2020-2021高中生物3配套学案：专题二第一节第二课时植物细胞工程的实际应用含解析

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精2020-2021学年高中生物人教版选修3配套学案：专题二第一节第二课时植物细胞工程的实际应用含解析第二课时植物细胞工程的实际应用学习目标课程标准1．了解植物繁殖的新途径及原理。(重、难点）2．正确区别人工种子与自然状态下的种子.（重点）3．了解作物新品种培育的方法和原理。列举植物细胞工程的实际应用基础知识·双基夯实一、植物繁殖的新途径1．微型繁殖（1）微型繁殖技术：用于①__快速繁殖__优良品种的②__植物组织培养技术__。（2)特点:保持优良品种的③__遗传特性__；高效快速地实现种苗④__大量繁殖__.（3)实例：20世纪60年代,荷兰的科学家就成功地实现了利用⑤__组织培养技术__来培育兰花。2．作物脱毒（1）材料：植物的⑥__分生区__(如⑦__茎尖__)附近的病毒极少,甚至⑧__无病毒__。（2）脱毒苗：切取⑨__一定大小的茎尖__进行组织培养获得的.(3）优点：使农作物⑩__不会或极少感染病毒__.3．神奇的人工种子人工种子是以⑪__植物组织培养__得到的⑫__胚状体__、不定芽、⑬__顶芽和腋芽__等为材料，外面包被着特定的物质，在适宜的条件下可以萌发长成幼苗。人工种子由胚状体、作为保护外壳的⑭__人工种皮__和提供发育所需营养的⑮__人工胚乳__组成。二、作物新品种的培育1．单倍体育种单倍体育种是指通过⑯__花药离体培养__获得单倍体植株，染色体数目加倍后可获得纯合二倍体植株。其优点是⑰__明显地缩短育种年限,后代都是纯合子__。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⑱__培养条件__和⑲__外界压力__(如⑳__射线__、eq\o\ac(○，21）__化学物质__等）的影响而eq\o\ac（○，22)__产生突变__。(2)利用：筛选出对人们有用的eq\o\ac(○，23)__突变体__，进而培育成新品种。三、细胞产物的工厂化生产1．细胞产物的种类：eq\o\ac（○，24)__蛋白质__、脂肪、糖类、eq\o\ac（○，25)__药物__、香料、生物碱等。2．技术：植物eq\o\ac（○,26）__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eq\o\ac(○,27）__人参皂甙干粉__;另外，三七、紫草和银杏的eq\o\ac(○,28)__细胞产物__也都已经实现了工厂化生产。思考1．通过“人工种子”繁殖后代属于什么生殖方式？提示：无性繁殖。2．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。3．细胞产物的生产是将植物细胞培养到什么环节？提示:愈伤组织。┃┃活学巧练__■判断题1．微型繁殖技术只保持亲本的优良特性.(×）分析：微型繁殖属于无性繁殖，可以保持亲本的所有遗传性状。2．脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位。(×）分析：为确保成功培育出脱毒苗，通常选择植物分生区附近（如茎尖)的组织和细胞进行组织培养，因为此处病毒极少，甚至无毒。3．在植物组织培养过程中，可以提取愈伤组织,经过人工薄膜包装得到人工种子。(×）分析：人工种子是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。4．天然种子萌发后长成的植株容易发生性状分离，人工种子长成的植株性状一般不发生分离.（√)5．单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。(×)分析:单倍体育种的遗传学原理是染色体变异，而突变体培育利用的是基因突变.6．突变体培育通常对植物的愈伤组织进行诱变处理，而工厂化生产的细胞产物也是来自愈伤组织细胞。(√)7．人工种子的培育也能说明植物细胞具有全能性.(×)分析：人工种子利用的是植物组织培养过程中愈伤组织诱导分化形成的胚状体，还没有发育到完整个体阶段，不能体现植物细胞的全能性。课内探究·名师点津知识点植物繁殖的新途径┃┃重难拓展__■1．微型繁殖(1）概念:是指用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫快速繁殖技术.(2）实质：植物组织培养。(3）原理：植物细胞的全能性.（4）完成植物的微型繁殖技术的生理过程：细胞分裂和细胞分化。（5)优点：保持亲本的优良性状；可以快速大量培育出新个体，有利于工厂化培育；选材少、培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理。2．培育无病毒植株（1)获得成功的事例:马铃薯、甘薯、大蒜、草莓、苹果、香蕉。（2)常选用的部位:茎尖组织。（3）操作过程:切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒,从而获得脱毒苗.3．制备人工种子（1)概念：人工种子是指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)人工种子的结构：由胚状体、作为保护外壳的人工种皮和提供发育所需营养的人工胚乳三部分构成.（如图所示）(3)与天然种子相比较，其优越性有：①可使在自然条件下不结实或种子昂贵的植物得以繁殖,②固定杂种优势,③是一种快捷高效的繁殖方式，④可人为控制植物的生长发育和抗逆性等。（4）成果：芹菜、花椰菜、桉树和水稻的胚状体制备的人工种子。