新教材2023高中生物第2章细胞工程第1节植物细胞工程第2课时植物细胞工程的应用课件新人教版选择性必
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【参考答案】B
探究二 作物新品种的培育
单倍体育种的过程 单倍体育种是植物育种的手段之一,即利用植物组织培养技术获得单倍体 植株,再通过某种手段使染色体加倍,从而使植物恢复正常染色体数。单倍体 是体细胞染色体数为本物种配子染色体数的生物个体。单倍体育种的过程如 下图所示,请据图分析回答问题。
亲本 F1 花药 单倍体植株
提示:甘薯是用无性繁殖的方式进行繁殖的,感染的病毒很容易传给后 代,并且逐代积累,影响后代的产量和品质。
(2)培养脱毒甘薯苗时,为什么要选取植物茎尖作为外植体?
提示:植物顶端分生区附近的病毒极少,甚至无病毒,作为外植体进行组织 培养,能得到脱毒苗。
(3)对脱毒甘薯苗进行扩繁的技术被称为什么?从育种所需的条件来看,该 技术与传统育种方法相比,优点是什么?
选择所需类型 纯合子
(1)图中①②分别表示什么过程?①的目的是什么?
提示:①表示杂交过程,②表示花药离体培养过程。①的目的是
将两个亲本的优良性状结合到一个个体上。
(2)③过程是指
人工诱导染色体数目加倍
,常用的试
剂是 秋水仙素
。
(3)单倍体育种所依据的原理和涉及的生物学技术主要有哪些?
提示: 依据的原理是染色体变异、植物细胞的全能性;涉及的生物学
提示:无性繁殖。保持优良品种的遗传特性;高效、快速地实现种苗的 大量繁殖。
2.作物脱毒。 (1)原理:植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒。 (2)适用作物:用 无性繁殖的方式进行繁殖的作物。 (3)操作过程:切取一定大小的组织块进行 组织培养,得到脱毒苗。 (4)优点:脱毒作物在 产量 和 品质 方面,明显优于没有脱毒的作物。
【例 1】利用快速繁殖技术培育名贵花卉,不宜选取的培养材料是 ( )
A.花粉
Bபைடு நூலகம்花瓣
C.茎尖
D.叶片
解析:利用快速繁殖技术培育名贵花卉,应该选择植物的体细胞,如茎尖、花瓣、
叶片等部位的细胞,不能选择生殖细胞作为培养材料,因为生殖细胞只含有该生物
一半的遗传信息。
答案: A
【例 2】下图为培育甘蔗脱毒苗的两条途径。研究发现,经 b 过程获得的幼苗
②所育品种的 隐性性状 容易显现。
2.突变体的利用。
(1)原理。
①植物组织培养过程中,培养细胞易受到 培养条件 和 诱变因素 而产生 突变 。
②植物细胞的 全能性 (由突变细胞培育成突变体植株)。
的影响
(2)利用:筛选出有用的 突变体 ,培育新品种。
(3)实例:科学家已经筛选到抗病、抗盐、高产及蛋白质含量高的突变体,培育出抗
探究三 细胞产物的工厂化生产
阅读材料,分析并回答下列问题。 人参的主要有效成分是人参皂苷,它是一种固醇类化合物,具有较高的抗 肿瘤活性,与其他化疗药物联合应用有协同作用。但野生人参资源较少,且生 长缓慢。 我国科学家早在 1963 年就成功地培育了人参的组织,近年来又实现了利 用细胞培养技术来大量生产人参皂苷。用细胞培养技术生产的人参皂苷,其药 用成分和药理活性与从栽培人参中提取的十分相似,甚至更加优良。
答案: B
【母题延伸】 (1)题中过程①包括哪两个阶段?
