植物细胞工程的实际应用

植物细胞工程的实际应用

学习目标

1.举例说出植物组织培养技术在农业上的应用。(重、难点)

2.举例说出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)

■_预___习__导__学__，__思__维__启__动_

国*,缰JIAOCAIDAODU

一、植物繁殖的新途径(阅读教材P把〜P,o)

途径优点实例

(1)保持优良品种的遗传特性:

微型繁殖微型繁殖兰花

(2)高效快速地实现种苗的大量繁殖

作物脱毒提高作物产量和品质脱毒马铃薯的培育

(1)后代无性状分离;

人工种子芹菜、水稻等的胚状体制成人工种子

(2)不受季节、气候和地域的限制

二、作物新品种的培育(阅读教材Pto)

1.单倍体育种(以二倍体植物为例)

(D方法：花药的离体培养。

(2)过程

花药高生工养单倍体植株:善露纯合子植株。

(3)优点

①后代是纯合子，能稳定遗传。

②明显缩短了育种年限。

2.突变体的利用

(1)原理：基因突变。

(2)产生：在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态而易受培

养条件和外界压力(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。

(3)利用：从产生突变的个体中筛选出对人们有用的突变体,进而培育成新品种。

三、细胞产物的工厂化生产(阅读教材P,。〜Pu)

1.细胞产物种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。

2.技术基础：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成干粉;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。

*谢.YUXIFANKUI

・判-判

(1)微型繁殖技术是指植物嫁接技术。(X)

(2)微型繁殖能保持亲本的一切性状。(X)

(3)(2018•泰安高二检测)作物脱毒时常选取的部位是叶肉细胞。(X)

(4)人工种子是由受精卵发育而来的。(X)

(5)突变体育种的原理是基因突变.(V)

(6)单倍体育种的目的是获得单倍体本身。(X)

4_主___题__探__究__，__讲__练__互__动__)

主题1植物繁殖的新途径

YAODIANTANJIU

口探究1微型繁殖

结合兰花的微型繁殖技术，探究以下问题：

(1)微型繁殖运用了植物组织培养技术。

(2)该过程只涉及有丝分裂，没有减数分裂，因而属于无性繁殖。

□探究2作物脱毒

比较脱毒草莓与未脱毒草莓，探究以下问题：

由■

脱毒草莓未脱毒草薄

(1)脱毒草莓的获取利用了植物组织培养技术。

⑵制备该脱毒苗时，利用无病毒或病毒极少的茎尖或根尖进行培养。

。探究3人工种子

结合下面人工种子的结构示意图，探究以下问题：

人工种皮：保持胚状体的活力和有利于人工

(种子萌发，所用材料应有韧性、耐压、

Wy]对胚状体无毒害作用

匚胚状体(分生组织)：相当于天然种子的胚，是有

生命的物质结构

-----人工胚乳：供胚状体维持生命力、保证其在适

宜的环境条件下生长发育

⑴胚状体是人工种子的主要成分，也可以是不定芽、顶芽和腋芽等。

⑵在人工种皮和胚状体之间应加入人工胚乳，以提供胚状体发育时所需要的营养物质

等。

小组讨论

（1）为什么微型繁殖技术可以保持优良品种的遗传特性？

提示：植物的体细胞含有相同的遗传物质；植物组织培养过程中通过有丝分裂增加细胞

数目，分裂过程中遗传物质保持不变。

（2）人工种子萌发长成的植物是否可育？

提示:若是由花粉（或者三倍体植物的营养器官）发育来的植株是不可育的;若是由茎尖、

根尖等营养器官发育来的则可育。

归细提炼

（1）脱毒苗不等于抗毒苗，脱毒苗是选择植物的茎尖（刚形成，不含有病毒）进行组织培

养而获得的，属于细胞工程的范畴；而抗毒苗是把某抗病基因导入植物细胞，属于基因工程

的范畴。

（2）可依据植物组织培养的特点理解各“繁殖新途径”的优点

①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。

②根据植物组织培养“外植体用量少，培养周期短”的特点，理解微型繁殖、人工种子

的优点。

③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。

④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。

MINGTlTUPO

1.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.杆插的葡萄枝条长成新个体

D.柳树芽发育成枝条

解析：选A。微型繁殖技术是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。水稻种子萌发并长成新个体、柳树芽发育成枝条均属于个体发育；托插的葡萄枝条长成

新个体属于无性繁殖中的营养繁殖。

2.下面为番茄植物组织培养过程的流程图解。以下相关叙述不正确的是（）

植物三叶组b愈伤

组织

脱分化发生在b步骤，形成愈伤组织，在此过程中要进行避光处理

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

C.从a~e属于无性生殖过程

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

解析：选B。从图中分析可知，b代表的是脱分化，需全程避光，A正确。c表示再分化,

即由愈伤组织形成胚状体，B错误。a〜e是由植物叶片细胞通过组织培养获得人工种子并得

到后代植株的过程，属于无性生殖，C正确。人工种子是一种人工制造的代替天然种子的颗

粒体，可以直接播种于田间，可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,

D正确。

回国回岛

人工种子与天然种子的区别

(1)人工种子是通过植物组织培养产生的，属于无性繁殖，可保持亲本的优良性状。

(2)自然种子是通过有性生殖产生的，可表现出双亲的遗传性状。

主题2作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产

第*YAODIANTANJIU

D探究1单倍体育种

结合单倍体育种过程，探究以下问题:

