2020-2021高中生物3配套學(xué)案：專題二第一節(jié)第二課時植物細(xì)胞工程的實際應(yīng)用含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2020-2021學(xué)年高中生物人教版選修3配套學(xué)案：專題二第一節(jié)第二課時植物細(xì)胞工程的實際應(yīng)用含解析第二課時植物細(xì)胞工程的實際應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)1．了解植物繁殖的新途徑及原理。(重、難點(diǎn)）2．正確區(qū)別人工種子與自然狀態(tài)下的種子.（重點(diǎn)）3．了解作物新品種培育的方法和原理。列舉植物細(xì)胞工程的實際應(yīng)用基礎(chǔ)知識·雙基夯實一、植物繁殖的新途徑1．微型繁殖（1）微型繁殖技術(shù)：用于①__快速繁殖__優(yōu)良品種的②__植物組織培養(yǎng)技術(shù)__。（2)特點(diǎn):保持優(yōu)良品種的③__遺傳特性__；高效快速地實現(xiàn)種苗④__大量繁殖__.（3)實例：20世紀(jì)60年代,荷蘭的科學(xué)家就成功地實現(xiàn)了利用⑤__組織培養(yǎng)技術(shù)__來培育蘭花。2．作物脫毒（1）材料：植物的⑥__分生區(qū)__(如⑦_(dá)_莖尖__)附近的病毒極少,甚至⑧__無病毒__。（2）脫毒苗：切?、醎_一定大小的莖尖__進(jìn)行組織培養(yǎng)獲得的.(3）優(yōu)點(diǎn)：使農(nóng)作物⑩__不會或極少感染病毒__.3．神奇的人工種子人工種子是以?__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，外面包被著特定的物質(zhì)，在適宜的條件下可以萌發(fā)長成幼苗。人工種子由胚狀體、作為保護(hù)外殼的?__人工種皮__和提供發(fā)育所需營養(yǎng)的?__人工胚乳__組成。二、作物新品種的培育1．單倍體育種單倍體育種是指通過?__花藥離體培養(yǎng)__獲得單倍體植株，染色體數(shù)目加倍后可獲得純合二倍體植株。其優(yōu)點(diǎn)是?__明顯地縮短育種年限,后代都是純合子__。2．突變體的利用（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__、eq\o\ac(○，21）__化學(xué)物質(zhì)__等）的影響而eq\o\ac（○，22)__產(chǎn)生突變__。(2)利用：篩選出對人們有用的eq\o\ac(○，23)__突變體__，進(jìn)而培育成新品種。三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)1．細(xì)胞產(chǎn)物的種類：eq\o\ac（○，24)__蛋白質(zhì)__、脂肪、糖類、eq\o\ac（○，25)__藥物__、香料、生物堿等。2．技術(shù)：植物eq\o\ac（○,26）__組織培養(yǎng)__技術(shù)。3．實例：我國利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)實現(xiàn)了大量生產(chǎn)eq\o\ac(○,27）__人參皂甙干粉__;另外，三七、紫草和銀杏的eq\o\ac(○,28)__細(xì)胞產(chǎn)物__也都已經(jīng)實現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)。思考1．通過“人工種子”繁殖后代屬于什么生殖方式？提示：無性繁殖。2．在植物組織培養(yǎng)過程中，為什么培養(yǎng)細(xì)胞容易在培養(yǎng)條件和外界壓力改變的條件下產(chǎn)生突變？提示:因為培養(yǎng)細(xì)胞一直處于不斷的分生狀態(tài)。3．細(xì)胞產(chǎn)物的生產(chǎn)是將植物細(xì)胞培養(yǎng)到什么環(huán)節(jié)？提示:愈傷組織。┃┃活學(xué)巧練__■判斷題1．微型繁殖技術(shù)只保持親本的優(yōu)良特性.(×）分析：微型繁殖屬于無性繁殖，可以保持親本的所有遺傳性狀。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。(×）分析：為確保成功培育出脫毒苗，通常選擇植物分生區(qū)附近（如莖尖)的組織和細(xì)胞進(jìn)行組織培養(yǎng)，因為此處病毒極少，甚至無毒。3．在植物組織培養(yǎng)過程中，可以提取愈傷組織,經(jīng)過人工薄膜包裝得到人工種子。