营养成分或植物激素，还应含有杀菌剂，以防播种后微生物的侵害，相当于种子的子叶或胚乳。

人工种子发芽得到的幼苗能保持亲本的优良性状，另外还不受气候、季节和地域的限制。

二、植物组织培养与植物细胞培养的区别

1．含义不同：

植物组织培养是指在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，把植物离体的器官、组织或细胞培养成完整的植物体。

而植物细胞培养是将组织培养过程中形成的愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中，进行悬浮培养，得到分散游离的悬浮细胞，通过传代培养使细胞增殖，从而获得大量的细胞群体的一种技术。

2．目的不同：

植物组织培养的目的是得到更多的植物体，而植物细胞培养的目的是获得人类所需要的细胞代谢产物。

1．下列属于植物的微型繁殖技术的是（　　）

A．兰花的茎尖组织培育成兰花幼苗

B．水稻种子萌发并长成新个体

C．扦插的葡萄枝长成新个体

D．柳树芽发育成枝条

答案　A

解析　水稻种子萌发并长成新个体、柳树芽发育成枝条均属于个体发育部分；扦插的葡萄枝长成新个体属于无性生殖中的营养生殖。

2．对人工种子正确的解释是（　　）

A．通过科学手段人工合成的种子

B．利用植物组织培养技术获得的种子

C．种皮能自我生成的种子

D．人工种子发芽率低

答案　B

解析　人工种子就是以通过植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。

该种子在适宜条件下同样能萌发长成幼苗，因此人工种子的发芽率并不低。

3．对人参皂甙干粉进行工厂化生产，下列何种技术是必需的（　　）

A．杂交育种B．植物组织培养

C．多倍体育种D．单倍体育种

答案　B

解析　对人参皂甙干粉进行工厂化生产，必须先通过植物组织培养获得人参皂甙含量最高的细胞株，然后进行发酵大规模生产。

4．下面是将四倍体兰花的叶片通过植物组织培养形成植株的示意图，下列相关叙述中正确的是（　　）

A．②阶段会发生减数分裂过程

B．①阶段需要生长素而③阶段需要细胞分裂素

C．此过程体现植物细胞具有全能性

D．此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体

答案　C

解析　②阶段形成胚状体是细胞分裂和分化的结果，不会发生减数分裂过程；①③阶段都需要生长素和细胞分裂素的参与，但不同阶段需要的比例不同；花药离体培养得到的植株为单倍体；此过程是由离体的结构发育成完整植株，因此体现了植物细胞的全能性。

5．下面为番茄植物组织培养过程的流程图解，以下相关叙述不正确的是（　　）

A．脱分化发生在b步骤，形成愈伤组织，在此过程中植物激素发挥了重要作用

B．再分化发生在d步骤，是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程

C．从叶组织块到种苗形成的过程说明番茄叶片细胞具有全能性

D．人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题

答案　B

解析　由愈伤组织形成胚状体结构的过程叫再分化，发生在c过程，故B错。

b过程是指植物组织形成愈伤组织的过程，叫脱分化；脱分化、再分化都是由培养基中不同激素及其浓度比决定的；植物组织培养技术的原理是植物细胞的全能性；人工种子的优点是可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。

基础再现

1．下列属于微型繁殖的是（　　）

A．马铃薯的块茎繁殖B．小麦的种子繁殖

C．一片花瓣的繁殖D．柳树的扦插繁殖

答案　C

解析　微型繁殖是利用植物组织培养技术，将离体的植物组织、器官、细胞进行培养，获得大量相同子代的过程。

2．人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化生产，这是利用了该项技术的哪些特点（　　）

A．操作简单

B．使优良性状组合在一起

C．培育新的性状

D．高效性和保持种苗的优良遗传特性

答案　D

解析　利用植物微型繁殖技术繁殖植物就是利用其优点：

一是繁殖高效快速，二是能保持优良品种的遗传特性。

植物微型繁殖技术的方法是植物组织培养技术，是一种无性繁殖方式，后代与亲代性状相同，操作过程并不简单。

3．人工种子比天然种子有许多优越性，下列对其优越性的叙述，不正确的是（　　）

A．可使自然状态下不结子的植物得以繁殖

B．方便贮藏和运输

C．可以随意改变植物的遗传性状

D．可快速、大量繁殖

答案　C

解析　人工种子是通过植物细胞工程完成的，所以可以使在自然条件下不结子或珍贵的植物得以繁殖；人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地贮藏和运输；人工种子的生产不受季节限制，而且快捷高效；人工种子可以保持物种优良的遗传性状。

4．下列哪种生物不能通过突变体的利用而获得（　　）

A．抗除草剂的白三叶草B．生产胰岛素的大肠杆菌

C．高产的水稻D．蛋白质含量高的小麦

答案　B

解析　突变体育种可通过基因突变或染色体变异而获得高产、高抗、有机物含量丰富的品种，但获得生产胰岛素的大肠杆菌不可能通过突变而获得，一般可通过基因工程（转基因技术）而获得。

5．下列应用不涉及植物组织培养技术的是（　　）

A．花药离体培养得到单倍体植株

B．秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株

C．人工种子培育

D．“番茄—马铃薯”杂种植株培育

答案　B

解析　花药离体培养、人工种子培育和体细胞杂交植株的培育均需要植物组织培养作为技术手段，而秋水仙素诱导多倍体形成与植物组织培养没有直接关系。

能力提升

6．马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会因感染病毒而减产，为此农民希望得到无病毒的幼苗进行种植。

获得无病毒幼苗的最佳方法是（　　）

A．选择优良品种进行杂交

B．进行远缘植物体细胞杂交

C．利用芽尖进行组织培养

D．人工诱导基因突变

答案　C

解析　本题的关键词是“获得无病毒幼苗”，即培养无病毒植株。

况且，马铃薯本身就是无性繁殖的，而作物脱毒时采用植物组织培养技术，形成的脱毒苗中遗传物质和亲本是完全相同的，只是少了原来的病毒。

故选C。

7．植物组织培养的过程可以归纳为：

①②③―→④。

对此叙述错误的是（　　）

A．②―→③的再分化过程中，当细胞分裂素与生长素的浓度比低时，有利于根的分化、抑制芽的形成

B．植物组织培养所依据的原理是细胞的全能性

C．③―→④过程指植物的营养生长和生殖生长阶段

D．②包裹上人造种皮可获得人工种子

答案　D

解析　只有将离体植物细胞或组织培养成具有生根发芽能力的胚状结构，再包上人工种皮，才能得到人工种子，而②是未分化的愈伤组织，不具有生根发芽能力，只有在分化培养基上培养后，才能用于制造人工种子。