2017-2018学年高中生物第二章细胞工程第7课时植物细胞工程的应用学案苏教版选修3

1、第 7 课时植物细胞工程的应用学习目标1.掌握植物组织培养的原理、过程及其特点。2.理解人工种子的制备方法、过程及其意义。3.理解植物细胞培养的方法、过程。4.举例说出植物细胞工程的应用。基础知识导学-一、植物组织培养技术的应用植物细胞工程作为一门新兴的生物技术，已经普遍应用于社会生产的方方面面。下面图示都是利用了植物组织培养技术，结合教材内容回答下列问题：脱哉草建 未脱厳草就图I图21.快速繁殖(1) 传统繁殖方法中，哪些可以保持植物的优良性状？为什么？答案 人们常用嫁接、扦插等方法。因为它们是无性繁殖，遗传物质与亲本完全相同，所以 能保持植物的优良性状。(2) 什么是微型繁殖？答案 植物组

2、织培养时，需要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，所以又被称为“微型繁殖技术”。植物组织培养技术实现 了种苗高效、快速繁殖，也被称为“快速繁殖技术”。(3) 微型繁殖属于什么繁殖方式？进行哪种细胞分裂方式？2答案 无性繁殖。有丝分裂。(4) 总结植物微型繁殖的特点。答案 能够保持优良品种的遗传特性。选取材料少；繁殖速度快，周期短；不受季节和 恶劣天气的影响。可实现工厂化生产。(5) 人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化育苗生产，这是利用了该项技术的哪些特点？答案植物微型繁殖技术具有高效性和可以保持种苗的优良遗传特性的优势，工厂化大规模 育苗生

3、产正是利用了植物微型繁殖技术的这两方面优势。利用植物微型繁殖技术我们可以在 短时间内获得大量的优质种苗。2 .培育无病毒植物(1) 病毒是营寄生生活的生物，它是如何穿过植物细胞壁入侵植物体的？答案植物病毒一般是通过损伤部位入侵植物体的。侵入植物体的病毒在细胞中会大量增殖 并感染其相邻的细胞，最终扩散至整个植株。(2) 病毒对植物的生长有何影响？答案 病毒在作物体内逐年积累会导致作物的产量降低，品质变差。(3) 植物组织培养为什么选用茎尖等分生组织做材料？答案 要得到脱毒苗，材料选取的关键是选取植物的茎尖(或根尖)来作为植物组织培养的外植体。这是因为植物的分生组织细胞中一般是不含病毒的，选取植物

4、的茎尖(或根尖)作材料,可以避免病毒对作物的影响，大大提高作物的产量。3 人工种子(1) 天然种子一般包括哪些结构？各结构的主要成分及功能各有哪些？答案 天然种子一般包括种皮、子叶、胚芽、胚轴、胚根等结构。种皮具有保护种胚和萌发 时吸收水分的作用。胚根最先突破种皮向地生长，并发育成根。胚轴伸长，胚芽突破种皮背 地生长，发育成茎和叶。胚乳的作用是储存营养物质。单子叶植物子叶的作用是将胚乳内的 有机物转运给胚芽、胚轴、胚根；双子叶植物子叶的作用是储存营养物质。(2) 如果制造人工种子，应该具备哪些结构？答案 由胚状体、作为保护性外壳的人工种皮和提供发育所需营养的人工胚乳组成。如图所 示:(3)在人

5、工种子中还应该添加什么有效成分？人工种皮3答案 适量的养分、无机盐、有机碳源、抗生素、农药、有益菌等，还可添加一些植物生长 调节剂。(4)与天然种子相比，人工种子有哪些优点?4答案 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，可在短时 间内提供大量种苗。胚状体是经人工无性繁殖产生的，有利于保存该种系的优良性状等。 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目前，植物细胞培养技术已成为工业化生产植物产品的一条有效途径，试结合下面的资料阅读教材，分析思考:植物细胞培养怖应用(1)植物细胞培养的技术基础是什么?答案植物组织培养。(2)植物细胞培养也是为了获取新的植物

6、个体吗？有无体现细胞的全能性？答案 植物细胞培养技术生产具有生理活性的植物细胞次生代谢产物，而不是植物个体，没 有体现植物细胞的全能性，其原理是细胞增殖。(3)植物细胞培养技术具有哪些优点？答案 快速、高效，且不受季节、外部环境等条件限制。2 单倍体育种(1) 花药由花药壁和花粉囊等构成，后者中的花粉可发育成单倍体胚或脱分化形成愈伤组织。(2) 什么是单倍体？答案单倍体是含有本物种配子染色体数目的个体。(3) 与二倍体植株相比，单倍体植株有何特点？答案 叶小、株矮、生活力弱且高度不育。(4) 秋水仙素有何作用？答案抑制纺锤体的形成，使着丝点分裂后形成的两条子染色体不能分配到两个子细胞中， 从而

