高中生物选修3优质学案212 植物细胞工程的实际应用.docx

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高中生物选修3优质学案212植物细胞工程的实际应用

2.1.2　植物细胞工程的实际应用

目标导航

　1.举例说明植物细胞工程在植物繁殖方面的应用。

2.列举植物细胞工程在作物新品种培育方面的应用。

3.概述细胞产物的工厂化生产的原理。

重难点击

　1.植物繁殖的新途径。

2.作物新品种的培育及细胞产物的工厂化生产。

一、植物繁殖的新途径

1.微型繁殖

（1）概念：

用于快速繁殖优良品种的____________技术。

（2）特点

2.作物脱毒

（1）选材部位：

植物__________附近的部位，因为_____________________________。

（2）优点：

提高作物的产量和品质。

（3）实例：

脱毒马铃薯的培育。

3.人工种子

（1）组成：

作为__________、不定芽、顶芽和腋芽的保护性外壳的____________和提供胚状体进一步发育所需营养的____________。

如下图：

（2）特点：

后代无____________，不受季节、__________和________的限制。

合作探究

1.从繁殖类型看，微型繁殖的优点是什么？

从所需条件看，微型繁殖与传统育种方法相比有哪些优点？

2.作物培养过程中为什么要进行作物脱毒，如何进行作物脱毒？

3.脱毒苗与抗毒苗有何区别？

4.关于人工种子的思考：

（1）常规的种子繁殖存在哪些缺陷？

（2）常规种子包括哪几部分结构？

各有什么作用？

（3）分析下图，回答问题：

①人工种子的胚状体和常规种子的胚在来源上有何区别？

②人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分。

人工种皮中应该具有的有效成分是什么？

为了促进胚状体的生长发育，我们还可以向人工种皮中加入哪些物质？

1.判断正误

（1）植物组织培养技术不仅可以保持优良品种的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖（　　）

（2）人工种子就是以植物种子的胚等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子（　　）

（3）茎尖经植物组织培养技术得到的脱毒苗抗病毒（　　）

（4）从植物体上获取的任何细胞，经组织培养得到的植株与亲本性状都完全一致（　　）

2.人工种子是人们模仿天然种子的结构制造出来的生命有机体，它能像种子一样萌发生长，长成植物。

人工种子的核心部位是个被外层物包埋的具有类似于胚功能的胚状体。

将胚状体包埋在一个能提供营养的胶质中，便成了所谓的“人工种子”。

根据材料分析回答下列问题：

（1）人工种子依据的原理是________________________，培育胚状体利用了______________________技术。

（2）包埋胚状体的胶质可看作自然种子的哪部分结构？

________________________________________________________________________。

（3）如果外植体是植物的茎尖，通过①过程的处理可使细胞彼此分离，①过程中可加入（　　）

A.蛋白酶B.淀粉酶

C.纤维素酶和果胶酶D.胰蛋白酶

（4）②过程表示脱分化过程，其实质是__________________________；③表示再分化过程，其实质是____________________________________。

（5）由人工种子萌发成的植株是否可育？

___________________________________________。

一题多变

（1）经图示过程得到的人工种子基因型是否相同？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）若题图中植物体的基因型为DdTt，利用花药离体培养得到的“花粉胚”长成的植株可育吗？

为什么？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

二、作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产

1.单倍体育种

（1）原理：

细胞的__________和____________。

（2）过程：

花药

______植株

______的优良品种。

（3）优点

①子代是能____________的纯合子。

②明显缩短____________。

2.突变体的利用

（1）原理

①____________（用射线或诱变剂处理分生细胞，主要是指愈伤组织细胞）。

②植物细胞的____________（由突变细胞培育到突变体植株）。

（2）利用：

筛选出有用的________，培育新品种。

如培育抗病、抗盐、含高蛋白、高产的新品种植物。

（3）实例：

抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草、抗除草剂的白三叶草等。

3.细胞产物的工厂化生产

（1）种类：

蛋白质、脂肪、糖类、________、________、生物碱等。

（2）技术：

________________技术。

（3）实例：

人参、三七、紫草和银杏的细胞产物都已实现工厂化生产。

合作探究

1.单倍体育种中为何要进行人工诱导染色体加倍？

常用的诱导方法是什么？

2.比较单倍体育种、花药离体培养及多倍体育种

______________是单倍体育种时常用的方法。

花药离体培养得到的植株一般是__________的单倍体植株，而单倍体育种是在花药离体培养获得__________幼苗的基础上，用适当浓度的__________处理，获得的是__________的植株，且一般自交后代不发生__________。

