植物細(xì)胞工程的應(yīng)用 【備課精講精研+能力拓展提升】 高二生物 （人教版2019選擇性必修3）

第2章

細(xì)胞工程第1節(jié)植物細(xì)胞工程第2課時植物細(xì)胞工程的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)1.基于生產(chǎn)和生活需要，通過查閱相關(guān)資料，設(shè)計并實施恰當(dāng)可行的實驗方案。（科學(xué)探究）2.列舉植物組織培養(yǎng)技術(shù)在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用，說明植物細(xì)胞工程對生產(chǎn)的影響。（社會責(zé)任）自主預(yù)習(xí)·悟新知合作探究·提素養(yǎng)深化拓展·育技能一、植物繁殖的新途徑1.快速繁殖（1）概念：用于快速繁殖優(yōu)良品種的①______________技術(shù)，也叫作微型繁殖技術(shù)。（2）特點：a.②______繁殖，保持優(yōu)良品種的遺傳特性b.高效、快速地實現(xiàn)種苗的③__________c.可實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)植物組織培養(yǎng)無性大量繁殖自主預(yù)習(xí)·悟新知LONGCHENGNO.1MIDDLESCHOOL2.作物脫毒（1）選材部位：植物頂端④________附近。因為此處細(xì)胞內(nèi)的病毒極少，甚至無病毒。（2）優(yōu)點：提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。分生區(qū)二、作物新品種的培育1.單倍體育種（1）方法：⑤________________________。

（3）優(yōu)點：能培育出遺傳性狀相對穩(wěn)定的純合二倍體植株；縮短了育種的年限，節(jié)約了大量的人力和物力；作為體細(xì)胞誘變育種和研究遺傳突變的理想材料?；ㄋ帲ɑ蚧ǚ郏╇x體培養(yǎng)2.突變體的利用（1）原理：⑥__________。（2）產(chǎn)生原因：在植物的組織培養(yǎng)過程中，由于培養(yǎng)細(xì)胞一直處于不斷⑦_(dá)_____的狀態(tài)，因此它們?nèi)菀资艿脚囵B(yǎng)條件和誘變因素（如射線、化學(xué)物質(zhì)等）的影響而產(chǎn)生突變。（3）結(jié)果：從產(chǎn)生突變的個體中可以篩選出對人們⑧______________，進而培育成新品種?；蛲蛔冊鲋秤杏玫耐蛔凅w三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)1.次生代謝物（1）定義：不是植物基本的生命活動所必需的產(chǎn)物。（2）種類：⑨________有機化合物，如酚類、萜類和含氮化合物等。（3）作用：在植物抗病、抗蟲等方面發(fā)揮重要作用，也是藥物、香料和色素等的重要來源。2.方法：對⑩______________________進行培養(yǎng)使其增殖。3.優(yōu)勢：不占用耕地，幾乎不受季節(jié)、天氣等的限制，對于社會、經(jīng)濟、環(huán)境保護具有重要意義。4.應(yīng)用：紫杉醇、紫草寧、人參皂苷等的生產(chǎn)。小分子單個植物細(xì)胞或細(xì)胞團任務(wù)

植物細(xì)胞工程的應(yīng)用活動1

植物繁殖的新途徑

植物細(xì)胞工程作為一門新興的生物技術(shù)，已經(jīng)普遍應(yīng)用于社會生產(chǎn)的方方面面。下圖都利用了植物組織培養(yǎng)，觀察并回答問題：合作探究·提素養(yǎng)LONGCHENGNO.1MIDDLESCHOOL1.植物組織培養(yǎng)可以進行快速繁殖的原因是什么？提示

植物組織培養(yǎng)到愈傷組織的階段，細(xì)胞進行有絲分裂，細(xì)胞分裂速度較快，從而可獲得大量的組織細(xì)胞，然后不斷地分割、移瓶、誘導(dǎo)再分化形成新植株。植物組織培養(yǎng)在實驗室進行，受季節(jié)、氣候等條件限制較小。2.快速繁殖技術(shù)有哪些優(yōu)點？提示

