植物細胞工程的應用-高二生物（人教版2019選擇性必修3）

第1節(jié)

植物細胞工程（第2課時）【本節(jié)聚焦】1.植物細胞工程在生產(chǎn)實踐中有哪些應用?2.植物細胞工程在生產(chǎn)實踐的主要優(yōu)勢是什么？第2章細胞工程學習目標、重難點核心素養(yǎng)1.掌握植物細胞工程在快速繁殖、作物脫毒、單倍體育種、突變體利用等方面的應用。2.掌握植物細胞工程應用于生產(chǎn)實踐的優(yōu)勢。1、生命觀念：通過植物細胞工程應用實例的分析，了解這些應用涉及的技術流程和應用優(yōu)勢，以及給人們帶來的影響。2、科學探究：基于生產(chǎn)和生活需要，嘗試運用所學植物細胞工程的知識解決生產(chǎn)、生活中的問題。3、社會責任：認同植物細胞工程的重要應用價值，列舉植物組織培養(yǎng)技術在生產(chǎn)實踐中的應用，說明植物細胞工程對生產(chǎn)的影響。教學重點:1.植物細胞工程在生產(chǎn)實踐中的應用。2.植物細胞工程用于與生產(chǎn)實踐的主要優(yōu)勢。教學難點:1.植物細胞工程在作物新品種的培育方面的具體應用:單倍體育種和突變體的利用。2.細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)的過程和植物組織培養(yǎng)過程的不同。石斛：驅解虛熱，養(yǎng)胃生津、提高免疫力、延年益壽等療效、觀賞價值。

植物組織培養(yǎng)情境導入傳統(tǒng)生產(chǎn)中，鐵皮石斛繁殖的途徑一般有有性繁殖和無性繁殖：特點：繁殖速度慢，后代易出現(xiàn)性狀分離，不易保持品種的優(yōu)良性狀。特點：保持原品中的優(yōu)良性狀，但易將病毒傳給后代，造成減產(chǎn)。思考：如何解決以上問題？1、什么是快速繁殖技術？有哪些特點？用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的實例有哪些？2、作物為什么要進行脫毒？3、應該選擇植物的什么部位培育脫毒苗？為什么要選擇該部位？4、培育脫毒作物的流程是怎樣的？5、脫毒作物有何優(yōu)點？閱讀課本P39-40，回答以下問題：(5min)課前導讀一、植物繁殖的新途徑1.快速繁殖（1）概念：用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術。外植體脫分化愈傷組織再分化根、芽試管苗（3）原理：植物細胞的全能性（2）生殖方式：一般為無性生殖（4）特點：①高效、快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖。②保持優(yōu)良品種的遺傳特性。③不受自然生長季節(jié)的限制，培養(yǎng)周期短。④選材少，繁殖率高，便于自動化管理。（微型繁殖技術）一、植物繁殖的新途徑快速繁殖經(jīng)濟林木、名貴花卉、珍稀瀕危植物等自然繁殖速度緩慢，繁殖效率低下或優(yōu)良性狀不易保持的植物。（5）應用：鐵皮石斛紅豆杉君子蘭金花茶例如，一株葡萄一年繁殖到3萬多株，一株蘭花一年繁殖到400萬株。思考1：為什么植物組織培養(yǎng)可以進行快速繁殖？培養(yǎng)過程中細胞分裂速度較快，短時間獲得大量組織細胞，經(jīng)分割、移瓶、誘導再分化后形成大量新植株。且該過程在實驗室進行，受季節(jié)、氣候等條件限制較小。思考2：為什么快速繁殖技術可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性？扦插、壓條、嫁接屬于快速繁殖嗎？扦插、壓條、嫁接等是營養(yǎng)繁殖，也屬于無性繁殖，但不屬于微型繁殖技術。該技術屬于無性繁殖，培養(yǎng)過程中細胞有絲分裂、分化過程遺傳物質保持不變，所獲得的品種保持原優(yōu)良品種的遺傳特性。馬鈴薯草莓香蕉無性繁殖病毒在作物體內積累作物產(chǎn)量降低品質變差2.作物脫毒1.作物脫毒的原因：作物病毒積累感染的病毒很容易傳給后代普通草莓脫毒草莓一、植物繁殖的新途徑

