高中生物 2.1.2 植物细胞工程的实际应用 新人教版选修3

1、目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,一,二,三,一、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:可保持优良品种的遗传特性,高效快速地实现种苗的大量繁殖。 2.作物脱毒 (1)病毒危害:作物感染的病毒很容易通过扦插、嫁接等无性繁殖方式传播给后代。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。 (2)方法:选择植物无毒的茎尖组织培养获得脱毒苗。原因是分生区附近的病毒极少,甚至无病毒,目标导航,预习导引,一,二,三,3.神奇的人工种子 (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、(2)优点:后代无性状分离,可以保持种苗的优良遗传特性;不受季节、气候和地域的限制,目标导航,预习导引,一,二,三,1)什么是胚状体? 提示胚状体是指在组织培养过程中,在植物组织块或愈伤组织上产生的一种结构,它与正常受精卵发育形成的胚有类似的结构和发育过程。 (2)人工种皮应含有哪些物质? 提示适量的养分、无机盐、有机碳源以及抗生素等。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激素。 (3)人工种子萌发形成的幼苗有什么优点? 提示不发生性状分离。 不受季节、气候和地域的限制,目标导航,预习导引,一,二,三,二、作物新品种的培育 1.单倍体育种 (1)方法:花药离体培养单倍体植株染

3、色体加倍(秋水仙素处理)纯合子植株。 (2)优点:后代是纯合子(填“纯合子”或“杂合子”),能稳定遗传。 明显缩短了育种的年限。 2.突变体的利用 (1)产生原因:在植物组织培养过程中,易受到培养条件和外界压力(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。 (2)利用:筛选出对人们有用的突变体,进而培育成新品种,目标导航,预习导引,一,二,三,为什么在植物组织培养过程中,较易发生突变?这实际上是哪一种突变? 提示在植物的组织培养过程中,由于培养的细胞一直处于不断的分裂状态,易受外界条件的影响而发生突变。体细胞突变,目标导航,预习导引,一,二,三,三、细胞产物的工厂化生产 1.细胞产物的种类:蛋白质、

4、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。 2.技术:植物组织培养技术。 3.实例:我国利用植物组织培养技术实现了大量生产人参皂甙干粉;另外三七、紫草和银杏的细胞产物也都已实现了工厂化生产。 细胞产物的工厂化生产中只需要将外植体培养到哪个阶段即可? 提示愈伤组织阶段,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一、植物繁殖的新途径 1.微型繁殖 (1)本质:微型繁殖只运用了植物组织培养技术,该过程只涉及有丝分裂,没有减数分裂,因而属于无性繁殖。 (2)优点:能保持亲本的优良性状,使用材料少,培养周期短,繁殖率高,便于自动化管理,有利于进行工厂化培养,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,2.作物脱毒 (1)

5、原理:病毒是寄生性生物,在用种子繁殖或用植物根、茎无性繁殖过程中,种子、根、茎的细胞中可能携带着病毒并传给下一代,使其繁殖的子代感染病毒。从而导致作物品种的严重退化、减产和品质降低。据检测,植物的分生组织细胞中一般不含病毒或病毒很少,利用植物分生组织进行培养可以使新长成的植株脱去病毒。 (2)选材:无病毒或病毒极少的茎尖或根尖。 (3)优点:获得高产、优质的无病毒植株。 (4)用到的现代生物技术:植物组织培养。 (5)实例:脱毒马铃薯比未经脱毒的马铃薯增产约50%以上,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,3.人工种子 (1)组成图示: 人工种子的结构示意图 (2)胚状体:人工种子的主要成分,

6、也可以是不定芽、顶芽和腋芽等,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,3)人工种皮的要求 能保持胚状体的活力,即要能透气、透水,含有胚状体发芽所需要的各种营养成分等。 有利于贮藏、运输和萌发,选取的材料要有韧性,耐压,对胚状体无毒害。 应含有农药和杀菌剂,以防播种后害虫及微生物的侵害。 还要加入能促进胚状体生长和发育的一些植物生长调节剂、有益菌等。 (4)用到的现代生物技术:植物组织培养。 (5)繁殖方式:无性繁殖,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,例1】 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

7、核心部件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,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,请回答下列问题。 (1)制作人工种子依据的原理是,经过技术培育而成。 (2)包埋胚状体的胶质可以看作种子的哪部分结构?。 (3)某二倍体植物基因型为DdTt,采用花药离体培养的方法,可将该植物的花粉培育成“花粉胚”,也可制成人工种子,这种种子萌发形成的个体为,基因型为。 (4)如果外植体为植物的茎尖,通过的处理可使细胞彼此分离,可加入。 A.15%的盐酸B.淀粉酶 C.果胶酶D.胰蛋白酶 (5)表示脱分化过程,其实质是;表示再分化过程,其实质是