(×）分析：人工種子是以植物組織培養(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。4．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一般不發(fā)生分離.（√)5．單倍體育種和突變體培育的遺傳學(xué)原理是一致的。(×)分析:單倍體育種的遺傳學(xué)原理是染色體變異，而突變體培育利用的是基因突變.6．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)物也是來自愈傷組織細(xì)胞。(√)7．人工種子的培育也能說明植物細(xì)胞具有全能性.(×)分析：人工種子利用的是植物組織培養(yǎng)過程中愈傷組織誘導(dǎo)分化形成的胚狀體，還沒有發(fā)育到完整個體階段，不能體現(xiàn)植物細(xì)胞的全能性。課內(nèi)探究·名師點(diǎn)津知識點(diǎn)植物繁殖的新途徑┃┃重難拓展__■1．微型繁殖(1）概念:是指用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)，也叫快速繁殖技術(shù).(2）實質(zhì)：植物組織培養(yǎng)。(3）原理：植物細(xì)胞的全能性.（4）完成植物的微型繁殖技術(shù)的生理過程：細(xì)胞分裂和細(xì)胞分化。（5)優(yōu)點(diǎn)：保持親本的優(yōu)良性狀；可以快速大量培育出新個體，有利于工廠化培育；選材少、培養(yǎng)周期短，繁殖率高，便于自動化管理。2．培育無病毒植株（1)獲得成功的事例:馬鈴薯、甘薯、大蒜、草莓、蘋果、香蕉。（2)常選用的部位:莖尖組織。（3）操作過程: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.3．制備人工種子（1)概念：人工種子是指以植物組織培養(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.（2)人工種子的結(jié)構(gòu)：由胚狀體、作為保護(hù)外殼的人工種皮和提供發(fā)育所需營養(yǎng)的人工胚乳三部分構(gòu)成.（如圖所示）(3)與天然種子相比較，其優(yōu)越性有：①可使在自然條件下不結(jié)實或種子昂貴的植物得以繁殖,②固定雜種優(yōu)勢,③是一種快捷高效的繁殖方式，④可人為控制植物的生長發(fā)育和抗逆性等。（4）成果：芹菜、花椰菜、桉樹和水稻的胚狀體制備的人工種子。（5）人工種子目前還存在不少問題具有重要經(jīng)濟(jì)價值的植物產(chǎn)生胚狀體的能力弱，難以形成同步化的活力強(qiáng)的胚狀體；機(jī)械化播種問題也尚未解決。因此現(xiàn)在很少以生產(chǎn)為目的進(jìn)行人工種子的研制。知識貼士1．人工種皮“人工薄膜”是指人工種皮。制作人工種皮的材料有海藻酸鈉、明膠、樹脂、瓊脂糖淀粉等。對人工種皮的要求是：能保持胚狀體的活力；有利于種子的貯藏、運(yùn)輸和萌發(fā);選取的材料要有韌性、耐壓；對胚狀體無毒害,含有胚狀體發(fā)芽所需要的營養(yǎng)成分或植物激素；還應(yīng)含有殺菌劑，以防播種后微生物的侵害。2．微型繁殖、作物脫毒、獲得人工種子的基礎(chǔ)是植物組織培養(yǎng)技術(shù)，屬于無性生殖，產(chǎn)生的子代具有親本的優(yōu)良性狀。┃┃典例評析__■典例1下列有關(guān)人工種子的敘述不正確的是（B）A．通過科學(xué)手段人工合成的種子B．必須由受精卵植物組織培養(yǎng)技術(shù)獲得的種子C．人工種皮可以為種子萌發(fā)提供足夠的營養(yǎng)物質(zhì)D．人工種子發(fā)芽率較高解析：本題考查了人工種子獲得的方法及其過程.人工種子是經(jīng)植物組織培養(yǎng)獲得胚狀體、不定芽等，然后經(jīng)人工薄膜包裝得到的種子。┃┃變式訓(xùn)練__■1．百合利用它的球莖進(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。在最短時間內(nèi)獲得大量無病毒幼苗的最佳方法是(C）A．花藥離體培養(yǎng)B．選取成熟組織進(jìn)行培養(yǎng)C．利用莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)D．人工誘導(dǎo)基因突變知識點(diǎn)作物新品種的培育┃┃重難拓展__■1．單倍體育種(1）原理：整個單倍體育種過程的原理是染色體變異，其中的花藥離體培養(yǎng)利用的是細(xì)胞的全能性.