7、使染色体数目加倍。(5) 单倍体育种的原理是什么？药用原料培芥人參轴胞* 提取人鑑3昔.用 于生产肚健药仙 利关容护肤用品食品潘加割培养井从植物细胞屮提取各种凭然购 祚帯食川色瓠 甜味刑碎保健肚品 丸吐培养螺应融， 川于制柞爹利-背养 与保健食品5答案染色体变异及植物细胞的全能性。(6) 单倍体育种采用的技术手段有哪些？答案 花药离体培养、秋水仙素处理幼苗、植物组织培养技术。(7) 写出单倍体育种的流程图。脱分化再分化秋水仙素处理十.答案 花药离体培养- 愈伤组织- 单倍体植株 - 正常植株。(8) 单倍体育种方式有何优缺点？答案 优点：明显缩短育种年限。缺点：技术相当复杂，需要与杂交育种结合

8、，其中的花药 离体培养过程需要组织培养技术的支持，多限于植物。重点难点探究一、 培育无病毒植物、人工种子的培育过程均采用组织培养技术1 .培育无病毒植物主要是强调组织培养的取材一定是无毒的(如茎尖、根尖),才能繁殖出无毒的幼苗。2 .人工种子的培育也是采用组织培养技术，但是只需培育得到胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料，包上人工种皮就可形成人工种子。人工胚乳含有胚状体发芽所需要的营养成分或植物激素，还应含有杀菌剂，以防播种后微生物的侵害，相当于种子的子叶或胚乳。人工种子 发芽得到的幼苗能保持亲本的优良性状，另外还不受气候、季节和地域的限制。二、 植物组织培养与植物细胞培养的区别1含义不同：植物组

9、织培养是指在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，把植物离体的器官、组织或细胞培养成完整的植物体植物细胞培养是将组织培养过程中形成的 愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中，进行悬浮培养，得到分散游离的悬浮细胞，通过传代培养使细胞增殖，从而获得大量的细胞群体的一种技术。2.目的不同： 植物组织培养的目的是得到更多的植物体，而植物细胞培养的目的是获得人类所需要的细胞代谢产物。随堂达标检测-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6D. 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

10、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. 利用植物组织培养技术获得的种子C. 种皮能自我生成的种子D. 人工种子发芽率低答案 B解析 人工种子就是以通过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。该种子在适宜条件下同样能萌发长成幼苗，因此人工种子的发 芽率并不低。3 .对人参皂甙干粉进行工厂化生产，下列何种技术是必需的（）A.杂交育种B.植物组织培养C.多倍体育种D.单倍体育种答案 B解析 对人参皂甙干粉进行工厂化生产，必须先通过植物组织培养获得人参皂

11、甙含量最高的 细胞株，然后进行发酵大规模生产。4.下面是将四倍体兰花的叶片通过植物组织培养形成植株的示意图，下列相关叙述中正确的 是（）四倍体兰花叶片| |愈伤组织| 胚状体| | 植株A. 阶段会发生减数分裂过程B. 阶段需要生长素而阶段需要细胞分裂素C. 此过程体现植物细胞具有全能性D. 此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体答案 C解析 阶段形成胚状体是细胞分裂和分化的结果，不会发生减数分裂过程；阶段都需 要生长素和细胞分裂素的参与，但不同阶段需要的比例不同；花药离体培养得到的植株为单 倍体；此过程是由离体的结构发育成完整植株，因此体现了植物细胞的全能性。75.下面为番茄植物组织培养过程的

12、流程图解，以下相关叙述不正确的是（）植挪乔F亠 叶细织按|愈丽细 ，石根发芽能力的匪状体第搦丄 |人工种子| 亠A. 脱分化发生在 b 步骤，形成愈伤组织，在此过程中植物激素发挥了重要作用B. 再分化发生在 d 步骤，是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程8C. 从叶组织块到种苗形成的过程说明番茄叶片细胞具有全能性D. 人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题答案 B解析 由愈伤组织形成胚状体结构的过程叫再分化，发生在c 过程，故 B 错。b 过程是指植物组织形成愈伤组织的过程，叫脱分化；脱分化、再分化都是由培养基中不同激素及其浓度比决定的；植物组织培养技术的原理是植物

