2019-2020學(xué)年人教版選修3專題22植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用學(xué)案

1、2.1.2 植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)：1 1.簡述微型繁殖技術(shù)。（重點(diǎn)）2 2.理解掌握利用植物組織培養(yǎng)的技術(shù)培養(yǎng)脫毒苗和人工種子。（重、難點(diǎn)）3.3.理解植物組織培養(yǎng)技術(shù)在細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用。（重點(diǎn)）一、植物繁殖的新途徑1 1 .微型繁殖（1 1）概念：快諫繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)。無性繁殖、保持優(yōu)良品種的遺傳特性（2 2）特點(diǎn)高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖可實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)2 2 .作物脫毒(1)(1)選材部位：植物的分生區(qū)附近。(2)(2)選材原因：分生區(qū)附近的病毒極少,甚至無病毒。(3)(3)實(shí)例：目前采用莖尖組織培養(yǎng)技術(shù)來脫除病毒,在馬鈴薯、草莓、甘蔗、菠蘿、香蕉

2、等主要經(jīng)濟(jì)作物上已獲得成功。3 3 . .人工種子(1)(1)概念：以植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料,經(jīng)過人工薄膜包裝得到的種子。特點(diǎn)后代無性狀分離。不受季節(jié)、氣候和地域限制。(3)(3)實(shí)例：我國已成功地把芹菜、花椰菜、枝樹和水稻的胚狀體制備成了人工種子。二、作物新品種的培育1 1 . .單倍體育種染色體加倍(1)(1)過程：花藥離體培養(yǎng)單倍體植株純合子植株。優(yōu)點(diǎn)后代是純合子，能穩(wěn)定遺傳。明顯縮短了育種的年限。2 2 . .突變體的利用3 3 1)1)產(chǎn)生原因：在植物的組織培養(yǎng)過程中，易受培養(yǎng)條件和外界壓力(如射線、化學(xué)物質(zhì)等)的影響而產(chǎn)生突變。4 4 2)2)利用：篩

3、選出對人們有用的突變體、講而培育成新品種。三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)1 1 . .細(xì)胞產(chǎn)物種類：蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物二香料、生物堿等。2 2 .技術(shù)：植物組織培養(yǎng)技術(shù)。3 3 . .實(shí)例：我國利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了大量生產(chǎn)人參皇田王粉另外,三七、紫草和銀杏的細(xì)跑文物也都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)。1.1.判斷對錯(正確的打“，”，錯誤的打XX”) )(1)(1)葡萄的桿插、桃樹的嫁接、石榴的壓條繁殖方式都屬于微型繁殖。()()(2)(2)脫毒苗培育所選的組織培養(yǎng)材料可以來自植株的任何部位。()()(3)(3)天然種子萌發(fā)后長成的植株容易發(fā)生性狀分離，人工種子長成的植株性狀不分離。()()(4)

4、(4)單倍體育種和突變體培育的遺傳學(xué)原理是一致的。()()(5)(5)突變體培育通常對植物的愈傷組織進(jìn)行誘變處理，而工廠化生產(chǎn)的細(xì)胞產(chǎn)物也來自愈傷組織細(xì)胞。()()提示：(1)X(1)X 屬于無性繁殖，不屬于微型繁殖。微型繁殖是指用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)。(2)X(2)X 培育脫毒苗時(shí)選用的通常是莖尖等分生組織，原因是該組織附近的病毒極少，甚至無病毒。(4)X(4)X 單倍體育種的原理是染色體變異和植物細(xì)胞的全能性， 突變體育種的原理是基因突變和植物細(xì)胞的全能性。(5)(5)，2 2 . .通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)繁育農(nóng)作物，具優(yōu)點(diǎn)不包括()()A.A.加快繁育速度 B B.保持親本

5、優(yōu)良性狀C.C.培育出無病毒植株 D.D.改變植物的基因型D D植物組織培養(yǎng)技術(shù)不僅可以保持優(yōu)良親本的遺傳特性，還可以高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖，A A、B B 兩項(xiàng)均正確；利用該技術(shù)還可以培育脫毒苗，因?yàn)檫x材部位是植物分生區(qū)附近的新生組織，沒有或極少感染病毒，所以由培育的脫毒苗長成的植株是無病毒植株，C C 項(xiàng)正確；經(jīng)該技術(shù)培育的植株跟親本基因型相同，D D 項(xiàng)錯誤。3 3 . .下圖為植物組織培養(yǎng)的基本過程，若制作人工種子，生產(chǎn)治療燙傷、割傷的藥物一一紫草素，應(yīng)分別選用編號（）（）A A. .B B. .C C. .D D. .B B 人工種子是指已分化的胚狀體等用合適的“人工種皮”進(jìn)行

