高二生物人教版选修三212植物细胞工程的实际应用.docx

1、高二生物人教版选修三212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植物组织培养技术。(2)优点(3)实例：兰花、生菜、杨树以及无子西瓜试管苗的产业化生产。2作物脱毒(1)取材：无病毒的茎尖组织。(2)优点：提高作物的产量和品质。(3)实例：脱毒马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝和香蕉等的培育。3人工种子(1)概念：以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。(2)用途：可以解决某些植物结实率低、繁殖困难等问题。二、作物新品种的培育()1单倍体育种(1)过程：(2)优点2突变体的利用(

2、1)产生：在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，因此容易受到培养条件和外界压力(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。(2)利用：从产生突变的个体中筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。(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。三、细胞产物的工厂化生产()1细胞产物的种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。2技术基础：植物组织培养技术。3实例：生产人参皂甙干粉；另外，三七、紫草和银杏的细胞产物也都已经实现了工厂化生产。 共研探究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。下面图示都利用了植物组织培养，观察

3、并回答问题：1微型繁殖(图1)(1)概念：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，因此人们形象地把用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，叫做植物的微型繁殖技术，也叫快速繁殖技术。(2)特点：无性繁殖，能够保持种苗的优良遗传特性。选取材料少。繁殖速度快，周期短。不受季节、气候、自然灾害等因素的影响。可实现工厂化生产。2作物脱毒(图2)(1)取材：无病毒的茎尖组织。因为在植物分生区附近，细胞分裂十分迅速，病毒来不及侵入。(2)图2所示脱毒草莓产品品质优良，如果将未被病毒感染的植株的分生组织用植物组织培养的方法培育幼苗，用于生产，可以避免病毒对作物的影响

4、，大大提高作物的产量和品质。3人工种子(1)概念：以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。人工种子在适宜条件下同样能够萌发长成幼苗。(2)结构：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3所示：(3)在人工种子中，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。针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。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。(4)优点属于无性生殖，无天然种子因有性生殖引起的基因重组而发生性状分离

5、的现象。生产上不受季节、气候和地域的限制。提高植物的繁殖能力。可人为控制植物的生长发育与抗逆性。便于贮存和运输。总结升华1作物脱毒、人工种子(1)作物脱毒主要是强调组织培养的取材一定是无毒的(如茎尖、根尖)，这样才能繁殖出无毒的幼苗。(2)人工种子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。人工种皮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。2人工种子与天然种子的区别(1)人工种子是通

6、过植物组织培养产生的，属于无性繁殖，可保持亲本的优良性状。(2)天然种子是通过有性生殖形成的，优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其优良特性，培育周期长，具有更大的变异性。对点演练1植物细胞工程作为一门新兴的生物技术，被广泛应用于社会生产的方方面面，下列相关说法错误的是()A人工种子通常由人工薄膜作为种皮包被植物愈伤组织制作而成B植物微型繁殖运用了植物组织培养技术，可快速繁殖优良品种C作物脱毒常选取植物的茎尖，因为该部分病毒较少或无病毒D植物原生质体融合过程中常用的融合手段有离心、振动、电激和PEG处理解析：选A人工种子通常由人工薄膜作为种皮包被胚状体等制作而成。植物微型繁殖利用的是植物组织培养

7、技术，能快速繁殖且保持植物的优良性状。植物的茎尖细胞中病毒较少，甚至无病毒，可经植物组织培养获得脱毒苗。可用物理法(离心、振动、电激等)和化学法(PEG处理)诱导植物原生质体融合。共研探究1作物新品种的培育除传统的杂交育种外，还有单倍体育种、人工诱变育种、基因工程育种等。在单倍体育种领域，科学家成功地培育出中花8号、11号水稻和京花1号小麦等作物新品种。观察图示，回答相关问题：(1)中花11号水稻是单倍体育种的成就，其育种原理是染色体变异，其中花药的离体培养利用了植物细胞的全能性。(2)请用箭头和文字表示单倍体育种的过程。(3)单倍体育种过程中，用秋水仙素诱导染色体加倍，原理是秋水仙素抑制纺锤

