1、 2.1.2 植物细胞工程的实际应用 一、植物繁殖的新途径 1.微型繁殖:(1)概念:快速繁殖优良品种的_技术。植物组织培养 无性 大量繁殖 2.作物脱毒:(1)取材:无病毒的_组织。(2)优点:提高作物的_。(3)实例:脱毒马铃薯的培育。茎尖 产量和品质 3.神奇的人工种子:结构_+_(或不定芽、顶芽、腋芽)获得方法 _优点后代_ 不受_和地域的限制人工薄膜 胚状体 植物组织培养 无性状分离 季节、气候 二、作物新品种的培育 1.单倍体育种(以二倍体植物为例):单倍体 二倍体 (2)优点。后代是纯合子,能稳定遗传,不会发生_。极大地缩短了_。性状分离 育种年限 2.突变体的利用:(1)产生原
2、因:植物组织培养过程中,由于培养细胞一直 处于_状态容易受培养条件和外界压力的 影响而产生_。(2)利用:筛选出对人们有用的_,进而培育成新 品种。不断的分生 突变 突变体 三、细胞产物的工厂化生产 1.产物种类:_、脂肪、糖类、药物、香料、生 物碱等。2.生产技术:_技术。3.实例:我国利用植物组织培养技术实现了大量生产 人参皂甙干粉;另外,三七、紫草和银杏的_ 也都已经实现了工厂化生产。蛋白质 植物组织培养 细胞产物【正误小测】1.植物组织培养技术不仅可以保持优良品种的遗传性 状,还可以快速高效地实现种苗的大量繁殖。()【分析】植物组织培养技术属于无性繁殖,可以保持 亲本的优良性状;由于植
3、物组织培养技术克服了时间、空间和气候等因素的影响,可以快速、大量地繁殖种 苗。2.培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是植物体细胞杂 交。()【分析】培育草莓脱毒苗是利用草莓的茎尖分生组织 细胞病毒极少,甚至无病毒的特点,进行植物组织培养 形成无毒种苗的过程;植物体细胞杂交是将不同种的 植物体细胞在一定条件下融合成杂种细胞,培育成新 的植物体的技术。3.作物脱毒时选材部位应为植物木质部附近的部位,因为此处细胞内病毒极少。()【分析】作物脱毒时选材部位应为植物分生区附近的 部位,这些部位的病毒极少,甚至无病毒。4.通过“人工种子”繁殖后代属于有性生殖。()【分析】“人工种子”利用的是植物组织培养技术,
4、该过程细胞进行有丝分裂,细胞内的遗传物质不发生 改变,属于无性生殖。5.在植物组织培养过程中,容易获得突变体的主要原 因是培养的细胞一直处于不断的分生状态。()【分析】在植物组织培养过程中,由于培养的细胞一 直处于不断的分生状态,因此容易受到培养条件和外 界压力的影响而产生突变。6.秋水仙素处理萌发的种子或幼苗获得多倍体植株的 过程包括脱分化和再分化过程。()【分析】用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗后产生多 倍体植株,并没有经过植物组织培养过程。7.要生产人参皂甙干粉,应培养到胚状体阶段。()【分析】要实现人参皂甙干粉的工厂化生产需将人参 细胞培养至愈伤组织阶段。主题1 植物繁殖的新途径【问题探
5、究】1.微型繁殖:(1)微型繁殖可以快速地实现种苗的大量繁殖,其技术 手段是_;依据的原理是_。植物组织培养 细胞的全能性(2)微型繁殖的优点是_,这种繁殖方式属于_(填“有性生殖”或“无 性生殖”)。(3)从所需条件上来看,微型繁殖与传统育种方法相比 的优点是_ _。可以保持优良品种的遗传特性 无性生殖 微型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 2.作物脱毒:(1)为什么许多通过无性生殖的作物繁殖多代之后产量会下降?提示:作物感染的病毒可以传播给后代,并在作物体内逐年积累,影响产量和品质。(2)为什么作物脱毒苗培养时一般选取植物根尖或茎尖的分生区作为外植体?
