【高中生物】2023-2024學(xué)年人教版選擇性必修三 植物細(xì)胞工程的應(yīng)用課件

第1節(jié)植物細(xì)胞工程第2課時(shí)植物細(xì)胞工程的應(yīng)用目標(biāo)素養(yǎng)1.舉例說明植物細(xì)胞工程在快速繁殖、作物脫毒、作物新品種的培育、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)等方面的應(yīng)用。2.基于日常生活和生產(chǎn)中的真實(shí)情境,設(shè)計(jì)并實(shí)施恰當(dāng)可行的方案,客觀分析與評(píng)價(jià)植物細(xì)胞工程在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用。知識(shí)概覽一、植物繁殖的新途徑

微思考1為什么馬鈴薯、草莓和香蕉脫毒苗的產(chǎn)量和品質(zhì)明顯提高,而小麥和玉米脫毒苗基本沒有變化?提示:馬鈴薯、草莓和香蕉進(jìn)行無性繁殖,感染的病毒很容易傳遞給子代,而小麥和玉米是通過種子繁殖,感染的病毒不容易傳遞給子代。微判斷11.脫毒苗培育所選用的組織培養(yǎng)材料可以來自植株的任何部位。(

)2.植物組織培養(yǎng)技術(shù)不僅可以快速、高效地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖,還可以保持優(yōu)良品種的遺傳性狀。(

)3.培育草莓脫毒苗所采用的主要技術(shù)是植物體細(xì)胞雜交。(

)4.作物脫毒時(shí)選材部位應(yīng)為植物木質(zhì)部附近的部位,因?yàn)榇颂幖?xì)胞內(nèi)病毒極少。(

)×√××二、作物新品種的培育1.單倍體育種。(2)優(yōu)點(diǎn):①后代是純合子,遺傳性狀相對(duì)穩(wěn)定。②極大地縮短了育種的年限,節(jié)約了大量的人力和物力。③進(jìn)行體細(xì)胞誘變育種和研究遺傳突變的理想材料。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,培養(yǎng)細(xì)胞一直處于不斷增殖的狀態(tài),因此容易受到培養(yǎng)條件和誘變因素(如射線、化學(xué)物質(zhì)等)的影響而產(chǎn)生突變。(2)利用:從產(chǎn)生突變的個(gè)體中可以篩選出對(duì)人們有用的突變體,進(jìn)而培育成新品種。微判斷21.在植物組織培養(yǎng)過程中,容易獲得突變體的主要原因是培養(yǎng)的細(xì)胞一直處于不斷增殖的狀態(tài)。(

)2.由于大多數(shù)單倍體植株的細(xì)胞中只含有一套染色體,染色體加倍后得到的植株的顯性性狀容易顯現(xiàn),因此它也是進(jìn)行體細(xì)胞誘變育種和研究遺傳突變的理想材料。(

)√×微訓(xùn)練下列育種措施中,可以增加植物突變率的是(

)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(duì)組織培養(yǎng)中的愈傷組織進(jìn)行照射D.采用雜交的方式培育高產(chǎn)水稻答案:C解析:利用物理因素(如紫外線、X射線等)或化學(xué)因素(如亞硝酸鹽等)處理生物,使生物發(fā)生基因突變,可以提高突變率。三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)1.植物的代謝。(1)初生代謝是生物生長和生存所必需的代謝活動(dòng),因此在整個(gè)生命過程中它一直進(jìn)行著。初生代謝物有糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸等。(2)次生代謝不是生物生長所必需的,一般在特定的組織或器官中,并在一定的環(huán)境和時(shí)間條件下才進(jìn)行。次生代謝物是一類小分子有機(jī)化合物(如酚類、萜類和含氮化合物等),在植物抗病、抗蟲等方面發(fā)揮作用,也是很多藥物、香料和色素等的重要來源。2.方法:利用植物細(xì)胞培養(yǎng)來獲得目標(biāo)產(chǎn)物,這個(gè)過程就是細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。植物細(xì)胞培養(yǎng)是指在離體條件下對(duì)單個(gè)植物細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)使其增殖的技術(shù)。3.意義:對(duì)于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境保護(hù)具有重要意義。微思考2快速繁殖是有性繁殖還是無性繁殖?提示:快速繁殖利用的是植物組織培養(yǎng)技術(shù),屬于無性繁殖。微判斷31.工廠化生產(chǎn)的細(xì)胞產(chǎn)物,其化學(xué)成分都是蛋白質(zhì)。(

