人教版 (2019)选择性必修3二 植物细胞工程的应用第2课时导学案及答案

第2课时　植物细胞工程的应用

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)定义：不是植物基本生命活动所必需的产物。

(2)种类：小分子有机化合物，如酚类、萜类和含氮化合物等。

(3)作用：在植物抗病、抗虫等方面发挥重要作用，还是药物、香料和色素等的重要来源。

2．方法：对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖。

3．优势：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。

4．应用：紫杉醇、紫草宁、人参皂苷等。

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。

　四种育种方法的比较

列表比较

1．马铃薯、草莓和香蕉脱毒苗产量和品质明显提高，为什么小麦和玉米脱毒苗却基本没有变化？

提示：马铃薯、草莓和香蕉进行无性繁殖，感染的病毒很容易传递给子代，而小麦和玉米是通过种子繁殖，感染的病毒不容易传递给子代。

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分子的复制，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．现代生物技术可以利用植物体的任何一个活体部分，包括茎尖、叶片和花药等，在一定的条件下使它发育成完整

的植株。这种技术可以在较短时间内大量繁殖、培育新品种及防止病毒的危害等。下列关于该生物技术的叙述，正确的是 (　　)

①常用茎尖或花药培养获得脱毒苗

②其应用之一是快速繁殖

③这种技术属于细胞工程

④该技术一定要用到纤维素酶和果胶酶

A．①②④     B．②③

C．①④     D．①②③④

B　[该技术为植物组织培养技术。常用茎尖培养获得脱毒苗，而花药离体培养获得的是单倍体，往往是高度不育的，①错误；植物组织培养技术的应用之一是快速繁殖，②正确；植物组织培养技术属于植物细胞工程，③正确；在植物体细胞杂交技术中用到了纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，而题中所述技术中不涉及，④错误。]

2．如图是利用某植物(基因型为AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示意图，据图判断错误的是(　　)

A．过程②通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为有丝分裂前期

B．通过过程①得到的植株既有纯合子又有杂合子

C．过程①属于植物的组织培养，在此过程中必须使用一定量的植物激素

D．与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种年限

B　[该过程是单倍体育种过程，所以过程①是花药离体培养，获得的是单倍体，基因型包括AB、Ab、aB、ab 4种，经染色体加倍后的植株B都为纯合子；过程②使用秋水仙素使染色体数目加倍，作用机理是抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，到后期染色单体分开后不能向细胞两极移动；过程①属于植物组织培养，需要生长素和细胞分裂素的诱导。]

　植物组织培养与植物细胞培养的比较

列表比较

1．如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，下列叙述正确的是(　　)

―→紫杉醇

A．该途径体现了植物细胞的全能性

B．过程①需控制好培养基中植物激素的比例

C．经过程①细胞的形态和结构未发生变化

D．过程③需使用固体培养基，有利于细胞增殖

B　[细胞全能性以细胞发育成个体为标志，而图中并没有形成完整植物体，A项错误；过程①是脱分化，而决定植物脱分化和再分化的关键因素是培养基中植物激素的种类和比例，因此该过程需控制好培养基中植物激素的比例，经该过程细胞的形态和结构发生了变化，成为高度液泡化的薄壁细胞，B项正确、C项错误；过程③需使用液体培养基，有利于细胞增殖，D项错误。]

2．下列关于细胞产物的工厂化生产的叙述，错误的是(　　)

A．细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一

B．培养过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞

C．愈伤组织需要经过再分化产生特定的组织细胞后才能产生特定的细胞产物

D．培养的细胞收集后，一般要破碎提取其有效成分

C　[细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一，A正确；培养过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞，B正确；愈伤组织不需要再分化就能产生特定的细胞产物，C错误；培养的细胞收集后，一般要将其破碎提取有效成分，D正确。]

某植物有A、B两品种。科研人员在设计品种A组织培养实验时，参照品种B的最佳激素配比(见下表)进行预实验。

据表回答：

本案例考查学生实验设计和实施实验方案的能力。

(1)Ⅰ阶段时为什么通常选择茎尖、幼叶等作为外植体？(科学思维)