在傳統(tǒng)農業(yè)生產(chǎn)中，用無性繁殖方式繁殖的作物，它們感染的病毒很容易傳給后代，病毒在作物體內逐年積累，導致作物產(chǎn)量降低、品質變差。（1）作物脫毒選用什么材料？選擇該種材料的理由是？植物分生區(qū)細胞病毒少，甚至沒有病毒分生區(qū)（如莖尖）的細胞（2）脫毒過程：脫毒苗≠抗毒苗與微型繁殖相比較，二者無本質區(qū)別，只是取材部位不同。莖尖脫分化愈傷組織再分化芽、根試管苗脫毒苗移栽抗毒苗：抗病基因導入植物細胞植物組織培養(yǎng)完整植株一、植物繁殖的新途徑（植物分生區(qū)細胞繁殖快速，病毒來不及侵入）原因：經(jīng)水浴處理后，再組織培養(yǎng)效果更好：因水浴處理可延緩病毒增殖和擴散速度。（水浴處理）脫毒苗=抗毒苗？（3）優(yōu)點：脫毒作物的產(chǎn)量和品質明顯優(yōu)于沒有脫毒

的作物。脫毒產(chǎn)品脫毒草莓普通草莓甘蔗未脫毒馬鈴薯脫毒馬鈴薯一、植物繁殖的新途徑脫毒馬鈴薯

在馬鈴薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠蘿和香蕉等許多作物上獲得成功。1．如圖為培育甘蔗脫毒苗的兩條途徑，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)②過程獲得的幼苗脫毒效果更好。下列敘述錯誤的是(

)A．植物體帶葉原基的芽與其他部位的病毒含量相同B．過程②的作用是使組織中的病毒在52℃、

38℃處理下部分或全部失活C．過程③④所用培養(yǎng)基中生長素和細胞分裂素的含量和比例不同D．最終獲得的脫毒苗仍然不具備抗病毒的能力

趁熱打鐵A人工胚乳胚狀體或不定芽或頂芽或腋芽【拓展】人工種子胚種皮胚乳天然種子脫分化再分化愈傷組織胚狀體+人工胚乳+人工種皮外植體人工種子一、植物繁殖的新途徑人工種皮思考：人工種子具有哪些優(yōu)點？

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種子。人工種子在適宜條件下同樣能夠萌發(fā)長成幼苗。人工種子？如何制作的？①易于儲藏和運輸；②保持優(yōu)良品種的遺傳特性；③不受季節(jié)、氣候和地域的限制；④解決某些作物品種繁殖能力差、結子困難或發(fā)芽率低等問題。實例：芹菜、花椰菜、桉樹和水稻人工種子無機鹽、有機碳源、農藥、抗生素等。為了促進胚狀體的生長發(fā)育，人工種皮還可以加入一些植物生長調節(jié)劑。成分？實際問題：傳統(tǒng)的育種方法：原理：缺點：傳統(tǒng)方法：雜交育種P：紫色非甜玉米

AASS×白色甜玉米

aassF1紫色非甜玉米AaSs↓第1年↓×F2A_S_A_ssaaS_aass紫甜第2年第3年×生長A_ssF3第4年通過雜交把兩親本的優(yōu)良性狀組合在同一后代中(基因重組)雜交育種多年純化和選擇，才得到符合理想要求的新品種。如何解決育種時間過長的問題？

選育出需要的純種二、作物新品種的培育現(xiàn)有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何獲得純種的紫色甜玉米（基因型AAss）？設計篩選純合的紫色甜玉米的實驗思路。(1)雜交育種(2)單倍體育種單倍體由生殖細胞直接發(fā)育而來，無論體細胞中含有幾個染色體組一律稱為單倍體。①成因：②代表生物：③特點：由配子（如卵細胞、花粉等）直接發(fā)育而成。蜜蜂中的雄蜂植物枝葉莖桿弱小，果實多而小，一般高度不育（不是全部）。（自然界中的單倍體生物）卵細胞→