①高效、快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖，還可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性；②使用材料少，培養(yǎng)周期短，繁殖率高；③不受季節(jié)、氣候、自然災(zāi)害等因素的影響；④便于自動化管理，可實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)。3.作物培養(yǎng)過程中為什么要進行作物脫毒，如何進行作物脫毒？提示

對于無性繁殖的作物，病毒在作物體內(nèi)逐年積累，就會導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差。而植物頂端分生區(qū)附近的病毒極少，甚至無病毒，因此，切取一定大小的莖尖進行組織培養(yǎng)，再生的植物就有可能不帶病毒，從而獲得脫毒苗。認(rèn)知生成途徑原理優(yōu)點實例快速繁殖利用體細(xì)胞進行無性繁殖①保持優(yōu)良品種的遺傳特性；②高效、快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖快速繁殖蘭花作物脫毒用植物頂端分生區(qū)附近的細(xì)胞進行組織培養(yǎng)，再生的植株可能不含病毒提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)脫毒馬鈴薯的培育例1

[2022·濱州期末]

馬鈴薯野生種具有抗病、抗逆等優(yōu)良性狀，馬鈴薯栽培種由于長期無性繁殖而種質(zhì)退化。下圖為利用馬鈴薯野生種改進馬鈴薯栽培種的技術(shù)路徑。下列說法<zzd>不正確</zzd>的是(

)。AA.馬鈴薯栽培種和馬鈴薯野生種之間不存在生殖隔離B.新品種1的育種原理為基因重組和染色體變異C.獲得新品種2的育種方法可能是植物體細(xì)胞雜交D.過程①用到植物組織培養(yǎng)技術(shù)，過程②可用秋水仙素處理[解析]

馬鈴薯栽培種屬于四倍體，馬鈴薯野生種屬于二倍體，兩者之間存在生殖隔離，A不正確；新品種1是由增倍馬鈴薯野生種與馬鈴薯栽培種雜交產(chǎn)生的，所以新品種1的育種原理為基因重組和染色體變異，B正確；新品種2是由降倍馬鈴薯栽培種和馬鈴薯野生種通過植物體細(xì)胞雜交形成的，體細(xì)胞中含有四個染色體組，C正確；過程①是花藥離體培養(yǎng)，用到植物組織培養(yǎng)技術(shù)，過程②可用秋水仙素處理，使染色體數(shù)目增倍，D正確。

快速繁殖實際上是一種無性繁殖。在繁殖過程中，細(xì)胞的分裂方式是有絲分裂，一般情況下親、子代細(xì)胞內(nèi)DNA相同，所以能夠保證子代遺傳特性不變。易錯分析對點練1

[2022·大同期中]

下列關(guān)于農(nóng)作物脫毒苗的制備和應(yīng)用的敘述，<zzd>錯誤</zzd>的是(

)。A.長期進行有性繁殖的作物易感染和積累病毒B.制備作物脫毒苗的原理是植物細(xì)胞具有全能性C.取頂端分生組織進行組織培養(yǎng)可制備脫毒苗D.脫毒苗的使用可顯著提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)A[解析]

長期進行無性繁殖的作物易感染和積累病毒，A錯誤；制備作物脫毒苗采用植物組織培養(yǎng)，其原理是植物細(xì)胞具有全能性，B正確；頂端分生組織幾乎不含病毒，可取頂端分生組織進行組織培養(yǎng)制備脫毒苗，C正確；脫毒苗的使用可顯著提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，D正確?；顒?

