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1、1 人教版选修 3 植物细胞工程的实际应用学案 学习目标 1 说明植物细胞工程在植物繁殖方面的应用 2 列举植物细胞工程在作物新品种 培育方面的应用 3 概述细胞产物的工厂化生产的原理 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
2、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 方式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 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 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 微型繁殖 1 概念 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术 2 特点 无性繁殖 保持优良品种的遗传特性 高效快速地
3、实现种苗的大量繁殖 可实现产业化生产 2 作物脱毒 2 1 选材部位 无病毒的植物分生区附近的部位 2 优点 提高作物的产量和品质 3 实例 脱毒马铃薯的培育 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 优点 繁殖周期短 后代不发生性状分离 能够保持亲本的优良性状 不受季节 气候和地域的限制 并可节约土地 归纳总结关于人工种子 1 各部分的功能 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
4、调节剂 2 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 3 两个误区 人工种子不是有性生殖 而是无性繁殖 可以完全保持优良品种的遗传特性 人工种子萌发的植株不一定都可育 茎尖 芽尖 花粉等细胞都可以培育成胚状体 制作 人工种子 若是用花粉发育来的胚状体制备人工种子 则其萌发的植株一般不可育 例 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 3 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
5、A B 中生长素和细胞分裂素的含量和比例不同 答案C 解析 过程中基因的选择性表达导致了细胞再分化 C 错误 例 2某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得成熟种子 为尽快推广种植 可应用多种 技术获得大量优质苗 下列技术中不能选用的是 A 利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗 B 采用花粉粒组织培养获得单倍体苗 C 采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上 D 采用幼叶 茎尖等部位的组织进行组织培养 答案B 解析为了使优质苗的生物性状不发生性状分离 可采用茎段扦插诱导生根技术快速育苗 也可采用将幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上的方法或用茎尖 幼叶等部位的组织进行植 物组织培养获得大量优质苗 花粉粒是减
6、数分裂的产物 利用花粉粒离体培养得到的是单倍 体苗 其高度不育 且会发生性状分离 因此B 项方案不能选用 二 作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产 1 单倍体育种 1 原理 细胞的全能性和染色体变异 2 过程 花药 离体培养 单倍体植株 人工诱导 染色体加倍 稳定遗传的优良品种 3 优点 子代是能稳定遗传的纯合子 明显缩短育种年限 2 突变体的利用 4 1 原理 基因突变 用射线或诱变剂处理分生细胞 主要是指愈伤组织细胞 植物细胞的全能性 由突变细胞培育得到突变体植株 2 过程 3 利用 筛选出有用的突变体 培育新品种 如培育抗病 抗盐 含高蛋白 高产的新品种 植物 4 实例 抗花叶病毒的甘
7、蔗 抗盐碱的野生烟草 抗除草剂的白三叶草等 3 细胞产物的工厂化生产 1 种类 蛋白质 脂肪 糖类 药物 香料 生物碱等 2 技术 植物组织培养技术 3 过程 外植体 脱分化 愈伤组织 分散开 细胞悬液 发酵 提取 细胞产物 4 实例 人参 三七 紫草和银杏的细胞产物都已实现工厂化生产 归纳总结 1 植物组织培养与植物细胞培养的比较 项目植物组织培养植物细胞培养 目的获得植物体获得细胞产物 过程 实例获得脱毒苗人参皂甙的生产 2 几种育种方法的比较 项目原理优点缺点成果 植物体细细胞的全能能克服不同生物远不能让杂种植株烟草 海岛烟草 5 胞杂交性和细胞膜 的流动性 缘杂交不亲和的障 碍 扩大了
8、可用于 杂交的亲本组合的 范围 完全按照人们的 要求表现出亲代 的性状 胡萝卜 羊角芹 白菜 甘蓝等 单倍体育 种 染色体变异 和细胞全能 性 一般情况下 所得 品种能稳定遗传 明显缩短育种年限 技术复杂 操作 困难 单育 1 号烟草品 种 中花 8 号水稻 中花 11 号水稻和 京花 1 号小麦等 体细胞诱 变育种 基因突变和 植物细胞的 全能性 可产生新基因 大 幅度改良某些性状 基因突变具有不 定向性和多害少 利性 需要处理 大量的突变材 料 才能筛选出 目标品种 抗花叶病毒的甘 蔗 抗盐碱的野生 烟草等 基因工 程育种 基因重组 目的性强 育种周 期短 打破了物种 界限 可以定向改 造
9、生物的遗传性状 技术复杂 转基 因生物及其产物 具有一定的安全 隐患 抗虫棉 产人胰岛 素的大肠杆菌等 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 据图判断 下列说法错误的是 花粉 植株 A 植株 B A 过程 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 得到的植株既有纯合子又有杂合子 C 过程 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 解析该过程是单倍体育种过程 所以过程 是花药离体培养 获得的是单倍体 基因型为 AB Ab aB ab 4 种 经染色体加倍后的