（5）人工种子目前还存在不少问题具有重要经济价值的植物产生胚状体的能力弱，难以形成同步化的活力强的胚状体；机械化播种问题也尚未解决。因此现在很少以生产为目的进行人工种子的研制。知识贴士1．人工种皮“人工薄膜”是指人工种皮。制作人工种皮的材料有海藻酸钠、明胶、树脂、琼脂糖淀粉等。对人工种皮的要求是：能保持胚状体的活力；有利于种子的贮藏、运输和萌发;选取的材料要有韧性、耐压；对胚状体无毒害,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。2．微型繁殖、作物脱毒、获得人工种子的基础是植物组织培养技术，属于无性生殖，产生的子代具有亲本的优良性状。┃┃典例评析__■典例1下列有关人工种子的叙述不正确的是（B）A．通过科学手段人工合成的种子B．必须由受精卵植物组织培养技术获得的种子C．人工种皮可以为种子萌发提供足够的营养物质D．人工种子发芽率较高解析：本题考查了人工种子获得的方法及其过程.人工种子是经植物组织培养获得胚状体、不定芽等，然后经人工薄膜包装得到的种子。┃┃变式训练__■1．百合利用它的球茎进行无性繁殖,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。在最短时间内获得大量无病毒幼苗的最佳方法是(C）A．花药离体培养B．选取成熟组织进行培养C．利用茎尖进行组织培养D．人工诱导基因突变知识点作物新品种的培育┃┃重难拓展__■1．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，其中的花药离体培养利用的是细胞的全能性.（2）过程：如图所示。通过花药离体培养获得单倍体植株，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。eq\x(花药）eq\o(→，\s\up7(离体培养))eq\x（\a\al（单倍体，植株））eq\o(→，\s\up7(秋水仙素处理）)eq\x(\a\al(具有优良性状,的正常植株))知识贴士单倍体育种和花药离体培养：花药离体培养是单倍体育种的常用方法，但该过程得到的植株一般是单倍体，表现为高度不育；单倍体育种是在花药离体培养的基础上,用适当浓度的秋水仙素处理，获得纯合的二倍体植株，其自交后代不发生性状分离。(3)成果：我国在水稻、小麦、烟草、柏、橡胶和辣椒等植物的单倍体育种上,处于世界领先地位。（4)优点：后代稳定遗传，都是纯合体；明显缩短育种年限。2．突变体育种(1)实质：植物组织培养。（2)利用：筛选对人们有利的突变体,进而培育新品种。(3)形成原因：培养的细胞一直处于不断的分生状态，容易受一些条件的影响而产生突变。┃┃典例评析__■典例2下列应用不涉及植物组织培养技术的是（B)A．花药离体培养得到单倍体植物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——马铃薯"杂种植株培育解析：植物组织培养利用细胞的全能性将离体的组织、器官或细胞经细胞分裂、分化形成胚状体或丛芽,进一步培育成人工种子或植株，此过程也可用于体细胞杂交技术。┃┃变式训练__■2．下列育种措施，可以增加植物突变体出现的是（C）A．采用嫁接方法培育苹果新品种B．将鱼的抗冻蛋白基因导入烟草受精卵中，培育抗冻烟草C．用紫外线对组织培养中的愈伤组织进行照射D．使用秋水仙素对棉花植株进行处理解析：突变体的利用是植物组织培养的用途之一，增加突变体可应用物理、化学、生物等因素去诱发突变，如用紫外线进行处理等.而A选项中嫁接属于无性生殖,B选项为基因工程，二者均不会产生新的基因;秋水仙素能诱导棉花出现染色体变异。知识点细胞产物的工厂化生产┃┃重难拓展__■(1）种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。(2）技术:植物的组织培养。（3)工厂化生产人参皂甙的基本过程：①第一步：选择人参根作为外植体进行培养，产生愈伤组织，经过培养选择找到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株,其中一部分作为种子保存，以备下一次生产使用，一部分进行发酵生产.②第二步,将第一步选择到的细胞株在发酵罐中的适合培养液中进行液体培养,增加细胞数量。③第三步，将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。知识贴士培养目的不同,利用植物组织培养技术到达的阶段不同（1)微型繁殖、脱毒苗、单倍体育种、突变体：到完整植株。(2）人工种子:到胚状体阶段。（3）细胞产物的工厂化生产：可以培养到植株阶段，也可以培养到愈伤组织阶段。指点迷津·拨云见日五种生物技术的比较方式植物组织培养突变体的利用单倍体育种植物体细胞杂交植物基因工程育种原理植物细胞的全能性基因突变、植物细胞的全能性花粉细胞的全能性、染色体变异细胞膜的流动性、植物细胞的全能性基因重组、植物细胞全能性重要步骤脱分化、再分化对愈伤组织诱变处理花药离体培养、秋水仙素诱导染色体数目加倍原生质体融合、杂种细胞组织培养对导入目的基因的植物细胞进行组织培养优点保持优良品种的遗传特性提高突变率,获得优良性状明显缩短育种年限克服远缘杂交不亲和的障碍克服远缘杂交不亲和的障碍举例微型繁殖、脱毒苗培育、人工种子培育抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草单育1号烟草培育“番茄-马铃薯”杂种植株转基因抗虫棉典例3如图所示为植株繁殖的四种人工方式示意图,请据图回答：(1）图中单倍体植株通常的获取方式是__花药离体培养__。