（2）過程：如圖所示。通過花藥離體培養(yǎng)獲得單倍體植株，染色體加倍后當(dāng)年便可得到穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良品種,極大地縮短了育種年限。eq\x(花藥）eq\o(→，\s\up7(離體培養(yǎng)))eq\x（\a\al（單倍體，植株））eq\o(→，\s\up7(秋水仙素處理）)eq\x(\a\al(具有優(yōu)良性狀,的正常植株))知識貼士單倍體育種和花藥離體培養(yǎng)：花藥離體培養(yǎng)是單倍體育種的常用方法，但該過程得到的植株一般是單倍體，表現(xiàn)為高度不育；單倍體育種是在花藥離體培養(yǎng)的基礎(chǔ)上,用適當(dāng)濃度的秋水仙素處理，獲得純合的二倍體植株，其自交后代不發(fā)生性狀分離。(3)成果：我國在水稻、小麥、煙草、柏、橡膠和辣椒等植物的單倍體育種上,處于世界領(lǐng)先地位。（4)優(yōu)點(diǎn)：后代穩(wěn)定遺傳，都是純合體；明顯縮短育種年限。2．突變體育種(1)實質(zhì)：植物組織培養(yǎng)。（2)利用：篩選對人們有利的突變體,進(jìn)而培育新品種。(3)形成原因：培養(yǎng)的細(xì)胞一直處于不斷的分生狀態(tài)，容易受一些條件的影響而產(chǎn)生突變。┃┃典例評析__■典例2下列應(yīng)用不涉及植物組織培養(yǎng)技術(shù)的是（B)A．花藥離體培養(yǎng)得到單倍體植物B．秋水仙素處理幼苗獲得多倍體植株C．人工種子培育D．“番茄——馬鈴薯"雜種植株培育解析：植物組織培養(yǎng)利用細(xì)胞的全能性將離體的組織、器官或細(xì)胞經(jīng)細(xì)胞分裂、分化形成胚狀體或叢芽,進(jìn)一步培育成人工種子或植株，此過程也可用于體細(xì)胞雜交技術(shù)。┃┃變式訓(xùn)練__■2．下列育種措施，可以增加植物突變體出現(xiàn)的是（C）A．采用嫁接方法培育蘋果新品種B．將魚的抗凍蛋白基因?qū)霟煵菔芫阎?，培育抗凍煙草C．用紫外線對組織培養(yǎng)中的愈傷組織進(jìn)行照射D．使用秋水仙素對棉花植株進(jìn)行處理解析：突變體的利用是植物組織培養(yǎng)的用途之一，增加突變體可應(yīng)用物理、化學(xué)、生物等因素去誘發(fā)突變，如用紫外線進(jìn)行處理等.而A選項中嫁接屬于無性生殖,B選項為基因工程，二者均不會產(chǎn)生新的基因;秋水仙素能誘導(dǎo)棉花出現(xiàn)染色體變異。知識點(diǎn)細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)┃┃重難拓展__■(1）種類：蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。(2）技術(shù):植物的組織培養(yǎng)。（3)工廠化生產(chǎn)人參皂甙的基本過程：①第一步：選擇人參根作為外植體進(jìn)行培養(yǎng)，產(chǎn)生愈傷組織，經(jīng)過培養(yǎng)選擇找到增殖速度快而且細(xì)胞內(nèi)人參皂甙含量高的細(xì)胞株,其中一部分作為種子保存，以備下一次生產(chǎn)使用，一部分進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn).②第二步,將第一步選擇到的細(xì)胞株在發(fā)酵罐中的適合培養(yǎng)液中進(jìn)行液體培養(yǎng),增加細(xì)胞數(shù)量。③第三步，將發(fā)酵罐中培養(yǎng)的細(xì)胞進(jìn)行破碎，從中提取人參皂甙。知識貼士培養(yǎng)目的不同,利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)到達(dá)的階段不同（1)微型繁殖、脫毒苗、單倍體育種、突變體：到完整植株。(2）人工種子:到胚狀體階段。（3）細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)：可以培養(yǎng)到植株階段，也可以培養(yǎng)到愈傷組織階段。