提示:包括脱分化和再分化两个阶段。
(2)单倍体植株经秋水仙素诱导处理后得到的植株都是纯合子吗? 试分析原因。
提示:不一定。对二倍体植物形成的单倍体来说,这句话是对的,对 多倍体来说,这句话不对。例如,四倍体植物(基因型为 AAaa)形成的单 倍体幼苗(基因型有 AA、Aa、aa 3 种),经秋水仙素诱导后形成的仍然 是四倍体,基因型分别为 AAAA、AAaa、aaaa,其中 AAaa 是杂合子。
脱毒效果更好。下列叙述正确的是( )
A.带叶原基的芽与植物体其他组织中的病毒含量相同 B.可推测 b 过程的温度处理有利于组织中的病毒失去活性 C.过程 c、d 均属于再分化,所以培养基 A 和 B 各成分含量相同 D.图中获得的脱毒苗与原甘蔗苗相比细胞核遗传物质发生了改变
【思维流程】将复杂的情境和问题简单化,回顾必备知识进行作答。
(3)优点:提高愈伤组织的突变率,可以获得抗病、高产、优质的新品 种,加快育种进程。
【例 3】下图是利用某植物(基因型为 AaBb)产生的花粉进行单倍 体育种的示意图,下列说法错误的是 ( )
花粉 植株 A 植株 B 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①②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
答案: B
【例 6】红豆杉的细胞提取物紫杉醇是重要的抗癌药物之一。红 豆杉可通过播种的方法进行繁殖,但生长速度缓慢,而植物组织培 养技术可实现其大规模培养。下列有关叙述正确的是 ( ) A.培养红豆杉的愈伤组织可用于紫杉醇的工业化生产 B.红豆杉不同部位的细胞经植物组织培养获得的愈伤组织基因型 相同 C.培养基需要用高压蒸汽灭菌,外植体需要用体积分数为 50%的 酒精、质量分数为 5%的次氯酸钠溶液消毒处理 D.愈伤组织可以进行光合作用,不需要从培养基中吸收有机物
解析: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;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,基因型为 AB、Ab、aB、ab 4 种,经染色体加倍 后获得的植株 B 都为纯合子;过程①属于植物的组织培养,需要生 长素和细胞分裂素的诱导;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。
第2章 细胞工程
第 1 节 植物细胞工程
第 2 课时 植物细胞工程的应用
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.尝试运用所学植物细胞工程的知识解决生产、生 活中的问题。
新知一 植物繁殖的新途径 结合教科书“铁皮石斛的产业化育苗”图和“脱毒马铃薯田和被病毒感染 的未脱毒的马铃薯叶片”图,阅读相关内容,阐明快速繁殖和作物脱毒的概念、 原理、操作过程及其优点。 1.快速繁殖。 (1)概念: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。 (2)快速繁殖属于无性繁殖还是有性繁殖?其优点有哪些?
(1)人参皂苷属于人参组织细胞的哪一类代谢物?
提示:次生代谢物。
(2)进行植物细胞培养过程中,细胞进行的增殖方式是什么? 提示:有丝分裂。
【例 5】下图所示为植物组织培养的基本过程,若要生产治疗烫
伤、割伤的药物——紫草宁,应选用编号 ( )
①
② ③④
A.①
B.②
C.③
D.④
解析:分析题图可知,①是外植体,②是愈伤组织,③是胚状体,④ 是试管苗。若要生产紫草宁应选用愈伤组织细胞。
花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。
新知三 细胞产物的工厂化生产 结合教科书“一种用于植物细胞培养的反应器”的图,阅读相关内容,概述细胞产物的 工厂化生产的概念、原理、技术并举例说明其优点。 1.概念。
利用 植物细胞培养 来获得目标产物的过程。 (1)植物细胞培养:在 离体 条件下对 单个植物细胞或细胞团 进行培养使其
增殖的技术。
(2)目标产物:主要是植物细胞的 次生代谢物 。
2.优点。
不占用 耕地 ,几乎不受 季节、天气 等的限制。
3.实例。 紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的生产。 4.植物细胞的次生代谢物是什么?主要种类有哪些?有哪些应用?