6、包裹， 所以應(yīng)為再分化后的；而獲取產(chǎn)物紫草素則培養(yǎng)到具有產(chǎn)生此物質(zhì)的細(xì)胞群體即可，無須獲得植株。植物繁殖的新途徑思考交流1 1 . .植物組織培養(yǎng)可以進(jìn)行快速繁殖的原因是什么？提示：植物組織培養(yǎng)到愈傷組織的階段，細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂，細(xì)胞分裂速度較快，從而獲得大量的組織細(xì)胞，然后不斷地分割、移瓶、誘導(dǎo)再分化形成新植株。植物組織培養(yǎng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，受季節(jié)、氣候等條件限制較小。2 2 .作物培養(yǎng)過程中為什么要進(jìn)行作物脫毒，如何進(jìn)行作物脫毒？提示：對于無性繁殖的作物，病毒在作物體內(nèi)逐年積累，就會導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差。而植物分生區(qū)附近的病毒極少，甚至無病毒，因此切取一定大小的莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)，再生的植

7、物就有可能不帶病毒，從而獲得脫毒苗。3 3 . .根據(jù)種子發(fā)育所需的營養(yǎng)物質(zhì)，分析人工種皮內(nèi)應(yīng)含有哪些有效成分？提示：適宜的養(yǎng)分、無機(jī)鹽、有機(jī)碳源以及農(nóng)藥、抗生素、有益菌等。歸納總結(jié)1 1.微型繁殖(1)(1)概念： 植物的快速繁殖技術(shù)就是利用植物組織培養(yǎng)的方法將植物體某一部分的組織小塊進(jìn)行培養(yǎng)并誘導(dǎo)其分化成大量的小植株，從而達(dá)到快速無性繁殖的目的，也稱為試管苗繁殖或微型繁殖。(2)(2)實(shí)質(zhì)：植物組織培養(yǎng)。(3)(3)原理：植物細(xì)胞的全能性。(4)(4)微型繁殖技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用范圍能保持親本的一切優(yōu)良性狀(高保真)，子代個體具有的遺傳物質(zhì)與親本的遺傳物質(zhì)相同。選材少，培養(yǎng)周期短，繁殖率高。不

8、受自然生長季節(jié)的限制，便于自動化管理，有利于進(jìn)行工廠化培養(yǎng)。作物脫毒。(5)(5)微型繁殖的條件培養(yǎng)基中加入細(xì)胞生命活動所需要的水、礦質(zhì)元素和小分子有機(jī)物，還有激素，更重要的是所有加入的物質(zhì)都必須是無菌的，操作過程也必須在無菌條件下進(jìn)行，這樣繁殖的幼苗才是無毒的。特別提醒：微型繁殖實(shí)際上是一種無性繁殖。繁殖過程中的分裂方式是有絲分裂，親、子代細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)相同，所以能夠保證親、子代性狀相同。2 2.作物脫毒(1)(1)進(jìn)行作物脫毒的原因：進(jìn)行無性繁殖的作物，它們感染的病毒很容易傳播給后代。病毒在作物體內(nèi)逐年積累，就會導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差。因而需要進(jìn)行作物脫毒。(2)(2)材料的選取：植

9、物分生區(qū)附近(如莖尖)的病毒極少，甚至無病毒。因此,切取一定大小的莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)，再生的植株就有可能不帶病毒，從而獲得脫毒苗。用脫毒苗進(jìn)行繁殖，種植的作物就不會或極少感染病毒。(3)(3)需要解決的問題：無性繁殖的作物，它們感染的病毒在作物體內(nèi)逐年積累，就會導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差。(4)(4)解決方法：切取一定大小的莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)，再生的植株就有可能不帶病毒，從而獲得脫毒苗。(5)(5)理論基礎(chǔ)：植物分生區(qū)附近的病毒極少，甚至無病毒。(6)(6)特點(diǎn)：繁殖速度快；不受季節(jié)和地域的限制。(7)(7)成果：目前采用莖尖組織培養(yǎng)技術(shù)來脫除病毒，已獲得脫毒的馬鈴薯、草莓、甘蔗、菠蘿和香蕉等經(jīng)濟(jì)