指點(diǎn)迷津·撥云見日五種生物技術(shù)的比較方式植物組織培養(yǎng)突變體的利用單倍體育種植物體細(xì)胞雜交植物基因工程育種原理植物細(xì)胞的全能性基因突變、植物細(xì)胞的全能性花粉細(xì)胞的全能性、染色體變異細(xì)胞膜的流動性、植物細(xì)胞的全能性基因重組、植物細(xì)胞全能性重要步驟脫分化、再分化對愈傷組織誘變處理花藥離體培養(yǎng)、秋水仙素誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍原生質(zhì)體融合、雜種細(xì)胞組織培養(yǎng)對導(dǎo)入目的基因的植物細(xì)胞進(jìn)行組織培養(yǎng)優(yōu)點(diǎn)保持優(yōu)良品種的遺傳特性提高突變率,獲得優(yōu)良性狀明顯縮短育種年限克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙舉例微型繁殖、脫毒苗培育、人工種子培育抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的野生煙草單育1號煙草培育“番茄-馬鈴薯”雜種植株轉(zhuǎn)基因抗蟲棉典例3如圖所示為植株繁殖的四種人工方式示意圖,請據(jù)圖回答：(1）圖中單倍體植株通常的獲取方式是__花藥離體培養(yǎng)__。若圖中單倍體細(xì)胞含2個染色體組,A有4個染色體組，則③過程所用化學(xué)試劑的作用是__抑制細(xì)胞有絲分裂過程中紡錘體的形成__。(2)圖中B和C過程的不同點(diǎn)是__B過程中形成的是胚狀體，而C過程形成的是胚芽__，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）若想在C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__愈傷組織__.（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_(dá)_有類似的結(jié)構(gòu)和發(fā)育過程。（5）若D為胡蘿卜－羊角芹，②過程常用的物理方法有__離心、振動、電激__等；經(jīng)融合處理后,含有的細(xì)胞類型有__3__種（若融合的細(xì)胞只考慮兩兩融合）.解析：本題主要考查植物細(xì)胞工程的原理和應(yīng)用.（1）圖中A過程表示單倍體育種，獲取單倍體時常用花藥離體培養(yǎng)的方法。若要使單倍體的染色體加倍，變成A植株，則需要在③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錘體的形成過程。（2)圖中B和C過程都是體細(xì)胞的組織培養(yǎng),其不同點(diǎn)是B過程中形成的是胚狀體,而C過程形成的是胚芽，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)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）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為植物體細(xì)胞雜交的過程,②過程常用的物理方法有離心、振動、電激等；經(jīng)融合處理后，含有的細(xì)胞類型有3種(只考慮兩兩融合）：胡蘿卜-胡蘿卜融合細(xì)胞、羊角芹—羊角芹融合細(xì)胞和胡蘿卜-羊角芹融合細(xì)胞。核心素養(yǎng)·技能培優(yōu)案例玉米是一種主要的農(nóng)作物，為了提高玉米的產(chǎn)量，科學(xué)家做了大量的研究工作。如圖是關(guān)于玉米培養(yǎng)的過程，請據(jù)圖回答：（1)如圖A→C，發(fā)育成植株D，取D的花藥進(jìn)行離體培養(yǎng)得到的幼苗屬于__單倍體__，如圖E→F，經(jīng)秋水仙素處理后發(fā)育成植株G；從生殖方式上分析，A→D屬于__無性__生殖。(2）A→C的過程要嚴(yán)格控制__無菌__。（3)F→G的過程中用__秋水仙素__處理，使細(xì)胞染色體數(shù)目加倍，用E→G途徑育種的優(yōu)點(diǎn)是__直接得到穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良品種，極大地縮短了育種年限__.(4）若想培育出一種能抗蟲的玉米新品種，可以采用__基因工程__育種;若想培育出一種地上結(jié)玉米，地下結(jié)馬鈴薯的植株，可以利用__植物體細(xì)胞雜交__技術(shù)。解析:(1）取D的花藥進(jìn)行離體培養(yǎng)成幼苗(如圖E→F），經(jīng)秋水仙素處理后發(fā)育成植株G，此過程屬于單倍體育種，從生殖方式上分析,A→D屬于無性生殖。(2）在植物組織培養(yǎng)過程中，要嚴(yán)格控制無菌條件。(3）F→G的過程中用秋水仙素處理,使細(xì)胞染色體數(shù)目加倍；用E→G途徑進(jìn)行單倍體育種的優(yōu)點(diǎn)是直接得到穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良品種,自交后代不發(fā)生性狀分離，極大地縮短了育種年限.