2017 2018高中生物22植物细胞工程的应用课件苏教版选修3

1、第二节 植物细胞工程的应用 情境导入情境导入 人参(图一)为我国名贵药材,由于其生长缓慢而供不应求,植物细胞工程技术能帮助药厂解决这一难题吗?图二为人工种子结构示意图,它们是通过何种生物工程技术培育出来的呢? 课程目标课程目标 1 .简述应用植物细胞工程技术的植物繁殖新途径。 2 .简述植物细胞工程技术在作物新品种培育中的应用。 3 .列表比较作物繁殖的几种新途径。 4 .列表比较单倍体育种与其他一些育种方式。 5 .简述细胞产物的工厂化生产。 一 二 一、植物组织培养技术的应用 1.快速繁殖 (1)植物组织培养技术的优点:可以保持优良植物品种的遗传特性;实现种苗高效、快速繁殖,被称为“ 快速

2、繁殖技术”;不受季节和恶劣天气影响。 (2)微型繁殖技术的概念。 植物组织培养时,需严格执行一定的程序,幼苗在实验室的培养瓶中生长发育,整个生产过程实现微型化、精密化,所以又称为“ 微型繁殖技术” 。 2.培育无病毒植物 (1)病毒危害:病毒在作物体内逐年积累,就会导致作物产量和品质下降。 (2)方法:采用培养茎尖生长点的方法或结合热处理法,通过组织培养除去绝大多数植物的病毒,可以大量繁殖无病毒植物。 原因是植物分生组织细胞中极少含有病毒甚至不含病毒。 一 二 3.人工种子 (1)概念:将在植物组织培养中得到的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽,包埋在具有养分和保护功能的包被中,得到的在适宜条件下能生

3、根发芽的颗粒体。 胚状体 人工种皮:要有韧性、透气,对胚状体无毒害作用 (2)组成 人工胚乳:成分包括无机盐、糖类和蛋白质等营 养物质 (3)生产过程。 植物组织培养诱导胚状体的发生; 胚胎发育同步化的控制; 人工种皮的包埋。 (4)优点。 不受环境因素的制约,一年四季都可以进行工厂化生产; 繁殖速度快,可短时间内提供大量种苗; 有利于保存该品系的优良性状。 一 二 二、植物细胞培养技术的应用 1.植物细胞代谢产物的工厂化生产 (1)植物细胞在生命活动中产生的多种代谢产物是植物生长到一定阶段产生的化学物质,也称次生代谢产物。 (2)细胞代谢产物包括药用原料、食品添加剂、保健食品。 2.单倍体育

4、种 (1)方法:花药离体培养单倍体植株秋水仙素处理纯合子植株。 (2)优点:后代是纯系(填“ 纯系” 或“ 杂合系”),能稳定遗传。 明显缩短了育种周期。 一 二 自主思考借助植物组织培养技术进行细胞产物的工厂化生产时,是否将外植体培育成植株?如若不是,那培育到哪一阶段即可? 提示:否;把外植体培养成愈伤组织即可。 探究点一 探究点二 植物组织培养技术的应用 问题导引 如果你是一家花卉繁育基地的老板,当然期望你的花卉大量和快速繁殖,以获取较大的经济效益。思考:(1)哪一生物工程技术能大量和快速地繁殖花卉?(2)人工种子是天然种子的替代品,人工种子由哪几部分构成? 提示:(1)植物组织培养技术。

5、(2)人工种子主要由胚状体(或不定芽、顶芽、腋芽等)、人工薄膜等几部分构成。 探究点一 探究点二 名师精讲 1.微型繁殖技术 (1)概念:把用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术,叫作植物的微型繁殖技术。 (2)优点。 植物组织培养技术是无性繁殖技术,新植株含有的遗传物质与亲本一样,因而能保持亲本的优良性状。 利用这种技术可以迅速大量地培育新个体,有利于进行工厂化生产。 选材少、培养周期短、繁殖率高,便于自动化管理。 (3)获取方法:植物组织培养。 (4)实例:优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物。 探究点一 探究点二 2.培育无病毒植物 (1)原理:生产上许多无性繁殖作物均受到病毒的侵染,

