2023-2024学年 人教版 选择性必修三植物细胞工程的应用 课件（56张）

第2章细胞工程第1节植物细胞工程第2课时植物细胞工程的应用课标内容要求核心素养对接举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢物生产、育种等方式有效提高了生产效率。1．基于生产和生活需要，通过查阅相关资料，设计并实施恰当可行的实验方案。2．列举植物组织培养技术在生产实践中的应用，说明植物细胞工程对生产的影响。必备知识·自主预习储备01

植物组织培养大量繁殖2．作物脱毒(1)选材部位：植物的___________。(2)选材原因：___________的病毒极少，甚至_______。(3)实例：目前采用_________培养技术脱去病毒，已在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。分生区附近分生区附近无病毒茎尖组织

花药单倍体稳定育种的年限利用玉米的花粉离体培养获得单倍体，然后人工诱导染色体加倍，短时间内可获得纯合的二倍体。所有植物均可利用单倍体育种快速获得纯合子吗？提示：不是。多倍体的植物产生的花粉中可能含有等位基因，如基因型为AAaa的个体，其花粉有AA、Aa、aa三种，通过单倍体育种也可能得到杂合子。2．突变体的利用(1)产生原因：在植物的组织培养过程中，易受到_________和_________(如射线、_________等)的影响而_________。(2)利用：筛选出对人们有用的_______，进而培育成_______。培养条件诱变因素化学物质产生突变突变体新品种三、细胞产物的工厂化生产1．次生代谢物(1)定义：不是植物基本的生命活动所必需的产物。(2)种类：_______有机化合物，如酚类、萜类和含氮化合物等。(3)作用：在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。2．方法对_____________________进行培养使其增殖。小分子单个植物细胞或细胞团3．优势不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，对于社会、经济、环境保护具有重要意义。4．应用紫杉醇、紫草宁、人参皂苷等。传统生产紫杉醇的方法不利于对野生红豆杉的保护，我国科学家经过多年研究，筛选出高产紫杉醇细胞。请简要表述工业化生产紫杉醇的方法。提示：利用植物组织培养技术把高产的红豆杉细胞培养成愈伤组织，从中提取紫杉醇，进行加工生产。判一判

(正确的打“√”，错误的打“×”)1．葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于微型繁殖。 (

)提示：题述繁殖方式属于无性繁殖，不属于微型繁殖。微型繁殖是指用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。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。 (

)提示：培育脱毒苗时选用的通常是茎尖等分生组织，原因是该组织附近的病毒极少，甚至无病毒。××3．单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。 (

)提示：单倍体育种的原理是染色体变异和植物细胞的全能性，突变体育种的原理是基因突变和植物细胞的全能性。4．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来自愈伤组织细胞。 (

)5．工厂化生产的细胞次生代谢物，其化学成分都是蛋白质。

(

)提示：次生代谢物一般不是植物基本生命活动所必需的产物，不是蛋白质。×√×关键能力·重难探究达成02核心点一植物繁殖的新途径核心点二作物新品种的培育核心点三细胞产物的工厂化生产

植物组织快速繁殖技术具有所需材料极少(只需少量的茎尖、叶片、茎切段或其他器官)、繁殖周期短、繁殖速度快，可大量生产高质、均一的无病毒苗木，不受季节和气候条件限制，节省大量人力及物力等优点。目前采用茎尖组织培养技术脱去病毒，已在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。人们用组织培养技术培育出的脱毒马铃薯，要比未脱毒的马铃薯增产50%以上；脱毒草莓的产量和品质也明显优于没有脱毒的草莓。核心点一

植物繁殖的新途径1．快速繁殖得到的产品会不会出现性状分离？原因是什么？提示：不会。快速繁殖利用的是植物组织培养技术，属于无性繁殖，可以保持亲本的优良性状。2．经植物组织培养技术培育出的脱毒苗抗病毒吗？为什么？提示：不抗病毒。“脱毒”与“抗毒”不同，前者指的是本身病毒极少，甚至无病毒，受病毒感染的机会少，而后者指的是能抵抗病毒的感染。3．马铃薯、草莓和香蕉脱毒苗产量和品质明显提高，为什么小麦和玉米脱毒苗却基本没有变化？提示：马铃薯、草莓和香蕉进行无性繁殖，感染的病毒很容易传递给子代，而小麦和玉米是通过种子繁殖，感染的病毒不容易传递给子代。比较两种植物繁殖的新途径繁殖新途径取材优点技术快速繁殖(微型繁殖)取材广泛①高效、快速地实现种苗的大量繁殖；②保持优良品种的遗传特性植物组织培养作物脱毒顶端分生区附近获得高产、优质的无病毒植物1．某株名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离。为了防止性状分离并快速繁殖，可利用该植株的一部分器官或组织进行离体培养，培育出完整的植株。进行离体培养时不应采用该植株的(

