人教版 (新课标)选修3《现代生物科技专题》2.1.2 植物细胞工程的实际应用导学案

这是一份人教版 (新课标)选修3《现代生物科技专题》2.1.2 植物细胞工程的实际应用导学案，共15页。学案主要包含了植物繁殖的新途径，作物新品种的培育，细胞产物的工厂化生产等内容，欢迎下载使用。


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植物组织培养技术。
(2)优点。
①保持优良品种的遗传特性。
②高效快速地实现种苗的大量繁殖。
③实例:兰花、无子西瓜试管苗培育等。
2.作物脱毒:
(1)原因:病毒在作物体内逐年积累,会导致作物产量降低,品质变差。
(2)技术手段:植物组织培养技术。
(3)选材部位:植物分生区附近,如茎尖。
(4)优点:作物不会或极少感染病毒。
(5)实例:马铃薯、草莓等主要经济作物脱毒苗的培育已获得成功。
3.人工种子:
(1)概念:以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料,经过人工薄膜包装得到的种子。
(2)优点。
①后代无性状分离。
②生产不受季节、气候和地域的限制。
二、作物新品种的培育
1.单倍体育种:
(1)过程:花药离体培养→单倍体植株纯合子植株。
(2)优点:后代是纯合子、能稳定遗传。
2.突变体的利用:
(1)原理:基因突变。
(2)过程:
(3)优点:提高愈伤组织的突变率,加快了育种进程。
三、细胞产物的工厂化生产
1.细胞产物种类:包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。
2.生产的技术手段:植物组织培养技术。
3.优点:生产速度快。
4.实例:人参、三七、紫草和银杏的细胞产物都已实现了工厂化生产。
1.微型繁殖技术只保持亲本的优良特性。(×)
【分析】微型繁殖属于无性繁殖,可以保持亲本的所有遗传性状。
2.葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于微型繁殖。(×)
【分析】微型繁殖是指快速繁殖优良品种的植物组织培养技术,而扦插、嫁接、压条不属于植物组织培养技术。
3.脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位。(×)
【分析】为确保成功培育出脱毒苗,通常选择植物分生区附近(如茎尖)的组织和细胞进行组织培养,因为此处病毒极少,甚至无病毒。
4.经植物组织培养得到的胚状体用人工薄膜包装后可得到人工种子。(√)
5.单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。(×)
【分析】单倍体育种的遗传学原理是染色体数目变异,而突变体培育利用的是基因突变。
6.突变体培育通常对植物的愈伤组织进行诱变处理,而工厂化生产的细胞产物也是来自愈伤组织细胞。(√)
7.人工种子的培育也能体现植物细胞具有全能性。(×)
【分析】人工种子利用的是植物组织培养过程中愈伤组织诱导分化形成的胚状体,还没有发育到完整个体阶段,不能体现植物细胞的全能性。
8.同一株绿色开花植物不同部位的细胞经组织培养获得的植株基因都是相同的。(×)
【分析】同一株绿色开花植物的体细胞和花粉细胞组织培养得到的愈伤组织细胞基因就不相同。
一、植物繁殖的新途径
1.微型繁殖:
(1)本质:微型繁殖只运用了植物组织培养技术,该过程只涉及有丝分裂,没有减数分裂,因而属于无性繁殖。
(2)特点:使用材料少,培养周期短,繁殖率高,便于自动化管理,有利于进行工厂化培养。
2.作物脱毒:
(1)原因:病毒在作物体内逐年积累,会导致作物产量降低,品质变差。
(2)技术手段:植物组织培养技术。
3.人工种子:
(1)结构:
人工种子主要由三部分组成(如图所示):
①胚状体:具有分生组织,相当于天然种子的胚,是人工种子的主要组成部分,也可以是不定芽、顶芽和腋芽等。
②人工胚乳:供胚状体维持生命力,保证胚状体在适宜的环境条件下生长发育。
③人工种皮:具有保护作用。
(2)人工种皮的要求。
①能保持胚状体的活力,即要能透气、透水。
