生物素材：教材梳理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，业必贵于专精庖丁巧解牛知识·巧学一、植物繁殖的新途径1。微型繁殖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。它实际上是一种无性繁殖。繁殖过程的分裂方式是有丝分裂,亲、子代细胞内的遗传物质不变，所以能够保证亲、子代性状不变。这种技术可以高效地快速实现种苗的大量繁殖.要点提示注意此处空半格微型繁殖的条件是培养基中加入细胞生命活动所需的水、矿质元素和小分子有机物，还有激素,更重要的是所有加入物质必须是无菌的，操作过程必须是在无菌条件下操作，这样繁殖的幼苗才是无毒的.2。作物脱毒作物脱毒就是把已被病毒感染的植株进行脱毒，采用的技术还是微型繁殖技术，但是取材一定是无毒的，一般作物脱毒所用的原料是无病毒的茎尖、根尖等。3.神奇的人工种子人工种子是指通过植物组织培养的方法获得的具有正常发育能力的材料，外面包被着特定的物质，在适宜的条件下可以发芽成苗的植物幼体。要点提示注意此处空半格上述概念中包含的“具有正常发育能力的材料”通常是指胚状体（目前国外有使用不定芽、顶芽和腋芽的)。“外面包被着特定的物质”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，有利于储藏、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，还应含有杀虫剂，以防播种后微生物的侵害。胚状体可以由三种途径产生：由已脱分化的外植体直接产生；由愈伤组织产生；由悬浮细胞培养产生。对胚状体的基本要求是:播种后能快速出苗；根和芽几乎同时生长，不产生愈伤组织；同步化程度高;活力强；形成的幼苗的形态与生长要正常。二、作物新品种的培育1.单倍体育种单倍体育种的方法是花药的离体培养，采用的技术是植物组织培养技术,获得单倍体植株,然后用秋水仙素处理，获得稳定遗传的优良品种。单倍体育种的优点是：后代能稳定遗传，都是纯合体；可明显缩短育种年限，只需一年就可获得纯种。辨析比较花药的离体培养与植物体细胞离体培养花药的离体培养是用雄配子直接培育成染色体减半的单倍体，属于有性生殖。植物的体细胞离体培养得到的生物个体，其遗传物质与亲本完全相同,能保持亲本的优良性状，属于无性繁殖。2.突变体的利用植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断分生状态，容易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变，从这些突变的个体中可以筛选出对人们有用的个体,培育新品种。三、细胞产物的工厂化生产细胞产物的种类包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等.1971年，美国化学家从红豆杉树皮中分离出高抗癌活性的紫杉醇，发现紫杉醇具有独特的抗肿瘤作用.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.国内外在分化细胞株系和培养条件方面做了不少工作，摸索了外植体、光照、培养基组成等因素对细胞培养及紫杉醇生成的影响。现在工艺条件已基本摸清，正研究反应的放大技术等，有望实现通过细胞培养进行工业化生产紫杉醇的目标。问题·探究问题1人工种子与天然种子相比具有哪些优势？探究:（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。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，而人工种子在生产上不受季节限制，而且快捷高效。研究表明用一个体积为12L的发酵罐在二十几天内生产的胡萝卜体细胞胚可制造1000万粒人工种子，可供种植几百平方米，这样可以节约大量留种地。（4)方便储藏和运输。试管苗的大量储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，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地储藏和运输。问题2工厂化生产人参皂甙的基本过程是什么？探究: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作为种质，其中一部分作为保存用,以备下一次生产用，一部分进行发酵生产。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。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。典题·热题例1人工种子比天然种子有许多优越性，下列对其优越性的叙述不正确的是（)A.可使自然状态下不结子的植物得以繁殖B。方便储藏和运输C。可以随意改变植物的遗传性状D。可快速、大量繁殖解析:人工种子是通过细胞工程完成的，所以可使在自然条件下不结实或珍贵的植物得以繁殖.天然种子的大量储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，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地储藏和运输。天然种子在生产上受季节的限制，植物在自然状态下一般每年只能繁殖1～2次，有些甚至十几年才繁殖一次,而人工种子的生产则不受季节限制，而且快捷高效。培育人工种子的目的主要是为了使在自然条件下不结实或珍贵的植物得以繁殖，保持其优良的遗传性状。答案:C深化升华天然种子会因有性生殖而引起基因重组，造成某些遗传性状的改变，而人工种子实际是无性生殖，所以可以完全保持优良品种的遗传特性。例2利用植物的茎尖或叶片、茎段等,在无菌条件下，培养在玻璃器皿中人工配制的培养基上,使它发育成完整的植株。这种技术可以用来培育植物新品种，也可以在较短时间内大量繁殖植物,还可以防止植物病毒的危害。下列关于这种技术的叙述，正确的是（)①这种技术利用了植物的全能性②这种技术叫做组织培养，可以克隆生物体③这种技术属于细胞工程的应用领域之一④这种技术是一种无性繁殖的方式A。①B。①②C。①②③D。①②③④解析:植物体细胞都含有该物种的全套遗传信息,所以每个细胞理论上都具有全能性，都有发育成完整生物体的潜能.植物组织培养就是在体外通过人工方法，让植物细胞表现出全能性，是植物细胞工程的一个基础技术手段。因为没有生殖细胞的结合,所以属于无性生殖方式。答案：D例3如下图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管后，在一定的条件下，形成试管苗的培育过程，请据图完成下列问题：（1）要促进细胞分裂生长,培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括___________和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和______________两类植物激素。(2）此过程依据的原理是______________。A和B阶段主要进行的分裂方式是______________，B阶段除了细胞分裂外,还进行细胞______________等。（3）此过程要无菌操作，主要是指对______________进行灭菌消毒。B阶段需要光照,原因是__________________________________________.（4）试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因______________的结果。解析：此题考查对植物组织培养过程、所需条件等方面知识的理解.植物组织培养是将离体的植物组织、器官或细胞接种到经消毒灭菌的培养基中，培养基含有供组织细胞生长发育所需要的无机物和小分子有机物，还有供调节细胞膜分化和再分化的细胞分裂素和生长素.由外植体发育到试管苗，脱分化阶段细胞进行有丝分裂，再分化阶段愈伤组织经细胞有丝分裂和分化形成试管苗，此阶段需要光照，原因是叶中叶绿素的合成需要光照条件。答案：（1）无机物生长素（2)细胞的全能性有丝分裂分化(3）培养