人教版選修3 2.1.2 植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用 學(xué)案.doc

2.1.2植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用一、植物繁殖的新途徑1微型繁殖(1)概念：用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)。(2)優(yōu)點(diǎn)(3)實(shí)例：蘭花、生菜、楊樹(shù)以及無(wú)子西瓜試管苗的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。2作物脫毒(1)取材：無(wú)病毒的莖尖組織。(2)優(yōu)點(diǎn)：提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。(3)實(shí)例：脫毒馬鈴薯、草莓、甘蔗、菠蘿和香蕉等的培育。3人工種子(1)概念：以植物組織培養(yǎng)獲得的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經(jīng)過(guò)人工薄膜包裝得到的種子。(2)人工種子在適宜條件下可萌發(fā)長(zhǎng)成幼苗。(3)實(shí)例：將芹菜、花椰菜、桉樹(shù)和水稻等的胚狀體制成人工種子。二、作物新品種的培育和細(xì)胞產(chǎn)物的工廠(chǎng)化生產(chǎn)1作物新品種的培育(1)單倍體育種原理：細(xì)胞的全能性和染色體變異。過(guò)程：花藥單倍體植株純合子植株。優(yōu)點(diǎn)：a后代是純合子，能穩(wěn)定遺傳。b明顯縮短了育種年限。實(shí)例：?jiǎn)斡?號(hào)煙草、京花1號(hào)小麥等。(2)突變體的利用產(chǎn)生：在植物的組織培養(yǎng)過(guò)程中，由于培養(yǎng)細(xì)胞一直處于不斷的分生狀態(tài)，因此容易受培養(yǎng)條件和外界壓力(如射線(xiàn)、化學(xué)物質(zhì)等)的影響而產(chǎn)生突變。利用：從產(chǎn)生突變的個(gè)體中篩選出對(duì)人們有用的突變體，進(jìn)而培育成新品種。實(shí)例：抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的野生煙草、抗除草劑的白三葉草等。2細(xì)胞產(chǎn)物的工廠(chǎng)化生產(chǎn)(1)細(xì)胞產(chǎn)物的種類(lèi)：蛋白質(zhì)、脂肪、糖類(lèi)、藥物、香料、生物堿等。(2)技術(shù)基礎(chǔ)：植物組織培養(yǎng)技術(shù)。(3)實(shí)例：我國(guó)利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了大量生產(chǎn)人參皂甙干粉；另外，三七、紫草和銀杏的細(xì)胞產(chǎn)物也都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工廠(chǎng)化生產(chǎn)。共研探究植物細(xì)胞工程作為一門(mén)新興的生物技術(shù)，已經(jīng)普遍應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)的方方面面。下面圖示都利用了植物組織培養(yǎng)，觀(guān)察并回答問(wèn)題。1微型繁殖(圖1)(1)概念：用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)。(2)特點(diǎn)：無(wú)性繁殖，能夠保持種苗的優(yōu)良遺傳特性。選取材料少。繁殖速度快，周期短。不受季節(jié)、氣候、自然災(zāi)害等因素的影響?？蓪?shí)現(xiàn)工廠(chǎng)化生產(chǎn)。2作物脫毒(圖2)(1)取材：無(wú)病毒的莖尖組織。因?yàn)樵谥参锓稚鷧^(qū)附近，細(xì)胞分裂十分迅速，病毒來(lái)不及侵入。(2)圖2所示脫毒草莓產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良，如果將未被病毒感染的植株的分生組織用植物組織培養(yǎng)的方法培育幼苗，用于生產(chǎn)，可以避免病毒對(duì)作物的影響，大大提高作物的產(chǎn)量。3人工種子(1)概念：以通過(guò)植物組織培養(yǎng)的方法獲得的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，外面包被上人工薄膜，在適宜的條件下可以發(fā)芽長(zhǎng)成幼苗的種子。