雄蜂二、作物新品種的培育雜交育種單倍體育種紫色非甜玉米

AASS×白色甜玉米

aass紫色非甜玉米AaSs↓ASAsaSas花藥離體培養(yǎng)單倍體幼苗：ASAsaSas純合體:秋水仙素處理染色體加倍AASSAAssaaSSaass選擇紫甜玉米即為新品種P：紫色非甜玉米

AASS×白色甜玉米

aassF1紫色非甜玉米AaSs第1年×選育出紫甜的純種F2A_S_A_ssaaS_aass紫甜第2年第3年×生長A_ssF3第4年配子：P：二、作物新品種的培育1.單倍體育種（以親本為二倍體為例）（1）過程：花藥中的花粉單倍體幼苗秋水仙素處理純合體篩選優(yōu)良性狀純合體愈傷組織離體培養(yǎng)脫分化再分化二、作物新品種的培育花藥離體培養(yǎng)(植物細胞的全能性)思考：單倍體育種的目的不是獲得單倍體植株？育種原理？秋水仙素處理(染色體數(shù)目變異)能夠抑制紡錘體的形成，導致染色體不能移向細胞的兩極，從而引起細胞內染色體數(shù)目加倍。①極大地縮短了育種的年限，節(jié)約了大量的人力和物力。

雜交育種培育一個可以穩(wěn)定遺傳的作物優(yōu)良品種，一般不斷自交選優(yōu)，常需5～6年。而單倍體育種當年就能培育出所需純合體。②后代都是純合子，能穩(wěn)定遺傳。③可作為進行體細胞誘變育種和研究遺傳突變的理想材料。（4）實例：單育1號煙草、水稻、玉米、油菜、甘藍和甜椒等作物。我國培育的單育1號煙草是世界上第一個單倍體作物新品種

大多數(shù)單倍體植株的細胞中只含一套染色體，染色體加倍后得到的植株的隱性性狀容易顯現(xiàn)。二、作物新品種的培育（3）過程：二、作物新品種的培育2.誘變育種

植物的組織培養(yǎng)過程中，由于培養(yǎng)細胞一直處于不斷增殖的狀態(tài)，容易受到培養(yǎng)條件和誘變因素（如射線、化學物質等）的影響而產(chǎn)生突變。（1）產(chǎn)生原因：（2）過程：誘變處理（紫外線，輻射）新品種愈傷組織再分化突變體外植體脫分化篩選培育【思考】誘變處理的對象為什么要選擇愈傷組織？產(chǎn)生的變異一定符合需要嗎？

愈傷組織細胞不斷分裂，細胞要進行DNA分子復制，因此更易發(fā)生突變。不一定，因為突變是不定向的。（3）原理：？突變(基因突變+染色體變異）植物細胞的全能性。二、作物新品種的培育④

優(yōu)點：⑤

缺點：通過人工誘變提高愈傷組織的突變率，加快育種進程，大幅度地改良某些性狀。突變具有不定向性、多害少利和低頻性，因此需要處理大量突變材料，并從中篩選出符合人們需要的品種。⑥

實例：已篩選出抗病、抗鹽、高產(chǎn)以及蛋白質含量高的新品種，如抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的煙草等?？钩輨┌兹~草抗花葉病毒的甘蔗抗鹽堿的煙草2．如圖所示為利用體細胞誘變技術獲得抗除草劑白三葉草新品種的過程，下列敘述錯誤的是(

)A．該育種過程所依據(jù)的原理有基因突變和植物細胞的全能性B．為了充分利用營養(yǎng)物質，培養(yǎng)白三葉草組織細胞的培養(yǎng)基為固體培養(yǎng)基C．白三葉草愈傷組織和胚狀體的細胞中DNA和RNA種類相同D．過程③通常采用的篩選方法是向白三葉草幼苗噴灑適宜濃度的除草劑

