高中生物选择性必修三 第2章 第1节 第2课时 植物细胞工程的应用 讲义

第2课时　植物细胞工程的应用课标内容要求核心素养对接举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢物生产、育种等方式有效提高了生产效率。社会责任：列举植物组织培养技术在生产实践中的应用，说明植物细胞工程对生产的影响。一、植物繁殖的新途径1．快速繁殖(1)快速繁殖技术：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。(2)特点2．作物脱毒(1)选材部位：植物的分生区附近。(2)选材原因：分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。(3)实例：目前采用茎尖组织培养技术来脱去病毒，在马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝、香蕉等主要经济作物上已获得成功。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①后代是纯合子，能稳定遗传。②明显缩短了育种的年限。2．突变体的利用(1)产生原因：在植物的组织培养过程中，易受培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。(2)利用：筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。三、细胞产物的工厂化生产1．次生代谢物(1)概念：植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物。(2)作用：在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。2．生产技术手段：植物组织培养技术。3．优点：生产速度快。4．实例：利用紫草细胞的组织培养生产的紫草宁具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。利用红豆杉细胞的组织培养生产的紫杉醇具有高抗癌活性。判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)1．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。  (×)提示：题述繁殖方式属于无性繁殖，不属于微型繁殖。微型繁殖是指用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。2．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。 (×)提示：培育脱毒苗时选用的通常是茎尖等分生组织，原因是该组织附近的病毒极少，甚至无病毒。3．单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。 (×)提示：单倍体育种的原理是染色体变异和植物细胞的全能性，突变体育种的原理是基因突变和植物细胞的全能性。4．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来自愈伤组织细胞。               (√)5．工厂化生产的细胞次生代谢物，其化学成分都是蛋白质。 (×)提示：次生代谢物一般不是植物基本生命活动所必需的产物，不是蛋白质。　植物繁殖的新途径1．微型繁殖(1)实质：植物组织培养。(2)原理：植物细胞的全能性。(3)优点①能保持亲本的一切优良性状，子代个体的遗传物质与亲本相同。②选材少，培养周期短，繁殖率高。③不受自然生长季节的限制，便于自动化管理，有利于进行工厂化生产。2．作物脱毒(1)进行作物脱毒的原因长期进行无性繁殖的作物(如马铃薯和草莓)，它们感染的病毒很容易传给后代。病毒在作物体内逐年积累，从而导致作物产量降低，品质变差。(2)材料的选取在植物分生区附近(如茎尖和根尖)，由于代谢十分旺盛、细胞分裂速度快等因素，很少被病毒感染，甚至无病毒。因此，利用植物的分生组织进行组织培养，可以使新长成的植株不带病毒，从而获得脱毒苗。用脱毒苗进行繁殖，种植的作物就不会或极少感染病毒。合作探究：(1)植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？提示：植物组织培养到愈伤组织阶段，细胞进行有丝分裂，细胞分裂速度较快，从而获得大量的组织细胞，然后不断地分割、移瓶、诱导再分化形成新植株。植物组织培养在实验室进行，受季节、气候等条件限制较小。(2)作物培养过程中为什么要进行作物脱毒，如何进行作物脱毒？提示：对于无性繁殖的作物，病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低、品质变差。而植物分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植物就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。1．某株名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离。为了防止性状分离并快速繁殖，可以利用该植株的一部分器官或组织进行离体培养，发育出完整的植株。进行离体培养时不应采用该植株的(　　)A．茎尖    　　　　 B．子房壁C．叶片     D．花粉粒D　[茎尖一般没有病毒积累，分裂能力强，可作为植物组织培养的材料，A不符合题意；子房壁细胞属于体细胞，可作为植物组织培养的材料，B不符合题意；叶片细胞属于体细胞，可作为植物组织培养的材料，C不符合题意；花粉粒是经减数分裂形成的，在此过程中发生了基因重组，因而不一定能保持亲本的优良性状，D符合题意。]2．为给工厂化繁殖脱毒甘薯苗提供技术上的支持，科研人员利用植物组织培养技术研究甘薯茎尖(外植体)大小对诱导分化苗和脱毒苗的影响，结果如表所示，下列相关叙述正确的是(　　)茎尖大小外植体数/个分化苗数/苗脱毒苗数/苗小于0.3 mm20110.3～0.5 mm20107大于0.6 mm20134A.在不同的培养阶段，培养基中生长素和细胞分裂素的比例不同B．脱分化过程中应给予充足光照使其进行光合作用C．培育脱毒苗时依据的原理有基因突变和细胞的全能性D．