细胞工程的应用

1、21.2植物细胞工程的实际应用,学习导航 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,一、植物繁殖的新途径 1.微型繁殖 (1)概念：用于快速繁殖优良品种的_技术。 (2)属于无性繁殖，能够保持优良品种的遗传性状。,植物组织培养,2.作物脱毒 (1)选材部位：植物_附近的部位，因为此处细胞内病毒极少。 (2)优点：提高作物的产量和品质。 3.人工种子 (1)概念：以植物组织培养得到的_、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过_包装得到的种子。,分生区,胚状体,人工薄膜,(2)优点： 制作周期_。 后代不会发生性状分离，

2、能保持亲本_。 生产不受_的限制，节约土地。,短,优良性状,季节、气候、地域,想一想 1植物繁殖过程中，运用植物组织培养技术的最大优点是什么？ 【提示】能保持亲代的优良遗传性状。,二、作物新品种的培育 1.单倍体育种 (1)育种过程：通过_获得单倍体植株，使用秋水仙素诱导染色体加倍后当年便可得到稳定遗传的优良品种。 (2)优点： 后代是纯合子，能稳定遗传，不会发生性状分离。,花药培养,极大地缩短了_。 2.突变体的利用 (1)产生原因：由于培养细胞一直处于不断的_,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。 (2)利用：从产生的突变体中可以筛选出对人们有用的突变体，

3、进而培育成新品种。,育种年限,分生状态,想一想 2单倍体育种过程中，秋水仙素的作用机理是什么？ 【提示】在细胞分裂过程中，抑制纺锤体的形成，使细胞不能正常分裂，从而使染色体加倍。,三、细胞产物的工厂化生产 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：植物_技术。 3.实例：生产人参皂甙干粉，三七、紫草和银杏的细胞产物也都已经实现了工厂化生产。,组织培养,要点一植物繁殖的新途径 1.微型繁殖 (1)本质：微型繁殖实际上是一种无性繁殖，能保持亲本的一切优良性状，这项技术只运用了植物组织培养技术，因此该过程只涉及有丝分裂，不涉及减数分裂。,(2)优点：使用材料少，培养周期

4、短，繁殖率高，便于自动化管理，有利于进行工厂化培养。 2.人工种子 (1)组成：以胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经人工薄膜包装得到。其中材料的获得采用的技术常常是微型繁殖。,(2)优点： 可使自然条件下不结实或种子昂贵的植物得以繁殖。 可固定杂种优势，即对于具有杂种优势的个体进行植物组织培养获得人工种子，可防止后代出现性状分离。,可人为控制植物的生长发育与抗逆性。在人工胚乳中可加入除草剂、弱病毒、杀菌剂、农药、抑制休眠的物质及对植物生长有益的细菌等，使其具备抗逆性和耐贮性等优良特性，也可添加激素类等物质调节植物的生长发育。,3.作物脱毒 (1)病毒的特点：病毒是寄生性生物，在用种子繁殖或

5、用植物根、茎无性繁殖过程中，种子、根、茎的细胞中可能携带着病毒并传给下一代，使其繁殖的子代感染病毒。 (2)材料的选取：据检测，植物的分生组织细胞中一般是不含病毒的。如果未被病毒感染的植株的分生组织用植物组织培养的方法培育成幼苗，用于生产，可以避免病毒对作物的影响，大大提高作物的产量。,(2012北京四中高二质检)请根据以下材料回答： 人工种子是人们模仿天然种子的结构制造出来的生命有机体，它能像天然种子一样萌发生长。人工种子的核心部分是被外层物包埋的具有类似种子胚功能的胚状体。胚状体不同于一般种子的胚，是由非合子细胞分化形成的类似于胚的结构物，所以又称“体细胞胚”或“花粉胚”。,胚状体在一定的

6、条件下，可以生长发育形成植株。胚状体可从悬浮培养的单细胞中得到,也可以通过试管培养的茎尖、芽尖、子房、花粉等获得。将胚状体包埋在能提供营养的胶质中，便成了所谓的“人工种子”。培育过程如图所示：,(1)人工种子的制备是依据什么原理进行的？_。 (2)包埋胚状体的胶质可看做是种子的哪部分结构？ _。在植物的个体发育中这种结构来自_。,(3)某二倍体植物基因型为DdTt，利用这种生物技术采用花药离体培养的方法，可培育成“花粉胚”，也可制成人工种子。这种种子萌发形成的个体称为_，基因型为_，从生殖类型看属于_生殖。,(4)如果获取的外植体为植物的茎尖，通过的处理可使细胞彼此分离，可加入() A15%的