作物新品種的培育

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、11號水稻和京花1號小麥等作物新品種。觀察圖示，回答相關(guān)問題：1.完善單倍體育種的流程：2.單倍體育種的原理是什么？提示

單倍體育種的原理是生殖細(xì)胞的全能性（花藥離體培養(yǎng)得到單倍體植株）和染色體數(shù)目的變異（人工誘導(dǎo)單倍體幼苗染色體數(shù)目加倍）。3.單倍體育種過程中如何誘導(dǎo)染色體加倍？作用原理是什么？提示

用秋水仙素處理，原理是秋水仙素抑制紡錘體的形成，使細(xì)胞不能正常分裂，從而使染色體數(shù)目加倍。4.完善突變體育種的流程。5.突變體育種的原理是什么？提示

突變體育種的原理是基因突變或染色體變異。6.在植物組織培養(yǎng)過程中，為什么培養(yǎng)的細(xì)胞容易產(chǎn)生突變？提示

因為培養(yǎng)的細(xì)胞一直處于不斷增殖的狀態(tài)，容易受到培養(yǎng)條件和誘變因素的影響而產(chǎn)生突變。認(rèn)知生成植物組織培養(yǎng)與花藥離體培養(yǎng)的比較比較項目植物組織培養(yǎng)花藥離體培養(yǎng)相同點理論依據(jù)植物細(xì)胞的全能性基本過程外植體→脫分化→愈傷組織→再分化→植株影響因素選材、營養(yǎng)、激素、溫度、

<m></m>

、光照等比較項目植物組織培養(yǎng)花藥離體培養(yǎng)不同點外植體體細(xì)胞生殖細(xì)胞（花粉）生殖方式無性生殖有性生殖培養(yǎng)結(jié)果正常的可育植株高度不育的單倍體（要獲得可育的純合植株還需要用秋水仙素處理單倍體幼苗）操作流程制備

<m></m>

固體培養(yǎng)基→外植體消毒→接種→培養(yǎng)→移栽→栽培選材→材料的消毒→接種和培養(yǎng)→篩選和誘導(dǎo)→移栽→栽培選育續(xù)表

C

常見四種育種方法的比較育種方法原理過程優(yōu)點快速繁殖植物細(xì)胞的全能性脫分化、再分化保持優(yōu)良品種的遺傳特性突變體的利用基因突變、植物細(xì)胞的全能性誘變處理后組織培養(yǎng)提高突變率，獲得優(yōu)良性狀單倍體育種植物細(xì)胞的全能性、染色體變異花藥離體培養(yǎng)、秋水仙素誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍明顯縮短育種年限植物體細(xì)胞雜交細(xì)胞膜的流動性、植物細(xì)胞的全能性原生質(zhì)體融合、雜種細(xì)胞組織培養(yǎng)打破生殖隔離，實現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交歸納總結(jié)

B

活動3

細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)

紫草是一種重要的藥用植物，其根部富含紅色的萘醌類次生代謝物——紫草寧及其衍生物。它們具有抗菌、消炎、活血和誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡等功效，同時也是一種天然染料。利用細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)獲得紫草寧已成為解決其產(chǎn)量問題的重要手段。1.外植體經(jīng)誘導(dǎo)后形成愈傷組織的過程稱為什么?培養(yǎng)過程需要加入一定的植物激素，常見的植物激素有哪些?提示

脫分化；細(xì)胞分裂素和生長素。2.選用新生營養(yǎng)芽為外植體的原因是什么?提示

細(xì)胞分化程度低，容易誘導(dǎo)形成愈傷組織。3.完善細(xì)胞產(chǎn)物工廠化生產(chǎn)的流程。4.生產(chǎn)目的的不同，植物組織培養(yǎng)的階段也不同。若要培養(yǎng)新個體、獲得人工種子和提取細(xì)胞產(chǎn)物，應(yīng)分別培養(yǎng)到什么階段？提示