提示:植物代谢产生的一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的 产物。它是一类小分子有机化合物,主要包括酚类、萜类和含氮化合物等。 次生代谢物在植物抗病、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。
解析:培养红豆杉的愈伤组织,可以从中提取紫杉醇用于工业化生 产;红豆杉体细胞和花粉经植物组织培养获得的愈伤组织基因型 不相同;外植体需要用体积分数为 70%的酒精、质量分数为 5%左 右的次氯酸钠溶液消毒处理;愈伤组织不能进行光合作用,需要从 培养基中吸收有机物。
答案: A
课堂建构
技术为植物组织培养技术。
1.单倍体育种与多倍体育种的异同。 (1)相同点:一般情况下,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:单倍体育种需要通过植物组织培养技术先获得单倍体幼苗; 但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。 2.突变体的利用。 (1)原理:基因突变、植物细胞的全能性。 (2)过程:
新知二 作物新品种的培育
结合教科书“玉米单倍体育种流程示意图”,阅读相关内容,阐明单倍体育种的概
念、原理、操作过程及优点,说明突变体在作物育种中的应用。
1.单倍体育种。
(1)原理:植物细胞的 全能性 和 染色体变异。
(2)过程。
花药
单倍体 植株
纯合二倍体 植株
(3)优点。
①明显缩短 育种年限 ,节约大量人力和物力。
提示:快速繁殖技术。该技术是在具有一定人工设施的室内进行的,可 以不受季节、气候等自然条件的限制。
1.快速繁殖。 (1)技术:植物组织培养技术。 (2)繁殖方式:无性繁殖。 (3)优点: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)原理:植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒,经组织培 养可得到脱毒植株。 (3)技术手段:植物组织培养技术。
探究一 植物繁殖的新途径
作物脱毒的实例分析 阅读材料,分析回答相关问题。 脱毒甘薯苗是采用茎尖剥离技术,把不含病毒的细胞筛选出来,重新进行培 养所生长出来的。脱毒甘薯苗的萌芽能力强、果实产量高并且更耐储存,因此 有着很不错的经济效益。培养出来的茎尖苗经过检测后,如果不带病毒,就可进 行大量繁殖。 (1)为什么甘薯繁殖多代之后产量会下降?
【例 4】下图表示利用二倍体植株①和②进行育种的过程,相关 分析正确的是 ( )
A.①②③⑤⑥过程育种方法的优点是明显缩短育种年限 B.秋水仙素能抑制着丝粒的分裂,使染色体数目加倍 C.⑤⑦为同一个物种,杂交后能产生可育后代 D.③→⑨过程得到单倍体幼苗,用到了植物组织培养技术 解析:①②③⑤⑥过程育种方法是杂交育种,其缺点是育种年限较长;秋水仙素 能抑制纺锤体的形成,使染色体数目加倍,但是不影响着丝粒的分裂;⑧植株是 二倍体植株⑤和四倍体植株⑦杂交而得到的三倍体植株,在减数分裂过程中,会 因同源染色体联会紊乱而不能产生可育配子,从而表现为高度不育,故⑤⑦不是 同一个物种;③→⑨过程用花药离体培养来获得单倍体幼苗,用到了植物组织培 养技术。 答案: D
探究二 作物新品种的培育
单倍体育种的过程 单倍体育种是植物育种的手段之一,即利用植物组织培养技术获得单倍体 植株,再通过某种手段使染色体加倍,从而使植物恢复正常染色体数。单倍体 是体细胞染色体数为本物种配子染色体数的生物个体。单倍体育种的过程如 下图所示,请据图分析回答问题。
亲本 F1 花药 单倍体植株
提示:甘薯是用无性繁殖的方式进行繁殖的,感染的病毒很容易传给后 代,并且逐代积累,影响后代的产量和品质。
(2)培养脱毒甘薯苗时,为什么要选取植物茎尖作为外植体?
提示:植物顶端分生区附近的病毒极少,甚至无病毒,作为外植体进行组织 培养,能得到脱毒苗。
(3)对脱毒甘薯苗进行扩繁的技术被称为什么?从育种所需的条件来看,该 技术与传统育种方法相比,优点是什么?
选择所需类型 纯合子
(1)图中①②分别表示什么过程?①的目的是什么?
提示:①表示杂交过程,②表示花药离体培养过程。①的目的是
将两个亲本的优良性状结合到一个个体上。
(2)③过程是指
人工诱导染色体数目加倍
,常用的试
剂是 秋水仙素
。
(3)单倍体育种所依据的原理和涉及的生物学技术主要有哪些?