6、从而导致品种的严重退化、减产和品质降低。利用植物分生组织(刚刚产生,病毒很少甚至无病毒)进行植物组织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)获取方法: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50%以上。 探究点一 探究点二 3.人工种子 (1)概念:人工种子是指将在植物组织培养中得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽,包埋在具有养分和保护功能的包被中,得到的在适宜的条件下能够生根发芽的颗粒体。 (2)组成:由胚状体、人工种皮(即人工薄膜)、人工胚乳三部分组成。如下图。 (3)人工种皮的要求。 能

7、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。 (4)制作人工种皮的材料:海藻酸钠、明胶、树脂、琼脂糖、淀粉等。 (5)人工胚乳的要求。 主要成分应该含有无机盐、糖类和蛋白质等营养物质。 探究点一 探究点二 (6)优点。 解决了某些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。 固定杂种优势。天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象,因而会造成某些遗传性状的改变,而人工种子则可以完全保持优良品种的遗传特性。 快捷高效的繁殖方式。 天然种子在生产上受季节的限制,一般每年只能繁殖12次,有些甚

8、至十几年才繁殖一次,而人工种子生产不受季节限制,且快捷高效。 可控制植物的生长发育与抗逆性。 针对植物种类和土壤条件,在人工种子的包裹剂中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等,可控制植物的生长发育和增强抗逆性。 (7)获取方法:植物组织培养。 (8)实例:已成功把芹菜、花椰菜、桉树和水稻的胚状体制备成了人工种子,并得到了较高的发芽率。 探究点一 探究点二 特别提醒可依据植物组织培养的特点理解各 “ 繁殖新途径” 的优点: 根据植物组织培养 “ 无性繁殖,后代能保持亲本优良性状 ” 的特点,理解微型繁殖、人工种子的优点。 根据植物组织培养 “ 外植体用量少,培养周期短

9、” 的特点,理解微型繁殖、人工种子的优点。 根据植物组织培养 “ 取材广泛,可根据生产需要取材 ” 的特点,理解作物脱毒的优点。 根据植物组织培养 “ 在实验室或工厂进行,可人工控制,不受季节限制” 的特点,理解微型繁殖、人工种子的优点。 探究点一 探究点二 【例题 1】植物的微型繁殖的优点是( ) A.取材少 B.培养周期短 C.繁殖率高 D.以上都是 解析:微型繁殖也叫快速繁殖技术,利用的技术手段就是植物组织培养,该繁殖充分发挥了植物组织培养的优势,例如取材少、培养周期短、繁殖率高、可人工控制等。 答案:D 探究点一 探究点二 作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产 问题导引 小麦为一年生

10、粮食作物,已知小麦高秆(D,易倒伏)对矮秆(d,抗倒伏)为显性,抗锈病(T)对易感锈病(t)为显性,现有纯种高秆抗锈病小麦和矮秆易感锈病小麦,欲培育出纯合矮秆抗锈病小麦新品种。思考:(1)通过杂交育种方式能在两年内完成育种任务吗?(2)通过单倍体育种方式能完成育种任务,总结单倍体育种与组织培养技术的关系。 提示:(1)不能。(2)组织培养技术是单倍体育种必需的手段。 探究点一 探究点二 名师精讲 1.植物组织培养与植物细胞培养的比较 利用原理 培养基 培养对象 培养过程 培养目的 二者关系 植物组织培养 细胞全能性 固体培养基 离体的植物器官、组织、细胞或原生质体 外植体脱分化再分化芽、根植物

11、幼苗 植物幼苗 植物细胞培养 细胞增殖 液体培养基 由愈伤组织分散得到的悬浮细胞 愈伤组织分散成悬浮细胞继代培养细胞次生代谢产物 细胞的次生代谢产物 植物组织培养是植物细胞培养的基础;它们都属于植物细胞工程的范畴 探究点一 探究点二 特别提醒植物细胞培养的培养基的主要成分 植物细胞培养的培养基主要由无机盐(如硝酸盐、 铵盐)、 碳源(如蔗糖、葡萄糖)、植物激素(主要是生长素和细胞分裂素)、有机氮源(如某些蛋白质的水解产物)和一些有机复合物等组成。 探究点一 探究点二 2.细胞产物的工厂化生产 (1)细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱、食品添加剂、保健食品等。 (2)过程。 外植

