高中生物人教版 (2019)选择性必修3二 植物细胞工程的应用课堂教学ppt课件

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一、植物繁殖的新途径
自我检测1.用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术,称为植物的快速繁殖技术,也叫作微型繁殖技术,判断下列有关微型繁殖的表述是否正确。(1)脱毒苗培育所选用的组织培养材料可以来自植株的任何部位。( × )(2)植物组织培养技术不仅可以快速、高效地实现种苗的大量繁殖,还可以保持优良品种的遗传性状。( √ )(3)培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是植物体细胞杂交。( × )(4)作物脱毒时选材部位应为植物木质部附近的部位,因为此处细胞内病毒极少。( × )
2.科研人员研究了马铃薯茎尖外植体大小对幼苗的成苗率和脱毒率的影响,结果如图。下列相关叙述错误的是(　　)
A.培育脱毒苗所依据的原理有基因突变和细胞全能性B.培育脱毒苗的过程中涉及脱分化和再分化两个阶段C.实验结果表明茎尖越小,脱毒率越高,成苗率越低D.根据本实验,培育脱毒苗时茎尖外植体的适宜大小为0.27 mm
答案 A解析 马铃薯茎尖的病毒极少,甚至无病毒,因此可利用马铃薯茎尖进行组织培养获得脱毒苗,培育脱毒苗所依据的原理是植物细胞的全能性,A项错误;培育脱毒苗的过程中涉及脱分化和再分化两个阶段,B项正确;由题图可知,茎尖越小,脱毒率越高,成苗率越低,C项正确;在茎尖外植体大小为 0.27 mm时,幼苗的脱毒率和成苗率均较高,因此本实验中,马铃薯脱毒培养中茎尖外植体的适宜大小为0.27 mm,D项正确。
二、作物新品种的培育1.单倍体育种 原理:染色体变异(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。 杂交育种大多需6年,单倍体育种当年即可③进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
2.突变体的利用 原理:基因突变(1)产生原因:在植物的组织培养过程中,由于培养细胞一直处于不断增殖的状态,因此它们容易受到培养条件和诱变因素(如射线、 DNA复制时易发生突变化学物质等)的影响而产生突变。(2)利用:从产生突变的个体中筛选出对人们有用的突变体,进而培育成 新品种。
自我检测1.单倍体育种和突变体的利用是作物新品种培育的常用方法,判断下列有关作物新品种培育的表述是否正确。(1)在植物组织培养过程中,容易获得突变体的主要原因是培养的细胞一直处于不断增殖的状态。( √ )(2)由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体,染色体加倍后得到的植株的显性性状容易显现,因此它也是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。( × )
(3)单倍体育种的原理是染色体数目变异,体细胞诱变育种的原理一般是突变。( √ )(4)选育岀一个可以稳定遗传的作物优良品种,常规育种一般要经过5~6年的连续筛选,而单倍体育种当年就可培育出。( √ )
2.下图表示番茄植株(HhRr)作为实验材料培育新品种的途径,据图分析下列叙述正确的是(　　)
A.品种A植株与途径3中番茄幼苗基因型相同的概率为1/4B.途径4的育种原理为基因重组和染色体畸变C.途径2为花药离体培养,用秋水仙素处理萌发的种子可以得到纯合的二倍体番茄D.途径3对叶肉细胞进行组织培养时,可施用少量生长素和细胞分裂素使愈伤组织分化成根和茎叶
答案 A解析 品种A植株是HhRr自交产生的后代,途径3中番茄幼苗是通过植物组织培养形成的,基因型为HhRr,品种A植株基因型为HhRr的概率为1/4,品种A植株与途径3中番茄幼苗基因型相同的概率为1/4,A项正确;途径4为诱变育种,原理为基因突变,B项错误;途径2为单倍体育种,单倍体植株不可育,没有种子,用秋水仙素处理单倍体幼苗可以得到纯合的二倍体番茄,C项错误;在植物组织培养时,需要添加植物激素,其中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。植物激素的浓度、使用的先后顺序及用量的比例等都会影响实验的结果。生长素与细胞分裂素用量的比值高时,有利于根的分化,抑制芽的形成;比值低时,有利于芽的分化、抑制根的形成;比值适中时,促进愈伤组织的形成,D项错误。
三、细胞产物的工厂化生产