8、体的形成，细胞不能正常分裂，从而使染色体数目加倍。(4)在植物组织培养过程中，愈伤组织阶段容易发生突变得到突变体，可从中筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。(5)突变体育种的原理是基因突变或染色体变异，诱变育种的原理为基因突变。诱变育种属于突变体育种的一种。2组织培养技术除了在农业上的应用外，还广泛应用于细胞产物的工厂化生产。这些细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。观察图示回答相关问题：(1)完善细胞产物工厂化生产流程(2)根据工厂化生产人参皂甙的基本过程，回答相关问题：选择人参根作为外植体进行培养，产生愈伤组织，经过培养选择找到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细

9、胞株。将第一步选择的细胞株放在发酵罐中的液体(填“液体”或“固体”)培养基中培养，增加细胞数量。将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。3根据生产的目的不同，植物组织培养的阶段也不同：(1)若获得人工种子，则培养到胚状体阶段。(2)若提取细胞产物，则培养到愈伤组织阶段。(3)若培养新个体，则培育到试管苗阶段。总结升华1单倍体育种、基因工程育种和植物细胞工程育种的比较单倍体育种基因工程育种植物细胞工程育种原理染色体变异、植物细胞的全能性基因重组植物细胞的全能性方法选择亲本有性杂交F1产生的花粉离体培养获得单倍体植株诱导染色体加倍获得可育纯合子选择所需要的类型提取目的基因构建基因表达载体导

10、入受体细胞基因表达筛选出符合要求的新品种去细胞壁细胞融合组织培养优点明显缩短育种年限，加速育种进程；全是纯合子，后代不发生性状分离不受种属限制，可根据人类的需要，有目的地进行克服远缘杂交的不亲和性，有目的地培育优良品种缺点技术较复杂，需与杂交育种结合，多限于植物可能会引起生态危机，技术难度大技术复杂，难度大2单倍体育种与多倍体育种的异同(1)相同点：单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素诱导染色体数目加倍。(2)不同点：单倍体育种需要植物组织培养先形成单倍体幼苗，但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。3植物组织培养与植物细胞培养的比较项目植物组织培养植物细胞培养目的获得植物体获得细胞产物培养

11、基固体培养基液体培养基过程实例各种转基因植物、脱毒苗人参皂甙的生产对点演练2如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_。解析：(1)由a、b两种细胞通过一定的技术手段获得c，属于植物体细胞杂交，能克服远缘杂交不亲和的障碍。(2)植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至没有病毒，因此常用茎尖组织培养技术获得脱毒苗。(

12、3)由于愈伤组织一直处于不断分裂的状态，容易受到培养条件和外界压力(如射线、化学物质等)的影响而发生突变。(4)将外源基因导入植物受体细胞中，最常用的是农杆菌转化法。(5)植物体细胞杂交和基因工程都能克服不同物种间远缘杂交不亲和的障碍，而传统杂交育种由于生殖隔离而不能实现种间杂交。答案：(1)植物体细胞杂交(2)茎尖所含病毒较少，甚至不含病毒(3)愈伤组织细胞处于不断分裂的状态，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1下列属于植物微型繁殖技术的是()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

13、树芽发育成枝条解析：选A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下列关于植物组织培养应用的说法，错误的是()A脱毒苗、人工种子的制备都应用了植物组织培养技术B采用植物组织培养技术培养茎尖、根尖等得到的脱毒作物可提高作物产量和品质C应用植物组织培养技术得到人参、紫草等植株，然后从它们的细胞中提取细胞产物，可实现细胞产物的工厂化生产D植物的组织培养过程中经化学或物理的诱变处理可得到有用的突变体，如抗除草剂的白三叶草等解析：选C细胞产物(如人参皂甙干粉、紫草素等)的工厂化生产，并未培养出完整的植株，而是将离体细胞、组织或器官培养