提示: 依据的原理是染色体变异、植物细胞的全能性;涉及的生物学
提示:无性繁殖。保持优良品种的遗传特性;高效、快速地实现种苗的 大量繁殖。
2.作物脱毒。 (1)原理:植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒。 (2)适用作物:用 无性繁殖的方式进行繁殖的作物。 (3)操作过程:切取一定大小的组织块进行 组织培养,得到脱毒苗。 (4)优点:脱毒作物在 产量 和 品质 方面,明显优于没有脱毒的作物。
【例 1】利用快速繁殖技术培育名贵花卉,不宜选取的培养材料是 ( )
A.花粉
Bபைடு நூலகம்花瓣
C.茎尖
D.叶片
解析:利用快速繁殖技术培育名贵花卉,应该选择植物的体细胞,如茎尖、花瓣、
叶片等部位的细胞,不能选择生殖细胞作为培养材料,因为生殖细胞只含有该生物
一半的遗传信息。
答案: A
【例 2】下图为培育甘蔗脱毒苗的两条途径。研究发现,经 b 过程获得的幼苗
②所育品种的 隐性性状 容易显现。
2.突变体的利用。
(1)原理。
①植物组织培养过程中,培养细胞易受到 培养条件 和 诱变因素 而产生 突变 。
②植物细胞的 全能性 (由突变细胞培育成突变体植株)。
的影响
(2)利用:筛选出有用的 突变体 ,培育新品种。
(3)实例:科学家已经筛选到抗病、抗盐、高产及蛋白质含量高的突变体,培育出抗
探究三 细胞产物的工厂化生产
阅读材料,分析并回答下列问题。 人参的主要有效成分是人参皂苷,它是一种固醇类化合物,具有较高的抗 肿瘤活性,与其他化疗药物联合应用有协同作用。但野生人参资源较少,且生 长缓慢。 我国科学家早在 1963 年就成功地培育了人参的组织,近年来又实现了利 用细胞培养技术来大量生产人参皂苷。用细胞培养技术生产的人参皂苷,其药 用成分和药理活性与从栽培人参中提取的十分相似,甚至更加优良。
答案: B
【母题延伸】 (1)题中过程①包括哪两个阶段?
提示:包括脱分化和再分化两个阶段。
(2)单倍体植株经秋水仙素诱导处理后得到的植株都是纯合子吗? 试分析原因。
提示:不一定。对二倍体植物形成的单倍体来说,这句话是对的,对 多倍体来说,这句话不对。例如,四倍体植物(基因型为 AAaa)形成的单 倍体幼苗(基因型有 AA、Aa、aa 3 种),经秋水仙素诱导后形成的仍然 是四倍体,基因型分别为 AAAA、AAaa、aaaa,其中 AAaa 是杂合子。
脱毒效果更好。下列叙述正确的是( )
A.带叶原基的芽与植物体其他组织中的病毒含量相同 B.可推测 b 过程的温度处理有利于组织中的病毒失去活性 C.过程 c、d 均属于再分化,所以培养基 A 和 B 各成分含量相同 D.图中获得的脱毒苗与原甘蔗苗相比细胞核遗传物质发生了改变
【思维流程】将复杂的情境和问题简单化,回顾必备知识进行作答。
(3)优点:提高愈伤组织的突变率,可以获得抗病、高产、优质的新品 种,加快育种进程。
【例 3】下图是利用某植物(基因型为 AaBb)产生的花粉进行单倍 体育种的示意图,下列说法错误的是 ( )
花粉 植株 A 植株 B 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①②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
答案: B
【例 6】红豆杉的细胞提取物紫杉醇是重要的抗癌药物之一。红 豆杉可通过播种的方法进行繁殖,但生长速度缓慢,而植物组织培 养技术可实现其大规模培养。下列有关叙述正确的是 ( ) A.培养红豆杉的愈伤组织可用于紫杉醇的工业化生产 B.红豆杉不同部位的细胞经植物组织培养获得的愈伤组织基因型 相同 C.培养基需要用高压蒸汽灭菌,外植体需要用体积分数为 50%的 酒精、质量分数为 5%的次氯酸钠溶液消毒处理 D.愈伤组织可以进行光合作用,不需要从培养基中吸收有机物
解析: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;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,基因型为 AB、Ab、aB、ab 4 种,经染色体加倍 后获得的植株 B 都为纯合子;过程①属于植物的组织培养,需要生 长素和细胞分裂素的诱导;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。
第2章 细胞工程
第 1 节 植物细胞工程
第 2 课时 植物细胞工程的应用
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.尝试运用所学植物细胞工程的知识解决生产、生 活中的问题。
新知一 植物繁殖的新途径 结合教科书“铁皮石斛的产业化育苗”图和“脱毒马铃薯田和被病毒感染 的未脱毒的马铃薯叶片”图,阅读相关内容,阐明快速繁殖和作物脱毒的概念、 原理、操作过程及其优点。 1.快速繁殖。 (1)概念: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。 (2)快速繁殖属于无性繁殖还是有性繁殖?其优点有哪些?
(1)人参皂苷属于人参组织细胞的哪一类代谢物?