自我检测1.细胞产物工厂化生产,不占用耕地,几乎不受季节、天气等的限制,对于社会、经济、环境保护具有重要意义。判断下列有关细胞产物工厂化生产的表述是否正确。(1)工厂化生产的细胞产物,其化学成分都是蛋白质。( × )(2)细胞产物的工厂化生产提高了获取植物某些成分的效率。( √ )(3)次生代谢物是植物生命活动所必需的。( × )(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。( √ )
2.下图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径,下列叙述错误的是(　　)A.该途径依据的原理是植物细胞具有全能性B.需在无菌和人工控制的条件下进行C.经过程①细胞的形态和结构发生了变化D.外植体是离体的器官、组织或细胞
答案 A解析 图中过程的终点不是个体,也未经分化形成其他组织细胞,故未体现细胞的全能性,A项错误;该过程需要在无菌和人工控制的条件下进行,B项正确;过程①表示已分化的细胞经过脱分化形成愈伤组织,失去其特有的结构和功能,转化成未分化的细胞,C项正确;外植体是离体的器官、组织或细胞,D项正确。
1.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。而植物顶端分生区附近(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,再生的植物就有可能不带病毒,从而获得脱毒苗。2.从所需条件上来看,与传统育种方法相比,快速繁殖的优点有哪些?提示 快速繁殖是在具有一定人工设施的室内生产, 可以不受季节、气候等自然条件的限制。
[归纳提升]植物繁殖新途径的优点
[探究应用]1.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.利用芽尖进行组织培养D.人工诱导基因突变答案 C解析 芽尖分生能力旺盛,几乎不含病毒,可以通过芽尖组织培养获得脱毒苗。
2.(多选)下列不属于植物的快速繁殖技术的是(　　)A.兰花的芽尖组织培育成兰花幼苗B.水稻种子萌发并长成新个体C.扦插的葡萄枝条长成新个体D.柳树芽发育成枝条答案 BCD解析 快速繁殖技术是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术,也叫作微型繁殖技术。水稻种子萌发并长成新个体、柳树芽发育成枝条均属于个体发育;扦插的葡萄枝条长成新个体属于无性繁殖中的营养繁殖。
3.(2021山东莱州一中高二月考)甘薯由于能增强免疫功能、防癌抗癌、抗衰老、防止动脉硬化等越来越被人们喜爱。但甘薯属于无性繁殖作物,具有自交不育和杂交不亲和性,这使甘薯的生产和育种存在诸多难以解决的问题。下列说法错误的是(　　)A.利用组织培养繁殖甘薯的技术称为快速繁殖B.利用茎尖分生组织培养脱毒苗,使植株具备抗病毒的能力,产品质量得到提高C.可以通过植物细胞培养获得酚类、萜类等植物生长非必需的次生代谢产物D.利用培养的愈伤组织进行诱变育种,可以显著提高变异频率
答案 B解析 植物快速繁殖技术是利用植物组织培养技术进行快速繁殖优良品种的一种方法,A项正确;茎尖等部位病毒极少,甚至无病毒,利用茎尖分生组织可能培养出不带病毒且保持优良性状的幼苗,即脱毒苗,脱毒苗不等于抗毒苗,脱毒苗不能使植株具备抗病毒的能力,B项错误;一般将不是植物基本的生命活动所必需的产物称为次生代谢产物,它是一类小分子有机化合物,包括萜类、酚类和含氮化合物等,可以通过植物细胞培养获得酚类、萜类等植物生长非必需的次生代谢产物,C项正确;愈伤组织具有分裂旺盛的优点,适合作为诱变育种的材料,能提高突变频率,D项正确。
[流程分析]下图为植物细胞工程中突变体的利用过程,请据图分析回答下列问题。
1.为什么培养至愈伤组织时才进行诱变处理?提示 愈伤组织细胞分裂旺盛,不断进行DNA分子的复制,此时易发生基因突变。
2.诱导分化得到的突变体都可以利用吗?为什么?提示 不是。因为基因突变具有随机性和不定向性,所以并不是诱导分化得到的突变体都可以利用,还需进一步筛选出所需要的突变体。3.突变体育种所依据的原理是什么?提示 基因突变和植物细胞的全能性。
[归纳提升]与植物工程相关的育种方法比较
[探究应用]1.下图为利用突变体育种技术获得抗除草剂白三叶草新品种的过程。下列叙述错误的是(　　)
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④通常采用的筛选方法是向白三叶草幼苗喷洒除草剂
答案 C解析 白三叶草愈伤组织和胚状体的细胞中DNA种类相同,但因为基因的选择性表达,RNA和蛋白质的种类是有差异的。