14、到愈伤组织阶段，利用细胞的分裂增殖扩增细胞数量，从而获得大量的细胞产物。3下面的简式表示植物组织培养的大致过程，据此判断下列叙述错误的是()A若是来自两种植物体细胞融合的杂种细胞，则可能出现两种植物的遗传特性B若是二倍体产生的花粉，则是单倍体植株，经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种C若是人参细胞，对进行扩大培养可提高细胞产物人参皂甙的产量D若是具有杂种优势的农作物细胞，则用进行繁育会发生性状分离解析：选D若是来自两种植物体细胞融合的杂种细胞，由于具有两种生物的遗传物质，则可能出现两种植物的遗传特性；若是花粉，植物组织培养得到的是单倍体植株，经染色体加倍后可得到纯合子；细胞产物的工厂化生产用到的

15、是愈伤组织，为图中的；由于植物组织培养属于无性繁殖，故用进行繁育不会发生性状分离。4如图所示为植株繁殖的四种人工方式示意图，请据图回答下列问题：(1)图中单倍体植株通常的获取方式是_。若图中单倍体细胞含2个染色体组，A有4个染色体组，则过程所用化学试剂的作用是_。(2)若要在C过程中获得突变体，进而培育成新品种植株，应用物理诱变或化学诱变的方法处理_。若要获得水稻的“人工种子”，则应选用图中的_结构，该结构与正常受精卵形成的_有类似的结构和发育过程。(3)若D为胡萝卜羊角芹，过程最常用的诱导剂是_，融合依据的原理是_。在融合细胞的培养过程中，培养基的成分通常包括琼脂、无机营养、有机营养和_等。

16、解析：(1)图中A过程表示单倍体育种，获取单倍体时常用花药离体培养的方法。若要使单倍体的染色体加倍，形成A植株，则需要在过程中用秋水仙素处理幼苗，以抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成。(2)在组织培养过程中获得突变体，一般用物理诱变或化学诱变的方法处理愈伤组织，再由愈伤组织经再分化形成突变植株。若要获得水稻的人工种子，则应选用图中的胚状体结构，该结构与正常受精卵形成的胚有类似的结构和发育过程。(3)聚乙二醇(PEG)可作为植物细胞融合的诱导剂，融合依据的原理是细胞膜具有一定的流动性，在融合细胞的培养过程中，培养基的成分通常包括琼脂、无机营养、有机营养和植物激素等。答案：(1)花药离体培养抑制细

17、胞有丝分裂过程中纺锤体的形成(2)愈伤组织胚状体胚(3)聚乙二醇(PEG)细胞膜具有一定的流动性植物激素基础题组1通过植物组织培养技术繁育农作物，其优点不包括()A加快繁育速度B保持亲本优良性状C培育出无病毒植株 D改变植物的基因型解析：选D植物组织培养技术是无性繁殖技术，不仅可以高效快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性，并通过作物脱毒提高作物产量，改善作物品质，但不能改变植物的基因型。2下列属于植物细胞工程实际应用实例的是()制造人工种子培育抗盐植物培育抗病毒烟草培育单倍体生产脱毒植株ABCD解析：选C培育抗病毒烟草是转基因技术的应用。3将植物的茎尖或叶片、茎段、花药、花粉

18、等，在无菌条件下，培养在人工配制的培养基上，使它发育成完整的植株。这种技术可以用来在较短时间内大量繁殖植物，还可以防止植物病毒的危害。下列关于这种技术的叙述，正确的是()这种技术利用了植物细胞的全能性这种技术叫植物组织培养这种技术属于细胞工程的应用领域之一这种技术是一种无性生殖的方式这种技术需在离体条件下进行ABC D解析：选D含有该物种的全套遗传信息的植物体细胞都具有全能性，都有发育成完整生物体的潜能。植物组织培养就是在体外通过人工方法，让植物细胞表现出全能性，是植物细胞工程的一个基础技术手段。因为没有生殖细胞的结合，所以属于无性生殖方式。4如图为植物组织培养的基本过程，则制备人工种子及生产

