高中生物人教版现代生物科技专题专题2细胞工程植物细胞的工程专题2

2.1.2植物细胞工程的实际应用1．简述微型繁殖技术。(重点)2．理解掌握利用植物组织培养的技术培养脱毒苗和人工种子。(重、难点)3．理解植物组织培养技术在细胞产物的工厂化生产领域的应用。(重点)植物繁殖的新途径1．微型繁殖(1)概念：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。(2)特点eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①无性繁殖，保持优良品种的遗传特性,②高效快速地实现种苗的大量繁殖,③可实现工厂化生产))2．作物脱毒(1)选材部位：植物的分生区附近。(2)选材原因：分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。(3)实例：目前采用茎尖组织培养技术来脱除病毒，在马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝、香蕉等主要经济作物上已获得成功。3．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)特点①后代无性状分离。②不受季节、气候和地域限制。(3)实例：我国已成功地把芹菜、花椰菜、桉树和水稻的胚状体制备成了人工种子。eq\a\vs4\al([合作探讨])探讨eq\a\vs4\al(1)：植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？提示：植物组织培养到愈伤组织的阶段，细胞进行有丝分裂，细胞分裂速度较快，从而获得大量的组织细胞，然后不断地分割、移瓶、诱导再分化形成新植株。植物组织培养在实验室进行，受季节、气候等条件限制较小。探讨eq\a\vs4\al(2)：作物培养过程中为什么要进行作物脱毒，如何进行作物脱毒？提示：对于无性繁殖的作物，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。而植物分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植物就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。探讨eq\a\vs4\al(3)：根据种子发育所需的营养物质，分析人工种皮内应含有哪些有效成分？提示：适宜的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。eq\a\vs4\al([思维升华])1．微型繁殖(1)本质：微型繁殖实际上是一种无性繁殖，能保持亲本的一切优良性状，这项技术只运用了植物组织培养技术，因此该过程只涉及有丝分裂，不涉及减数分裂。(2)优点：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。2．作物脱毒(1)病毒的特点：病毒是寄生生物，在用种子繁殖或用植物根、茎的无性繁殖过程中，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。(2)材料的选取：据检测，植物的分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。如果将未被病毒感染的植株的分生组织用植物组织培养的方法培育幼苗用于生产，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)人工种皮的要求：①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。②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。③还应含有农药和杀菌剂，以防播种后害虫及微生物的侵害。④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。(2)胚状体的要求：①播种后能快速出苗；②根和芽同步生长，活力强；③形成的幼苗的形态与生长要正常。(3)制备流程：诱导植物愈伤组织的形成→体细胞胚的诱导→体细胞胚的成熟→机械化包装→储藏或种植。1．马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是() 【导学号：72240021】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【解析】芽尖分生能力旺盛，病毒难以侵染，几乎不含病毒，可以通过组织培养获得脱毒苗。【答案】C2．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，可以通过胚胎发育过程形成植株。将其包埋在一个能提供营养的胶质中，外面包裹上人造种皮，便制成了“人工种子”。人工种子的概念是1978年在加拿大举行的第四届国际植物组织、细胞培养会议上首次提出来的。