10、植株B 都为纯合子 过程 使用秋水仙素使染 色体数目加倍 作用的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 6 向细胞两极移动 过程 属于植物的组织培养 需要生长素和细胞分裂素的诱导 例 4下列生物工程技术的实际应用过程中 能形成愈伤组织的是 作物脱毒 细胞产物的工厂化生产 生产人工种子 转基因植物的培养 A B C D 答案D 解析作物脱毒 细胞产物的工厂化生产 生产人工种子都是植物细胞工程的实际应用 其 技术基础是植物的组织培养技术 都有脱分化形成愈伤组织的过程 转基因植物的培养利用 的是基因工程技术和植物组织培养技术 该过程中也要形成愈伤组织 植物细胞工程的实际应用 植
11、物繁殖的新途径 微型繁殖 作物脱毒 制造人工种子 作物新品种的培育 单倍体育种 突变体的利用 细胞产物的工厂化生产 1 植物的微型繁殖技术是指 A 植物体细胞杂交技术B 嫁接 C 营养繁殖D 植物组织培养 答案D 解析用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术 叫植物的微型繁殖技术 也叫快速繁殖 技术 2 人工种子是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 下列与人工种子的形成过程无关的是 A 细胞的脱分化和再分化 7 B 细胞全能性 C 细胞的有丝分裂 D 细胞的减数分裂 答案D 解析人工种子的获得应用了植物组织培养技术 该技术不涉及细胞的减数分裂 3
12、 下列属于植物细胞工程实际应用实例的是 制造人工种子 培育抗盐植物 培育抗病毒烟草 培育单倍体 生产脱毒植株 A B C D 答案C 解析培育抗病毒烟草是转基因技术的应用 4 下列生物技术的应用实例中 运用的原理与其他各项不同的是 A 利用生物反应器悬浮培养人参细胞 提取人参皂甙 B 利用花药离体培养获取植物单倍体植株 C 将转入贮存蛋白基因的向日葵细胞培育成植株 D 通过植物组织培养获得人工种子并发育成植株 答案A 解析利用生物反应器提取人参皂甙 其原理是植物细胞培养 单倍体育种 转基因育种和 人工种子利用的原理是植物细胞的全能性 则A 项利用的原理与其他选项不同 5 人工种子是人们模仿天然
13、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 长成植物 人工种子的核心部位是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胶质中 便成了所谓的 人工种子 根据材料分析回答下列问题 1 人工种子依据的原理是 培育胚状体利用了 技术 8 2 包埋胚状体的胶质可看作自然种子的哪部分结构 3 如果外植体是植物的茎尖 通过 过程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 纤维素酶和果胶酶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 答案 1 植物细胞的全能性植物组织培养 2 种皮及
14、提供营养的胚乳或子叶 3 C 4 使细胞恢复分裂能力基因的选择性表达 5 不一定 解析 1 人工种子能发育成完整的植株 说明其细胞内含有个体发育所需要的全套遗传物 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技术得到的 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质 所以可看作种皮及胚 乳或子叶 3 使植物细胞彼此分离可以使用纤维素酶和果胶酶 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 对点训练 题组一植物繁殖的新途径 1 下列属于植
15、物的微型繁殖技术的是 A 兰花的茎尖组织培育成兰花幼苗 B 水稻种子萌发并长成新个体 C 扦插的葡萄枝长成新个体 D 柳树芽发育成枝条 答案A 解析水稻种子萌发并长成新个体 柳树芽发育成枝条均属于个体发育部分 扦插的葡萄枝 长成新个体属于无性生殖中的营养生殖 9 2 胚状体是在植物组织培养的哪一阶段上获得的 A 愈伤组织的形成中B 再分化 C 形成完整植株D 脱分化 答案B 解析植物体的根 茎 叶细胞一般都具有全能性 在一定的营养和激素条件下 可以脱分 化形成愈伤组织 将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上 就可以诱导其再分化生 成胚状体或丛芽 所以胚状体是在植物组织培养的再分化阶段形成的
16、 3 人工种子比天然种子有许多优越性 下列对其优越性的叙述不正确的是 A 可使自然状态下不结实的植物得以繁殖 B 方便储藏和运输 C 可随意改变植物的遗传性状 D 可快速 大量繁殖 答案C 解析人工种子是通过细胞工程完成的 所以可使在自然条件下不结实或结实困难的植物得 以繁殖 天然种子的大量储藏和运输也是相当困难的 人工种子则克服了这些缺点 人工种 子外层是起保护作用的薄膜 类似天然种子的种皮 因此 可以很方便地储藏和运输 人工 种子是经组织培养获得的 与提供组织细胞的亲代的遗传特性相同 人工种子的生产则不受 季节限制 可快速 大量繁殖 4 下列哪一项不是植物繁殖的新途径 A 微型繁殖B 细胞核移植 C 人工种子D 作物脱毒 答案B 解析植物组织培养是指利用特定的培养基将离体的植物细胞 组织或器官培养成完整植株 的过程 花药的离体培养 基因工程中的受体细胞的培养 植物体细胞杂交后杂种细胞的培 养以及植物的大量快速繁殖都要用到植物组织培养技术 植物繁殖的新途径包括微型繁殖 作物脱毒 人工种子 而细胞核移植不是植物繁殖的新途径 题组二作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产 5 下列哪一项不