趁熱打鐵C四種育種方法的比較育種方法原理主要過程優(yōu)點快速繁殖突變體的利用單倍體育種植物體細胞雜交植物細胞的全能性脫分化、再分化保持優(yōu)良品種的遺傳特性基因突變、植物細胞的全能性對愈傷組織進行誘變處理后再篩選提高突變率，獲得優(yōu)良性狀植物細胞的全能性、染色體變異花藥離體培養(yǎng)、秋水仙素誘導染色體數(shù)目加倍明顯縮短育種年限細胞膜的流動性、植物細胞的全能性原生質體融合、雜種細胞組織培養(yǎng)打破生殖隔離，實現(xiàn)遠緣雜交二、作物新品種的培育三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)資料分析：注意：紫杉醇是紅豆杉屬植物體內的一種次生代謝物，具有高抗癌活性。思考·討論：能不能運用植物細胞工程技術來生產(chǎn)紫杉醇？閱讀教材P41，解決下列問題：1.植物的代謝產(chǎn)物有哪些？有用途？2.什么是植物細胞培養(yǎng)？3.細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)具有哪些應用優(yōu)勢？4.細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)實例有哪些？1.植物的代謝產(chǎn)物植物代謝初生代謝：次生代謝：生物生長生存所必需的代謝活動，整個生命過程一直進行。不是植物基本生命活動所必需的，一般在特定的組織或器官中，并在一定的環(huán)境和時間條件下才進行產(chǎn)物如糖類、脂質、蛋白質、核酸等。產(chǎn)物應用一類小分子有機化合物（如酚類、萜類和含氮化合物等）缺點a、在植物抗病、抗蟲方面發(fā)揮作用b、也是很多藥物、香料和色素等的重要來源應用多、產(chǎn)量低三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)含量很低，從植物組織中提取會大量破壞植物資源，有些產(chǎn)物又不能或難以通過化學合成途徑得到。利用植物細胞培養(yǎng)來獲得目標產(chǎn)物細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)區(qū)別？三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)在離體條件下對單個植物細胞或細胞團進行培養(yǎng)使其增殖的技術。(2)原理：植物細胞培養(yǎng)（細胞增殖）：2.細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)(1)概念：利用植物細胞培養(yǎng)來獲得目標產(chǎn)物，這個過程就是細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。植物組織培養(yǎng)技術外植體脫分化愈傷組織細胞懸液細胞產(chǎn)物培養(yǎng)、提取、破碎分散開去壁（液體培養(yǎng)基）(3)過程:注意：①材料？②培養(yǎng)基？一般培養(yǎng)到愈傷組織即可。因為此時細胞分裂旺盛，代謝快，有利于產(chǎn)物生成。（液體培養(yǎng)液）有利于培養(yǎng)的細胞與營養(yǎng)物質充分接觸。脫分化培養(yǎng)選擇破碎細胞放入發(fā)酵罐工廠化生產(chǎn)人參皂苷干粉的基本流程人參根愈傷組織增長速度快且人參皂苷含量高的細胞細胞增殖人參皂苷粉用于植物細胞培養(yǎng)的反應器三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)(4)細胞產(chǎn)物工廠化生產(chǎn)實例：三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)(4)實例：紫草寧、紫杉醇、人參皂苷的植物細胞工程產(chǎn)品。

紫杉醇——具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌癥的治療

紫草寧——具有抗菌、消炎和抗腫瘤等活性人參→人參皂苷紫草→紫草寧紅豆杉→紫杉醇(5)優(yōu)點：

它不占用耕地，幾乎不受季節(jié)、天氣等的限制，因此對于社會、經(jīng)濟、環(huán)境保護具有重要意義。3．下列關于細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)的敘述，錯誤的是(

)A．培養(yǎng)的細胞收集后一般要破碎并提取有效成分B．細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)是植物細胞工程的重要用途之一C．培養(yǎng)過程中需要脫分化形成愈傷組織，然后懸浮培養(yǎng)愈傷組織細胞D．培養(yǎng)的愈傷組織需要經(jīng)過再分化產(chǎn)生特定的組織細胞后才能產(chǎn)生特定的細胞產(chǎn)物趁熱打鐵D植物組織培養(yǎng)和植物細胞培養(yǎng)的比較比較項目植物組織培養(yǎng)植物細胞培養(yǎng)目的

