2018版高中生物 第2章 细胞工程 2.1 植物细胞工程 2.1.2 植物细胞工程的实际应用学案

2.1.2 植物细胞工程的实际应用

1．简述微型繁殖技术。(重点)

2．理解掌握利用植物组织培养的技术培养脱毒苗和人工种子。(重、难点)

3．理解植物组织培养技术在细胞产物的工厂化生产领域的应用。(重点)

1．微型繁殖 (1)概念：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。

(2)特点⎩⎪⎨⎪⎧ ①无性繁殖，保持优良品种的遗传特性②高效快速地实现种苗的大量繁殖

③可实现工厂化生产

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除病毒，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。

3．人工种子

(1)概念：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。

(2)特点

①后代无性状分离。

②不受季节、气候和地域限制。

(3)实例：我国已成功地把芹菜、花椰菜、桉树和水稻的胚状体制备成了人工种子。

[合作探讨]

探讨1：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的阶段，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。

探讨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。而植物分生区附近的病毒极少，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。

探讨3：根据种子发育所需的营养物质，分析人工种皮内应含有哪些有效成分？

提示：适宜的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。

[思维升华]

1．微型繁殖

(1)本质：微型繁殖实际上是一种无性繁殖，能保持亲本的一切优良性状，这项技术只运用了植物组织培养技术，因此该过程只涉及有丝分裂，不涉及减数分裂。

(2)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)病毒的特点：病毒是寄生生物，在用种子繁殖或用植物根、茎的无性繁殖过程中，种子、根、茎的细胞中可能携带着病毒并传给下一代，使其繁殖的子代感染病毒。

(2)材料的选取：据检测，植物的分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。如果将未被病毒感染的植株的分生组织用植物组织培养的方法培育幼苗用于生产，可以避免病毒对作物的影响，大大提高作物的产量。

3．人工种子

(1)人工种皮的要求：

①能保持胚状体的活力，即要能透气、透水，含有胚状体发芽所需要的各种营养成分等。

②有利于贮藏、运输和萌发，选取的材料要有韧性、耐压、对胚状体无毒害。

③还应含有农药和杀菌剂，以防播种后害虫及微生物的侵害。

④还要加入能促进胚状体生长和发育的一些植物生长调节剂、有益菌等。

(2)胚状体的要求：①播种后能快速出苗；②根和芽同步生长，活力强；③形成的幼苗的形态与生长要正常。

(3)制备流程：诱导植物愈伤组织的形成→体细胞胚的诱导→体细胞胚的成熟→机械化包装→储藏或种植。

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

【解析】 芽尖分生能力旺盛，病毒难以侵染，几乎不含病毒，可以通过组织培养获得脱毒苗。

【答案】 C

2．科学家从悬浮培养的单细胞、离体花粉或胚囊中，通过植物组织培养技术获得胚状结构(胚状体)，胚状体不同于一般的种子胚，它是由非合子细胞分化形成的类似于胚的结构物，所以，又称“体细胞胚”或“花粉胚”。胚状体在一定的条件下，可以通过胚胎发育过程形成植株。将其包埋在一个能提供营养的胶质中，外面包裹上人造种皮，便制成了“人工种子”。人工种子的概念是1978年在加拿大举行的第四届国际植物组织、细胞培养会议上首次提出来的。目前，我国科学家利用植物组织培养技术已在烟草、水稻、小麦和玉米等植物上成功诱导出胚状体，而美、日、法等国正着手将人工种子市场化、商品化。

(1)简要归纳“离体的细胞”进行植物组织培养获得胚状体的过程：____________________________________________________________________

______________________________________________________________。

(2)“人工种子”大体由胚状体、包埋胚状体的胶质以及人造种皮等部分组成。包埋胚状体的胶质中富含营养物质，这是因为_________________________。

为了满足胚状体代谢的需求，“人造种皮”还必须具有良好的___________性能。

(3)由“人工种子”萌发出的植株是否可育？__________________________

_______________________________________________________________。

(4)写出“人工种子”商品化的意义：_________________________________

__________________________________________________。(任填两项即可)

(5)培育胚状体利用了________________这一项生物技术。在该过程中培养基中需要添加________和____________两种激素，还需要对培养基进行严格的________。

(6)该项技术的成功应用，反映了植物细胞的________________________性。

【解析】 组织培养的过程包括脱分化和再分化两个阶段。胚状体在萌发初期不能进行光合作用，因此需要给其提供营养，人工种皮要有很好的透气性，保证供给胚足够的氧气。胚状体的培育利用的是组织培养的技术，培养基中需要添加生长素和细胞分裂素，同时要保证无菌条件。

【答案】 (1)离体的细胞――→脱分化愈伤组织――→再分化

胚状体

(2)胚状体在萌发初期不能进行光合作用 透水、透气

(3)由花粉培养发育的植株一般不可育，由体细胞经组织培养发育的植株是可育的

(4)可用于苗木的快速繁育，无病毒植株培养，解决有些作物繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题

(5)植物组织培养 生长素 细胞分裂素 灭菌