19、治疗烫伤、割伤的药物紫草素，应分别选用编号()A BC D解析：选B人工种子是指将已分化的胚状体等用合适的人工薄膜进行包裹得到的种子；获取细胞产物紫草素只需培养到愈伤组织阶段，无需获得植株。5如图为人工种子示意图，下列与人工种子培育生产过程有关的叙述，错误的是()A人工种子一般用离体的植物细胞通过组织培养技术获得B胚状体由愈伤组织分化而成，离体细胞只有形成愈伤组织才能表现出全能性C同一批次的人工种子可以保证具有相同的基因型D胚状体是由未分化的、具有分裂能力的细胞构成的解析：选D人工种子是以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；胚状体是由愈伤组织分化形

20、成的，离体细胞只有形成愈伤组织才能表现出全能性；同一批次的人工种子由同一离体的植物组织、器官经过脱分化和再分化形成，所以基因型相同；胚状体是由愈伤组织分化形成的。6下列关于细胞产物工厂化生产的叙述，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培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分D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解析：选D细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一；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；培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分；培养的愈

21、伤组织不需要再分化就能产生特定的细胞产物。7如图表示某植物的培育过程，据图判断下列说法错误的是()Aaf不能体现细胞的全能性Bc中是高度液泡化的薄壁细胞C植株a和f中的染色体组数不同D植株f一般不能直接应用于生产解析：选A图中所示bf为花药离体培养得到单倍体幼苗，体现了生殖细胞也具有全能性。f为单倍体植株，与a中的染色体组数不同。植株f一般需经人工诱导染色体数目加倍后才可应用于生产。8下面为植物组织培养过程流程图解，下列相关叙述错误的是()A上述过程中脱分化发生在b步骤，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

22、植物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解析：选B植物组织培养首先要取出部分细胞，这些离体的细胞称为外植体，经过脱分化后，形成一些薄壁细胞群，这些细胞群称为愈伤组织，经过再分化，形成具有生根和发芽能力的胚状体或直接形成根和芽，最终发育成完整植株。所以b为脱分化，c为再分化，植物组织培养的科学原理是植物细胞的全能性。能力题组9甘薯由于能增强免疫功能、防癌抗癌、抗衰老、防止动脉硬化等越来越被人们喜爱。但甘薯属无性繁殖作物，同时又是同源六倍体，具有自交不育和杂交不亲和性，这使甘薯生产和育种存在诸多常规方法难于解决的问题。下列相关操作不合理的是()A利用

23、组织培养形成的胚状体制作人工种子，解决种苗用量大、成本高的问题B利用茎尖分生组织培养脱毒苗，使植株具备抗病毒的能力，产品质量得到提高C利用原生质体融合实现体细胞杂交，可以克服杂交不亲和性，充分利用遗传资源D利用培养的愈伤组织进行诱变育种，可以显著提高变异频率解析：选B植物细胞工程的应用之一是利用胚状体包裹上人工胚乳和人工种皮制成人工种子，实现大规模生产，从而降低成本；茎尖等分裂旺盛部位几乎无病毒感染，所以利用茎尖分生组织培养出无病毒且保持优良性状的幼苗，通过基因工程将抗病毒基因转移至受体细胞可培育出抗病毒的转基因植物，脱毒抗病毒；原生质体的融合原理是细胞膜的流动性，通过去壁、促融、细胞壁再生、

24、组织培养技术可培育异源杂合体；愈伤组织具有分裂旺盛的优点，适于诱变育种的取材，诱变育种能显著提高变异频率。10下列对人工种子的叙述错误的是()A人工种子的胚乳中含有胚状体发育所需的营养物质，还可以添加农药和植物激素B人工种子可以工业化生产，播种人工种子可节省大量的粮食C人工种子克服了有些作物品种繁殖能力差，结种困难或发芽率低等问题D人工种子的胚状体还未分化出胚芽、胚轴和胚根等结构解析：选D人工种子是经植物组织培养获得具有生根发芽能力的胚状结构后，包裹人工种皮而形成的。在人工种子胚乳中，除了添加种子萌发所需的营养物质外，还可添加农药、植物激素、固氮菌等。11采用如图所示的方法获得纯合高蔓抗病番茄