10、作物。3.3.人工種子概念以植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經(jīng)過人工薄膜包裝得到的種子(如圖所示)。人工種子在適宜條件下同樣能夠萌發(fā)長成幼苗。知識拓展： 人工種皮是保證包裹在其中的胚狀體順利生長發(fā)育成小植株的關(guān)鍵部分，針對植物種類和土壤等條件，在人工種子的包裹劑中還可以加入適量的養(yǎng)分、無機(jī)鹽、有機(jī)碳源以及農(nóng)藥、抗生素、有益菌等。為了促進(jìn)胚狀體的生長發(fā)育，還可以向人工種皮中加入一些植物生長調(diào)節(jié)劑。(2)(2)制備過程離體的植物組織或細(xì)胞離體的植物組織或細(xì)胞斷分化再分化跖狀體或不定芽、頂芽跖狀體或不定芽、頂芽, ,腔芽等腔芽等包賽人工種皮和聃芋包賽人工種皮和聃芋形成人工種子形

11、成人工種子(3)(3)主要優(yōu)點(diǎn)可使在自然條件下不結(jié)實(shí)或種子昂貴的植物得以繁殖。固定雜種優(yōu)勢。天然種子由于在遺傳上具有因減數(shù)分裂引起的重組現(xiàn)象,因而會造成某些遺傳性狀的改變，而人工種子則可以完全保持優(yōu)良品種的遺傳特性?？旖莞咝У姆敝撤绞??？煽刂浦参锏纳L發(fā)育與抗逆性。方便儲藏和運(yùn)輸。1 1 . .馬鈴薯利用它的塊莖進(jìn)行無性繁殖，種植的世代多了以后往往會感染病毒而減產(chǎn)，為此農(nóng)戶都希望得到無病毒的幼苗進(jìn)行種植。獲得無病毒幼苗的最佳辦法是（）（）A.A.選擇優(yōu)良品種進(jìn)行雜交B.B.進(jìn)行遠(yuǎn)緣植物體細(xì)胞雜交C.C.利用芽尖進(jìn)行組織培養(yǎng)D.D.人工誘導(dǎo)基因突變C C芽尖分生能力旺盛，病毒難以侵染，幾乎不含病

12、毒，可以通過組織培養(yǎng)獲得脫毒苗。 2 2 . .科學(xué)家從懸浮培養(yǎng)的單細(xì)胞、離體花粉或胚囊中，通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)獲得胚狀結(jié)構(gòu)（胚狀體），胚狀體不同于一般的種子胚，它是由非合子細(xì)胞分化形成的類似于胚的結(jié)構(gòu)物，所以，又稱“體細(xì)胞胚”或“花粉胚”。胚狀體在一定的條件下，可以通過胚胎發(fā)育過程形成植株。將其包埋在一個能提供營養(yǎng)的膠質(zhì)中，外面包裹上人造種皮，便制成了“人工種子”。人工種子的概念是 19781978 年在加拿大舉行的第四屆國際植物組織、細(xì)胞培養(yǎng)會議上首次提出來的。目前，我國科學(xué)家利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)已在煙草、水稻、小麥和玉米等植物上成功誘導(dǎo)出胚狀體，而美、日、法等國正著手將人工種子市場化、商

13、品化。(1)(1)簡要?dú)w納“離體的細(xì)胞”進(jìn)行植物組織培養(yǎng)獲得胚狀體的過程:(2)(2)“人工種子”大體由胚狀體、包埋胚狀體的膠質(zhì)以及人造種皮等部分組成。包埋胚狀體的膠質(zhì)中富含營養(yǎng)物質(zhì)，這是因?yàn)闉榱藵M足胚狀體代謝的需求，“人造種皮”還必須具有良好的性能。(3)(3)由“人工種子”萌發(fā)出的植株是否可育？(4)(4)寫出“人工種子”商品化的意義：(任填兩項(xiàng)即可) )(5)(5)培育胚狀體利用了技術(shù)。在該過程中培養(yǎng)基中需要添加?口網(wǎng)種激素，還需要對培養(yǎng)基進(jìn)行嚴(yán)格的。(6)(6)該項(xiàng)技術(shù)的成功應(yīng)用，反映了植物細(xì)胞的性。解析組織培養(yǎng)的過程包括脫分化和再分化兩個階段。胚狀體在萌發(fā)初期不能進(jìn)行光合作用，因此需