(2)为确定品种A的 Ⅰ 阶段的最适细胞分裂素浓度，参照品种B的激素配比(m1>2.0)，以0.5 μmol/L为梯度，设计5个浓度水平的实验，5个浓度的设置分别是多少？(科学探究)

(3)Ⅲ阶段时，科研人员分别选用浓度低于或高于n3 μmol/L的生长素处理品种A幼芽，要使其都达到最佳生根效果，选用低浓度生长素时的处理方法和选用高浓度生长素时的处理方法有什么不同？(科学思维)

提示：(1)细胞分化程度低，容易诱导产生愈伤组织。

(2)(m1－1.0)μmol/L、(m1－0.5)μmol/L、m1 μmol/L、(m1＋0.5)μmol/L、(m1＋1.0)μmol/L。

(3)低浓度生长素用浸泡法(长时间处理)，高浓度生长素用沾蘸法(短时间处理)。

[课堂小结]

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．(2020·江苏徐州检测)利用马铃薯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．在田间喷洒消毒剂

C．利用茎尖进行组织培养

D．人工诱导基因突变

C　[进行作物脱毒时常采用茎尖作为外植体，原因是茎尖病毒极少，切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就可能不带病毒，C符合题意。]

3．科研人员用甲基磺酸乙酯处理野生烟草的愈伤组织后，培育出了抗盐碱的烟草。甲基磺酸乙酯的作用是(　　)

A．诱发愈伤组织细胞发生突变

B．诱导愈伤组织细胞中染色体数目加倍

C．对愈伤组织进行消毒

D．诱导愈伤组织再分化出芽和根

A　[甲基磺酸乙酯是一种化学物质，能有效诱发愈伤组织细胞发生突变，从而形成符合生产要求的突变新品种，A正确。]

4．利用植物组织培养技术从红豆杉细胞中提取抗癌药物紫杉醇，不需要进行的是(　　)

A．选择适当的分化培养基培育红豆杉幼苗

B．选取合适的外植体并对其进行消毒

C．外植体需接种在无菌的固体培养基上培养

D．控制植物激素的种类和比例，诱导产生愈伤组织

A　[要获得细胞产物，只需要培养到愈伤组织阶段即可，不需要培育红豆杉幼苗，A符合题意。]

5．应用植物组织培养技术，不仅可实现种苗的快速繁殖，培育无病毒植株，也可加快作物及苗木育种。下面是培育柑橘耐盐植株的实验流程：

茎段→→

回答下列问题：

(1)愈伤组织是由离体的茎段经________过程形成的，此时愈伤组织细胞________(填“具有”或“不具有”)细胞的全能性。

(2)对愈伤组织进行了两次处理，其中γ射线照射的目的是_____________，用γ射线不直接处理茎段而是处理愈伤组织，原因是___________________；

在培养基中添加的物质X为________。

(3)植物组织培养技术也被广泛应用于其他作物的育种中。在培育的白菜—甘蓝、三倍体无子西瓜以及农杆菌转化法获得的抗虫棉中，必须用到植物组织培养技术的是____________________。

[解析]　(1)离体的茎段经过脱分化过程可形成愈伤组织，此时愈伤组织具有未分化的特点，细胞依然具有较高的全能性。(2)图中对愈伤组织进行了两次处理，第一次处理是用γ射线照射诱发愈伤组织细胞发生基因突变。愈伤组织细胞分裂能力强，易受到培养条件和外界环境的影响而发生基因突变。第二次处理是抗盐接种实验，即在培养基中加入NaCl(或盐)，适应一定浓度盐的愈伤组织才可以生长，不适应的愈伤组织死亡。(3)作物育种研究中常用农杆菌转化法将含抗虫基因的Ti质粒导入植物体细胞中，再利用植物组织培养技术获得抗虫的农作物。运用植物体细胞杂交技术培育白菜—甘蓝杂种植株，需要采用植物组织培养技术将杂种细胞培养成杂种植株。

[答案]　(1)脱分化　具有　(2)诱发基因突变　愈伤组织细胞分裂能力强，易诱发基因突变　NaCl(或盐)　(3)白菜—甘蓝、抗虫棉