苏教版高中生物学选择性必修3生物学技术与工程精品课件 第二章 细胞工程 第二节 植物细胞工程的应用

知识点一 植物组织培养技术的应用 1.人工种子 (1)概念:将在植物组织培养中得到的 胚状体 和具有养分的 人工胚乳 包埋在具有保护功能的人工种皮中,在适宜条件下能够生根发芽的颗粒 体。 (2)基本结构:
(3)生产过程: ①植物组织培养获得 胚状体 。 ②人工种皮对胚状体和人工胚乳的 包埋 。 (4)优点: ①制种快。 ②制种不受 季节 限制。 ③人工胚乳可提供更好的 营养 供应,还可提供相应成分增强抵抗疾病 的能力。
有相同的基因,因此同一批次的人工种子可以保证具有相同的基因型,C项
正确;胚状体是由愈伤组织再分化形成的,因此其是由已经分化的、具有分
裂能力的细胞构成的,D项错误。
主题二 植物细胞培养技术的应用
情境探究 1.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)。
(4)方法: ①物理方法: a.高温处理又称 热疗法 ,其原理是一些病毒对热 不稳定 。 b.低温处理又称 冷疗法 ,其原理是降低温度,使病毒 活力 下降。 ②化学方法:一般指利用 嘌呤和嘧啶类似物 或 抗生素 等化学药品 处理患病植株的方法,其原理是抑制植物体内病毒的复制。
4.种质保存 (1)保存材料:可以是植物的 悬浮细胞 ,也可以是 愈伤组织 或胚状 体,还包括 原生质体 、花粉、幼胚、芽或茎尖分生组织等。 (2)原理:在-196 ℃的条件下,活细胞内的 物质代谢 和生命活动几乎完 全停止,细胞、组织、器官在超低温保存过程中不会引起 遗传性状 的 改变,也不会丧失 形态发生 的潜能。 (3)优点:比保存植物的种子更为 有利和经济 ,还能在需要的时候迅速 且大量地繁殖植物。
视角3人工种子 4.(2022新丰中学高二期中)如图表示一人工种子,下列与人工种子培育生 产过程有关的叙述,不正确的是( D ) A.人工种子一般用离体的植物细胞通过组织培养技术获得 B.胚状体是由愈伤组织分化而成,离体细胞只有形成愈伤组织才能表现出 全能性 C.同一批次的人工种子可以保证具有相同的基因型 D.胚状体是由未分化的、具有分裂能力的细胞构成的
解析 马铃薯茎尖病毒极少甚至无病毒,因此可利用马铃薯茎尖进行组织培 养形成脱毒苗,所依据的原理是细胞全能性,A项错误;培育脱毒苗的过程中 利用了植物组织培养技术,涉及脱分化和再分化两个阶段,B项正确;据图可 知,实验结果表明茎尖越小,脱毒率越高,成苗率越低,C项正确;茎尖外植体 大小为0.27 mm时,脱毒率和成苗率均较高,因此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。
视角应用 视角1快速繁殖 1.下图表示用两种不同技术手段将草莓①培育得到草莓②和③,一般情况 下,这三株草莓的遗传信息相同的是( D )
A.仅①② C.仅①③
B.仅②③ D.①②③
解析 草莓③是取母体的叶经过组织培养获得的,属于无性生殖,遗传信息 与①相同;而草莓②是直接由茎繁殖而来,属于无性生殖,遗传信息与①相 同。因此若不考虑突变,则遗传信息一定相同的是①②③。
3.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。
结论语句 辨一辨 (1)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。( × ) (2)在植物组织培养过程中,可以提取愈伤组织,经过人工薄膜包装得到人 工种子。( × ) (3)天然种子萌发后长成的植株容易发生性状分离,人工种子长成的植株性 状不分离。( √ ) (4)人工种子的基本结构包括人工种皮、胚状体和人工胚乳。( √ ) (5)植物生长点部位没有维管束,病毒难以进入,因此这些部位病毒浓度很 低甚至无病毒。( √ ) (6)植物细胞、组织等在超低温保存过程中不会引起遗传性状的改变,也不 会丧失形态发生的潜能。( √ )
2.快速繁殖 (1)概念:利用植物组织培养技术不仅可以保持优良植物品种的 遗传特性 , 而且可以实现种苗的 快速繁殖 ,植物组织培养技术也因此被称为“快 速繁殖技术”。在进行植物组织培养的过程中,幼苗在实验室的培养瓶中 生长发育,所以又被称为“ 微型繁殖技术 ”。 (2)优点: ①高效、快速地实现种苗的 大量繁殖 。 ②无性繁殖,保持优良品种的 遗传特性 。 ③可实现工厂化 规模 生产。 ④可以进行全年连续生产,大大提高了 生产效率 。
(3)优点:不仅 快速 、 高效 ,而且不受季节、 外部环境 等条件 的限制。
2.单倍体育种 (1)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。
(3)过程:
①成熟的花药由 花药壁 和 花粉囊 及其中的 花粉 等结构组 成。 ②经过适当诱导,花粉可发育成 单倍 性的胚状体或愈伤组织,最终形成 单倍体 植株。 ③用质量分数为0.02%~0.4%的 秋水仙素 诱导单倍体植株的某些阶段 (如形成 愈伤组织 时期或 幼胚 时期),可获得 染色体数目 加倍 的、能正常生长发育并开花、结果的 二倍体 植株。 (4)实例:小麦、黑麦、玉米单倍体植株。
第二章 第二节 植物细胞工程的应用
内
01 基础落实•必备知识全过关
容
索
02 重难探究•能力素养全提升
引
学习目标
1.通过对植物细胞工程应用实例的分析,了解这些应用涉及的技术流程和 应用的优势。 2.认同植物细胞工程在生产实践中具有重要的应用价值。 3.了解细胞产物的工厂化生产。
基础落实•必备知识全过关