25、植株(两对相对性状独立遗传)。下列叙述错误的是()A过程的自交代数越多，纯合高蔓抗病植株的比例越高B过程可以任取一植株的适宜花药作培养材料C过程利用了植物体细胞杂交技术D过程发生减数分裂，过程发生有丝分裂解析：选C随着杂合子自交代数增加，后代杂合子的比例越来越小(1/2n)，纯合子的比例越来越高；由于F1所有植株的基因型都相同，因而过程可以任取一植株的适宜花药作培养材料；过程是通过基因工程获得转基因植株的过程，需要的技术主要有DNA重组技术、植物组织培养技术，而不涉及植物体细胞杂交技术；过程形成花药的过程中进行减数分裂，过程为植物组织培养过程，进行有丝分裂。12如图所示为利用体细胞诱变技术获得

26、抗除草剂白三叶草新品种的过程，下列叙述错误的是()A该育种过程所依据的原理有基因突变和植物细胞的全能性B过程和所涉及的培养基中，不同植物激素的比例不同C白三叶草愈伤组织和胚状体的细胞中DNA和RNA种类相同D过程通常采用的筛选方法是向白三叶草幼苗喷洒适宜浓度的除草剂解析：选C射线照射愈伤组织，能诱发基因突变；白三叶草组织细胞培养的原理是植物细胞的全能性。过程(脱分化)和(再分化)的培养基中，不同植物激素生长素和细胞分裂素的比例不同。白三叶草愈伤组织和胚状体的细胞中DNA种类相同，RNA种类不同。筛选抗除草剂白三叶草的方法是向白三叶草幼苗喷洒适宜浓度的除草剂。13下面是植物组织培养的简略过程。请

27、据此回答下列问题：脱分化再分化(1)表示_，它能被培养成的根本原因是_。(2)表示_。(3)若想制造人工种子，应该选择_(填编号)。(4)若是花药，则是_，这项技术可用在_上。(5)若是胡萝卜根尖细胞，则培养成的的叶片的颜色是_，这说明根尖细胞_。(6)若用此项技术制造治疗烫伤、割伤的药物紫草素，培养将进行到_(填编号)。解析：离体的植物器官、组织或细胞之所以能发育成一个完整个体是因为植物细胞具有全能性。经脱分化后形成的是愈伤组织。要制造人工种子，需培养至胚状体阶段。花药离体培养形成的是单倍体植株，可用于单倍体育种。根尖细胞内含有与叶绿体形成有关的基因，所以试管苗的叶片是绿色的。经植物组织培养

28、技术生产药物，需体外培养能合成药物的细胞，实现工厂化生产。答案：(1)离体的植物器官、组织或细胞植物细胞的全能性(2)愈伤组织(3)(4)单倍体植株单倍体育种(5)绿色含有与叶绿体形成有关的基因(6)14细胞工程是一门新兴的生物工程技术，其在动植物的育种、药物提取、药物生产等领域的应用十分广泛。利用所学知识回答下列细胞工程的相关问题：(1)采用植物细胞工程育种的方法如下：甲、乙原生质体经诱导后融合完成的标志是_。以胚状体为材料，经过人工薄膜包装得到的人工种子，在适宜条件下同样能够萌发成幼苗，与天然种子的培育相比，人工种子的培育具有哪些显著的优点？_(至少答出两点)。采用植物组织培养技术培养杂种细胞可以培育成杂种植株，该技术的核心步骤是_和_。(2)已知西湖龙井含有的茶碱是植物细胞的代谢产物，具有提神、抗衰老的功效，可用植物组织培养来实现茶碱的工厂化生产。若利用植物组织培养技术，可将龙井茶的器官、组织或细胞培养到_阶段，然后从液泡中提取茶碱。利用植物组织培养技术培养的龙井茶不仅可以保持优良品种的_，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。如果想获得脱毒的龙井茶苗，可以切取一定大小的_等进行组织培养。解析：(1)以胚状体为材料，经过人工薄膜包装得到