2.下列有关植物细胞工程应用的叙述,错误的是(　　)A.利用植物组织培养技术培育脱毒苗,获得抗病毒的新品种B.利用植物组织培养技术进行植物的快速繁殖,能保持亲本的优良性状C.利用细胞培养技术获得紫草素,实现了细胞产物的工厂化生产D.利用植物体细胞杂交技术获得“萝卜—甘蓝”,克服不同生物远缘杂交的障碍答案 A解析 利用植物组织培养技术可以得到脱毒苗,但脱毒苗不一定具有抗病毒的能力;利用植物组织培养技术进行快速繁殖,该技术为无性繁殖,可保留母本的优良性状;在植物组织培养的愈伤组织阶段可得到大量的细胞,通过细胞代谢可以产生大量的细胞产物。
3.(2021江苏徐州高二期中)下图表示利用棉花叶肉细胞原生质体进行遗传改良的过程,下列叙述正确的是(　　)A.过程④通常会发生性状分离B.过程②能定向诱导原生质体产生优良性状的突变C.过程③是否再生出细胞壁,可以用质壁分离实验来检测D.过程④脱分化需用适宜配比的生长素和细胞分裂素处理
答案 C解析 过程④表示再分化,为无性繁殖,该过程中不会发生性状分离,A项错误;过程②表示人工诱变,且基因突变是不定向的,B项错误;过程③是否再生出细胞壁,可以用质壁分离实验来检测,C项正确;过程④表示再分化,生长素和细胞分裂素的比例是植物根和芽形成和发育方向的关键因素,D项错误。
[情境创设]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和树叶,而大量剥取树皮会造成树木的死亡和资源的破坏。1.为解决红豆杉种植对种苗的需求,如何快速获得大量种苗?提示 植物组织培养(微型繁殖)。2.为了解决提取紫杉醇的原料不足的问题,科研人员尝试利用细胞培养技术来大量生产紫杉醇。他们从红豆杉树上获取韧皮部组织,先在特定的培养基中培养使其　　　　　　形成愈伤组织,再将愈伤组织用　　　　　　　　　　处理使其分散成单个细胞,然后用液体培养基进行培养,期望从所培养的细胞中提取紫杉醇。 提示 脱分化　纤维素酶和果胶酶
3.为解决红豆杉生长缓慢的问题,科研人员尝试采用植物体细胞杂交技术培育能产生紫杉醇的速生“桉树红豆杉”杂种植株。(1)该育种方法与传统杂交育种方法相比,优点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)在进行植物体细胞杂交时,需先去壁并获得有活力的原生质体。诱导原生质体融合时常使用的诱导剂是　　　　　　　　,诱导剂的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 提示 (1)克服了不同生物远缘杂交的障碍　(2)聚乙二醇(PEG)　促进细胞融合,提高原生质体的融合率
[归纳提升]1.植物细胞代谢物的辨析初生代谢与次生代谢的区别
2.植物组织培养与植物细胞培养的辨析
[探究应用]1.紫草素具有抗菌、消炎效果。在细胞产物的工业化生产中,取紫草植株部分组织诱导形成紫草愈伤组织,再把它转入紫草素形成培养基上,然后再将细胞破碎后提取出紫草素。下列相关叙述错误的是(　　)A.工业化生产过程包括细胞的脱分化和再分化B.愈伤组织无法进行光合作用,需从培养基吸收有机物C.紫草植株组织诱导形成愈伤组织过程中遗传物质发生改变D.紫草的愈伤组织细胞在低渗溶液中不会涨破
答案 C解析 在细胞产物的工业化生产过程中,通过脱分化形成愈伤组织,再分化形成产生紫草素的细胞,A项正确;愈伤组织细胞不含叶绿体,无法进行光合作用,需要从培养基中吸收有机物,B项正确;紫草植株组织脱分化形成愈伤组织过程中遗传物质不会发生改变,C项错误;紫草的愈伤组织细胞含有细胞壁,因此其通常在低渗溶液中不会涨破,D项正确。
2.下列有关植物细胞工程应用的分析,错误的是(　　)A.愈伤组织细胞分裂旺盛,经诱变处理,易获得突变个体B.利用茎尖进行组织培养,可以获得脱毒苗C.利用同一株绿色开花植物不同部位的细胞,经培养获得的愈伤组织基因型完全相同D.利用组织培养技术工业化生产人参皂苷,提高产量
答案 C解析 愈伤组织细胞分裂旺盛,经诱变处理,容易发生基因突变,有利于获得突变个体,A项正确;茎尖几乎不含病毒,因此利用茎尖进行组织培养,可以获得脱毒苗,B项正确;同一植株不同细胞经培养获得的愈伤组织基因不一定相同,如用花粉细胞培养形成的愈伤组织细胞的遗传物质只有体细胞的一半,C项错误;在发酵罐中利用细胞培养工业化培养人参的愈伤组织细胞,可大量生产人参皂苷,提高产量,D项正确。
3.(多选)植物组织培养技术被广泛应用于育种、人工种子的培育及获得植物次生代谢产物等生产生活实践中。下列相关叙述错误的是(　　)A.植物组织培养得到试管苗的过程中只需要更换一次培养基B.该技术生产的人工种子长成的植株都具有可育的能力C.利用该技术可培养无病毒植株D.若取菊花茎段进行组织培养,可不必添加植物激素