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1、2.1.2 植物细胞工程的实际应用 专题2 2.1 植物细胞工程 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。 目标导航 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。 方式一：方式一：拯救国家极危植物虎颜花 虎颜花为野牡丹科单种属植物，原产广东，为罕见的野生观赏植物， 有重要的科研价值。虎颜花叶片基生，叶形巨大、美丽，呈心形，上 有老虎斑纹，故称虎颜花。国际自然保护联盟已将虎颜花列为极危物 种。为拯救虎颜花，我国华南植物园的科学家对虎颜花进行了组织培 养，获得1万株试管苗
2、，又利用生态恢复技术，使虎颜花成功回归野外。 这体现了植物细胞工程的实际应用。那么植物细胞工程技术在生产生 活中还有哪些方面的应用呢？让我们进入本节的学习，一起来了解吧！ 课堂导入 方法二：方法二：具有小灵芝草之称的金钗石斛是一种名贵的中草药，它具有 生津益胃、润肺止咳之功效。金钗石斛的有效化学成分为大黄酚和 谷甾醇。那么我们能否在工厂内大量生产这两种物质呢？ 能！取金钗石斛的茎尖或根尖组织，并培养为愈伤组织再放入液体培 养基中进行悬浮培养，获得大量的金钗石斛细胞，从混合液中分离纯 化大黄酚和谷甾醇即可。 这是植物细胞工程实际应用的一个实例，要了解更多这方面的信息， 请跟随教材一起来学习吧。
3、一、植物繁殖的新途径 二、作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产 内容索引 对点训练 当堂检测 自查自纠 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。 植物组织培养 知识梳理 答案 (2)特点 繁殖，保持优良品种的遗传特性 高效快速地实现种苗的_ 可实现产业化生产 无性 大量繁殖 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。 分生区此处细胞内病毒极少，甚 至无病毒 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： 胚状
4、体 答案 人工种皮 人工胚乳 人工种皮 胚状体 人工胚乳 (2)特点：后代无 ，不 受季节、 和 的限制。 性状分离 气候地域 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？ 答案 答案 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。 答案 合作探究合作探究 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？ 答案 答案 对于无性繁殖的作物，病毒在作物体内逐年积累，就会导致
5、 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.脱毒苗与抗毒苗有何区别？ 答案 答案 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。 答案 4.关于人工种子的思考： (1)常规的种子繁殖存在哪些缺陷？ 答案 答案 周期长； 发生性状分离而丧失其优良特性； 受到季节、气候和地域的限制。 (2)常规种子包括哪几部分结构？各有什么作用？ 答案 答案 常规种子包括种
6、皮、胚和胚乳，双子叶植物没有胚乳，但有 肥厚的子叶。 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。 答案 (3)分析下图，回答问题： 答案 答案 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。 答案 人工种子的胚状体和常规种子的胚在来源上有何区别？ 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？ 答案 答案 a.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
7、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。 答案 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( ) 解析答案 解析 解析 “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。 活学活用 解析 解析 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。 (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
8、致( ) 解析答案 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。 解析答案 解析 解析 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。 植物细胞的全能性 植物组织培养 (2)包埋胚状体的胶质可看作自然种子的哪部分结构？ _。 解析 解析
9、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。 种皮及提供营养的胚乳或子叶 (3)如果外植体是植物的茎尖，通过过程的处理可使细胞彼此分离， 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 解析答案 解析 解析 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。 C (4)过程表示脱分化过程，其实质是_；表示再 分化过程，其实质是_。 解析答案 解析 解析 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。 使细胞恢复分裂能力 基因的选择性表达 解析 解析
10、 人工种子是否可育取决于培育胚状体所用的材料。 不一定 (5)由人工种子萌发成的植株是否可育？_。 (1)经图示过程得到的人工种子基因型是否相同？ 答案 答案 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？ 答案 答案 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。 一题多变一题多变 答案返回 二、作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产 的优良品种。 1.单倍体育种 (1)原理：细胞的 和 。 全能性 知识梳理 答案 (2)过程：花药
11、 植株 (3)优点 子代是能 的纯合子。 明显缩短 。 染色体变异 单倍体 稳定遗传 稳定遗传 育种年限 2.突变体的利用 (1)原理 (用射线或诱变剂处理分生细胞，主要是指愈伤组织细胞)。 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。 基因突变 答案 全能性 突变体 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。 药
12、物 答案 香料 植物组织培养 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？ 答案 答案 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。 答案 合作探究合作探究 答案 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。 花药离体培养 不可育 单倍
13、 体秋水仙素纯合可育 性状分离 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？ 答案 答案 愈伤组织阶段。 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？ 答案 答案 因为培养细胞一直处于不断的分生状态。 答案 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
14、生产过程包括脱分化和再分化环节( ) 活学活用 答案 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 _。 植物体细胞杂交 答案问题导析 茎尖所含病毒极少，甚至不含病毒 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 农杆菌转化法 能克服不同物种间远缘杂交不亲和的障碍
15、(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。 植物体细胞杂交 答案返回上页 问题导析问题导析 远缘杂交不亲和 分生区茎尖 愈伤组织 突变 农杆菌转化法 克服不同物种间远缘杂交不亲和的障 碍生殖隔离 归纳总结归纳总结 方式 植物组织培养 突变体 的利用 单倍体育种
16、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
17、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 返回答案 课堂小结 植物繁殖 的新途径 _ _ _ 作物新品 种的培育 单倍体育种 的利用 细胞产物的工厂化生产 微型繁殖 作物脱毒 制造人工种子 突变体 对点训练 当堂检测 自查自纠 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 解析 解析 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。
18、A 解析答案 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 解析答案 解析 解析 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。 答案 答案 C 3.下列关于细胞产物的工厂化生产的叙述，
19、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 解析 解析 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。 C 解析答案 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
20、培育高产水稻 解析 解析 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。 C 解析答案 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：_、_、 _。 解析 解析 图中过程涉及到基因工程，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。 基因工程 解析答案 植物组织培养 植物体细胞杂交(细胞融合) (2)过程分别为_、_。 解析 解析 图中为脱分化的过程，可获得愈伤组织，然后经过再分化而得 到胚状体。 脱分化再分化 (3)过程中常用的载体是_；过程表示的基因操作步骤是 _。 解析 解析 基因工程中常用的载体为质粒。过程是将目的基因导入到某种植 物受体细胞中。 质粒 解析答案 将目的基因导入受体细胞 (4)上述育种与传统杂交育种相比，突出的优点是_ _。 解析 解析 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。 返回解析答案 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