(4)若想培育出一種能抗蟲的玉米新品種，可以采用基因工程育種；若想培育出一種地上結(jié)玉米，地下結(jié)馬鈴薯的植株,可以利用植物體細(xì)胞雜交技術(shù).探規(guī)尋律幾種育種方法的比較技術(shù)原理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)誘變育種基因突變提高生物變異的頻率,可大幅度改良某些性狀,縮短育種進(jìn)程盲目性大,需大量處理實驗材料雜交育種基因重組使位于不同個體的優(yōu)良性狀集中于一個個體周期長，難以克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙單倍體育種染色體變異獲得個體均為純種，明顯縮短育種年限技術(shù)復(fù)雜，須與雜交育種配合多倍體育種染色體變異器官大,提高產(chǎn)量和營養(yǎng)成分適用于植物，動物方面難以開展基因工程育種分子遺傳學(xué)原理打破物種界限，定向地改造生物遺傳性狀可能造成新的生態(tài)危機(jī)細(xì)胞工程育種細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)原理克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙；擴(kuò)大了用于雜交的親本組合范圍；定向改變生物遺傳性狀不能按人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀問題釋疑·探究升華教材P38討論1人們利用植物的微型繁殖技術(shù)來進(jìn)行工廠化育苗生產(chǎn),這是利用了該項技術(shù)的哪些特點(diǎn)？提示：植物微型繁殖技術(shù)具有高效性和可以保持種苗的優(yōu)良遺傳特性的優(yōu)勢，工廠化大規(guī)模育苗生產(chǎn)正是利用了植物微型技術(shù)的這兩方面優(yōu)勢。利用植物微型繁殖技術(shù)我們可以短時間內(nèi)獲得大量的優(yōu)質(zhì)種苗。教材P40討論21．人工種子之所以神奇，是由于它具有天然種子不可比擬的特點(diǎn)，想一想，它們具有哪些優(yōu)點(diǎn)？提示：人工種子的優(yōu)點(diǎn):(1）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；天然種子在生產(chǎn)上受季節(jié)限制，一般每年只繁殖1~2次，有些甚至十幾年才繁殖一次.而人工種子則可以完全保持優(yōu)良品種的遺傳特性，生產(chǎn)上也不受季節(jié)的限制。（2）試管苗的大量貯藏和運(yùn)輸也是相當(dāng)困難的。人工種子則克服了這些缺點(diǎn)，人工種子外層是起保護(hù)作用的薄膜，類似于天然種子的種皮，因此，可以很方便地貯藏和運(yùn)輸。2．在人工種子中,人工種皮是保證包裹在其中的胚狀體順利生長成小植株的關(guān)鍵部分.請?zhí)接?人工種皮中應(yīng)該具有的有效成分是什么？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哪些物質(zhì)?提示: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.教材P41資料分析高效抗癌的藥物紫杉醇，雖然能造福人類，但卻為瀕危的紅豆杉帶來一場滅頂之災(zāi)。以“我們能否利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)大量生產(chǎn)紫杉醇，從而拯救紅豆杉”為題，與同學(xué)們展開討論,說說植物組織培養(yǎng)技術(shù)在節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境方面的重要意義.提示:可以利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)來大量生產(chǎn)紫杉醇.現(xiàn)在國內(nèi)外的科學(xué)家們正在研究利用植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)來大量培育紅豆杉細(xì)胞，希望利用這種方法來大量生產(chǎn)紫杉醇。國內(nèi)外許多實驗室開展了用組織培養(yǎng)法生產(chǎn)紫杉醇的研究，紅豆杉屬的11種植物現(xiàn)在都在進(jìn)行組織培養(yǎng).美國的ESCAge