②有利于储藏、运输和萌发,选取的材料要有韧性,耐压,对胚状体无毒害。
③应含有农药和杀菌剂,以防播种后害虫及微生物的侵害。
④还要加入能促进胚状体生长和发育的一些植物生长调节剂、有益菌等。
(3)优点。
①提高植物的繁殖能力:可使自然条件下不结实或种子昂贵的植物得以繁殖。
②可人为控制植物的生长发育与抗逆性。
③方便储藏和运输:试管苗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。
④用人工种子播种可以大大节约粮食。
【易错提醒】
有关人工种子的两点提醒
(1)人工种子中,只有胚状体(或不定芽、顶芽、腋芽)部分是植物组织培养的产物。
(2)人工种子可以固定杂种优势:天然种子会因有性生殖而引起基因重组,造成某些遗传性状的改变,而人工种子实际是无性繁殖,所以可以保持优良品种的遗传特性。
【选修对接必修】 对接必修2:细胞增殖和育种
(1)减数分裂和受精作用对于维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定,对于生物的遗传和变异,都是十分重要的。而植物组织培养、植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合,因此不属于有性生殖,应为无性生殖。
(2)诱变育种也就是利用物理因素或化学因素来处理生物,使生物发生基因突变,可以提高突变率,在较短时间内获得更多的优良变异类型。愈伤组织细胞比较敏感,易被诱导发生基因突变。
(2019·全国卷Ⅱ)植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。回答下列问题。
(1)植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比,这种微型繁殖技术的特点有____________________________(答出两点即可)。
(2)通过组织培养技术,可把植物组织细胞培养成胚状体,再通过人工种皮(人工薄膜)包装得到人工种子(如图所示),这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。人工种皮具备透气性的作用是__________________________________________。人工胚乳能够为胚状体生长提供所需的物质,因此应含有植物激素、______________和______________等几类物质。
(3)用脱毒苗进行繁殖,可以减少作物感染病毒。为了获得脱毒苗,可以选取植物的__________进行组织培养。
(4)植物组织培养技术可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是_______________________ (用流程图表示)。
【解题关键】识记并理解植物组织培养的过程和植物组织培养技术在微型繁殖、制造人工种子、作物脱毒等方面的实际应用。在此基础上,从题意中提取有效信息,进而对各问题情境进行分析解答。
【解析】本题考查植物组织培养技术的流程、植物微型繁殖技术的特点、人工种子的培育、脱毒苗的培育。(1)植物微型繁殖属于无性繁殖技术,能够保持植物原有的遗传特性,同时该技术还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖,因此也叫快速繁殖技术。(2)人工种皮具备透气性,有利于胚状体进行呼吸作用。人工胚乳能够为胚状体生长提供营养物质,应含有植物激素、矿质元素和糖等物质。(3)植物分生区附近(如茎尖)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,再生的植株就有可能不带病毒,从而获得脱毒苗。(4)将含目的基因的细胞培养成一个完整植株,需要将细胞培养到愈伤组织,然后再经诱导分化使其生长成为完整的小植株。
答案:(1)能保持植物原有的遗传特性,繁殖速度快
(2)有利于胚状体进行呼吸作用 矿质元素 糖
(3)茎尖
(4)含目的基因的细胞愈伤组织小植株
【误区警示】(1)忽略图中关键信息:不理解人工种子和正常种子的关系。也就不理解人工种皮、胚状体和人工胚乳的作用。