(2)結(jié)構(gòu)：由胚狀體、作為保護(hù)性外殼的人工種皮和提供發(fā)育所需營(yíng)養(yǎng)的人工胚乳組成。如圖所示：(3)在人工種子中，人工種皮是保證包裹在其中的胚狀體順利生長(zhǎng)成小植株的關(guān)鍵部分。針對(duì)植物種類(lèi)和土壤等條件，在人工種子的包裹劑中還可以加入適量的養(yǎng)分、無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)碳源以及農(nóng)藥、抗生素、有益菌等。為了促進(jìn)胚狀體的生長(zhǎng)發(fā)育，還可以向人工種皮中加入一些植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。(4)優(yōu)點(diǎn)屬于無(wú)性生殖，無(wú)天然種子因有性生殖引起的基因重組而發(fā)生性狀分離的現(xiàn)象。生產(chǎn)上不受季節(jié)、氣候和地域的限制。提高植物的繁殖能力?？扇藶榭刂浦参锏纳L(zhǎng)發(fā)育與抗逆性。便于貯存和運(yùn)輸?？偨Y(jié)升華1作物脫毒、人工種子(1)作物脫毒主要是強(qiáng)調(diào)組織培養(yǎng)的取材一定是無(wú)毒的(如莖尖、根尖)，這樣才能繁殖出無(wú)毒的幼苗。(2)人工種子人工種子的培育也是采用組織培養(yǎng)技術(shù)，但是只需培育得到胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等材料，包上人工種皮就可形成人工種子。人工種皮含有胚狀體發(fā)芽所需要的營(yíng)養(yǎng)成分或植物激素，還應(yīng)含有殺菌劑，以防播種后微生物的侵害，相當(dāng)于種子的子葉或胚乳。人工種子發(fā)芽得到的幼苗能保持親本的優(yōu)良性狀，另外還不受氣候、季節(jié)和地域的限制。2人工種子與天然種子的區(qū)別(1)人工種子是通過(guò)植物組織培養(yǎng)產(chǎn)生的，屬于無(wú)性繁殖，可保持親本的優(yōu)良性狀。(2)自然種子是通過(guò)有性生殖產(chǎn)生的，可表現(xiàn)出雙親的遺傳性狀。對(duì)點(diǎn)演練1下面對(duì)人工種子的敘述不正確的是()a人工種子的胚乳中含有胚狀體發(fā)育所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還可以添加農(nóng)藥和植物激素b人工種子可以工業(yè)化生產(chǎn)，播種人工種子可節(jié)省大量的糧食c人工種子克服了有些作物品種繁殖能力差，結(jié)種困難或發(fā)芽率低等問(wèn)題d人工種子的胚狀體還未分化出胚芽、胚軸和胚根等結(jié)構(gòu)解析：選d人工種子是經(jīng)植物組織培養(yǎng)獲得具有生根發(fā)芽能力的胚狀結(jié)構(gòu)后，包裹人工種皮而形成的。在人工種子胚乳中，除了添加種子萌發(fā)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外，還可添加農(nóng)藥、植物激素、固氮菌等。共研探究1作物新品種的培育除傳統(tǒng)的雜交育種外，還有單倍體育種、人工誘變育種、基因工程育種等。在單倍體育種領(lǐng)域，科學(xué)家成功地培育出中花8號(hào)、11號(hào)水稻和京花1號(hào)小麥等作物新品種。觀(guān)察圖示，回答相關(guān)問(wèn)題：(1)中花11號(hào)水稻是單倍體育種的成就，其育種原理是染色體變異。(2)單倍體育種過(guò)程中，用秋水仙素誘導(dǎo)染色體加倍，原理為秋水仙素抑制紡錘體的形成，細(xì)胞不能正常分裂，從而使染色體數(shù)目加倍。(3)請(qǐng)用箭頭和文字表達(dá)單倍體育種的過(guò)程。提示：花藥離體培養(yǎng)愈傷組織單倍體植株正常植株(4)在植物組織培養(yǎng)過(guò)程中，愈傷組織階段容易發(fā)生突變得到突變體。(5)突變體育種的原理是基因突變或染色體變異，誘變育種的原理為基因突變。誘變育種屬于突變體育種的一種。2組織培養(yǎng)技術(shù)除了在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用外，還廣泛應(yīng)用于細(xì)胞產(chǎn)物的工廠(chǎng)化生產(chǎn)。這些細(xì)胞產(chǎn)物包括蛋白質(zhì)、脂肪、糖類(lèi)、藥物、香料、生物堿等。觀(guān)察下圖回答相關(guān)問(wèn)題：(1)完善細(xì)胞產(chǎn)物工廠(chǎng)化生產(chǎn)流程外植體(離體的植物器官、組織或細(xì)胞)愈傷組織細(xì)胞懸液細(xì)胞產(chǎn)物(2)思考工廠(chǎng)化生產(chǎn)人參皂甙的基本過(guò)程，回答相關(guān)問(wèn)題。