13、细胞的全能性；人工种子的优点是可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。课时精练【基础再现】1 下列属于微型繁殖的是（A.马铃薯的块茎繁殖C. 一片花瓣的繁殖答案 C解析 微型繁殖是利用植物组织培养技术，将离体的植物组织、器官、细胞进行培养，获得大量相同子代的过程。2人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化生产， 这是利用了该项技术的哪些特点（）A.操作简单B. 使优良性状组合在一起C. 培育新的性状D. 高效性和保持种苗的优良遗传特性答案 D解析 利用植物微型繁殖技术繁殖植物就是利用其优点：一是繁殖高效快速，二是能保持优 良品种的遗传特性。植物微型繁殖技术的方法是植物组织培养技

14、术，是一种无性繁殖方式， 后代与亲代性状相同，操作过程并不简单。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子的植物得以繁殖B. 方便贮藏和运输C. 可以随意改变植物的遗传性状D. 可快速、大量繁殖）B.小麦的种子繁殖D.柳树的扦插繁殖9答案 C解析 人工种子是通过植物细胞工程完成的，所以可以使在自然条件下不结子或珍贵的植物 得以繁殖；人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地 贮藏和运输；人工种子的生产不受季节限制，而且快捷高效；人工种子可以保持物种优良的遗传性状。4.下列哪种生物不能通过突变体的利用而获得（）A

15、.抗除草剂的白三叶草B.生产胰岛素的大肠杆菌C.高产的水稻D.蛋白质含量高的小麦答案 B解析突变体育种可通过基因突变或染色体变异而获得高产、高抗、有机物含量丰富的品种，但获得生产胰岛素的大肠杆菌不可能通过突变而获得，一般可通过基因工程（转基因技术）而获得。5.下列应用不涉及植物组织培养技术的是（）A. 花药离体培养得到单倍体植株B. 秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株C. 人工种子培育D. “番茄一马铃薯”杂种植株培育答案 B解析花药离体培养、人工种子培育和体细胞杂交植株的培育均需要植物组织培养作为技术手段，而秋水仙素诱导多倍体形成与植物组织培养没有直接关系。【能力提升】6.马铃薯利用它的块茎进行

16、无性繁殖，种植的世代多了以后往往会因感染病毒而减产，为此农民希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳方法是（）A. 选择优良品种进行杂交B. 进行远缘植物体细胞杂交C. 利用芽尖进行组织培养D. 人工诱导基因突变10答案 C解析 本题的关键词是“获得无病毒幼苗”，即培养无病毒植株。况且，马铃薯本身就是无性繁殖的，而作物脱毒时采用植物组织培养技术，形成的脱毒苗中遗传物质和亲本是完全相 同的，只是少了原来的病毒。故选Co脱分化 再分化7 .植物组织培养的过程可以归纳为：脱化再分化一-。对此叙述错误的是（）A. 一-的再分化过程中，当细胞分裂素与生长素的浓度比低时，有利于根的分化、抑制 芽

17、的形成B. 植物组织培养所依据的原理是细胞的全能性C. 过程指植物的营养生长和生殖生长阶段D. 包裹上人造种皮可获得人工种子答案 D解析 只有将离体植物细胞或组织培养成具有生根发芽能力的胚状结构，再包上人工种皮， 才能得到人工种子，而是未分化的愈伤组织，不具有生根发芽能力，只有在分化培养基上 培养后，才能用于制造人工种子。8.下图是人工种子的结构简图，对其叙述不正确的是（）A. 人工种子的胚乳中含有胚状体发育所需的营养物质，还可以添加农药和植物激素B. 人工种子可以工业化生产，播种人工种子可节省大量的粮食C. 人工种子克服了有些作物品种繁殖能力差或发芽率低等问题D. 人工种子的胚状体还未分化出

18、胚芽、胚轴和胚根等结构答案 D解析 人工种子是以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽等为材料，经过人工 薄膜包装得到的种子；胚状体与正常受精卵发育形成的胚有类似的结构和发育阶段；在人工 种子胚乳中，除了添加种子萌发所需的营养物质外，还可添加农药、植物激素、固氮菌等。9 如图为植物组织培养的基本过程，制造人工种子、生产治疗烫伤、割伤的药物一一紫草素,应分别选用编号（）脱分化脱分化再分化再分化，_A.、B.、C. 、D.、11答案 B解析 人工种子是指已分化的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽等用合适的“人工种皮”进行包 裹得到的种子，所以应为再分化后的；获取细胞产物紫草素则培养到具有产生此物质的

19、细 胞群体即可，无需获得植株。10.用单倍体育种方法可以明显缩短育种年限，下列有关其原因的说法正确的是A. 通过染色体加倍获得的可育植株，基因组成纯合，这样的植株自交后代不发生性状分离B. 单倍体植株只有一套染色体，不会出现等位基因，也就不会有杂合子，后代不会发生性状 分离C两个单倍体交配后，后代都是纯合子，纯合子自交后代不会发生性状分离D. 以上三种说法均正确答案 A解析 单倍体育种是取花药离体培养获得单倍体植株后，用秋水仙素处理，使染色体数目加 倍，基因组成纯合，所以自交后代不发生性状分离。11.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。胚状体不