原理

過程應用植物細胞的全能性細胞增殖獲得植物體獲得細胞產(chǎn)物快速繁殖、作物脫毒、單倍體育種等細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)，如紫草寧、人參皂苷、紫杉醇等三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)外植體↓愈傷組織↓胚狀體↓試管苗↓植株再分化+人工種皮+人工胚乳人工種子保持優(yōu)良性狀快速大量繁殖微型繁殖作物脫毒選擇根尖莖尖、芽尖脫分化選擇花粉培養(yǎng)單倍體純合體加倍單倍體育種化學物理因素誘導篩選突變體利用培養(yǎng)、提取代謝產(chǎn)物③細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)①植物繁殖新途徑②作物新品種的培育課堂小結1．植物細胞工程的應用取得了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益，以下對應正確的是(

)A．植物快速繁殖技術——打破生殖隔離B．單倍體——體細胞誘變育種的材料C．植物體細胞雜交技術——精準控制成體性狀D．細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)——體現(xiàn)了植物細胞全能性課后訓練B2．(2024·渝東期中)南方某水果基地為了快速培養(yǎng)甘蔗，擬采用植物組織培養(yǎng)技術，其技術路線為“取材→消毒→愈傷組織培養(yǎng)→出芽→生根→移栽”，下圖是該過程中出現(xiàn)的不同結果。下列有關敘述正確的是(

)A．外植體經(jīng)消毒后需用無菌水多次沖洗，以避免消毒劑長時間作用而產(chǎn)生毒害作用B．整個培養(yǎng)過程需要適宜的溫度和一定的營養(yǎng)條件，不需要光照C．B先通過脫分化得到A，再通過再分化得到CD．生根、生芽時，培養(yǎng)基只需要α-萘乙酸等生長素類調節(jié)劑課后訓練A3．現(xiàn)有甲、乙兩種二倍體純種植物，甲植物的光合作用產(chǎn)量高于乙植物，但乙植物更適宜在鹽堿地種植，相關性狀均由核基因控制。現(xiàn)要利用甲、乙兩種植物培育出高產(chǎn)、耐鹽的植株。下列技術不可行的是(

)A．利用植物體細胞雜交技術，可以獲得符合要求的異源四倍體雜種植株B．將乙種植物耐鹽基因導入甲種植物的體細胞中，可培育出所需植株C．兩種植物雜交后，得到的F1再利用單倍體育種，可較快獲得所需植株D．誘導兩種植物的花粉融合后培育成幼苗，再用秋水仙素處理可培育出所需植株課后訓練C

4．人參是名貴的中藥材，但長期以來，由于過度采挖，野生人參瀕臨滅絕。研究人員利用植物組織培養(yǎng)技術，實現(xiàn)了人參的快速繁殖(如圖)。下列敘述錯誤的是(

)A．同一株人參不同根細胞經(jīng)培養(yǎng)獲得的新的人參植株的基因型相同B．①號培養(yǎng)瓶使用液體培養(yǎng)基且可用胰蛋白酶處理使外植體分散成單個細胞C．②、③號培養(yǎng)瓶的培養(yǎng)液成分中植物激素的比例有所不同D．利用射線等誘變因素處理②培養(yǎng)瓶中的細胞團并進一步培養(yǎng)可獲得突變體課后訓練B5．下圖表示植物細胞工程中利用愈傷組織培育植株或得到細胞產(chǎn)物的過程。下列敘述正確的是(

)A．利用花粉通過②⑤過程獲得植株B的育種方法稱為單倍體育種B．植物的快速繁殖技術和脫毒苗的獲得均需通過①④過程C．可通過⑧過程獲得人參皂苷，該過程體現(xiàn)了植物細胞的全能性D．③⑦過程可用于突變體的獲取，原因是誘變劑使細胞發(fā)生了定向突變課后訓練B6．馬鈴薯是一種重要的經(jīng)濟作物，傳統(tǒng)的繁殖方式感染病毒嚴重，導致產(chǎn)量大大降低。科研人員利用種苗脫毒技術可有效解決這個問題，基本操作流程如下：配制培養(yǎng)基→