(2)答题不全面。不能准确答全微型繁殖技术的特点:①保持优良品种的遗传特性,②高效快速地实现大量繁殖。
1.马铃薯利用它的块茎进行无性生殖,种植的世代多了以后往往因感染病毒而减产,为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是( )
A.选择优良品种进行杂交
B.进行远缘植物体细胞杂交
C.利用茎尖进行组织培养
D.人工诱导基因突变
【解析】选C。马铃薯种植世代多了以后往往因感染病毒而减产,而不是遗传物质发生变化造成的,因此不需要考虑根据遗传变异的原理进行育种。其茎尖几乎不含病毒,可以通过组织培养获得脱毒苗。
2.(2021·衡阳高二检测)入冬以后,草莓成了衡阳人民十分喜爱的水果。草莓酸甜可口,还有较高的营养价值。草莓可生吃,也可榨汁。我市现在已经有多个大棚草莓基地,丰富了人们冬天的果篮子。
Ⅰ.加工草莓汁时,草莓中的果胶易导致果汁浑浊,影响品质。草莓细胞中,可利用果胶酶将果汁中的果胶分解为____________________,提高果汁的澄清度和出汁率。
Ⅱ.草莓是无性繁殖的作物,长期种植会使病毒积累在体内,使其产量减少,品质下降。如图是利用植物组织培养技术培育脱毒草莓苗的过程,请据图回答:
外植体愈伤组织胚状体→脱毒苗→草莓植株
(1)外植体能够形成幼苗所依据的原理是______________________。培育脱毒苗时,一般选取未染病部分作为外植体,经过植物组培得到脱毒苗。
(2)当外植体为草莓未开放花朵的花药时,子代草莓苗的基因型与母本________(填“一定”“不一定”或“一定不”)相同。
Ⅲ.市场上出现了个头比较大的新草莓品种,市民都担心使用了对身体有害的物质,经过学校生物小组调查,发现现在种植的草莓品种大多是八倍体,但也有一些通过再次多倍体育种得到了“巨大”草莓。利用组织培养技术获得多倍体草莓的方法有两种:
(1)使用____________(药剂)试剂处理草莓的愈伤组织使其染色体加倍,再经培养获得多倍体植株。
(2)聚乙二醇(PEG)诱导草莓体细胞融合形成融合细胞后,再经组织培养获得染色体加倍的多倍体植株,诱导细胞融合前需要用__________________酶对植物细胞进行处理。
【解析】Ⅰ.果胶酶能够分解果胶,瓦解植物的细胞壁和胞间层,果胶被分解成可溶性的半乳糖醛酸,能提高果汁的澄清度和出汁率。Ⅱ.(1)植物体的任何一个细胞都具有发育成完整植株的潜能,称为植物细胞的全能性。外植体能够形成幼苗所依据的原理是植物细胞的全能性。(2)花药中含有的花粉是经过减数分裂形成的细胞,细胞中的染色体数只有体细胞的一半,所以当外植体为草莓未开放花朵的花药时,子代草莓苗的基因型与母本一定不相同。Ⅲ.(1)秋水仙素可以诱导产生多倍体,使用秋水仙素处理草莓的愈伤组织,再经培养可获得多倍体植株。(2)诱导植物细胞融合之前需要先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,形成的原生质体在诱导剂的作用下可融合为杂种细胞。
答案:Ⅰ.半乳糖醛酸 Ⅱ.(1)植物细胞的全能性
(2)一定不 Ⅲ.(1)秋水仙素 (2)果胶酶和纤维素
【补偿训练】
1.现有甲、乙两种植株(均为二倍体纯种),其中甲种植株的光合作用能力高于乙种植株,但乙种植株很适宜在盐碱地种植。要利用甲、乙两种植株各自优势,培育出高产、耐盐的植株,有多种生物技术手段可以利用。下列所采用的技术手段中不可行的是 ( )
A.利用植物体细胞杂交技术,可获得满足要求的四倍体杂种目的植株
B.将乙种植株耐盐基因导入甲种植株的受精卵中,可培育出目的植株
C.两种植株杂交后,得到的F1再利用单倍体育种技术可较快获得纯种的目的植株
D.诱导两种植株的花粉融合并培育成幼苗,幼苗用秋水仙素处理,可培育出目的植株
【解题关键】解答本题要明确:
(1)不同物种之间存在生殖隔离,不能完成有性杂交。
(2)能够克服远缘杂交不亲和障碍的有两项育种技术:植物体细胞杂交育种和基因工程育种。