7、盐酸 B淀粉酶 C果胶酶 D胰蛋白酶 (5)表示脱分化的过程，其实质是_。,表示再分化的过程，其实质是_。,【解析】人工种子培育的原理是细胞的全能性，即生物的体细胞具有发育为完整个体的潜能。据此原理,采用植物组织培养技术,可将单个细胞培育成具有根、芽的胚状体，再将其用人工制造的胚乳包裹，就成为人工种子。在植物的个体发育中，胚乳是由受精极核发育成的。通过花药离体培养，形成的植株是单倍体。基因型为DdTt的植物能产生DT、Dt、dT和dt四种花粉。,花粉是雄蕊的花药产生的，由花粉培育成单倍体的过程，可以看成是有性生殖。植物细胞之间的胞间层主要由果胶质构成，用果胶酶就可以将细胞分离。脱分化的实质是使

8、不分裂的细胞恢复分裂能力，再分化的实质是使分裂的细胞在形态、结构和功能上再次发生变化,这种变化是基因选择性表达的结果。,【答案】(1)细胞的全能性(2)胚乳受精极核(3)单倍体DT、Dt、dT、dt有性(4)C(5)使细胞恢复分裂能力基因的选择性表达，导致了细胞形态、结构和功能的改变,【探规寻律】(1)单倍体育种的过程需要进行花药离体培养，得到染色体减半的单倍体，所以属于有性生殖。 (2)胚状体可以由三种途径产生：a.由已脱分化的外植体直接产生；b.由愈伤组织产生；c.由悬浮细胞培养产生。,变式训练 下图是人工种子的结构简图，对其叙述不正确的是(),A人工种子的胚乳中含有胚状体发育所需要的营养

9、物质，还可以添加农药和植物激素 B人工种子可以工厂化生产，播种人工种子可节省大量的粮食 C人工种子克服了有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题 D人工种子的胚状体还未分化出胚芽、胚轴和胚根等结构,解析：选D。人工种子是经植物组织培养获得具有生根发芽能力的胚状体后，包裹上人工种皮而形成的。在人工种子的胚乳中除了添加种子萌发所需的营养物质外，还可以添加农药、植物激素、固氮菌等。,要点二作物新品种的培育 1.单倍体育种 (1)过程：花药离体培养(对花粉进行组织培养)秋水仙素处理(幼苗期)获得性状稳定遗传的植株。要强调的是：单倍体育种的目的不是获得单倍体本身，因为单倍体是高度不育的，生产上没

10、有实际价值，需诱导单倍体的染色体加倍。,(2)优点 单倍体经过染色体加倍，获得的后代为纯合子，可明显缩短育种年限(一般为2年)。 用单倍体作为转基因的受体，获得的转基因材料经染色体加倍后基因即可纯合，避免了体细胞作为受体导致后代发生性状分离需要多代选择的麻烦。,(3)缺点：技术相当复杂，需要与杂交育种结合，其中的花药离体培养过程需要组织培养技术的支持，多限于植物。 2.体细胞诱变育种 (1)过程,(2)原理：基因突变和植物细胞的全能性。 (3)优点：提高愈伤组织的突变率，可以获得高抗、高产、优质、抗逆的新品种，加快了育种进程。 (4)缺点： 突变不定向，需要处理大量突变材料。 突变少利多害，符

11、合人们需要、有利的品种比较少。,特别提醒单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素诱导染色体数目加倍。单倍体育种需要植物组织培养先形成单倍体幼苗，但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。,下图为几种育种方法示意图,据图回答：,(1)方向所示的途径表示_育种方式，过程所示的育种方法叫做_。 (2)过程中常用的方法是_，过程中最常采用的药剂是_。 (3)过程发生在生物个体发育的_时期，但是，一般发生在_细胞中才具有遗传性。,(4)过程叫_。过程中影响植物根、芽发生的两种激素是_。 (5)由的过程中涉及的生物技术有_。 (6)植物体细胞杂交技术，解决了育种过程中的_问题。,【解析】根据各种育种方法的特点

12、可判断,方向所示的育种方法应为杂交育种；方向所示为单倍体育种方式；方向为通过射线获得新基因，因而为诱变育种；直接获得染色体组加倍的种子或幼苗，则为多倍体育种；方向通过两种植物细胞获得杂种细胞，进而获得新品种的方式为植物体细胞杂交育种。,判断出各育种方式后再具体作答每种育种方式中的要点。如获得单倍体植株的方法是花药离体培养；使染色体加倍常用药剂为秋水仙素；是基因突变的过程，可发生在个体发育的任何时期；获得愈伤组织的过程为脱分化，再分化的过程中要用到生长素和细胞分裂素等。,【答案】(1)杂交多倍体育种 (2)花药离体培养秋水仙素 (3)任何生殖 (4)脱分化生长素和细胞分裂素 (5)植物体细胞杂交技术、植物组织培养技术 (6)远缘杂交不亲和(或生殖隔离),【探规寻律】依据不同育种需求选择不同的育种方法 (1)将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体，可利用杂交育种，亦可利用单倍体育种。 (2)要求快速育种，则运用单倍体育种。,(3)要求大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的性状，可利用诱变育种和杂交育种相结合的方法。 (4)要求提高品种产量，提高营养物质含量，可运用多倍