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、日、法等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造种皮等部分组成。包埋胚状体的胶质中富含营养物质，这是因为_________________________。为了满足胚状体代谢的需求，“人造种皮”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：___________________________________________________________________________________。(任填两项即可)(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)该项技术的成功应用，反映了植物细胞的________________________性。【解析】组织培养的过程包括脱分化和再分化两个阶段。胚状体在萌发初期不能进行光合作用，因此需要给其提供营养，人工种皮要有很好的透气性，保证供给胚足够的氧气。胚状体的培育利用的是组织培养的技术，培养基中需要添加生长素和细胞分裂素，同时要保证无菌条件。【答案】(1)离体的细胞eq\o(→,\s\up17(脱分化))愈伤组织eq\o(→,\s\up17(再分化))胚状体(2)胚状体在萌发初期不能进行光合作用透水、透气(3)由花粉培养发育的植株一般不可育，由体细胞经组织培养发育的植株是可育的(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、结子困难或发芽率低等问题(5)植物组织培养生长素细胞分裂素灭菌(6)全能作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产(一)作物新品种的培育1．单倍体育种(1)过程：花药离体培养→单倍体植株eq\o(→,\s\up7(染色体加倍))纯合子植株。(2)优点①后代是纯合子，能稳定遗传。②明显缩短了育种的年限。2．突变体的利用(1)产生原因：在植物的组织培养过程中，易受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。(二)细胞产物的工厂化生产1．细胞产物种类：蛋白质、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经实现了工厂化生产。eq\a\vs4\al([合作探讨])探讨eq\a\vs4\al(1)：在植物组织培养过程中，为什么培养细胞容易在培养条件和外界压力改变的条件下产生突变？提示：因为培养细胞一直处于不断的分生状态。探讨eq\a\vs4\al(2)：单倍体育种过程中如何诱导染色体加倍？作用原理是什么？提示：秋水仙素处理。抑制纺锤体的形成，使细胞不能正常分裂，从而使染色体数目加倍。探讨eq\a\vs4\al(3)：根据生产的目的不同，植物组织培养的阶段不同，如微型繁殖应培养到试管苗阶段。请分析要生产人参皂甙干粉，应培养到什么阶段。提示：愈伤组织阶段。eq\a\vs4\al([思维升华])1．单倍体育种(1)过程：eq\a\vs4\al(花药离体,培养)eq\o(→,\s\up17(脱分化))eq\a\vs4\al(愈伤,组织)eq\o(→,\s\up17(再分化))eq\a\vs4\al(单倍体,植株)eq\o(→,\s\up17(染色体),\s\do15(加倍))eq\a\vs4\al(正常,植株)(2)原理：生殖细胞的全能性(花药离体培养为单倍体植株)；染色体数目的变异(秋水仙素诱导单倍体幼苗细胞染色体数目加倍)。(3)优点：与杂交育种要经过5～6年的连续筛选相比，单倍体育种明显缩短育种年限，加快育种进程。2．突变体的利用(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①突变不定向，需要处理大量材料。②突变少利多害，符合人们需要、有利的品种比较少。3．细胞产物的工厂化生产(1)过程：从细胞内提取细胞产物↑外植体eq\o(→,\s\up17(脱分化))愈伤组织eq\o(→,\s\up17(再分化))胚状体→eq\a\vs4\al(植株从体,细胞内提,取细胞产物)(2)原理：植物细胞的全能性。(3)应用举例：人参皂甙、紫杉醇的工厂化生产。(4)优点：可以大量生产细胞产物，工厂化规模化程度高。1．为获得纯合高蔓抗病番茄植株，采用了下图所示的方法，图中两对相对性状独立遗传。据图分析，不正确的是()A．图中筛选过程不改变抗病基因频率B．过程①的自交代数越多，纯合高蔓抗病植株的比例越高C．过程②可以任取一植株的适宜花药作为培养材料D．过程③包括脱分化和再分化两个过程【解析】图中筛选过程会改变抗病基因频率，使其变大；杂交育种过程①的自交代数越多，纯合高蔓抗病植株的比例越高；单倍体育种过程②可以任取一植株的适宜花药作为培养材料；转基因植株的培育利用植物组织培养技术，过程③包括脱分化和再分化两个过程。【答案】A2．