1、第二节植物细胞工程的应用课标内容要求核心素养对接举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种等方式有效提高了生产效率。科学思维：理解植物细胞工程的应用实例中所涉及的技术操作及原理。社会责任：列举植物组织培养技术在生产实践中的应用，认同植物细胞工程的应用给社会带来的巨大效益。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，在适宜的条件下能够生根发芽的颗粒体。(2)基本构成：人工种皮、人工胚乳(主要成分包括无机盐、糖类和蛋白质等)、胚状体。(3)优点：制种快，而且制种不受季节限制。人工胚乳可提供更好
2、的营养供应，还可提供相应成分增强抵抗疾病的能力。属于无性生殖，保持亲本的优良性状。2快速繁殖(1)概念：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，又被称为“微型繁殖技术”。(2)特点：保持优良植物品种的遗传特性。实现种苗的快速繁殖。在人工控制的条件下进行，不受季节和恶劣天气的影响。3培育脱毒植物(1)原理：植物生长点部位的病毒浓度很低，甚至无病毒。采用植物茎尖组织培养的方法，便可以大量繁殖脱毒植物种苗。(2)选材：茎尖、花药等。(3)植物脱毒方法化学方法：嘌呤和嘧啶类似物或抗生素等化学药品处理，抑制植物体内病毒的复制。4种质保存(1)方法：在液氮中超低温保存。(2)原理：在1
3、96 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)保存材料：植物的悬浮细胞、愈伤组织或胚状体、原生质体、花粉、幼胚、芽或茎尖分生组织。(4)优势：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。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)原理：植物生长到一定阶段后，会通过代谢合成一些物质，利用工业化手段培养植物细胞可以获得大量细胞代谢产物。(2)应用从植物细胞培养中获得许多重要的细胞代谢产物，并产生了巨大的社会效益和经济效益。植物细胞培养技术成为工业化生产相
4、关植物产品的一条有效途径。植物细胞培养技术还可以用于农副业生产。(3)优点：快速、高效，不受季节、外部环境等条件的限制。2单倍体育种(1)育种思路先通过培育小孢子，获得单倍体植株幼苗，再诱导其染色体数目加倍，从而获得纯合二倍体植株。(2)育种过程(3)优点：大大缩短育种年限。获得具有稳定遗传特性的优良品种。判断对错(正确的打“”，错误的打“”)1葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于微型繁殖。()提示：题述繁殖方式属于无性繁殖，不属于微型繁殖。微型繁殖是指用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。2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。()提示：培育脱毒苗时选用的通常是茎
5、尖等分生组织，原因是该组织附近的病毒极少，甚至无病毒。3单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。()提示：单倍体育种的原理是染色体变异和植物细胞的全能性，突变体育种的原理是基因突变和植物细胞的全能性。4工厂化生产的细胞产物一般来自愈伤组织细胞。()答案5工厂化生产的细胞次生代谢物，其化学成分都是蛋白质。()提示：次生代谢物的化学成分不是蛋白质。植物繁殖的新途径1微型繁殖(1)实质：植物组织培养。(2)原理：植物细胞的全能性。(3)优点能保持亲本的一切优良性状，子代个体的遗传物质与亲本相同。选材少，培养周期短，繁殖率高。不受自然生长季节的限制，便于自动化管理，有利于进行工厂化生产。2作物脱毒
6、(1)进行作物脱毒的原因长期进行无性繁殖的作物(如马铃薯和草莓)，它们感染的病毒很容易传给后代。病毒在作物体内逐年积累，从而导致作物产量降低，品质变差。(2)材料的选取在植物分生区附近(如茎尖和根尖)，由于代谢十分旺盛、细胞分裂速度快等因素，很少被病毒感染，甚至无病毒。因此，利用植物的分生组织进行组织培养，可以使新长成的植株不带病毒，从而获得脱毒苗。用脱毒苗进行繁殖，种植的作物就不会或极少感染病毒。合作探究：(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