0.3～0.5 mm大小的茎尖最有利于获得抗病毒的特性A　[在不同的培养阶段，培养基中激素种类和比例不同，生长素和细胞分裂素的比例升高利于根的分化，比例下降利于芽的分化，A正确；脱分化过程中不需要光照，不能进行光合作用，B错误；培育脱毒苗时依据的原理是细胞的全能性，C错误；0.3～0.5 mm大小的茎尖最有利于获得无病毒的特性，不是抗病毒的特性，D错误。]　作物新品种的培养和细胞产物的工厂化生产1．单倍体育种(1)原理：整个单倍体育种过程的原理是染色体变异，其中花药离体培养利用了植物细胞的全能性。(2)过程：(3)优点：明显缩短育种年限，后代不发生性状分离。2．突变体的利用(1)原理：基因突变和植物细胞的全能性。(2)过程：　　　　　     诱变处理 诱导分化(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，加快育种进程。3．细胞产物的工厂化生产(3)优点：提高生产速度、便于操作管理。合作探究：1.花药离体培养获得的单倍体幼苗如何诱导染色体加倍？原理是什么？提示：可用适宜浓度的秋水仙素处理幼苗诱导染色体加倍，也可低温诱导染色体加倍。其原理都是抑制纺锤体的形成。2．为什么用物理或化学因素处理愈伤组织更易诱发突变？产生的变异一定符合需要吗？提示：因为愈伤组织细胞处在分裂过程中，细胞要进行DNA分子复制，因此更易发生突变。由于突变是不定向的，产生的变异不一定符合需要。1．在植物组织培养过程中，容易获得突变体的主要原因是(　　)A．培养的细胞一直处于不断的分生状态B．培养基营养丰富，易于植物生长C．纺锤丝的形成容易受到抑制D．DNA的复制容易受到抑制A　[在植物组织培养过程中，培养的细胞一直处于不断的分生状态，容易受到一些条件的影响而产生突变。]2．用纯种的高秆(D)抗锈病(T)小麦与矮秆(d)易染锈病(t)小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下：下列有关此种育种方法的叙述，正确的是(　　)A．这种育种方法叫杂交育种B．过程④必须使用生长素处理C．这种方法的最大优点是缩短育种年限D．③过程必须经过受精作用C　[该育种方法为单倍体育种，可以明显缩短育种年限。①是杂交，②是减数分裂，③是花药离体培养，④是用秋水仙素处理使单倍体的染色体数目加倍。③过程利用了植物组织培养技术，不需要受精，而是由雄配子直接发育成幼苗。][课堂小结]知 识 网 络 构 建核 心 语 句 背 诵1.微型繁殖实际是一种无性繁殖，可以保持优良品种的遗传特性。2.植物顶端分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此采用茎尖组织培养能脱去病毒。3.单倍体育种极大缩短了育种年限，节约了大量的人力和物力。4.培养的细胞一直处于不断增殖状态，因此容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变。5.次生代谢物是植物代谢产生的一些一般认为不是植物基本生命活动所必需的产物。1．通过植物组织培养技术繁育农作物，其优点不包括(　　)A．加快繁育速度　 B．保持亲本优良性状C．培育出无病毒植株 D．改变植物的基因型D　[植物组织培养技术不仅可以保持优良亲本的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖，A、B项均正确；利用该技术还可以培育脱毒苗，因为选材部位是植物分生区附近的新生组织，没有或极少感染病毒，所以由培育的脱毒苗长成的植株是无病毒植株，C项正确；经该技术培育的植株跟亲本基因型相同，D项错误。]2．马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，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．利用芽尖进行组织培养D．人工诱导基因突变C　[芽尖分生能力旺盛，病毒难以侵染，几乎不含病毒，可以通过组织培养获得脱毒苗。]3．下图表示优质玉米的培育过程，请据图判断下列说法中错误的是(　　)A．B→E过程中细胞全能性的高低发生了改变B．C试管中形成的是高度液泡化的薄壁细胞团C．植株F一般不能直接应用于扩大种植D．植株A和F体细胞中的染色体组数相同D　[B→C为脱分化过程，该过程中细胞的全能性增大，C→E为再分化过程，该过程中细胞的全能性降低，A正确；C试管中形成的是愈伤组织，愈伤组织由高度液泡化的薄壁细胞组成，B正确；F为单倍体植株，高度不育，因此一般不能直接应用于扩大种植，C正确；A是正常的二倍体植株，而F是花药离体培养获得的单倍体植株，两者体细胞中的染色体组数不同，D错误。]4．(不定项)下图为利用体细胞诱变育种技术获得抗除草剂白三叶草新品种的过程。下列叙述正确的是(　　)A．该育种过程依据的原理有基因突变和植物细胞具有全能性B．过程①②培养基中，不同植物生长调节剂的浓度比例不同C．白三叶草愈伤组织和胚状体的细胞中DNA和RNA种类相同D．过程③通常采用的筛选方法是向白三叶草幼苗喷洒除草剂ABD　[当生长素含量高于细胞分裂素时，主要诱导植物组织脱分化和根原基的形成；而当细胞分裂素的含量高于生长素时，则主要诱导植物组织再分化和芽原基的形成。白三叶草愈伤组织和胚状体的细胞中DNA种类相同，因为基因的选择性表达，RNA和蛋白质的种类是有差异的。]5．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2点即可)。(2)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。(3)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)。[解析]　(1)与常规的种子繁殖方法相比，植物微型繁殖技术具有能保持植物原有的遗传特性、繁殖速度快等特点。(2)植物分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。为获得脱毒苗，可以选取植物的茎尖进行组织培养。(3)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含目的基因的细胞培养,愈伤组织诱导分化,小植株。[答案]　(1)能保持植物原有的遗传特性，繁殖速度快　(2)茎尖　(3)含目的基因的细胞培养,愈伤组织诱导分化,小植株