下图所示为植株繁殖的四种人工方式示意图，请据图回答：原生质体(1)图中单倍体植株通常的获取方式是____________。若图中单倍体细胞含2个染色体组，A有4个染色体组，则③过程所用化学试剂的作用是_____________________________。(2)图中B和C过程的不同点是_______________________________，这种不同主要的决定因素是________________________。(3)若想在C过程中获得突变体，进而培育成新品种植株，应用物理诱变或化学诱变的方法处理________。(4)若要获得水稻的“人工种子”，则应选用图中的________结构，该结构与正常受精卵形成的________有类似的结构和发育过程。(5)若D为胡萝卜—羊角芹，②过程常用的物理方法有________________等；经融合处理后，已经融合的细胞类型有________________种(若融合的细胞只考虑两两融合)。【解析】本题主要考查植物细胞工程的原理和应用。(1)图中A过程表示单倍体育种，获取单倍体时常用花药离体培养的方法。若要使单倍体的染色体加倍，变成A植株，则需要在③过程中用秋水仙素处理幼苗，以抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成过程。(2)图中B和C过程都是体细胞的组织培养，其不同点是B过程中形成的是胚状体，而C过程形成的是丛芽，这种不同主要的决定因素是细胞分裂素与生长素的比值。(3)在组织培养过程中获得突变体，一般用物理诱变或化学诱变的方法处理愈伤组织，再由愈伤组织经再分化形成突变植株。(4)若要获得水稻的“人工种子”，则应选用图中的胚状体结构，该结构与正常受精卵形成的胚有类似的结构和发育过程。(5)D为植物体细胞杂交的过程，②过程常用的物理方法有离心、振动、电激等；经融合处理后，已经融合的细胞类型有3种(只考虑两两融合)：胡萝卜—胡萝卜融合细胞、羊角芹—羊角芹融合细胞和胡萝卜—羊角芹融合细胞。【答案】(1)花药离体培养抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成(2)B过程中形成的是胚状体，而C过程形成的是丛芽细胞分裂素与生长素的比值(3)愈伤组织(4)胚状体胚(5)离心、振动、电激31．通过植物组织培养技术繁育农作物，其优点不包括()A．加快繁育速度 B．保持亲本优良性状C．培育出无病毒植株 D．改变植物的基因型【解析】植物组织培养技术不仅可以保持优良亲本的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖，A、B两项均正确；利用该技术还可以培育脱毒苗，因为选材部位是植物分生区附近的新生组织，没有或极少感染病毒，所以由培育的脱毒苗长成的植株是无病毒植株，C项正确；经该技术培育的植株跟亲本基因型相同，D项错误。【答案】D2．下列属于植物细胞工程实际应用的是()①制备水稻的人工种子②培育抗盐碱的烟草③培育抗虫棉④培育单育1号烟草⑤生产四倍体草莓⑥从野生人参细胞内提取人参皂甙干粉⑦培育无子西瓜⑧生产脱毒马铃薯⑨工厂化生产紫杉醇A．①②③⑤⑧⑨ B．①②④⑧⑨C．①②③④⑧⑨ D．①②③④⑤⑥⑦⑧⑨【解析】植物细胞工程的核心技术是植物组织培养，其在生产上的每一项实际应用都是利用的植物组织培养技术。所以，只要分析这几个实例有没有涉及植物组织培养技术即可。①利用的是组织培养中的胚状体；②指的是组织培养中的愈伤组织细胞经诱变后发育成的突变体；③虽然是转基因技术，但也用到植物组织培养技术；④指的是单倍体育种；⑤⑦均属于多倍体育种，不涉及组织培养；⑥不涉及植物组织培养；⑧是利用组织培养生产脱毒苗；⑨是细胞产物的工厂化生产，涉及植物组织培养。【答案】C3．下图为植物组织培养的基本过程，若制作人工种子，生产治疗烫伤、割伤的药物——紫草素，应分别选用编号()【导学号：72240022】①eq\o(→,\s\up17(脱分化))②eq\o(→,\s\up17(再分化))③→④A．④② B．③②C．③④ D．④③【解析】人工种子是指已分化的胚状体等用合适的“人工种皮”进行包裹，所以应为再分化后的③；而获取产物紫草素则培养到具有产生此物质的细胞群体②即可，无须获得植株。【答案】B4．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”。(1)人工种子依据的原理是_________________________________________，培育胚状体利用了___________________________________________技术。(2)包埋胚状体的胶质可看作自然种子的哪部分结构？_______________________________________________________________。(3)如果外植体是植物的茎尖，通过①的处理可使细胞彼此分离，①过程中可加入()A．蛋白酶 B．淀粉酶C．果胶酶 D．胰蛋白酶(4)②过程表示脱分化过程，其实质是____________________；③表