14、要給其提供營養(yǎng)，人工種皮要有很好的透氣性，保證供給胚足夠的氧氣。胚狀體的培育利用的是組織培養(yǎng)的技術(shù)，培養(yǎng)基中需要添加生長素和細(xì)胞分裂素，同時(shí)要保證無菌條件。脫分化再分化答案(1)(1)離體的細(xì)胞愈傷組織胚狀體(2)(2)胚狀體在萌發(fā)初期不能進(jìn)行光合作用透水、透氣(3)(3)由花粉培養(yǎng)發(fā)育的植株一般不可育，由體細(xì)胞經(jīng)組織培養(yǎng)發(fā)育的植株是可育的(4)(4)可用于苗木的快速繁育，無病毒植株培養(yǎng)，解決有些作物繁殖能力差、結(jié)子困難或發(fā)芽率低等問題(5)(5)植物組織培養(yǎng)生長素細(xì)胞分裂素滅菌(6)(6)全能作物新品種的培育和細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)背景材料3 3. .單倍體育種過程花藥離儂.脫分化盥傷再分出單

15、倍體染色體:正常培養(yǎng)組織植株贏,植株(2)(2)原理：生殖細(xì)胞的全能性服藥離體培養(yǎng)為單倍體植株)；染色體數(shù)目的變異(秋水仙素誘導(dǎo)單倍體幼苗細(xì)胞染色體數(shù)目加倍)。(3)(3)優(yōu)點(diǎn)：與雜交育種要經(jīng)過 5 56 6 年的連續(xù)篩選相比，單倍體育種明顯縮短育種年限，加快育種進(jìn)程。4 4. .突變體的利用過程誘變處理外植體-*%J 愈傷組織下一突變體魯新品種誘導(dǎo)分化(2)(2)原理：基因突變和植物細(xì)胞的全能性。(3)(3)優(yōu)點(diǎn)：提高愈傷組織的突變率，可以獲得高抗、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆的新品種，加快了育種進(jìn)程。缺點(diǎn)突變不定向，需要處理大量材料。突變少利多害，符合人們需要、有利的品種比較少。5 5. .細(xì)胞產(chǎn)物的

16、工廠化生產(chǎn)過程:從細(xì)胞內(nèi)提取細(xì)胞產(chǎn)物外植體曲愈傷組4胚器(2)(2)原理：植物細(xì)胞的全能性。應(yīng)用舉例：人參皂花、紫杉醇的工廠化生產(chǎn)。(4)(4)優(yōu)點(diǎn)：可以大量生產(chǎn)細(xì)胞產(chǎn)物，工廠化規(guī)模化程度高1.1.下圖是利用某植物(基因型為 AaBb)AaBb)產(chǎn)生的花粉進(jìn)行單倍體育種的示意圖，據(jù)圖判斷，下列敘述錯誤的是()()花粉植株 A A植株 B BA.A.過程通常使用的試劑是秋水仙素，作用時(shí)期為有絲分裂前期B,B,通過過程得到的植株既有純合子又有雜合子C.C.過程屬于植物的組織培養(yǎng)，在此過程中必須使用一定量的植物激素D.D.與雜交育種相比，該育種方法的優(yōu)點(diǎn)是能明顯縮短育種年限B B該過程是單倍體植株育

17、種過程，所以過程是花藥離體培養(yǎng)，獲得的是單倍體植株，基因型為 ABAB、AbAb、aBaB、abab4 4 種，經(jīng)染色體加倍后的植株 B B 都為純合子；過程使用秋水仙素使染色體數(shù)目加倍，其作用機(jī)理是抑制有絲分裂前期紡錘體的形成，到后期染色單體分開后不能向細(xì)胞兩極移動；過程屬于植物組織培養(yǎng)，需要生長素和細(xì)胞分裂素的誘導(dǎo)。2.2.下圖所示為植株繁殖的四種人工方式示意圖，請據(jù)圖回答問題:原生質(zhì)體(1)(1)圖中單倍體植株通常的獲取方式是?若圖中單倍體細(xì)胞含 2 2 個染色體組，A A 植株有 4 4個染色體組，則過程所用化學(xué)試劑的作用是(2)(2)圖中 B B 和 C C 植株的不同點(diǎn)是.決定這種

18、不同的主要因素是(3)(3)若想在 C C 植株獲得過程中獲得突變體，進(jìn)而培育成新品種植株，應(yīng)用物理誘變或化學(xué)誘變的方法處理。(4)(4)若要獲得水稻的“人工種子”，則應(yīng)選用圖中的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與正常受精卵形成的:有類似的結(jié)構(gòu)和發(fā)育過程。(5)(5)若 D D 植株為胡蘿卜一羊角芹，過程常用的物理方法有等；經(jīng)融合處理后，已經(jīng)融合的細(xì)胞類型(只考慮兩兩融合)有種。解析本題主要考查植物細(xì)胞工程的原理和應(yīng)用。(1)(1)圖中 A A 植株培育過程表示單倍體育種，獲取單倍體時(shí)常用花藥離體培養(yǎng)的方法。若要使單倍體的染色體加倍，獲得 A A 植株，則需要在過程中用秋水仙素處理幼苗，以抑制細(xì)胞有絲分裂過程中紡