脱分化愈伤再分化单倍体染色体正常

花药离体一组织一植株加褶植株

(1)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)。

(2)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。

a探究2突变体的利用

结合诱变产生新品种过程，探究以下问题：

诱变处理

外植体出雪愈伤L织一T-突变体黑•新品种

诱导分化

(1)原理.：基因突变和植物细胞的全能性。

(2)优点：提高愈伤组织的突变率,可以获得抗病、高产、优质、抗逆的新品种，加快

了育种进程。

口探究3细胞产物的工厂化生产

下图为工厂化生产人参皂戒的基本过程。

人参皂成的工厂化生产使产量大大增加

(1)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

且细胞内人参皂贰含量高的细胞株作为种子。

(2)将(1)选择的细胞株放在发酵罐中的适宜培养液中进行液体培养，增加细胞数量。

(3)将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂戒。

请结合上述内容完成细胞产物工厂化生产过程：

外植体(离体的植物器官、组织或细胞)脱&士愈伤组织金㈣细胞悬液发醉厚取细胞

产物。

归纲提炼

五种生物技术的比较

植物体细胞杂植物基因工程

项目植物组织培养突变体的利用单倍体育种

交育种

基因突变、植花粉细胞的全细胞膜的流动基因重组、植

植物细胞的全

原理物细胞的全能能性、染色体性、植物细胞物细胞的全能

能性

性变异的全能性性

花药离体培

原生质体融对导入目的基

重要脱分化、再分对愈伤组织诱养、秋水仙素

合、杂种细胞因的植物细胞

步骤化变处理诱导染色体数

组织培养进行组织培养

目加倍

保持优良品种提高突变率，明显缩短育种克服远缘杂交克服远缘杂交

优点

的遗传特性获得优良性状年限不亲和的障碍不亲和的障碍

微型繁殖、脱抗花叶病毒的培育“番茄一

举例毒苗培育、人甘蔗、抗盐碱单育1号烟草马铃薯”杂种转基因抗虫棉

工种子培育的野生烟草植株

［高考热考交汇］

交汇点1常见的育种方式及其原理

(1)杂交育种一一基因重组。

(2)单倍体育种一一染色体数目变异。

(3)多倍体育种一一。

(4)诱变育种一一。

(5)基因工程育种一一。

(6)植物组织培养一一植物细胞的全能性。

(7)植物体细胞杂交一一。

交汇点2单倍体

(1)特点：单倍体植株长得,而且。

(2)单倍体育种常用的方法：o

(3)单倍体育种的优点：。

答案：交汇点1

(3)染色体数目变异(4)基因突变(5)基因重组(7)细胞膜的流动性和植物细胞的

全能性

交汇点2

(1)弱小高度不育(2)花药离体培养(3)明显缩短育种年限

|小・二MINGTlTUPO

1.(2018•常熟高二检测)下图是利用某植物(基因型为AaBb)产生的花粉进行单倍体育

种的示意图，据图判断错误的是()

花粉色植株A旦植株B

A.过程②通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为有丝分裂前期

B.通过过程①得到的植株既有纯合子又有杂合子

C.过程①属于植物的组织培养，在此过程中必须使用一定量的植物激素

D.与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种年限

解析：选B。该过程是单倍体育种过程，所以①是花药离体培养，获得的是单倍体，基

因型为AB、Ab、aB、ab4种，经染色体加倍后的植株B都为纯合子；过程②使用秋水仙素

使染色体数目加倍，作用的机理是抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，到后期染色单体分开后

不能向细胞两极移动；过程①属于植物组织培养，需要生长素和细胞分裂素的诱导。

2.在植物组织培养过程中，容易获得突变体的主要原因是()

A.培养的细胞一直处于不断的分生状态

B.培养基营养丰富，易于植物生长

C.纺锤丝的形成容易受抑制

D.DNA复制容易受抑制

解析：选A。在植物组织培养过程中细胞一直处于不断的分生状态，即细胞的分裂能力

很强，细胞在分裂过程中，容易受到外界培养条件和外界压力（如射线、化学物质等）的影响

而发生基因突变，对细胞进行植物组织培养，可得到植物体，从这些个体中筛选出突变体,

在突变体中筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。

国图图因

植物组织培养与植物细胞培养的比较

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

培养基固体培养基液体培养基

外脱分化愈伤细胞培养

外植体脱分化“愈伤组织植体组织

悬浮细胞―

过程再分化

继代

培养

幼苗^-----胚状体

细胞产物—细胞群

实例各种转基因生物、脱毒苗人参皂式的生产

核心知识小结

［答题必备］

o植物组织培养技术不仅可以保持优良品种

的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗的

大量繁殖。

❷人工种子就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

［要点回眸］工薄膜包装得到的种子，具有易贮藏、运输、

不受季节、气候等限制的优点。

植许繁［作物新品,［细胞产物的❸单倍体育种通过花药离体培养获得单倍体

、殖新途径［种的培育J［工厂化生产

植株，染色体加倍后当年便可获得稳定遗传

口型］［作物］I'xift单'倍性蛔（应用）

舞越廊祠ISWMJ僮阑的优良品种，极大地缩短了育种年限。

O在植物的组织培养过程中，由于培养细胞

一直处于不断的分生状态，因此容易受到培

养条件和外界压力的影响而发生突变。

❺利用植物组织培养技术可获得的细胞产物

包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生

物碱等。

知能演练，轻巧夺冠I即时训臻，旗验成功」

4________________________

［随堂检测］

1.（2018•扬州高二检测）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：选D。植物组织培养技术