【解析】选C。A项利用的是植物体细胞杂交技术,D项利用的是植物花粉细胞融合技术,都能够克服不同物种间的不亲和障碍,理论上这两个方案均可行;B项属于转基因技术,也能够打破不同物种间的生殖隔离,该方案可行;甲、乙是两种不同的植物,存在生殖隔离,不可能进行有性杂交,也就得不到F1,C项所述方案不可行。
2.紫杉醇是从红豆杉属植物中提取的最有效的抗癌制剂之一。目前,生产紫杉醇的主要原料是天然生长的红豆杉树皮,而大量剥取树皮会造成树木的死亡和资源的破坏。请回答下列问题:
(1)为了合理开发和利用红豆杉,保护野生植物资源,科研人员取生长状况相似的野生南方红豆杉和人工栽培的南方红豆杉,分别测量其不同部位完全烘干的样品中紫杉醇的含量(占干重的百分比),测定结果见表1。
表1 南方红豆杉树木各部位紫杉醇含量(%)
从实验结果看,红豆杉中紫杉醇含量最高的部位是________,不同部位紫杉醇含量不同的根本原因是__________________________________________。为保护红豆杉资源,应以其________为原料,提取、分离紫杉醇。
(2)科研人员为寻找更多紫杉醇来源,尝试利用植物组织培养技术,从红豆杉的愈伤组织中提取紫杉醇。实验结果如表2所示。
表2 不同调节剂、不同外植体形成的愈伤组织中紫杉醇含量(%)
①该实验的目的是研究____________________________ 。
②从实验结果看,培育外植体________所形成的愈伤组织最为理想。
(3)2,4-D作为植物生长调节剂,在生产实践中还可以应用在_______________等方面。(写出两点即可)
【解题关键】解答本题应注意两个方面:
(1)明确在利用红豆杉时不应危害其生命,应利用树叶、种子、枝条等,破坏树皮会导致红豆杉死亡。
(2)明确表2中实验的自变量是不同植物生长调节剂的组合与水平和不同部位的植物材料。
【解析】(1)从表1中数据可以看出,南方红豆杉的树皮中紫杉醇的含量最高。红豆杉不同部位紫杉醇含量不同的根本原因是不同部位组织细胞中基因的选择性表达。树皮中紫杉醇的含量虽然最高,但剥去树皮后会导致红豆杉的死亡,因而为保护红豆杉资源,应以其树叶或枝条、种子为原料,提取、分离紫杉醇。(2)①由题干信息可知,该实验是利用植物组织培养技术,从红豆杉的愈伤组织中提取紫杉醇;结合表2信息可知其目的是:研究植物不同部位作为外植体所形成的愈伤组织中“紫杉醇的含量”和不同生长调节剂的组合与水平对愈伤组织中紫杉醇含量的影响。②从表2实验数据看出,在植物生长调节剂的作用下,培育树叶所形成的愈伤组织获取紫杉醇最为理想。(3)2,4-D作为植物生长调节剂,在生产实践中除用于植物组织培养技术外,还可以应用在除草剂、促进植物生长、促进扦插枝条生根、培育无子果实、促进果实发育等方面。
答案:(1)树皮 基因的选择性表达 树叶(或枝条、种子)
(2)①植物不同部位作为外植体所形成的愈伤组织中“紫杉醇的含量”和不同植物生长调节剂的组合与水平对愈伤组织中紫杉醇含量的影响 ②树叶
(3)除草剂、促进植物生长、促进扦插枝条生根、培育无子果实、促进果实发育(写出两点即可)
二、作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产
1.单倍体育种:
(1)原理:生殖细胞的全能性(花药离体培养为单倍体植株);染色体数目的变异(秋水仙素诱导单倍体幼苗细胞染色体数目加倍)。
(2)方法:花药离体培养,秋水仙素处理,筛选纯合子。
(3)过程:

(4)优点:后代稳定遗传,都是纯合子;明显缩短育种年限。
2.突变体的利用:
(1)原理:基因突变和植物细胞的全能性。在植物的组织培养过程中,由于培养细胞一直处于不断的分生状态,因此容易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变,从这些突变体中可以筛选出对人们有用的突变体,进而培育成新品种。
(2)过程:
(3)优点:提高愈伤组织的突变率,可以获得高抗、高产、优质、抗逆的新品种,加快了育种进程。
(4)缺点。
①突变不定向,需要处理大量材料。
②突变少利多害,符合人们需要、有利的品种比较少。
3.细胞产物的工厂化生产:
(1)过程:
(2)原理:植物细胞的全能性。
(3)应用举例:人参皂甙、紫杉醇的工厂化生产。