)A．茎尖

B．子房壁C．叶片 D．花粉粒√D

[茎尖一般没有病毒积累，分裂能力强，可作为植物组织培养的材料，A不符合题意；子房壁细胞属于体细胞，可作为植物组织培养的材料，B不符合题意；叶片细胞属于体细胞，可作为植物组织培养的材料，C不符合题意；花粉粒是经减数分裂形成的，在此过程中发生了基因重组，因而不一定能保持亲本的优良性状，D符合题意。]

√D

[病毒在植物体内的分布是不均匀的，很少在茎尖分布，A项正确；40℃水浴可能不利于病毒繁殖，有利于延缓病毒增殖扩散速度，B项正确；剥取的茎尖需要进行无菌处理，以免培养过程中被污染，C项正确；脱毒苗不具有病毒抗性，仍会感染病毒，D项错误。]

核心点二

作物新品种的培育1．单倍体育种具有什么优点？提示：子代是能稳定遗传的纯合子，极大地缩短了育种年限。2．单倍体育种为什么能为体细胞诱变育种和研究遗传突变提供理想材料？提示：由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。3．为什么培养至愈伤组织时才进行诱变处理？提示：愈伤组织细胞分裂旺盛，不断进行DNA分子的复制，此时易发生基因突变。4．诱导分化得到的突变体都可以利用吗？为什么？提示：不是。因为基因突变具有随机性和不定向性，所以并不是诱导分化得到的突变体都可以利用，还需进一步筛选出所需要的突变体。四种育种方法的比较育种方法原理过程优点快速繁殖植物细胞的全能性脱分化、再分化保持优良品种的遗传特性突变体的利用基因突变、植物细胞的全能性对愈伤组织进行诱变处理后再筛选提高突变率，获得优良性状育种方法原理过程优点单倍体育种植物细胞的全能性、染色体变异花药离体培养、秋水仙素诱导染色体数目加倍明显缩短育种年限植物体细胞杂交细胞膜的流动性、植物细胞的全能性原生质体融合、杂种植物细胞组织培养打破生殖隔离，实现远缘杂交3．如图是对基因型为Aabb的玉米所作的处理，据图分析，下列叙述错误的是(

)A．过程a所采取的技术手段是花药离体培养B．过程b用秋水仙素处理后可以得到4种基因型的玉米植株C．c和d分别是脱分化和再分化过程D．图中过程a或过程c、d能够说明植物细胞具有全能性√B

[过程a由花粉粒变为单倍体植株，所采取的技术手段是花药离体培养，A项正确；基因型为Aabb的玉米能产生2种基因型的花粉：Ab和ab，经花药离体培养后可得到2种单倍体幼苗，幼苗再经秋水仙素处理后可得到AAbb和aabb2种基因型的玉米植株，B项错误；c和d分别是脱分化和再分化过程，C项正确；图中过程a和过程c、d都表示由植物细胞培育成了植物个体，所以能够说明植物细胞具有全能性，D项正确。]4．下图表示利用棉花叶肉细胞原生质体进行遗传改良的过程，下列叙述正确的是(

)A．过程④通常会发生性状分离B．过程②能定向诱导原生质体产生优良性状的突变C．过程③是否再生出细胞壁，可以用质壁分离实验来检测D．过程④脱分化需用适宜配比的生长素和细胞分裂素处理√C

[过程④表示再分化，为无性繁殖，该过程中不会发生性状分离，A项错误；过程②表示人工诱变，基因突变是不定向的，B项错误；过程③是否再生出细胞壁，可以用质壁分离实验来检测，C项正确；过程④表示再分化，生长素和细胞分裂素的比例是影响植物根和芽形成和发育方向的关键因素，D项错误。]

紫杉醇是具有高抗癌活性的天然抗癌药物，在临床上已经广泛应用于乳腺癌、卵巢癌、部分头颈癌和肺癌的治疗，如图是通过植物细胞工程技术工厂化生产紫杉醇的途径。核心点三

细胞产物的工厂化生产1．该生产过程中，①过程的培养基为固体培养基，③过程的培养基为液体培养基，①过程的培养基要控制哪两种成分的比例？③过程使用液体培养基的原因是什么？提示：①过程为脱分化过程，培养基要控制好生长素和细胞分裂素(类调节剂)的比例；③过程使用液体培养基有利于细胞增殖。2．生产紫杉醇的过程能否体现植物细胞的全能性？说出你的理由。提示：不能。获得紫杉醇的过程中离体的外植体并未发育成完整个体或分化成其他各种细胞，故并未体现细胞的全能性。植物组织培养和植物细胞培养的比较比较项目植物组织培养植物细胞培养目的获得植物体获得细胞产物原理植物细胞的全能性细胞增殖过程比较项目植物组织培养植物细胞培养应用快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等