7、物组织培养在实验室进行，受季节、气候等条件限制较小。(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。1某株名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离。为了防止性状分离并快速繁殖，可以利用该植株的一部分器官或组织进行离体培养，发育出完整的植株。进行离体培养时不应采用该植株的()A茎尖B子房壁C叶片D花粉粒D茎尖一般没有病毒积累，分裂能力强，可作为植物组织培养的材料，A不符合题意；子房壁细胞属于体
8、细胞，可作为植物组织培养的材料，B不符合题意；叶片细胞属于体细胞，可作为植物组织培养的材料，C不符合题意；花粉粒是经减数分裂形成的，在此过程中发生了基因重组，因而不一定能保持亲本的优良性状，D符合题意。2为给工厂化繁殖脱毒甘薯苗提供技术上的支持，科研人员利用植物组织培养技术研究甘薯茎尖(外植体)大小对诱导分化苗和脱毒苗的影响，结果如表所示，下列相关叙述正确的是()茎尖大小外植体数/个分化苗数/苗脱毒苗数/苗小于0.3 mm20110.30.5 mm20107大于0.6 mm20134A在不同的培养阶段，培养基中生长素和细胞分裂素的比例不同B脱分化过程中应给予充足光照使其进行光合作用C培育脱毒苗
9、时依据的原理有基因突变和细胞的全能性D0.30.5 mm大小的茎尖最有利于获得抗病毒的特性A在不同的培养阶段，培养基中激素种类和比例不同，生长素和细胞分裂素的比例升高利于根的分化，比例下降利于芽的分化，A正确；脱分化过程中不需要光照，不能进行光合作用，B错误；培育脱毒苗时依据的原理是细胞的全能性，C错误；0.30.5 mm大小的茎尖最有利于获得无病毒的特性，不是抗病毒的特性，D错误。作物新品种的培养和细胞产物的工厂化生产1单倍体育种(1)原理：整个单倍体育种过程的原理是染色体变异，其中花药离体培养利用了植物细胞的全能性。(2)过程(3)优点：明显缩短育种年限，后代不发生性状分离。2细胞产物的工
10、厂化生产(1)过程(2)实例：工厂化生产紫草宁。(3)优点：提高生产速度、便于操作管理。合作探究：(1)花药离体培养获得的单倍体幼苗如何诱导染色体加倍？原理是什么？提示：可用适宜浓度的秋水仙素处理幼苗诱导染色体加倍，也可低温诱导染色体加倍。其原理都是抑制纺锤体的形成。(2)试分析人工种子与单倍体育种的区别与联系。提示：人工种子采用的是微型繁殖技术，只要培育得到胚状体、不定芽、顶芽和腋芽，然后包上人工种皮和人工胚乳即可。人工种子与微型繁殖得到的幼苗一样，都能保持亲本的优良性状。单倍体育种的优点是得到的植株能稳定遗传，明显缩短育种年限。单倍体育种从本质上说属于有性生殖。单倍体育种首先要进行花药离体
11、培养，采用的也是微型繁殖技术。1用纯种的高秆(D)抗锈病(T)小麦与矮秆(d)易染锈病(t)小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下：F1雄配子幼苗下列有关此种育种方法的叙述，正确的是()A这种育种方法叫杂交育种B过程必须使用生长素处理C这种方法的最大优点是缩短育种年限D过程必须经过受精作用C该育种方法为单倍体育种，可以明显缩短育种年限。是杂交，是减数分裂，是花药离体培养，是用秋水仙素处理使单倍体的染色体数目加倍。过程利用了植物组织培养技术，不需要受精，而是由雄配子直接发育成幼苗。2如图为植物繁殖的几种人工方法示意图，请据图回答下列问题：(1)图中单倍体植株通常的获取方法是_。若图中单倍体植株体
12、细胞中有2个染色体组，植株A体细胞中有4个染色体组，则过程所用化学试剂的作用是_。(2)图中植株B和植株C的培育过程的不同点是_，这种不同主要的决定因素是_。(3)若想在植物组织培养的过程中获得突变体，进而培育成新品种植株，应用物理诱变或化学诱变的方法处理_。(4)若要获得玉米的人工种子，则应选用图中的_结构，该结构与正常受精卵形成的_有类似的结构和发育过程。解析(1)获得单倍体植株常用的方法是花药离体培养；常用秋水仙素处理单倍体幼苗，使其染色体加倍。秋水仙素的作用机理是抑制纺锤体的形成。(2)植株B的培育过程中，愈伤组织经诱导形成胚状体，进而发育成植株；而植株C的培育过程中，愈伤组织经诱导形