多倍体育种常用秋水仙素或低温诱导来处理萌发的种子或幼苗，使细胞染色体组加倍，一般不使用植物组织培养技术。

3.根据生产的目的不同，植物组织培养的阶段不同，如微型繁殖应培养到试管苗阶段。

请分析要生产人参皂甙粉，应培养到什么阶段？

4.在植物组织培养过程中，为什么培养细胞容易受培养条件和外界压力的影响而产生突变？

3.判断正误

（1）诱变育种处理的材料为分裂活动旺盛的部位，如愈伤组织、芽等（　　）

（2）单倍体育种是利用花药离体培养和秋水仙素处理幼苗两个阶段得到单倍体（　　）

（3）人工种子是通过植物组织培养产生的，属于无性繁殖，可表现出双亲的遗传性状（　　）

（4）细胞产物的工厂化生产过程包括脱分化和再分化环节（　　）

4.下图列举了几种植物的育种方式，请据图回答相关问题：

（1）甲育种方式称为_________________________________________________________。

（2）通过丁方式可以获得脱毒苗，培养过程中c常常取用茎尖的原因是________________________________________________________________________。

（3）乙方式通常用射线处理植物的愈伤组织能获得较好效果，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）丙方式将外源目的基因导入受体植物细胞，最常采用的方法是______________。

（5）甲、丙两种育种方式与传统杂交育种相比，其优点是

________________________________________________________________________。

问题导析

（1）由a、b两种细胞通过一定的技术手段获得c，属于______________，能克服____________的障碍。

（2）植物__________附近（如茎尖）的病毒极少，甚至没有病毒，因此常用________进行组织培养获得脱毒苗。

（3）由于____________一直处于不断的分生状态，容易受到培养条件和外界压力的影响而发生________。

（4）将外源基因导入受体植物细胞的方法，最常用的是________________。

（5）植物体细胞杂交和基因工程都能________________________________________，而传统杂交育种由于____________不能实现种间杂交。

方式

植物组织培养

突变体的利用

单倍体育种

植物体细胞杂交

植物基因工程育种

原理

植物细胞的全能性

基因突变、植物细胞的全能性

花粉细胞的全能性、染色体变异

细胞膜的流动性、植物细胞的全能性

基因重组、植物细胞的全能性

重要步骤

脱分化、再分化

对愈伤组织诱变处理

花药离体培养、秋水仙素诱导染色体数目加倍

原生质体融合、杂种细胞组织培养

对导入目的基因的植物细胞进行组织培养

优点

保护优良品种的遗传特性

提高突变率，获得优良性状

明显缩短育种年限

克服远缘杂交不亲和的障碍

克服远缘杂交不亲和的障碍

举例

微型繁殖、脱毒苗培育、人工种子培育

抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草

单育1号烟草

培育“番茄—马铃薯”杂种植株

转基因抗虫棉

植物细胞工程的实际应用

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

2.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.方便储藏和运输

C.可以随意改变植物的遗传性状

D.可快速、大量繁殖

3.下列关于细胞产物的工厂化生产的叙述，错误的是（　　）

A.细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一

B.培养过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞

C.培养的愈伤组织需要经过再分化产生特定的组织细胞后才能产生特定的细胞产物

D.培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分

4.下列育种措施，可以增加植物突变体的是（　　）

A.采用嫁接方法培育苹果新品种

B.将鱼的抗冻蛋白基因导入烟草受精卵中，培育抗冻烟草

C.用紫外线对组织培养中的愈伤组织进行照射

D.采用杂交技术培育高产水稻

5.下图所示为农作物新品种的育种方式，请据图回答下列问题：

（1）图示育种方式涉及到的生物工程技术有：

________、____________________、____________________。

（2）②③过程分别为____________、____________。

（3）⑤过程中常用的载体是________；⑤过程表示的基因操作步骤是________________________________________________________________________。

（4）上述育种与传统杂交育种相比，突出的优点是________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

提醒：

完成作业　专题2　2.1.2

[答案]精析

一、知识梳理

1.

（1）植物组织培养　

（2）①无性　②大量繁殖

2.

（1）分生区　此处细胞内病毒极少，甚至无病毒

3.

（1）胚状体　人工种皮　人工胚乳　人工种皮　胚状体　人工胚乳　

（2）性状分离　气候　地域

合作探究

1.微型繁殖属于无性繁殖，可以保持所繁殖品种的一切性状，因为植物组织培养过程中细胞进行的是有丝分裂，此过程中细胞内的遗传物质不发生改变。

微型繁殖是在具有一定人工设施的室内生产，可以不受季节、气候等自然条件的限制。

2.对于无性繁殖的作物，病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低，品质变差。

植物分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植物就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。

3.脱毒苗：

是选择植物的茎尖（刚形成，不含有病毒）进行组织培养而获得的，属于细胞工程的范畴。

抗毒苗：

是把某抗病基因导入到受体植株中，并通过一定的方法培育形成的，属于基因工程的范畴。

4.