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__抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成__。(2)图中B和C过程的不同点是__B过程中形成的是胚状体，而C过程形成的是胚芽__，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）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__愈伤组织__.（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）若D为胡萝卜－羊角芹，②过程常用的物理方法有__离心、振动、电激__等；经融合处理后,含有的细胞类型有__3__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过程形成的是胚芽，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，含有的细胞类型有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。核心素养·技能培优案例玉米是一种主要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家做了大量的研究工作。如图是关于玉米培养的过程，请据图回答：（1)如图A→C，发育成植株D，取D的花药进行离体培养得到的幼苗属于__单倍体__，如图E→F，经秋水仙素处理后发育成植株G；从生殖方式上分析，A→D属于__无性__生殖。(2）A→C的过程要严格控制__无菌__。（3)F→G的过程中用__秋水仙素__处理，使细胞染色体数目加倍，用E→G途径育种的优点是__直接得到稳定遗传的优良品种，极大地缩短了育种年限__.(4）若想培育出一种能抗虫的玉米新品种，可以采用__基因工程__育种;若想培育出一种地上结玉米，地下结马铃薯的植株，可以利用__植物体细胞杂交__技术。解析:(1）取D的花药进行离体培养成幼苗(如图E→F），经秋水仙素处理后发育成植株G，此过程属于单倍体育种，从生殖方式上分析,A→D属于无性生殖。(2）在植物组织培养过程中，要严格控制无菌条件。(3）F→G的过程中用秋水仙素处理,使细胞染色体数目加倍；用E→G途径进行单倍体育种的优点是直接得到稳定遗传的优良品种,自交后代不发生性状分离，极大地缩短了育种年限.(4)若想培育出一种能抗虫的玉米新品种，可以采用基因工程育种；若想培育出一种地上结玉米，地下结马铃薯的植株,可以利用植物体细胞杂交技术.探规寻律几种育种方法的比较技术原理优点缺点诱变育种基因突变提高生物变异的频率,可大幅度改良某些性状,缩短育种进程盲目性大,需大量处理实验材料杂交育种基因重组使位于不同个体的优良性状集中于一个个体周期长，难以克服远缘杂交不亲和的障碍单倍体育种染色体变异获得个体均为纯种，明显缩短育种年限技术复杂，须与杂交育种配合多倍体育种染色体变异器官大,提高产量和营养成分适用于植物，动物方面难以开展基因工程育种分子遗传学原理打破物种界限，定向地改造生物遗传性状可能造成新的生态危机细胞工程育种细胞生物学和分子生物学原理克服远缘杂交不亲和的障碍；扩大了用于杂交的亲本组合范围；定向改变生物遗传性状不能按人们的需要表现出亲代的优良性状问题释疑·探究升华教材P38讨论1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？提示：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产正是利用了植物微型技术的这两方面优势。利用植物微型繁殖技术我们可以短时间内获得大量的优质种苗。教材P40讨论21．人工种子之所以神奇，是由于它具有天然种子不可比拟的特点，想一想，它们具有哪些优点？提示：人工种子的优点:(1）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；天然种子在生产上受季节限制，一般每年只繁殖1~2次，有些甚至十几年才繁殖一次.而人工种子则可以完全保持优良品种的遗传特性，生产上也不受季节的限制。（2）试管苗的大量贮藏和运输也是相当困难的。人工种子则克服了这些缺点，人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似于天然种子的种皮，因此，可以很方便地贮藏和运输。2．在人工种子中,人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分.请探讨:人工种皮中应该具有的有效成分是什么？为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入哪些物质?提示:针对植物种类和土壤等条件,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。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生长调节剂.教材P41资料分析高效抗癌的药物紫杉醇，虽然能造福人类，但却为濒危的红豆杉带来一场灭顶之灾。以“我们能否利用植物组织培养技术大量生产紫杉醇，从而拯救红豆杉”为题，与同学们展开讨论,说说植物组织培养技术在节约资源、保护环境方面的重要意义.提示:可以利用植物组织培养技术来大量生产紫杉醇.现在国内外的科学家们正在研究利用植物细胞培养技术来大量培育红豆杉细胞，希望利用这种方法来大量生产紫杉醇。国内外许多实验室开展了用组织培养法生产紫杉醇的研究，红豆杉属的11种植物现在都在进行组织培养.美国的ESCAge