√B

[细胞全能性以细胞发育成个体或分化成其他各种细胞为标志，而图中并没有形成完整植物体或分化成其他各种细胞，A项错误；过程①是脱分化，而决定植物脱分化和再分化的关键因素是培养基中植物激素的种类和比例，因此该过程需控制好培养基中植物激素的比例，经该过程细胞的形态和结构发生了变化，B项正确、C项错误；过程③需使用液体培养基，有利于细胞增殖，D项错误。]6．下列关于细胞产物的工厂化生产的叙述，错误的是(

)A．细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一B．培养过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞C．愈伤组织需要经过再分化产生特定的组织细胞后才能产生特定的细胞产物D．培养的细胞收集后，一般要破碎提取其有效成分√C

[细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一，A正确；培养过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞，B正确；愈伤组织不需要再分化就能产生特定的细胞产物，C错误；培养的细胞收集后，一般要将其破碎提取有效成分，D正确。]应用创新·问题情境探究03某植物有A、B两品种。科研人员在设计品种A组织培养实验时，参照品种B的最佳激素配比(见下表)进行预实验。品种B组织培养阶段细胞分裂素浓度(μmol/L)生长素浓度(μmol/L)Ⅰ.诱导形成愈伤组织m1n1Ⅱ.诱导形成幼芽m2n2Ⅲ.诱导生根m3n3本案例考查学生实验设计和实施实验方案的能力。(1)Ⅰ阶段时为什么通常选择茎尖、幼叶等作为外植体？(2)为确定品种A的

Ⅰ

阶段的最适细胞分裂素浓度，参照品种B的激素配比(m1>2.0)，以0.5μmol/L为梯度，设计5个浓度水平的实验，5个浓度的设置分别是多少？(3)Ⅲ阶段时，科研人员分别选用浓度低于或高于n3μmol/L的生长素处理品种A幼芽，要使其都达到最佳生根效果，选用低浓度生长素时的处理方法和选用高浓度生长素时的处理方法有什么不同？提示：(1)细胞分化程度低，容易诱导产生愈伤组织。(2)(m1－1.0)μmol/L、(m1－0.5)μmol/L、m1μmol/L、(m1＋0.5)μmol/L、(m1＋1.0)μmol/L。(3)低浓度生长素用浸泡法(长时间处理)，高浓度生长素用沾蘸法(短时间处理)。1．核心概念(1)微型繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。(2)次生代谢物：植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物。2．结论语句(1)植物顶端分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此采用茎尖进行组织培养能脱去病毒。(2)单倍体育种极大地缩短了育种年限，节约了大量的人力和物力。(3)培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变。学习效果·随堂评估自测041．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D

[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项不符合题意；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项不符合题意；经该技术培育的植株跟亲本基因型相同，D项符合题意。]√123452．利用马铃薯的块茎进行无性繁殖，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(

)A．选择优良品种进行杂交B．在田间喷洒消毒剂C．利用茎尖进行组织培养D．人工诱导基因突变C

[进行作物脱毒时常采用茎尖作为外植体，原因是茎尖病毒极少，甚至无病毒，切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就可能不带病毒，C符合题意。]√123453．科研人员用甲基磺酸乙酯处理野生烟草的愈伤组织后，培育出了抗盐碱的烟草。甲基磺酸乙酯的作用是(

)A．诱发愈伤组织细胞发生突变B．诱导愈伤组织细胞中染色体数目加倍C．对愈伤组织进行消毒D．诱导愈伤组织再分化出芽和根A

[甲基磺酸乙酯是一种化学物质，能有效诱发愈伤组织细胞发生突变，从而形成符合生产要求的突变新品种，A符合题意。]√123454．利用植物细胞培养技术从红豆杉细胞中提取抗癌药物紫杉醇，不需要进行的是(

)A．选择适当的分化培养基培育红豆杉幼苗B．选取合适的外植体并对其进行消毒C．外植体需接种在无菌的固体培养基上培养D．控制植物激素的种类和比例，诱导产生愈伤组织A

[要获得细胞产物，只需要培养到愈伤组织阶段即可，不需要培育红豆杉幼苗，A符合题意。]√123455．应用植物组织培养技术，不仅可实现种苗的快速繁殖，培育无病毒植