2.1.2 植物细胞工程的实际应用[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．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2．作物脱毒(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①繁殖周期短②后代不发生性状分离，能够保持亲本的优良性状③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①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②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②过程获得的幼苗脱毒效果更好。
下列相关叙述错误的是( )A．①过程所取茎尖中的叶原基具有较高的分裂、分化能力B．②过程的作用可能是阻碍病毒等进入茎尖分生组织C．③④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答案 C解析 ③④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：花药单倍体植株稳定遗传的优良品种。
3)优点①子代是能稳定遗传的纯合子②明显缩短育种年限2．突变体的利用(1)原理①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)②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(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胞杂交细胞的全能性和细胞膜的流动性能克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍，扩大了可用于杂交的亲本组合的范围不能让杂种植株完全按照人们的要求表现出亲代的性状烟草—海岛烟草、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BA．过程②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①得到的植株既有纯合子又有杂合子C．过程①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①是花药离体培养，获得的是单倍体，基因型为AB、Ab、aB、ab 4种，经染色体加倍后的植株B都为纯合子；过程②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向细胞两极移动；过程①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( )①作物脱毒 ②细胞产物的工厂化生产 ③生产人工种子 ④转基因植物的培养A．①②③ B．①②④C．①③④ D．①②③④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．下列属于植物细胞工程实际应用实例的是( )①制造人工种子 ②培育抗盐植物 ③培育抗病毒烟草 ④培育单倍体 ⑤生产脱毒植株A．①②③④ B．①③④⑤C．①②④⑤ D．②③④⑤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①过程的处理可使细胞彼此分离，①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)②过程表示脱分化过程，其实质是________________________；③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。
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。