(4)优点:可以大量生产细胞产物,工厂化规模化程度高。
4.五种生物技术的比较:
【易错提醒】
单倍体育种与多倍体育种的异同
(1)相同点:单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素诱导染色体数目加倍。
(2)不同点:单倍体育种需要植物组织培养先形成单倍体幼苗,但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。
【选修对接必修】 对接必修2:杂交育种与基因工程
(1)杂交育种是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起,再经过选择和培育,获得新品种的方法,杂交育种只适用于同一物种。
(2)基因工程是按照人们的意愿,把一种生物的某种基因提取出来,加以修饰改造,然后导入另一种生物的细胞里,定向地改造生物的遗传性状。
草莓浓郁芳香,营养丰富。回答下列与草莓栽培有关的问题。
(1)野生草莓往往是二倍体,而人工栽培的草莓往往是通过特殊技术培育成的多倍体,这利用了多倍体植株的______________特点;但多倍体草莓的繁殖往往是无性繁殖,即通过使外植体细胞经历____________与____________过程成为试管苗。该技术证明了已分化的植物细胞仍具有________________。
(2)草莓植株感染病毒后会出现结果减少,品质变劣。若要恢复其品质,可选取植物的______________进行植物组织培养,获得脱毒苗。此外,也可将抗病毒基因成功导入受体细胞细胞核中并培养出转基因抗病毒草莓植株。为了检测抗病毒基因是否存在于该转基因植物的所有不同组织细胞中,则需分别提取该转基因植物的所有不同组织细胞中的____________(填“蛋白质”“总RNA”或“核DNA”)与基因探针杂交;欲从个体生物学水平来鉴定抗病毒基因是否赋予该植物抗病特性的操作是__________________________。
(3)在植物组织培养过程中,由于培养细胞一直处于____________________状态,可以对植物的愈伤组织进行诱变处理,促使其发生突变,再进一步培养筛选获得草莓新品种。
(4)若想利用植物体细胞杂交技术培养出马铃薯—草莓杂种植物以提高土地的利用率,__________(填“能”或“不能”)把两物种细胞直接融合,理由是__________________________________________。
【解题关键】(1)植物组织培养过程是:离体的植物器官、组织、细胞脱分化形成愈伤组织,然后再分化生成根、芽,最终形成植物体。
(2)植物组织培养依据的原理是植物细胞的全能性。
(3)在离体的植物器官、组织、细胞脱分化形成愈伤组织的过程中,需要的条件:①消毒灭菌;②一定浓度的植物激素;③适宜的温度;④充足的养料。
【解析】(1)野生草莓往往是二倍体,而人工栽培的草莓往往是通过特殊技术培育成的多倍体,这利用了多倍体植株的果实比较大、营养物质含量增加特点;但多倍体草莓的繁殖往往是无性繁殖,即通过使外植体细胞经历脱分化与再分化过程成为试管苗。该技术证明了已分化的植物细胞仍具有(一定的)全能性。(2)草莓植株感染病毒后会出现结果减少,品质变劣。若要恢复其品质,可选取植物的分生区(如茎尖)进行植物组织培养,获得脱毒苗。此外,也可将抗病毒基因成功导入受体细胞细胞核中并培养出转基因抗病毒草莓植株。为了检测抗病毒基因是否存在于该转基因植物的所有不同组织细胞中,则需分别提取该转基因植物的所有不同组织细胞中的核DNA与基因探针杂交;欲从个体生物学水平来鉴定抗病毒基因是否赋予该植物抗病特性的操作是进行抗病毒草莓的接种实验。(3)在植物组织培养过程中,由于培养细胞一直处于分生(分裂)状态,可以对植物的愈伤组织进行诱变处理,促使其发生突变,再进一步培养筛选获得草莓新品种。(4)若想利用植物体细胞杂交技术培养出马铃薯—草莓杂种植物以提高土地的利用率,不能把两物种细胞直接融合,原因是植物细胞外面有一层细胞壁,阻碍细胞间的杂交(融合)。