19、錘體的形成過程。(2)(2)圖中 B B 和 C C 植株培育過程都是體細(xì)胞的組織培養(yǎng)，其不同點(diǎn)是 B B 植株培育過程中形成的是胚狀體，而 C C 植株培育過程形成的是叢芽，這種不同主要的決定因素是細(xì)胞分裂素與生長素的比值。(3)(3)在組織培養(yǎng)過程中獲得突變體，一般用物理誘變或化學(xué)誘變的方法處理愈傷組織，再由愈傷組織經(jīng)再分化形成突變植株。(4)(4)若要獲得水稻的“人工種子”，則應(yīng)選用圖中的胚狀體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與正常受精卵形成的胚有類似的結(jié)構(gòu)和發(fā)育過程。(5)D(5)D 植株培育過程為植物體細(xì)胞雜交，過程常用的物理方法有離心、振動、電激等；經(jīng)融合處理后，已經(jīng)融合的細(xì)胞類型(只考慮兩兩融合)有

20、 3 3 種：胡蘿卜一胡蘿卜融合細(xì)胞、羊角芹一羊角芹融合細(xì)胞和胡蘿卜一羊角芹融合細(xì)胞。答案(1)(1)花藥離體培養(yǎng)抑制細(xì)胞有絲分裂過程中紡錘體的形成(2)B(2)B 過程中形成的是胚狀體，而 C C 過程形成的是叢芽細(xì)胞分裂素與生長素的比值(3)(3)愈傷組織(4)(4)胚狀體胚(5)(5)離心、振動、電激 3 3課堂小結(jié)知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建核心語句歸納微型繁殖實(shí)際是一種無性繁殖，能保證親子代遺傳特性不變。2 2 . .人工種子是由人工種皮、胚狀體和人工胚乳二部分組成的。3 3 . .在植物育種上， 單倍體經(jīng)過染色體加倍，可以使后代迅速純合，縮短育種年限。4 4 . .單倍體育種和多倍體育種均需要用秋

21、水仙素誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍。1.1.某株名貴花卉用種子繁殖時(shí)會發(fā)生性狀分離，為了防止性狀分離并快速繁殖，可利用該植物體的一部分器官或組織進(jìn)行離體培養(yǎng)，但不能采用該植株的（）A A.莖尖 B B.芽 C C.葉片 D.D.花粉粒D D花粉粒細(xì)胞離體培養(yǎng)得到的植株是單倍體，改變了原有植株的遺傳物質(zhì)。2,2,下列有關(guān)植物組織培養(yǎng)的敘述，正確的是（）（）A,A,愈傷組織是一團(tuán)有特定結(jié)構(gòu)和功能的薄壁細(xì)胞B.B.二倍體植株的花粉經(jīng)脫分化與再分化后可得到穩(wěn)定遺傳的植株C.C.用人工薄膜將胚狀體、愈傷組織等分別包裝可制成人工種子D,D,植物耐鹽突變體可通過添加適量 NaClNaCl 的培養(yǎng)基培養(yǎng)篩選而獲得D D

22、A A 項(xiàng)中愈傷組織是一團(tuán)排列疏松而無規(guī)則、高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞，不具有特定的結(jié)構(gòu)和功能；B B 項(xiàng)中二倍體植株的花粉中只含一個染色體組，培養(yǎng)得到的個體為單倍體，高度不育，其幼苗需用秋水仙素處理后才能穩(wěn)定遺傳；C C 項(xiàng)中愈傷組織不能用于制備人工種子；D D 項(xiàng)中用特定的選擇培養(yǎng)基可篩選出所需要的突變體類型。3.3.在植物組織培養(yǎng)過程中，容易獲得突變體的主要原因是（）（）A,A,培養(yǎng)的細(xì)胞一直處于不斷的分生狀態(tài)B.B.培養(yǎng)基營養(yǎng)豐富，易于植物生長C.C.紡錘絲的形成容易受抑制D.DNAD.DNA 復(fù)制容易受抑制A A在植物組織培養(yǎng)過程中細(xì)胞一直處于不斷的分生狀態(tài)，即細(xì)胞的分裂能力很強(qiáng)，細(xì)胞在分裂過程中，容易受到外界培養(yǎng)條件和外界壓力（如射線、化學(xué)物質(zhì)等）的影響而發(fā)生基因突變，對細(xì)胞進(jìn)行植物組織培