12、体愈伤组织细胞悬液(3)举例:工厂化生产人参皂甙。 过程:人参根愈伤组织细胞产物 选择增殖速度快且细胞内人参皂甙含量高的细胞分裂出更多的细胞人参皂甙 优点:提高生产速度、便于操作管理。 (4)其他实例:三七、紫草和银杏的细胞产物的工厂化生产。 探究点一 探究点二 3.作物新品种的培育单倍体育种 (1)原理:整个单倍体育种过程的原理是染色体变异,其中花药离体培养是利用细胞的全能性。 (2)过程:通过花药离体培养获得单倍体植株,经染色体加倍后当年便可得到稳定遗传的优良品种,极大地缩短了育种年限。如下图: 花药单倍体植株具优良性状的正常植株 (3)成功应用举例:我国培育的单育1号烟草品种,中花8号、

13、11号水稻和京花1号小麦等。 探究点一 探究点二 【例题 2】下列关于植物细胞培养的叙述,不正确的是( ) A.植物细胞培养是指在实验室工厂化生产的条件下,进行悬浮培养,从而获得大量细胞群体的一种技术 B.植物细胞培养是在植物组织培养技术的基础上发展起来的 C.植物组织培养的培养基主要由水、无机营养、有机营养、天然附加物和生长物质等组成 D.植物细胞培养和植物组织培养的培养基相同 解析:植物细胞培养的培养基是液体培养基,植物组织培养的培养基一般是固体培养基。 答案:D 探究点一 探究点二 判断正误(正确的画“”,错误的画“”)。 1.微型繁殖离不开组织培养。( ) 提示: 2.微型繁殖技术也叫

14、快速繁殖技术。( ) 提示: 3.微型繁殖过程中,既存在有丝分裂,又存在减数分裂。( ) 提示: 微型繁殖属于无性生殖,不进行减数分裂。 4.微型繁殖形成的子代能保持亲本优良性状的原因是外植体为体细胞且进行有丝分裂。( ) 提示: 5.感染病毒的外植体经组织培养形成无病毒的幼苗。( ) 提示: 组织培养不能对外植体脱毒。 探究点一 探究点二 6.植物的茎尖处极少感染病毒。( ) 提示: 7.将愈伤组织包埋在人工种皮中,就形成了人工种子。人工种皮需要具有透气与透水等特点。( ) 提示: 将胚状体包上人工种皮和营养物质即成为人工种子。 8.人工种子的人工薄膜相当于常规种子的种皮和胚乳。( ) 提示

15、: 9.单倍体育种的目标是得到能稳定遗传的单倍体。( ) 提示: 单倍体育种的目标是得到能稳定遗传的染色体数目正常的个体。 10 .利用植物组织培养技术进行细胞产物的工厂化生产时,可不必把外植体培养成完整的幼苗。( ) 提示: 1 2 3 4 5 1.培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是( ) A.组织培养 B.细胞杂交 C.显微注射 D.核移植 解析:植物脱毒苗的培育应用的是植物组织培养技术。 答案:A 1 2 3 4 5 2.下图为植物组织培养的基本过程,则制作人工种子及生产治疗烫伤、割伤的药物紫草素,应分别选用编号( ) A.、 C.、 B.、 D.、 解析:人工种子是由胚状体包裹上人工胚乳和人工种皮形成的,所以应选用再分化后的;获取产物紫草素则应培养到产生此物质的愈伤组织(细胞群体)阶段即可,无须获得植株。 答案:B 1 2 3 4 5 3.下列属于植物的微型繁殖技术的是( ) A.兰花的芽尖组织培育成兰花幼苗 B.水稻种子萌发并长成新个体 C.扦插的葡萄枝条长成新个体 D.柳树芽发育成枝条 解析:水稻种子萌发并长成新个体、柳树芽发育成枝条,均属于生物的个体发育;扦插的葡萄枝条长成新个体属于无性繁殖中的营养繁殖。 答案:A 1 2 3 4 5 4.下列不属于细胞工程应用的是( ) A.制备人工种子