生物学案：课堂探究植物细胞工程的实际应用

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，业必贵于专精课堂探究探究点一植物繁殖的新途径·问题导引·如果你是一家花卉繁育基地的老板,当然期望你的花卉大量和快速繁殖，以获取较大的经济效益。思考：（1）哪一生物工程技术能大量和快速地繁殖花卉？简述该技术的大体操作过程.（2）常规种子的生产存在哪些缺陷?人工种子是天然种子的替代品，人工种子由哪几部分构成？提示：(1)植物组织培养，该技术的大体操作过程是：获取大量的外植体→消毒处理→接种→脱分化形成愈伤组织→再分化出根、芽→形成幼苗。（2）常规种子的生产存在的缺陷包括:受季节、气候和地域的限制，生产周期长,数量有限等。人工种子主要由胚状体(或不定芽、顶芽、腋芽等）、人工薄膜等几部分构成.·名师精讲·1．微型繁殖（1）概念：把用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，叫作植物的微型繁殖技术。（2）优点。①植物组织培养技术是无性繁殖技术，新植株含有的遗传物质与亲本一样，因而能保持亲本的优良性状.②利用这种技术可以迅速大量地培育新个体，有利于进行工厂化生产。③选材少、培养周期短、繁殖率高,便于自动化管理。（3）获取方法：植物组织培养。（4）实例：优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物.2．作物脱毒(1）原理:生产上许多无性繁殖作物均受到病毒的侵染,从而导致品种的严重退化、减产和品质降低.利用植物分生组织(刚刚产生，病毒很少甚至无病毒）进行培养可以使新长成的植株脱去病毒.（2）选材：无病毒或病毒极少的茎尖或根尖。(3）优点：获得高产、优质的无病毒植株。（4）获取方法：植物组织培养.（5）实例：脱毒马铃薯比未经脱毒的马铃薯增产约50％以上。3．神奇的人工种子（1）概念：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种子。人工种子在适宜的条件下同样能够萌发长成幼苗。（2）组成：由胚状体、人工种皮（即人工薄膜)两部分组成。如下图。(3）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。（4）制作人工种皮的材料:海藻酸钠、明胶、树脂、琼脂糖、淀粉等。（5）优点.①解决了某些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题.②固定杂种优势。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，而人工种子则可以完全保持优良品种的遗传特性.③快捷高效的繁殖方式。天然种子在生产上受季节的限制,一般每年只能繁殖1～2次，有些甚至十几年才繁殖一次,而人工种子生产不受季节限制,且快捷高效。④可控制植物的生长发育与抗逆性。针对植物种类和土壤条件,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，可控制植物的生长发育和增强抗逆性。（6）获取方法：植物组织培养。（7)实例：已成功把芹菜、花椰菜、桉树和水稻的胚状体制备成了人工种子，并得到了较高的发芽率。特别提醒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。【例题1】植物的微型繁殖的优点是（）A．取材少 B．培养周期短 C．繁殖率高 D．以上都是解析：微型繁殖也叫快速繁殖技术,利用的技术手段就是植物组织培养，该繁殖充分发挥了植物组织培养的优势，例如取材少、培养周期短、繁殖率高、可人工控制等。答案：D探究点二作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产·问题导引·小麦为一年生粮食作物，已知小麦高秆（D，易倒伏）对矮秆（d，抗倒伏）为显性,抗锈病（T)对易感锈病（t）为显性，现有纯种高秆抗锈病小麦和矮秆易感锈病小麦，欲培育出纯合矮秆抗锈病小麦新品种。思考：（1）通过杂交育种方式能在两年内完成育种任务吗?为什么？（2）通过单倍体育种方式也能完成育种任务，尝试写出育种的大体流程并简述单倍体育种的优势.（3）总结单倍体育种与组织培养技术的关系.提示：(1）不能。小麦为一年生，第二年仅能收获F2种子，因为纯合矮秆抗锈病小麦的基因型为ddTT，F2中的矮秆抗锈病植株有纯合子，也有杂合子。（2）纯种高秆抗锈病小麦和矮秆易感锈病小麦杂交得到F1→种植F1，得到其花粉→对花粉离体培养，获得单倍体幼苗→对单倍体幼苗秋水仙素处理，获得纯合子植株→选择矮秆抗锈病植株并收获种子。(3）组织培养技术是单倍体育种必需的手段.·名师精讲·1．作物新品种的培育（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，其中花药离体培养是利用细胞的全能性。②过程：通过花药离体培养获得单倍体植株，经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。如下图:花药eq\o（→,\s\up7（离体培养)）单倍体植株eq\o(→,\s\up7（秋水仙素处理))具优良性状的正常植株③成功应用举例：我国培育的单育1号烟草品种，中花8号、11号水稻和京花1号小麦等。（2）突变体的利用。①原理: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(如射线、化学物质等）的影响而产生突变,从这些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。②成功应用举例:抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草、抗除草剂的白三叶草等。特别提醒突变体的产生原理是基因突变.2．细胞产物的工厂化生产（1)细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。（2）过程。外植体eq\o（→，\s\up7（脱分化)）愈伤组织eq\o（→，\s\up7(分散开))细胞悬液eq\o(→，\s\up7(发酵提取))细胞产物(3)举例：工厂化生产人参皂甙。①过程：人参根eq\o(→,\s\up7（脱分化)）愈伤组织eq\o(→，\s\up7(培养）)选择增殖速度快且细胞内人参皂甙含量高的细胞eq\o(→，\s\up7(继续培养)）分裂出更多的细胞eq\o（→,\s\up7(提取))人参皂甙②优点：提高生产速度、便于操作管理.（4）其他实例：三七、紫草和银杏的细胞产物的工厂化生产。【例题2】采用下图所示的方法获得纯合高蔓抗病番茄植株（两对相对性状独立遗传）.下列叙述错误的是（）A．过程①的自交代数越多，纯合高蔓抗病植株的比例越高B．过程②可以任取一植株的适宜花药作培养材料C．过程③利用了植物体细胞杂交技术D．图中④筛选过程可改变抗病基因频率解析：随着杂合子自交代数增加，后代杂合子的比例越来越小(1/2n），则纯合子比例越来越高；由于F1所有植株的基因型都相同,因而过程②可以任取一植株的适宜花药作培养材料；过程③是通过基因工程获得转基因植株的过程，需要的技术主要有DNA重组技术、植物组织培养技术，而不涉及植物体细胞杂交技术；筛选的过程是人工选择的过程，被选择保留的植株所带有的基因也就被选择保留下来,因而其