解析 植物微型繁殖运用了植物组织培养技术,属于无性繁殖,可快速繁殖 良种植物,A项正确;愈伤组织细胞分裂快,细胞代谢旺盛,产生的代谢产物 较多,故愈伤组织细胞可用于细胞产物的工业化生产,B项正确;作物脱毒常 选取植物的茎尖,因为该处病毒较少或无病毒,所以利用茎尖组织培养技术 可以获得脱毒苗,C项正确;突变体培育利用了愈伤组织易受到外界环境的 影响,但突变是不定向的,D项错误。
旁栏边角 想一想 工厂化生产的细胞次生代谢物,其化学成分都是蛋白质吗? 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。 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。
结论语句 辨一辨 (1)单倍体育种的过程就是花药离体培养的过程。( × ) (2)植物细胞培养的原理利用了植物细胞的全能性。( × ) (3)花药经组织培养后形成的幼苗既可能是二倍体幼苗又可能是单倍体幼 苗。( √ ) (4)小孢子中染色体的数目是小孢子母细胞中的一半。( √ ) (5)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。( × ) (6)选育出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。( √ )
提示 正常植株 花药
单倍体幼苗
纯合子 选择
所需类型。
(2)该过程可分为哪两个阶段?分别利用了什么原理? 提示 分为花药离体培养为单倍体植株和秋水仙素诱导单倍体幼苗细胞染 色体数目加倍两个阶段。分别利用了植物细胞的全能性和染色体(数目) 变异的原理。
(3)单倍体育种可为体细胞诱变育种和研究遗传突变提供理想材料,其原因 是什么? 提示 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 植株的隐性性状容易显现。
旁栏边角 想一想 1.为什么植物微型繁殖技术可以保持优良品种的遗传特性? 提示 植物组织培养过程中细胞只进行有丝分裂,因此是一种无性繁殖的技 术;无性繁殖的后代其遗传物质组成与亲代一致。 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。
3.培育脱毒植物 (1)选材部位及原因:植物 生长点 部位的病毒浓度很低甚至无病毒。这 是因为这些部位没有 维管束 ,病毒难以进入。 (2)优点:可以 降低 或者去除病毒的感染。 (3)实例:目前采用 茎尖组织 培养技术来脱去病毒,已在 马铃薯 、 甘蔗、草莓、菠萝、菊花、百合和康乃馨等许多作物上获得成功。
2.植物细胞工程作为一门新兴的生物技术,已经普遍应用于社会生产。下 列有关说法不正确的是( D ) A.微型繁殖技术是无性繁殖,可以保持优良品种的遗传特性 B.利用愈伤组织细胞分裂快、代谢旺盛,用于细胞产物的工厂化生产 C.利用茎尖组织培养技术可以获得脱毒苗 D.突变体培育利用了愈伤组织易受到外界环境的影响而发生定向突变
2.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。 3.经植物组织培养技术培育出的脱毒苗抗病毒吗?为什么? 提示 不抗病毒。“脱毒”与“抗毒”不同,前者指的是本身病毒少,甚至无病毒, 受病毒感染的机会少,而后者指的是能抵抗病毒的感染。
重难探究•能力素养全提升
主题一 植物组织培养技术的应用
情境探究 1.结合下面人工种子的结构示意图,探究下列问题。
(1)常规的种子繁殖存在哪些缺陷? 提示 ①周期长;②发生性状分离而丧失其优良特性;③受到季节、气候和 地域的限制。 (2)人工种子的胚状体和常规种子的胚在来源上有何区别? 提示 人工种子的胚状体是无性繁殖的结果,常规种子的胚是有性繁殖的结 果。
解析 人工种子是将通过植物组织培养得到的胚状体和具有养分的人工胚
乳包埋在具有保护功能的人工种皮中得到的,A项正确;植物组织培养的过Biblioteka 程:外植体愈伤组织
胚状体→新植株,可见,胚状体是由
愈伤组织分化而成,离体细胞只有形成愈伤组织才能表现出全能性,B项正
确;同一批次的人工种子是由同一组织细胞培养形成的,而同一组织细胞具
视角2培育脱毒植物 3.(2022扬州中学高二期中)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。下列叙述错误的是( A ) 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,培养脱毒苗时茎尖的适宜大小为0.27 mm
培育能产生紫杉醇的速生“桉树红豆杉”杂种植株。该育种方法与传统杂
交育种方法相比,优点是
。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 克服了不同生物远缘杂交的障碍 聚乙二醇(PEG) 促进细胞融合,
提高原生质体的融合率
2.单倍体育种 (1)以流程图的形式表示单倍体育种过程。
知识点二 植物细胞培养技术的应用
1.植物细胞代谢产物的工厂化生产 (1)细胞代谢产物:植物生长到一定阶段后,会通过代谢合成一些物质,它们 可能对该植物无明显生理功能,也不是该植物 生长和繁殖 所必需的,但 这些植物细胞代谢产物可能是珍贵的 药物 等。 (2)应用实例: ①获取许多重要的细胞代谢产物。如:治疗疟疾的药物—— 奎宁 ;抗肿 瘤药物—— 紫杉醇 。 ②成为工业化生产相关植物产品的有效途径。如:药物——人参皂苷;食品 添加剂—— 食用色素 、甜味剂。 ③用于农副业生产。如:大规模培养桑叶的叶肉细胞,可制作成家蚕的饲料。
(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