8、,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,解析(1)制作人工种子依据的原理是植物细胞的全能性,经过植物组织培养技术培育而成。(2)包埋胚状体的胶质可以看作是提供营养的胚乳或子叶。(3)某二倍体植物基因型为DdTt,采用花药离体培养的方法,可培育成“花粉胚”,也可制成人工种子,该种子萌发形成的个体为单倍体,其基因型有DT、Dt、dT、dt。(4)如果外植体为植物的茎尖,通过的处理可使细胞彼此分离,可加入果胶酶使细胞间的物质分解。(5)表示脱分化过程,其实质是使细胞恢复分裂;表示再分化过程,其实质是基因的选择性表达,导致细胞形态、结构和功能的改变。 答案(1)植物细胞的全能性植物组织培养(2)胚乳或

9、子叶(3)单倍体DT、Dt、dT、dt(4)C(5)使细胞恢复分裂基因的选择性表达,导致细胞形态、结构和功能的改变,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,对人工种子正确的解释是() A.通过科学手段人工合成的种子 B.种皮能够自我生成 C.利用植物组织培养获得的种子 D.人工种子发芽率低 解析人工种子是用植物组织培养的方法,诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状体,经过人工薄膜包装得到的种子,是植物组织培养的一个应用。 答案C,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,1)人工种子的优点 可提高植物的繁殖能力:可使自然条件下不结实或种子昂贵的植物得以繁殖

10、。 可固定杂种优势:对于具有杂种优势的个体进行植物组织培养获得人工种子,可防止后代出现性状分离。 可人为控制植物的生长发育与抗逆性:在人工胚乳中可加入除草剂、弱病毒、杀菌剂、农药、抑制休眠的物质及对植物生长有益的细菌等,使其具备抗逆性和耐贮性等优良特性,也可添加激素类等物质调节植物的生长发育。 (2)人工种子存在的问题 植物产生胚状体能力弱,难以形成同步化的有强活力的胚状体。 成本较高,运输、贮藏以及机械化播种问题也未解决,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,二、作物新品种的培育 1.单倍体育种 (1)原理:染色体变异。 (2)过程: (3)优点:可明显缩短育种年限,一,二,知识精要,典题例

11、解,迁移应用,2.体细胞诱变育种 (1)过程: (2)原理:基因突变和植物细胞的全能性。 (3)优点:提高愈伤组织的突变率,可以获得高抗、高产、优质、抗逆的新品种,加快了育种进程。 (4)缺点: 突变不定向,需要处理大量材料; 突变少利多害,符合人们需要、有利的品种比较少,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,3.突变体的利用 植物组织培养过程中,培养细胞一直处于不断的分生状态,容易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变。从这些产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体,进而培育成新品种,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,例2】 下图为几种育种方法示意图,据图回答下列问题,一,二,知识精

12、要,典题例解,迁移应用,1)方向所示的途径表示育种方法,过程所示的育种方法叫。 (2)过程中常用的方法是,过程中最常采用的试剂是。 (3)过程发生在生物个体发育的时期,但是一般发生在细胞中才具有遗传性。 (4)的过程中涉及的生物技术有。 (5)植物体细胞杂交技术解决了育种过程中的问题,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,解析本题中通过过程获得新品种的方法是杂交育种;过程是单倍体育种;过程是诱变育种;过程是多倍体育种;过程是利用植物体细胞杂交技术和植物组织培养技术得到人工种子的育种方法。过程都要诱导染色体数目加倍,最常用的试剂是秋水仙素;过程是基因突变,它发生在生物个体发育的各个时期,一般发生

13、在生殖细胞中才具有遗传性;体细胞杂交技术解决了育种过程中远缘杂交不亲和的问题。 答案(1)杂交多倍体育种(2)花药离体培养秋水仙素(3)任何生殖(4)植物体细胞杂交技术、植物组织培养技术(5)远缘杂交不亲和,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,对下列生产实践中所利用的育种技术和原理对应错误的是() 水稻F1花药经培养和染色体加倍,获得基因型纯合新品种抗虫小麦与矮秆小麦杂交,获得抗虫矮秆小麦将含抗病基因的重组DNA导入玉米细胞,经组织培养获得抗病植株用射线照射大豆使其基因结构发生改变,获得种子性状发生变异的大豆 A.属于单倍体育种、原理是染色体变异 B.属