答案:(1)果实比较大、营养物质含量增加 脱分化 再分化 (一定的)全能性(或形成完整植株所需的全部基因) (2)分生区(如茎尖) 核DNA 进行抗病毒草莓的接种实验 (3)分生(分裂) (4)不能 植物细胞外面有一层细胞壁,阻碍细胞间的杂交(融合)
【误区警示】解答本题的关键是明确熟记植物组织培养的过程,确定各个过程的名称,明确植物细胞具有全能性的原因。
1.利用基因型为HhRr的玉米(2N=20)的幼苗芽尖细胞进行下列实验,相关分析错误的是( )
A.植株A的体细胞内最多有4个染色体组
B.植株A和植株B的基因型相同
C.获得植株B的过程为单倍体育种,该过程涉及染色体变异和基因重组
D.获得幼苗1、2的过程都应用了植物组织培养技术
【解析】选B。植株A是芽尖细胞经组织培养获得的个体,体细胞中有两个染色体组,在有丝分裂后期染色体数目加倍,有4个染色体组,A项正确;植株B是经单倍体育种获得的纯合子,与A的基因型不同,B项错误;亲本产生花粉的过程中会发生基因重组,秋水仙素处理导致染色体数目发生变异,C项正确;获得幼苗1、2的过程都应用了植物组织培养技术,D项正确。
2.甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物,甲含有效成分A,乙含有效成分B。某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。回答下列问题:
(1)为了培育该新型药用植物,可取甲和乙的叶片,先用______________酶和______________酶去除细胞壁,获得具有活力的____________,再用化学诱导剂诱导二者融合。形成的融合细胞进一步培养形成____________组织,然后经过____________形成完整的杂种植株。这种培育技术称为______________。
(2)上述杂种植株属于多倍体,多倍体是指__________。假设甲与乙有性杂交的后代是不育的,而上述杂种植株是可育的,造成这种差异的原因是_____________。
(3)这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖。经植物组织培养得到的________________等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。
【解题关键】本题综合考查植物细胞工程的植物体细胞杂交技术及相关应用;考查了必修教材中的染色体数目变异以及减数分裂等相关知识,掌握染色体变异、减数分裂是解答本题的关键。
【解析】(1)该新型药用植物是通过植物体细胞杂交技术获得的。要获得有活力的原生质体才能进行体细胞杂交,因此首先用纤维素酶和果胶酶去掉植物的细胞壁,然后用PEG化学诱导剂(物理法:离心、振动等)诱导二者的原生质体融合,然后采用植物组织培养技术获得杂种植株,植物组织培养的主要过程是:先脱分化形成愈伤组织,然后再分化形成植物体,利用了植物细胞的全能性。(2)如果植物甲、乙是两个物种,二者不能通过有性杂交产生可育后代,原因是甲、乙有性杂交所产生的后代在减数分裂过程中同源染色体联会异常,也就是存在着生殖隔离。但植物甲、乙通过植物体细胞杂交技术产生的后代却是可育的,因为在减数分裂过程中同源染色体能完成正常的联会,产生正常的配子。由于甲、乙都是二倍体,因此,植物体细胞杂交得到的后代是异源多倍体(四倍体)。(3)人工种子生产不受气候、季节和地域等因素限制,而且可以避免后代发生性状分离等优点,因此,植物细胞工程重要的应用之一是制备人工种子,用到的核心技术是植物组织培养技术。将植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。
答案:(1)纤维素 果胶 原生质体 愈伤 再分化 植物体细胞杂交技术 (2)由受精卵发育而来,体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体 在减数分裂过程中,前者同源染色体联会异常,而后者同源染色体联会正常
(3)胚状体、不定芽、顶芽、腋芽
【补偿训练】
铁皮石斛是我国名贵中药,生物碱是其有效成分之一。应用组织培养技术培养铁皮石斛拟原球茎(简称PLBs,类似愈伤组织)生产生物碱的实验流程如下:
在固体培养基上,PLBs的重量、生物碱含量随增殖培养时间的变化如图所示,请回答下列问题:
(1)选用新生营养芽为外植体的原因是________________________________,诱导外植体形成PLBs的过程称为__________。
(2)与黑暗条件下相比,PLBs在光照条件下生长的优势体现在______________________,__________________________,________________________________。(3)脱落酸(ABA)能提高生物碱含量,但会抑制PLBs的生长。若采用液体培养,推测添加适量的ABA可提高生物碱含量。同学们拟开展探究实验验证该推测,在设计实验方案时探讨了以下问题:
①ABA的浓度梯度设置和添加方式:设4个ABA处理组,1个空白对照组,3次重复。因ABA受热易分解,故一定浓度的无菌ABA母液应在各组液体培养基______________后按比例加入。
②实验进程和取样:实验50天完成,每10天取样,将样品(PLBs)称重(g/瓶)后再测定生物碱含量。如初始(第0天)数据已知,实验过程中还需测定的样品数为______。
③依所测定数据确定适宜的ABA浓度和培养时间:当某3个样品(重复样)的______________________时,其对应的ABA浓度为适宜浓度,对应的培养时间是适宜培养时间。
【解题关键】(1)图示信息:实验流程中形成PLBs,联系由植物离体组织形成愈伤组织的过程;坐标曲线图中曲线的走势表示生物碱含量和PLBs重量变化情况,光照影响PLBs重量。
(2)隐含知识:脱落酸的作用、细胞的全能性、脱分化、影响PLBs的因素。
【解析】本题考查植物组织培养相关知识及读图析图能力、分析实验能力。(1)新生营养芽细胞分化程度低,容易形成PLBs;根据题干可知,PLBs类似愈伤组织,外植体形成愈伤组织的过程是脱分化。(2)据图分析可知,在光照条件下,PLBs约从15天时开始生长,早于黑暗条件下(约从第30天开始生长);光照条件下PLBs生长时间长于黑暗条件下生长时间;光照条件下最终PLBs重量大于黑暗条件下的PLBs重量。(3)①由于ABA受热易分解,所以各组液体培养基灭菌冷却后,再加入ABA。②根据题干信息可知,实验中4组ABA处理组加1组对照组,3次重复,测定10、20、30、40、50天共5组数据,共计75组样品。③在适宜的ABA浓度、适宜的培养时间时,样品中生物碱含量最大。
答案:(1)细胞分化程度低,分裂能力强,生长旺盛
脱分化 (2)生长起始较快 增重持续时间较长 PLBs产量较高 (3)①灭菌冷却 ②75 ③生物碱含量最大
【方法规律】培养目的不同,利用植物组织培养技术到达的阶段不同
(1)微型繁殖、脱毒苗、单倍体育种、突变体:到完整植株。
(2)人工种子:到胚状体阶段。
(3)细胞产物的工厂化生产:可以培养到植株阶段,也可以培养到愈伤组织阶段。 树皮
树叶
枝条
种子
野生
植株
0.017 77
0.009 46
0.012 80
0.014 06
人工栽
培植株
0.014 83
0.001 02
0.001 93
0.012 56
实验
组别
培养基中植物生长调节剂
的组合与水平
外植体
树皮
树叶
顶端分
生组织
1
2 mg/L 2,4-D
0.000
0.000
0.001
2
2 mg/L 2,4-D+0.5 mg/L NAA
0.000
0.002
0.002
3
2 mg/L 2,4-D+0.5 mg/L KT
0.004
0.027
0.004
4
1.5 mg/L 2,4-D+0.5 mg/L KT
0.000
0.012
0.009
5
0.5 mg/L 2,4-D+1 mg/L NAA+0.5 mg/L KT
0.000
0.027
0.004
方
式
植物组织
培养
突变体的
利用
单倍体育种
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
保持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
单育1号烟草
培育“番茄-马铃薯”杂种植株
转基因抗虫棉