)2.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)提高了獲取植物某些成分的效率。(

)3.次生代謝物是植物生命活動(dòng)所必需的。(

)×√×一

植物繁殖的新途徑重難歸納1.快速繁殖。(1)實(shí)質(zhì):植物組織培養(yǎng)。(2)原理:植物細(xì)胞的全能性。(3)優(yōu)點(diǎn):①可以高效、快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖。②可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性。2.作物脫毒。(1)進(jìn)行作物脫毒的原因:長期進(jìn)行無性繁殖的作物(如馬鈴薯和草莓),它們感染的病毒很容易傳給后代。病毒在作物體內(nèi)逐年積累,從而導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低,品質(zhì)變差。(2)材料的選取及脫毒的方法:由于代謝十分旺盛、細(xì)胞分裂速度快等因素,在植物頂端分生區(qū)附近(如莖尖)的病毒極少,甚至無病毒。因此,利用植物的分生組織進(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,種植的作物產(chǎn)量和品質(zhì)都會(huì)提高。草莓傳統(tǒng)的繁殖方式易將其所感染的病毒傳給后代,導(dǎo)致產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差。運(yùn)用作物脫毒技術(shù)可以培育出脫毒植株。請(qǐng)思考下列問題。(1)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(duì)于無性繁殖的作物,病毒在作物體內(nèi)逐年積累,就會(huì)導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差。而植物頂端分生區(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),再生的植物就有可能不帶病毒,從而獲得脫毒苗。(2)從所需條件上來看,快速繁殖與傳統(tǒng)育種方法相比,優(yōu)點(diǎn)有哪些?提示:快速繁殖是在具有一定人工設(shè)施的室內(nèi)生產(chǎn),可以不受季節(jié)、氣候等自然條件的限制。典例剖析某株名貴花卉用種子繁殖會(huì)發(fā)生性狀分離。為了防止性狀分離并快速繁殖,可以利用該植株的一部分器官或組織進(jìn)行離體培養(yǎng),發(fā)育出完整的植株。進(jìn)行離體培養(yǎng)時(shí)不應(yīng)采用該植株的(

)A.莖尖 B.子房壁C.葉片 D.花粉粒答案:D解析:莖尖一般沒有病毒積累,分裂能力強(qiáng),可作為植物組織培養(yǎng)的材料,A項(xiàng)不符合題意。子房壁細(xì)胞與葉片細(xì)胞屬于體細(xì)胞,可作為植物組織培養(yǎng)的材料,B、C兩項(xiàng)不符合題意?；ǚ哿Ｊ墙?jīng)減數(shù)分裂形成的,在此過程中發(fā)生了基因重組,因而不一定能保持親本的優(yōu)良性狀,D項(xiàng)符合題意。學(xué)以致用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(huì)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.選擇優(yōu)良品種進(jìn)行雜交B.進(jìn)行遠(yuǎn)緣植物體細(xì)胞雜交C.利用莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)D.人工誘導(dǎo)基因突變答案:C解析:莖尖分裂能力旺盛,幾乎不含病毒,可以利用莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng),從而獲得脫毒苗。二

作物新品種的培育和細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)重難歸納1.單倍體育種和突變體育種的比較。比較項(xiàng)目原理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)實(shí)例單倍體育種染色體變異極大地縮短了育種的年限,節(jié)約了大量的人力和物力技術(shù)含量高單育1號(hào)煙草、中花8號(hào)和京花1號(hào)小麥等突變體育種基因突變產(chǎn)生新基因,大幅度改良某些性狀可用突變體少,需處理大量材料抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的煙草等2.植物組織培養(yǎng)和植物細(xì)胞培養(yǎng)的比較。

項(xiàng)目植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞培養(yǎng)目的獲得植物體獲得細(xì)胞產(chǎn)物原理植物細(xì)胞的全能性細(xì)胞增殖特別提醒(1)細(xì)胞產(chǎn)物一般是細(xì)胞的次生代謝物,不一定是蛋白質(zhì)。(2)細(xì)胞培養(yǎng)一般是使細(xì)胞增殖,也可能會(huì)利用組織培養(yǎng)技術(shù),先脫分化然后再分化獲得所需的特定細(xì)胞后再進(jìn)行培養(yǎng)。下圖表示植物細(xì)胞工程中突變體的利用過程,請(qǐng)據(jù)圖分析回答下列問題。(1)為什么培養(yǎng)至愈傷組織時(shí)才進(jìn)行誘變處理?提示:愈傷組織細(xì)胞一直處于不斷增殖的狀態(tài),因此容易受到培養(yǎng)條件和誘變因素(如射線、化學(xué)物質(zhì)等)的影響而產(chǎn)生突變。(2)誘導(dǎo)分化得到的突變體都可以利用嗎?請(qǐng)說明理由。提示:不是。因?yàn)榛蛲蛔兙哂须S機(jī)性和不定向性,所以并不是誘導(dǎo)分化得到的突變體都可以利用,還需進(jìn)一步篩選出所需要的突變體。(3)突變體育種所依據(jù)的原理是什么?提示:基因突變和植物細(xì)胞的全能性。典例剖析下圖是利用某植物(基因型為AaBb)的花藥進(jìn)行單倍體育種的示意圖。據(jù)圖判斷下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A.過程②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.通過過程①得到的植株既有純合子又有雜合子C.過程①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.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答案:B解析:該過程是單倍體育種過程,所以過程①是花藥離體培養(yǎng),獲得的是單倍體,基因型為AB、Ab、aB、ab