6、提示:植物分生区一般不会感染病毒,用分生区作为外植体进行组织培养,能得到大量的脱毒苗。3.人工种子:(1)由上图分析:人工种子的胚状体和植物种子的胚在 来源上的区别是_ _。人工种子的胚状体是无性生殖的结果,种子中的胚是有性生殖的结果(2)是保证包裹在其中的顺利生长成小植株的关 键部分。针对植物种类和土壤等条件,在人工种子的 包裹剂中还可以加入适量的_ _。为了促进的生长发育,还可以向中加入一些_。养分、无机盐、有机碳 源以及抗生素、有益菌等 植物生长调节剂【探究训练】1.(2018厦门高二检测)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
7、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】选C。进行植物微型繁殖时常采用茎尖或根尖作为外植体,原因是茎尖或根尖病毒极少,切取一定大小的茎尖或根尖进行组织培养,得到的植株可能不带病毒。【补偿训练】用甘薯的茎尖分生组织离体培养,可快速繁殖脱毒的种苗。下列说法不正确的是()A.该过程依据的主要原理是植物细胞的全能性 B.形成脱毒的种苗只经过细胞分裂,没有细胞分化的发生 C.显微镜下观察处于细胞周期中的细胞,在多数细胞中看不到染色体 D.甘薯的茎尖细胞中含有甘薯的全套遗传物质【解题指南】解答
8、本题时需明确植物组织培养的过程和原理。【解析】选B。植物组织培养的原理是植物细胞的全能性,A正确;该过程中细胞都通过有丝分裂方式增殖,由茎尖分生组织到脱毒苗经过植物组织培养,要发生细胞分化过程,B错误;细胞周期包括分裂间期和分裂期,其中分裂间期所占的时间长,因此显微镜下观察细胞周期中的细胞,绝大多数细胞处于分裂间期,看不到染色体,C正确;甘薯的茎尖细胞是由受精卵经有丝分裂形成的,含有甘薯的全套遗传物质,D正确。2.人工种子是人们模仿天然种子的结构制造出来的生命有机体,它能像种子一样萌发生长,长成植株。人工种子的核心部件是一个被外层物包埋的具有类似于胚功能的胚状体。将胚状体包埋在一个能提供营养的
9、胶质中,便成了所谓的“人工种子”。(1)人工种子依据的原理是_,培育胚状体利用了_技术。(2)包埋胚状体的胶质可看成自然种子的哪部分结构?_。(3)如果外植体是植物的茎尖,通过的处理可使细胞彼此分离,过程中可加入()A.蛋白酶 B.淀粉酶 C.果胶酶 D.胰蛋白酶(4)过程表示脱分化过程,其实质是_ _;表示再分化过程,其实质是_。(5)由人工种子萌发成的植株是否可育?_ _。【解析】(1)人工种子能发育成完整植株,说明其细胞内含有个体发育所需要的全部遗传物质,因此依据的原理是细胞的全能性,人工种子是经过植物组织培养得到的。(2)包裹胚状体的胶质有保护胚状体的作用,同时又可以为胚状体提供营养物
10、质,所以可看成种皮及胚乳或子叶。(3)使植物细胞彼此分离可以使用果胶酶或纤维素酶,因为植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。(4)脱分化的实质是使细胞恢复分裂能力,而再分化的实质是基因的选择性表达。(5)人工种子是否可育取决于培育胚状体所用的材料。答案:(1)植物细胞的全能性 植物组织培养(2)种皮及提供营养物质的胚乳或子叶(3)C(4)使细胞恢复分裂能力 基因的选择性表达(5)不一定【延伸探究】(1)如果经过过程得到的细胞的基因型为DdTt,经图示过程得到的人工种子是否可育?为什么?提示:可育。若经过过程得到的细胞的基因型为DdTt,则胚状体的基因型为DdTt,属于二倍体,因此可育。(2)若图