（1）①周期长；②发生性状分离而丧失其优良特性；③受到季节、气候和地域的限制。

（2）①常规种子包括种皮、胚和胚乳，双子叶植物没有胚乳，但有肥厚的子叶。

②种皮具有保护功能，胚乳或肥厚的子叶为种子的萌发提供营养物质。

（3）①人工种子的胚状体是无性繁殖的结果，常规种子中的胚是有性繁殖的结果。

②a.针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂（人工种皮）中应具有适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。

　b.为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。

活学活用

1.

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）×

[解析]　（3）“脱毒”与“抗毒”不同，前者指的是本身无病毒，受病毒感染的机会少，而后者指的是能抵抗病毒的感染。

（4）若培养植物的花粉细胞，得到的是单倍体，与亲本性状不完全一致。

2.

（1）植物细胞的全能性　植物组织培养　

（2）种皮及提供营养的胚乳或子叶　（3）C　（4）使细胞恢复分裂能力　基因的选择性表达　（5）不一定

[解析]　

（1）人工种子能发育成完整植株，说明其细胞内含有个体发育所需要的全套遗传物质，因此依据的原理是细胞的全能性，人工种子是经过植物组织培养技术得到的。

（2）包裹胚状体的胶质有保护胚状体的作用，同时又可以为胚状体提供营养物质，所以可看成种皮及胚乳或子叶。

（3）使植物细胞彼此分离可以使用纤维素酶和果胶酶，因为植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。

（4）脱分化的实质是使细胞恢复分裂能力，而再分化的实质是基因的选择性表达。

（5）人工种子是否可育取决于培育胚状体所用的材料。

一题多变

（1）相同。

（2）不可育。

若植物体的基因型为DdTt，利用花药离体培养得到的“花粉胚”长成的植株的基因型可能为DT、Dt、dT、dt，均属于单倍体，因此不可育。

二、知识梳理

1.

（1）全能性　染色体变异　

（2）单倍体　稳定遗传

（3）①稳定遗传　②育种年限

2.

（1）①基因突变　②全能性　

（2）突变体

3.

（1）药物　香料　

（2）植物组织培养

合作探究

1.由于单倍体植株弱小，高度不育，因此可用秋水仙素处理单倍体的幼苗，来诱导其染色体加倍。

2.花药离体培养　不可育　单倍体　秋水仙素　纯合可育　性状分离

3.愈伤组织阶段。

4.因为培养细胞一直处于不断的分生状态。

活学活用

3.

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）×

4.

（1）植物体细胞杂交　

（2）茎尖所含病毒极少，甚至不含病毒　（3）愈伤组织细胞处于不断的分生状态，易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变　（4）农杆菌转化法　（5）能克服不同物种间远缘杂交不亲和的障碍

问题导析　

（1）植物体细胞杂交　远缘杂交不亲和

（2）分生区　茎尖　（3）愈伤组织　突变　（4）农杆菌转化法　（5）克服不同物种间远缘杂交不亲和的障碍　生殖隔离

课堂小结

微型繁殖　作物脱毒　制造人工种子　突变体

对点训练

1.A　[解答本题需要从两个方面入手，首先，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；其次，扦插的葡萄枝长成新个体属于无性生殖中的营养生殖。

]

2.C　[人工种子是通过细胞工程完成的，所以可使在自然条件下不结实或结实困难的植物得以繁殖；天然种子的大量储藏和运输也是相当困难的，人工种子则克服了这些缺点，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，可以很方便地储藏和运输；天然种子在生产上受季节的限制，而人工种子的生产则不受季节限制，而且快捷高效。

]

3.C　[在细胞产物的工厂化生产过程中只需要悬浮培养愈伤组织细胞，利用愈伤组织细胞的分裂和代谢产生所需要的产物即可，不需要再分化。

]

4.C　[增加突变体可用物理、化学、生物等因素诱发突变，如用紫外线进行照射等。

而A选项中嫁接属于无性繁殖，B选项为基因工程，二者均不会产生新的基因，D项措施涉及的原理是基因重组，不属于突变。

]

5.

（1）基因工程　植物组织培养　植物体细胞杂交（细胞融合）　

（2）脱分化　再分化　（3）质粒　将目的基因导入受体细胞　（4）打破生殖隔离、实现遗传物质的定向改变、克服了远缘杂交不亲和的障碍，育种周期短

[解析]　

（1）图中⑤过程涉及到基因工程，①过程为植物体细胞杂交，两者都需要植物组织培养技术的支持。

（2）图中②为脱分化的过程，可获得愈伤组织，然后经过③再分化而得到胚状体。

（3）基因工程中常用的载体为质粒。

⑤过程是将目的基因导入到某种植物受体细胞中。

（4）不管是基因工程育种还是植物体细胞杂交育种，都会打破物种的界限——生殖隔离，实现生物性状的定向改变。