13、成丛芽，进而发育成植株。这种不同取决于培养基中生长素和细胞分裂素的含量比。(3)若要获得突变体，应对愈伤组织进行诱变处理，因愈伤组织处于分生状态，进行旺盛的DNA复制，易诱发突变。(4)人工种子由胚状体包裹人工种皮得到，胚状体具有生根发芽能力，类似于由受精卵形成的胚。答案(1)花药离体培养抑制纺锤体的形成(2)植株B的培育过程中形成的是胚状体，而植株C的培育过程中形成的是丛芽培养基中细胞分裂素与生长素的含量比(3)愈伤组织(4)胚状体胚课堂小结知 识 网 络 构 建核 心 语 句 背 诵1.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。2.植物生长点部位的
14、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。采用植物茎尖组织培养的方法，便可以大量繁殖脱毒植物种苗。3.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。4.单倍体育种可以大大缩短育种的年限，且可以获得具有稳定遗传特性的优良品种。5.成熟的花药由花药壁和花粉囊及其中的花粉等结构组成。经过适当的诱导，花粉囊中的花粉可发育成单倍性的胚状体或愈伤组织。1通过植物组织培养技术繁育农作物，其优点不包括()A加快繁育速度B保持亲本优良性状C培育出无病毒植株D改变植物的基因型D植物组织培养
15、技术不仅可以保持优良亲本的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖，A、B项均正确；利用该技术还可以培育脱毒苗，因为选材部位是植物分生区附近的新生组织，没有或极少感染病毒，所以由培育的脱毒苗长成的植株是无病毒植株，C项正确；经该技术培育的植株跟亲本基因型相同，D项错误。2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C芽尖分生能力旺盛，病毒难以侵染，几乎不含病毒，可以通过组织培养茎尖获得脱毒苗。3下图表示优质玉
16、米的培育过程，请据图判断下列说法中错误的是()ABE过程中细胞全能性的高低发生了改变BC试管中形成的是高度液泡化的薄壁细胞团C植株F一般不能直接应用于扩大种植D植株A和F体细胞中的染色体组数相同DBC为脱分化过程，该过程中细胞的全能性增大，CE为再分化过程，该过程中细胞的全能性降低，A正确；C试管中形成的是愈伤组织，愈伤组织由高度液泡化的薄壁细胞组成，B正确；F为单倍体植株，高度不育，因此一般不能直接应用于扩大种植，C正确；A是正常的二倍体植株，而F是花药离体培养获得的单倍体植株，两者体细胞中的染色体组数不同，D错误。4许多植物的组织培养物可在液氮中超低温保存，下列关于种质保存的说法错误的是(
17、)A植物细胞的全能性是种质保存的理论基础B种质保存后仍能保持较高存活率及原来的遗传特性C超低温保存的材料比较单一，主要是愈伤组织或胚状体D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C超低温保存的植物材料，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。5植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。回答下列问题。(1)植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比，这种微型繁殖技术的特点有_(答出2点即可)。(2)用脱毒苗进行繁殖，可以减少作物感染病毒。为了获得脱毒苗，可以选取植物的_进行组织培养。(3)植物组织培养技术可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是_(用流程图表示)。解析(1)与常规的种子繁殖方法相比，植物微型繁殖技术具有能保持植物原有的遗传特性、繁殖速度快等特点。(2)植物分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。为获得脱毒苗，可以选取植物的茎尖进行组织培养。(3)将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是含目的基因的细胞愈伤组织小植株。答案(1)能保持植物原有的遗传特性，繁殖速度快(2)茎尖(3)含目的基因的细胞愈伤组织小植株