11、中植物体的基因型为DdTt,利用花药离体培养得到的“花粉胚”长成的植株可育吗?为什么?提示:不可育。若植物体的基因型为DdTt,利用花药离体培养得到的“花粉胚”长成的植株的基因型为DT、Dt、dT、dt,均属于单倍体,因此不可育。【补偿训练】1.如图为培育甘蔗脱毒苗的两条途径,研究发现经过程获得的幼苗脱毒效果更好。下列相关叙述错误的是()A.过程所取茎尖中的叶原基具有较高的分裂、分化能力 B.过程的作用可能是阻碍病毒等进入茎尖分生组织 C.过程中基因的选择性表达导致了细胞脱分化 D.培养基A、B中生长素和细胞分裂素的含量和比例不同【解题指南】分析图示可知,取芽进行培养是因为芽具有较高的分裂和分
12、化能力,经过热水处理脱毒效果好与阻碍病毒进入有一定的关系,图中和为再分化过程。【解析】选C。过程所取茎尖中的叶原基具有较高的分裂、分化能力,A正确;过程的作用可能是阻碍病毒等进入茎尖分生组织,B正确;过程中基因的选择性表达导致了细胞再分化,C错误;培养基A、B中生长素和细胞分裂素的含量和比例不同,D正确。2.经植物组织培养技术培育出来的植物一般很少有植物病毒,其原因在于()A.在组织培养过程中经过了脱分化和再分化,进行的是快速分裂和分化 B.人工配制的培养基上,植物病毒根本无法生存 C.进行组织培养用的材料是刚分裂产生的茎尖、根尖或芽尖 D.接种组织培养之前进行了严格的消毒处理【解析】选C。植
13、物的茎尖或根尖等分生组织中往往不含病毒,因此选取这些部位的组织进行植物组织培养得到的植株一般不含病毒。主题2 作物新品种的培育和细胞产物的 工厂化生产【问题探究】1.单倍体育种:单倍体育种的过程如图所示:请据图分析:(1)图中和分别代表:_,_。通常是指_,目的是_,形成纯合子。(2)该过程所依据的原理是_ _,涉及的生物学技术是_。花药离体培养 秋水仙素处理 使染色体数目加倍 染色体变异和细胞的全能 性 物组织培养 植 杂交 2.突变体的利用:突变体的利用过程如图所示:请据图分析:(1)在培养至愈伤组织时进行诱变处理的原因是_ _ _。愈伤 组织细胞分裂旺盛,不断进行DNA分子的复制,此时易
14、 发生基因突变(2)诱导分化得到的突变体都可以利用吗?为什么?提示:不是。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。(3)突变体育种所依据的原理是_ _。3.细胞产物的工厂化生产:(1)细胞产物工厂化生产实质上是_的过 程,在生产中通常要培养到_阶段。基因突变和细胞的全 能性 植物组织培养 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?提示:不受时间、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。【探究训练】1.(2018北京高二检测)紫草素具有抗菌、消炎效果。在工业化生产中,取紫草植株部分组织诱导形成紫草愈伤组织,再转入紫草素形成培养基,然
15、后再将细胞破碎后提取出紫草素。下列相关叙述中,不正确的是()A.工业化生产过程中通过细胞的脱分化形成愈伤组织 B.愈伤组织无法进行光合作用,需从培养基中吸收有机物 C.紫草素在细胞内合成后被分泌到细胞外 D.紫草的愈伤组织细胞在低渗溶液中不会涨破【解析】选C。将紫草植株的部分组织诱导形成愈伤组织的过程属于细胞的脱分化,A正确;愈伤组织不能进行光合作用,需从培养基中吸收有机物,B正确;根据题干中“将细胞破碎后提取出紫草素”可知,紫草素在细胞内合成后不能分泌到细胞外,C错误;紫草的愈伤组织细胞有细胞壁,在低渗溶液中不会涨破,D正确。2.为了提高玉米的产量,科学家做了大量的研究工作。下图是关于玉米培