4種,經(jīng)染色體加倍后的植株B都為純合子;過程②使用秋水仙素使染色體數(shù)目加倍,作用機(jī)理是抑制有絲分裂前期紡錘體的形成,從而使后期染色單體分開后不能向細(xì)胞兩極移動(dòng)。過程①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)。學(xué)以致用下圖表示通過植物細(xì)胞工程技術(shù)獲得紫杉醇的途徑。下列敘述正確的是(

)A.該途徑體現(xiàn)了植物細(xì)胞的全能性B.過程①需控制好培養(yǎng)基中植物激素的比例C.經(jīng)過過程①細(xì)胞的形態(tài)和結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化D.過程③需使用固體培養(yǎng)基,有利于細(xì)胞增殖答案:B解析:細(xì)胞全能性是指細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后,仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細(xì)胞的潛能,而題圖并未體現(xiàn)全能性,A項(xiàng)錯(cuò)誤。過程①是脫分化,而決定植物脫分化和再分化的關(guān)鍵因素是培養(yǎng)基中植物激素的種類和比例,因此該過程需控制好培養(yǎng)基中植物激素的比例,經(jīng)過該過程細(xì)胞的形態(tài)和結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,成為了不定形的薄壁組織團(tuán)塊,B項(xiàng)正確,C項(xiàng)錯(cuò)誤。過程③需使用液體培養(yǎng)基,有利于細(xì)胞增殖,D項(xiàng)錯(cuò)誤。1.通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)繁育農(nóng)作物,其優(yōu)點(diǎn)不包括(

)A.加快繁育速度B.保持親本優(yōu)良性狀C.培育出無病毒植株D.改變植物的基因型答案:D解析: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、B兩項(xiàng)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,所以由此培育的脫毒苗長成的植株是無病毒植株,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項(xiàng)錯(cuò)誤。2.下圖表示優(yōu)質(zhì)玉米的培育過程。請(qǐng)據(jù)圖判斷下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.B→E過程中細(xì)胞全能性的高低發(fā)生了改變B.C試管中形成的是不定形的薄壁組織團(tuán)塊C.植株F一般不能直接應(yīng)用于擴(kuò)大種植D.植株A和F體細(xì)胞中的染色體組數(shù)相同答案:D解析:B→C為脫分化過程,該過程中細(xì)胞的全能性增大,C→E為再分化過程,該過程中細(xì)胞的全能性降低,A項(xiàng)正確。C試管中形成的是愈傷組織,愈傷組織是不定形的薄壁組織團(tuán)塊,B項(xiàng)正確。F為單倍體植株,高度不育,因此一般不能直接應(yīng)用于擴(kuò)大種植,C項(xiàng)正確。A是正常的二倍體植株,而F是花藥離體培養(yǎng)獲得的單倍體植株,兩者體細(xì)胞中的染色體組數(shù)不同,D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.下圖表示利用突變體育種技術(shù)獲得抗除草劑白三葉草新品種的過程。下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A.該育種過程依據(jù)的原理有基因突變和植物細(xì)胞具有全能性B.過程①②的培養(yǎng)基中,不同植物激素的濃度比例不同C.白三葉草愈傷組織和胚狀體的細(xì)胞中DNA和RNA種類相同D.過程④通常采用的篩選方法是向白三葉草幼苗噴灑除草劑答案:C解析:白三葉草愈傷組織和胚狀體的細(xì)胞中DNA種類相同,但因?yàn)榛虻倪x擇性表達(dá),RNA和蛋白質(zhì)的種類是有差異的。4.現(xiàn)代生物技術(shù)可以利用植物體的一個(gè)活體部分,如莖尖、葉片和花藥等,在一定的條件下使它發(fā)育成完整的植株。這種技術(shù)可以在較短時(shí)間內(nèi)大量繁殖、培育新品種以及防止病毒的危害等。下列關(guān)于該生物技術(shù)的敘述,正確的是(

)①常用莖尖或花藥培養(yǎng)獲得脫毒苗②其應(yīng)用之一是快速繁殖③這種技術(shù)屬于細(xì)胞工程④該技術(shù)一定要用到纖維素酶和果膠酶A.①②④ B.②③

C.①④ D.①②③④答案:B解析:該技術(shù)為植物組織培養(yǎng)技術(shù)。常用莖尖培養(yǎng)獲得脫毒苗,而花藥離體培養(yǎng)獲得的是單倍體,往往是高度不育的,①錯(cuò)誤;植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用之一是快速繁殖,②正確;植物組織培養(yǎng)技術(shù)屬于植物細(xì)胞工程,③正確;在植物體細(xì)胞雜交技術(shù)中用到了纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁,而題中所述技術(shù)并不涉及這兩種酶,④錯(cuò)誤。5.下列有關(guān)植物細(xì)胞工程應(yīng)用的敘述,錯(cuò)誤的是(

)A.利用組織培養(yǎng)技術(shù)培育脫毒