選擇人參根作為外植體進(jìn)行培養(yǎng)，產(chǎn)生愈傷組織，經(jīng)過(guò)培養(yǎng)選擇找到增殖速度快而且細(xì)胞內(nèi)人參皂甙含量高的細(xì)胞株作為種子。將第一步選擇的細(xì)胞株放在發(fā)酵罐中的適合培養(yǎng)液中進(jìn)行液體(填“液體”或“固體”)培養(yǎng)，增加細(xì)胞數(shù)量。將發(fā)酵罐中培養(yǎng)的細(xì)胞進(jìn)行破碎，從中提取人參皂甙。(3)根據(jù)生產(chǎn)的目的不同，植物組織培養(yǎng)的階段不同：若獲得人工種子，則培養(yǎng)到胚狀體階段。若提取細(xì)胞產(chǎn)物，則培養(yǎng)到愈傷組織階段。若培養(yǎng)新個(gè)體，則培育到試管苗階段。(4)我國(guó)利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞產(chǎn)物的工廠(chǎng)化生產(chǎn)，如人參皂甙、三七、紫草和銀杏?？偨Y(jié)升華1單倍體育種、基因工程育種和植物細(xì)胞工程育種的比較單倍體育種基因工程育種植物細(xì)胞工程育種原理染色體變異、植物細(xì)胞的全能性基因重組植物細(xì)胞的全能性方法選擇親本有性雜交f1產(chǎn)生的花粉離體培養(yǎng)獲得單倍體植株誘導(dǎo)染色體加倍獲得可育純合子選擇所需要的類(lèi)型提取目的基因構(gòu)建基因表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞基因表達(dá)篩選出符合要求的新品種去細(xì)胞壁細(xì)胞融合組織培養(yǎng)優(yōu)點(diǎn)明顯縮短育種年限，加速育種進(jìn)程；全是純合子，后代不發(fā)生性狀分離不受種屬限制，可根據(jù)人類(lèi)的需要，有目的地進(jìn)行克服遠(yuǎn)緣雜交的不親和性，有目的地培育優(yōu)良品種缺點(diǎn)技術(shù)較復(fù)雜，需與雜交育種結(jié)合，多限于植物可能會(huì)引起生態(tài)危機(jī)，技術(shù)難度大技術(shù)復(fù)雜，難度大2單倍體育種與多倍體育種的異同(1)相同點(diǎn)：?jiǎn)伪扼w育種和多倍體育種均需要用秋水仙素誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍。(2)不同點(diǎn)：?jiǎn)伪扼w育種需要植物組織培養(yǎng)先形成單倍體幼苗，但多倍體育種一般不使用植物組織培養(yǎng)技術(shù)。3植物組織培養(yǎng)與植物細(xì)胞培養(yǎng)的區(qū)別(1)含義不同：植物組織培養(yǎng)是指在一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件的作用下，把植物離體的器官、組織或細(xì)胞培養(yǎng)成完整的植物體。而植物細(xì)胞培養(yǎng)是將組織培養(yǎng)過(guò)程中形成的愈傷組織或其他易分散的組織置于液體培養(yǎng)基中，進(jìn)行懸浮培養(yǎng)，得到分散游離的懸浮細(xì)胞，通過(guò)繼代培養(yǎng)使細(xì)胞增殖，從而獲得大量的細(xì)胞群體的一種技術(shù)。(2)目的不同：植物組織培養(yǎng)的目的是得到更多的植物體，而植物細(xì)胞培養(yǎng)的目的是獲得人類(lèi)所需要的細(xì)胞代謝產(chǎn)物。對(duì)點(diǎn)演練2如圖列舉了幾種植物的育種方式，請(qǐng)據(jù)圖回答相關(guān)問(wèn)題：(1)甲育種方式稱(chēng)為_(kāi)。(2)通過(guò)丁方式可以獲得脫毒苗，培養(yǎng)過(guò)程中c常常取用莖尖的原因是_。(3)乙方式通常用射線(xiàn)處理植物的愈傷組織能獲得較好效果，原因是_。(4)丙方式將外源目的基因?qū)胧荏w植物細(xì)胞，最常采用的方法是_。(5)甲、丙兩種育種方式與傳統(tǒng)雜交育種相比，其優(yōu)點(diǎn)是_。解析：(1)由a、b兩種細(xì)胞通過(guò)一定的技術(shù)手段獲得c，屬于植物體細(xì)胞雜交，能克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。(2)植物分生區(qū)附近(如莖尖)的病毒極少，甚至沒(méi)有病毒，因此常用莖尖組織培養(yǎng)技術(shù)獲得脫毒苗。(3)由于愈傷組織一直處于不斷分裂的狀態(tài)，容易受到培養(yǎng)條件和外界壓力(如射線(xiàn)、化學(xué)物質(zhì)等)的影響而發(fā)生突變。(4)將外源