提示:次生代谢物。
(2)进行植物细胞培养过程中,细胞进行的增殖方式是什么? 提示:有丝分裂。
【例 5】下图所示为植物组织培养的基本过程,若要生产治疗烫
伤、割伤的药物——紫草宁,应选用编号 ( )
①
② ③④
A.①
B.②
C.③
D.④
解析:分析题图可知,①是外植体,②是愈伤组织,③是胚状体,④ 是试管苗。若要生产紫草宁应选用愈伤组织细胞。
花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。
新知三 细胞产物的工厂化生产 结合教科书“一种用于植物细胞培养的反应器”的图,阅读相关内容,概述细胞产物的 工厂化生产的概念、原理、技术并举例说明其优点。 1.概念。
利用 植物细胞培养 来获得目标产物的过程。 (1)植物细胞培养:在 离体 条件下对 单个植物细胞或细胞团 进行培养使其
增殖的技术。
(2)目标产物:主要是植物细胞的 次生代谢物 。
2.优点。
不占用 耕地 ,几乎不受 季节、天气 等的限制。
3.实例。 紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的生产。 4.植物细胞的次生代谢物是什么?主要种类有哪些?有哪些应用?
提示:植物代谢产生的一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的 产物。它是一类小分子有机化合物,主要包括酚类、萜类和含氮化合物等。 次生代谢物在植物抗病、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。
解析:培养红豆杉的愈伤组织,可以从中提取紫杉醇用于工业化生 产;红豆杉体细胞和花粉经植物组织培养获得的愈伤组织基因型 不相同;外植体需要用体积分数为 70%的酒精、质量分数为 5%左 右的次氯酸钠溶液消毒处理;愈伤组织不能进行光合作用,需要从 培养基中吸收有机物。
答案: A
课堂建构
技术为植物组织培养技术。
1.单倍体育种与多倍体育种的异同。 (1)相同点:一般情况下,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:单倍体育种需要通过植物组织培养技术先获得单倍体幼苗; 但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。 2.突变体的利用。 (1)原理:基因突变、植物细胞的全能性。 (2)过程:
新知二 作物新品种的培育
结合教科书“玉米单倍体育种流程示意图”,阅读相关内容,阐明单倍体育种的概
念、原理、操作过程及优点,说明突变体在作物育种中的应用。
1.单倍体育种。
(1)原理:植物细胞的 全能性 和 染色体变异。
(2)过程。
花药
单倍体 植株
纯合二倍体 植株
(3)优点。
①明显缩短 育种年限 ,节约大量人力和物力。
提示:快速繁殖技术。该技术是在具有一定人工设施的室内进行的,可 以不受季节、气候等自然条件的限制。
1.快速繁殖。 (1)技术:植物组织培养技术。 (2)繁殖方式:无性繁殖。 (3)优点: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)原理:植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒,经组织培 养可得到脱毒植株。 (3)技术手段:植物组织培养技术。
探究一 植物繁殖的新途径
作物脱毒的实例分析 阅读材料,分析回答相关问题。 脱毒甘薯苗是采用茎尖剥离技术,把不含病毒的细胞筛选出来,重新进行培 养所生长出来的。脱毒甘薯苗的萌芽能力强、果实产量高并且更耐储存,因此 有着很不错的经济效益。培养出来的茎尖苗经过检测后,如果不带病毒,就可进 行大量繁殖。 (1)为什么甘薯繁殖多代之后产量会下降?
【例 4】下图表示利用二倍体植株①和②进行育种的过程,相关 分析正确的是 ( )
A.①②③⑤⑥过程育种方法的优点是明显缩短育种年限 B.秋水仙素能抑制着丝粒的分裂,使染色体数目加倍 C.⑤⑦为同一个物种,杂交后能产生可育后代 D.③→⑨过程得到单倍体幼苗,用到了植物组织培养技术 解析:①②③⑤⑥过程育种方法是杂交育种,其缺点是育种年限较长;秋水仙素 能抑制纺锤体的形成,使染色体数目加倍,但是不影响着丝粒的分裂;⑧植株是 二倍体植株⑤和四倍体植株⑦杂交而得到的三倍体植株,在减数分裂过程中,会 因同源染色体联会紊乱而不能产生可育配子,从而表现为高度不育,故⑤⑦不是 同一个物种;③→⑨过程用花药离体培养来获得单倍体幼苗,用到了植物组织培 养技术。 答案: D