20、同于一般的种子胚，它是由非合子细胞分化形成的类似于胚的结构物，所 以，又称“体细胞胚”或“花粉胚”。胚状体在一定的条件下，可以通过个体发育过程形成 植株。将其包埋在一个能提供营养的胶质中，外面包裹上人工种皮，便制成了“人工种子目前，我国科学家利用植物组织培养技术已在烟草、水稻、小麦和玉米等植物上成功诱导出 胚状体，而美、法等各国正着手将人工种子市场化、商品化。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”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。包埋胚状体的胶质相当于自然种子中的 _ ，其中富含营养物质，这是因为 _为了满足胚状体代谢的需求，“人工种皮

21、”还必须具有良好的_ 性能。（3 由“人工种子”萌发出的植株是否可育？ _（4 写出“人工种子”商品化的意义 （两项： _5 培育胚状体利用了 _ 这一项生物技术。在该过程中培养基中需要添加 _和_ 两种激素，还需要对培养基进行严格的 _ 。（6 利用“人工种子”繁殖后代属于 _ 。7 该项技术的成功应用， 反映了细胞的 _ 性。答案（I）离库的细胞型生愈伤组织-再分乜再分乜肠狀12体（2）胚乳或子叶 胚状体在萌发初期不能进行光合作用透水、透气（3）由花粉培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是可育的（4）可用于苗木的快速繁育、无病毒植株培养、解决有些作物繁殖能力差、结子困

22、难或发芽率低等问题（回答其中的两 项即可）（5）植物组织培养生长素 细胞分裂素灭菌（6）无性繁殖（7）全能解析（1）胚状体一般是利用愈伤组织分化形成的。（2）利用胚状体制“人工种子”时，需包裹上“人工种皮”、胶质等，为了满足胚状体代谢的需求，“人工种皮”则必须具有良好的 透水、透气性能，以利于胚状体吸收水分和氧气。包埋胚状体的胶质相当于自然种子中的胚 乳或子叶，富含营养物质，能为胚状体的发育提供营养物质。（3） 般来说，对于二倍体植物，若“人工种子”由花粉培养发育而成，得到的植株一般不可育；若由体细胞经组织培养发育 而成，则是可育的。（4） “人工种子”的培养，可用于苗木的快速繁育，无病毒植株

23、培养，解 决有些作物繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。（5）培育胚状体利用了植物组织培养这一项生物技术。在该过程中，培养基中需要添加生长素和细胞分裂素两种激素，它们对培养分化的方向具有决定性作用。另外，还需要对培养基进行严格的灭菌，防止杂菌污染。（6）由于“人工种子”只能获得一个亲本的性状，因此，利用“人工种子”繁殖后代属于无性繁 殖。（7）该项技术的成功应用，反映了细胞的全能性。12 为了获得植物次生代谢产物，先用植物外植体获得愈伤组织，然后在液体培养基中悬浮 培养。请回答下列问题：（1）_外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为。（2）在愈伤组织悬浮培养时，细胞干重、蔗糖浓度和 pH 的变

24、化如下图所示。细胞干重在 12d后下降的原因有_ ;培养液中蔗糖的作用是n-1-1-1-1-1-1-024681214 16时间汕（3）多倍体愈伤组织细胞产生的次生代谢产物量常高于二倍体。二倍体愈伤组织细胞经_处理，会产生染色体加倍的细胞。为检测愈伤组织细胞染色体数目，压片前常用纤维素酶和 _酶解离愈伤组织。若愈伤组织细胞（2n）经诱导处理后，观察到染色体数为 8n的细胞，合理的解释是 _13答案（1）脱分化（2）蔗糖浓度下降，pH 降低 提供能源 调节渗透压（3） 秋水仙素（低温）果胶 经加倍到 4n的细胞处于有丝分裂后期经加倍到 8n的细胞处于有丝分裂中期解析（1）外植体经诱导形成愈伤组织的过程称为脱分化。（2）观察图示可知，12d 后蔗糖浓度和 pH 都下降到较低水平， 影响能量的供应和酶的活性，导致细胞干重下降。另外，培养液中的蔗糖还具有调节渗透压的作用。（3）在细胞分裂过程中，用低温或秋水仙素处理，都可抑制纺锤体的形成，使子染色体不能移向细胞两极，从而使细胞中染色体数目加倍。愈伤组织 的细胞之间含有纤维素和果胶，欲将其分散成单个细胞，压片前需用纤维素酶和果胶酶处理