14、于杂交育种、原理是基因重组 C.属于基因工程、原理是植物细胞全能性 D.属于诱变育种、原理是基因突变,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,解析水稻F1花药经培养获得单倍体,用秋水仙素处理幼苗使染色体加倍,获得基因型纯合新品种,属于单倍体育种,原理是染色体变异,A项正确;让抗虫小麦与矮秆小麦杂交,得F1再自交,从F2中选出抗虫矮秆小麦,属于杂交育种,原理是基因重组,B项正确;利用基因工程技术将含抗病基因的重组DNA导入玉米细胞,经组织培养获得抗病植株,属于基因工程,原理是基因重组,C项错误;用射线照射大豆使其基因结构发生改变,产生新的基因,从而获得种子性状发生变异的大豆,属于诱变育种,原理是基

15、因突变,D项正确。 答案C,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,单倍体育种、基因工程育种和植物细胞工程育种的比较,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,一,二,知识精要,典题例解,迁移应用,1.正确理解人工种子 误以为人工种子所有部分都是植物组织培养的产物。人工种子中只有胚状体(或不定芽、顶芽、腋芽)部分是植物组织培养的产物。天然种子会因有性生殖而引起基因重组,造成某些遗传性状的改变,而人工种子实际上是无性生殖,所以可以保持优良品种的遗传特性,例1】 科学家从悬浮培养的单细胞、离体花粉或胚囊中,通过植物组织培养技术获得胚状结构(胚状体),并将其包埋在一个能提供营养的胶质中,外包裹上人造种皮,

16、便制成了“人工种子”。 (1)简要归纳“离体的细胞”进行植物组织培养获得胚状体的过程。 (2)“人工种子”可大体由部分组成,包埋胚状体的胶质可看作玉米种子的结构。“人工种皮”的制备是结构和功能的研究深入到分子水平的体现。 (3)由“人工种子”萌发出的植株是否可育,解析(1)简要归纳“离体的细胞”进行植物组织培养获得胚状体的过程:离体的细胞脱分化形成愈伤组织,再分化生根发芽形成胚状体。(2)“人工种子”可大体由胚状体、包埋胚状体的胶质以及人工种皮三部分组成。包埋胚状体的胶质为种子萌发时提供营养,故可看作玉米种子的胚乳。“人造种皮”的制备是生物膜结构和功能的研究深入到分子水平的体现。(3)由花粉培

17、养发育成的植株一般不可育,由体细胞经组织培养发育成的植株则是可育的,2.脱毒苗抗毒苗 脱毒苗是选择植物的茎尖(刚形成,不含有病毒)进行组织培养而获得的,属于细胞工程范畴。抗毒苗是把某抗病基因导入受体细胞中,并通过一定的方法培养形成的,属于基因工程的范畴。 【例2】 马铃薯是种植广泛的农作物,病毒侵染后导致产量大幅下降,培育脱毒和抗毒的马铃薯品种是提高产量的有效方法。请分析并回答下列问题。 (1)马铃薯茎尖病毒极少甚至无病毒,因此可将马铃薯茎尖接种在培养基中,经过人工培养获得脱毒苗。培养基中添加的生长素和细胞分裂素的作用是促进细胞进行。诱导离体细胞经过完成组织培养过程,从而形成脱毒苗。为监控脱毒

18、苗的质量,可采用的方法检测病毒的基因,也可采用的方法检测病毒的蛋白质,2)研究人员研究了茎尖外植体大小对苗的成活率和脱毒率的影响,实验结果如下图: 实验结果表明,茎尖越小,因此马铃薯脱毒培养中茎尖外植体的适宜大小为,3)为获得抗病毒的马铃薯植株,往往采用转基因技术,将病毒复制酶基因转移到马铃薯体内,其过程大致如下图所示。 图示过程中,将目的基因导入马铃薯细胞使用了法。该方法先将目的基因插入到农杆菌Ti质粒的上,然后通过农杆菌的转化作用,使目的基因进入植物细胞并插入到植物细胞的上。导入农杆菌时,首先要构建基因表达载体,这里需要的工具酶有,还要用处理土壤农杆菌,使之转变为感受态,然后将它们在缓冲液中混合培养以完成转化过程。为了便于检出转化成功的农杆菌,需要基因表达载体上含有。目的基因在马铃薯体内能否成功转录,可采用的检测方法是。该转基因马铃薯产生的配子中 (填“一定”或“不一定