若要培養(yǎng)新個體，應(yīng)培育到試管苗階段；若要獲得人工種子，則應(yīng)培養(yǎng)到胚狀體階段；若要提取細(xì)胞產(chǎn)物，則應(yīng)培養(yǎng)到愈傷組織階段。認(rèn)知生成植物細(xì)胞培養(yǎng)和植物組織培養(yǎng)的區(qū)別項目植物細(xì)胞培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)原理細(xì)胞增殖植物細(xì)胞的全能性目的獲得細(xì)胞產(chǎn)物獲得植物體項目植物細(xì)胞培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)過程

應(yīng)用細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)，如紫草寧、人參皂苷等快速繁殖、作物脫毒等續(xù)表例3

[2022·岳陽檢測]

從紅豆杉屬植物中提取分離出的紫杉醇是一種有效的抗癌藥物，傳統(tǒng)生產(chǎn)方法是從紅豆杉樹皮和樹葉中提取，但野生紅豆杉是瀕危植物，這種方法不利于對它們的保護。我國科學(xué)家經(jīng)過多年研究，篩選出了高產(chǎn)紫杉醇的細(xì)胞。通過植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)可獲得大量紫杉醇，實現(xiàn)紫杉醇的工廠化生產(chǎn)，過程如下圖。下列敘述正確的是(

)。DA.紫杉醇具有高抗癌活性，是一種初生代謝物B.離體的紅豆杉組織通過肽聚糖酶處理獲得分散的細(xì)胞后可直接用于細(xì)胞懸浮培養(yǎng)C.植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的原理是植物細(xì)胞的全能性D.形成愈傷組織需要某些植物激素的誘導(dǎo)[解析]

紫杉醇具有高抗癌活性，不是植物基本的生命活動所必需的產(chǎn)物，是一種次生代謝物，A錯誤；離體的紅豆杉組織通過纖維素酶和果膠酶處理后進行懸浮培養(yǎng)，B錯誤；植物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)技術(shù)的原理是細(xì)胞增殖，C錯誤；植物組織培養(yǎng)形成過程中，脫分化形成愈傷組織的過程需要植物激素的誘導(dǎo)，D正確。

1.細(xì)胞產(chǎn)物一般是細(xì)胞的次生代謝物，不一定是蛋白質(zhì)。

2.細(xì)胞培養(yǎng)一般是使細(xì)胞增殖，也可能會利用組織培養(yǎng)技術(shù)，先脫分化然后再分化獲得所需的特定細(xì)胞后再進行培養(yǎng)。

3.工廠化生產(chǎn)紫杉醇是先利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)將植物細(xì)胞培養(yǎng)到薄壁細(xì)胞階段，再在反應(yīng)器中大規(guī)模培養(yǎng)薄壁細(xì)胞。

4.生產(chǎn)并培育四倍體草莓和培育無子西瓜的原理是染色體變異。知識拓展

C

深化拓展·育技能LONGCHENGNO.1MIDDLESCHOOL

纖維素酶和果膠等滲[解析]

由植物細(xì)胞變成原生質(zhì)體，需要去掉細(xì)胞壁，植物細(xì)胞壁的主要成分是纖維素和果膠，酶具有專一性，所以應(yīng)用纖維素酶和果膠酶處理甲、乙兩種植物細(xì)胞。為保證原生質(zhì)體正常的形態(tài)，含有纖維素酶和果膠酶的溶液應(yīng)與細(xì)胞內(nèi)的溶液等滲。

6

（3）該育種技術(shù)涉及的生物學(xué)原理有________（填序號）。

①細(xì)胞膜的流動性

②細(xì)胞膜的選擇透過性

③植物細(xì)胞的全能性

④細(xì)胞增殖①③④[解析]

原生質(zhì)體融合過程利用了細(xì)胞膜的流動性原理，將雜種細(xì)胞培養(yǎng)為雜種植株利用了細(xì)胞增殖和植物體細(xì)胞具有全能性的原理，因此①③④符合題意。

實驗?zāi)康牟襟E要點收集花粉將品種甲和品種乙________________后獲得

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花粉獲得可增殖分化的細(xì)胞利用______________________________技術(shù)中