16、养的过程,请据图回答:(1)从生殖方式上分析,AD属于_繁殖;从细胞分裂方式上分析,EF过程中进行了_分裂。(2)AC、EF的过程要严格控制_。(3)用EG途径育种的优点是 _。(4)若想培育出一种新的玉米品种,可以采用_育种方式;若想培育出一种能抗虫的玉米新品种,可以采用_育种;若想培育出一种地上结玉米、地下结马铃薯的植株,可以利用_ _技术。【解题指南】明确单倍体育种的原理及技术流程,了解植物组织培养过程中的技术要求,理解各种育种方法的特点。【解析】本题综合考查植物细胞工程及应用、基因工程等知识。(1)取玉米的分生组织,经过植物组织培养获得玉米植株,这属于无性繁殖,EF过程中进行有丝分裂。
17、(2)在植物组织培养过程中,要严格控制环境中无菌。(3)单倍体育种能直接得到稳定遗传的优良品种,极大地缩短了育种年限。(4)若想获取新的品种,可采取诱变育种、基因工程育种和植物体细胞杂交技术等。答案:(1)无性 有丝(2)环境中无菌(3)直接得到稳定遗传的优良品种,极大地缩短了育种年限(4)诱变 基因工程 植物体细胞杂交【延伸探究】(1)AC、EF过程中的细胞,在各种理化因素作用下,较易发生基因突变,为什么?提示:AC、EF过程中的细胞处于分裂旺盛时期,DNA分子复制时容易发生基因突变。(2)第(4)问中提到的各种育种方法,是否需要进行植物组织培养?提示:基因工程育种和植物体细胞杂交均需进行植
18、物组织培养。【补偿训练】1.用单倍体育种,可以明显缩短育种年限,是因为后代不发生性状分离,下列有关其原因的说法正确的是()A.通过染色体加倍的可育植株,等位基因纯合,这样的植株自交,后代不发生性状分离 B.单倍体植株只有一套染色体,不会出现等位基因,也就不会有杂合子,后代不会发生性状分离 C.两单倍体杂交后,后代都是纯合子,纯合子自交后代不会发生性状分离 D.以上三种说法均正确 【解析】选A。单倍体经人工诱导后染色体加倍,因此这样形成的植株都是纯合子,纯合子自交得到的后代也都是纯合子,后代不会发生性状分离,所以单倍体育种可以明显缩短育种年限。2.下图表示植物组织培养的大致过程,据此判断不正确的
19、是()A.若是来自不同植物体细胞融合的杂种细胞,则可能出现不同植物的遗传特性 B.若是花粉,则是单倍体植株,经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种 C.若是人参细胞,对进行扩大培养可提高细胞产物人参皂甙的产量 D.若是具有杂种优势的农作物细胞,则用进行繁育会发生性状分离【解题指南】解答本题的关键是:(1)正确分析题图,明确各序号表示的含义。(2)植物组织培养的条件及过程。【解析】选D。若是来自不同植物体细胞融合的杂 种细胞,则其含有两个亲本的遗传物质,所以可能出 现不同植物的遗传特性,A正确;若是花粉,则是经 花药离体培养形成的单倍体植株,其高度不育,但经染 色体加倍后可得到稳定遗传的品种,B正确;若是人 参细胞,则将其脱分化形成(愈伤组织),再进行扩大 培养可提高细胞产物人参皂甙的产量,C正确;只有杂合子才会发生性状分离,而具有杂种优势的农作物细胞也可能是纯合子,所以用进行繁育不一定会发生性状分离,D错误。【总结提升】单倍体育种和突变体育种的比较 项 目原 理优 点实 例单倍 体育种染色体 变异明显缩短 育种年限单育1号烟草品种、中 花8号、11号水稻和京 花1号小麦等突变 体育种基因突变 产生新基因,大幅度改良某些性状抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草等
