2017-2018学年高中生物 第3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

第2课时植物细胞工程的应用

[目标导读] 1.结合教材P50～51图文，了解植物的微型快速繁殖、人工种子和作物脱毒。2.阅读教材P51～52内容，理解愈伤组织的诱变育种、细胞产物的工厂化生产及拯救濒危植物。[重难点击] 1.植物细胞工程的实际应用。2.细胞学基础理论研究与技术开发之间的关系。

方式一拯救国家极危植物——虎颜花

虎颜花为野牡丹科单种属植物，原产广东，为罕见的野生观赏植物，有重要的科研价值。虎颜花叶片基生，叶形巨大、美丽，呈心形，上有老虎斑纹，故称虎颜花。国际自然保护联盟已将虎颜花列为极危物种。为拯救虎颜花，我国华南植物园的科学家对虎颜花进行了组织培养，获得1万株试管苗，又利用生态恢复技术，使虎颜花成功回归野外。这体现了植物细胞工程的实际应用。那么植物细胞工程技术在生产生活中还有哪些方面的应用呢？让我们进入本节的学习，一起来了解吧！

方法二具有小灵芝草之称的金钗石斛是一种名贵的中草药，它具有生津益胃、润肺止咳之功效。金钗石斛的有效化学成分为大黄酚和β－谷甾醇。那么我们能否在工厂内大量生产这两种物质呢？

能！取金钗石斛的茎尖或根尖组织，并培养为愈伤组织再放入液体培养基中进行悬浮培养，获得大量的金钗石斛细胞，从混合液中分离纯化大黄酚和β－谷甾醇即可。

这是植物细胞工程实际应用的一个实例，要了解更多这方面的信息，请跟随教材一起来学习吧。

一、植物繁殖的新途径

1．植物的微型快速繁殖

(1)概念：利用植物组织培养技术快速繁殖植物的方法。

(2)优点

①无性繁殖，能够保持种苗的优良遗传特性。

②繁殖速度快，周期短。

(3)实例：一些优良的观赏植物、经济林木等都已经利用工厂化微型繁殖来进行大规模的无性繁殖。

2．人工种子

(1)组成

①胚状体：通过植物组织培养获得，相当于天然种子的胚。

②有机薄膜：含有胚状体萌发和发育成幼苗所需的各种养分；可以缓冲碰撞；可以附加大量的植物生长调节剂、农药、抗生素和一些有益菌种等。

(2)优点

①属于无性生殖，不发生性状分离的现象。

②生产上不受季节的限制。

3．作物脱毒

(1)原理：无性繁殖的作物，病毒容易逐年积累，但是幼嫩的组织和器官中病毒的含量较低或者不含病毒。

(2)方法：选取植物的茎尖进行植物组织培养。

(3)实例：脱毒马铃薯、脱毒草莓等。

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？

答案(1)周期长；(2)发生性状分离而丧失其优良特性；(3)受季节、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？

答案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。

3．人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分。人工种皮中应该具有的有效成分是什么？为了促进胚状体的生长发育，我们还可以向人工种皮中加入哪些物质？答案针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂(人工种皮)中应具有适量的养分、

无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。

1．兰花在我国种植历史悠久，“远东麒麟”以每盒3万元的价格在拍卖网卖出。下面是通过细胞培养形成兰花植株的示意图，请据图回答下列问题：(注：胚状体等同于植物种子的胚的结构)

(1)愈伤组织的分裂能力______________(填“强”或“弱”)，分化能力____________(填“强”或“弱”)，是由植物体细胞经过____________形成的。

(2)过程④由愈伤组织形成胚状体要经过____________和____________过程。

(3)一个兰花茎尖在一年之内可以生产出400万株兰花苗，与有性生殖相比，植物组织培养的优势主要体现在______________________和______________________。

答案(1)强强脱分化(2)细胞分裂细胞(组织)分化(3)保持亲本的优良性状培育周期短，繁殖效率高

二、愈伤组织的诱变育种、细胞产物的工厂化生产以及拯救濒危植物

1．愈伤组织的诱变育种

(1)诱变育种

①概念：是指利用物理、化学因素诱导植物的遗传特性发生变异，再从变异群体中选择符合人们某种要求的单株，进而培育成新品种的育种方法。

②诱发突变的因素

物理因素：主要指一些射线。

化学因素：主要是利用一些烷化剂、碱基类似物、抗生素等化学药物。

(2)愈伤组织的诱变育种

①原理：植物的愈伤组织在培养过程中一直处于分裂增生的状态，其遗传物质极易受到外界因素的影响而发生变异。

②优势：克服突变体的嵌合性等缺陷，极大地提高了诱变育种的效率。

2．细胞产物的工厂化生产

(1)原理：植物组织培养。

(2)生产流程

外植体(离体的植物器官、组织或细胞)――→脱分化愈伤组织――→分散开细胞悬液――→发酵、提取细胞产物。

(3)产物种类：药物、橡胶、香精油和色素等。

(4)优势：快速、高效的获得大量的细胞或细胞产物。

3．拯救濒危植物 利用植物细胞培养技术来培养大量红豆杉细胞，利用这种方法来生产大量紫杉醇，从而拯救红豆杉。

1．愈伤组织的诱变育种过程如图所示，请据图分析：

诱变处理

↓

外植体――→脱分化愈伤组织―→突变体――→筛选培育

新品种 ↑

诱导分化

(1)该育种方法的原理有哪些？

答案 基因突变和植物细胞的全能性。

(2)在培养至愈伤组织时进行诱变处理的原因是什么？

答案 愈伤组织细胞分裂旺盛，一直处于不断的分生状态，此时易发生基因突变。

(3)诱导分化得到的突变体都可以利用吗？为什么？

答案 大都不可以。因为基因突变具有多害少利性，即得到的突变体大多是有害的。

2．分析工厂化生产人参皂甙干粉的流程，探究下面的问题： 人参根――→脱分化愈伤组织――→培养选择增殖速度快且细胞内人参皂甙含量高的细胞

――→扩大培养

大量细胞――→提取皂甙 (1)细胞产物工厂化生产实质上是植物组织培养的过程，在生产中通常要培养到什么阶段？ 答案 愈伤组织。

(2)与传统的从植物体内提取相比，工厂化生产细胞产物有哪些优点？

答案 没有时间、地点、环境的影响，克服了植物体生长缓慢的缺点，提取方便等。

2．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分裂增生的状态