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退出目录2.1.2植物细胞工程的实际应用退出目录课前预习导学目标导航学习目标重点难点列举植物细胞工程的实际应用。植物细胞工程应用的实例。退出目录预习导引一、植物繁殖的新途径1.微型繁殖(1)概念:快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。(2)特点:可保持优良品种的遗传特性,高效快速地实现种苗的大量繁殖。2.作物脱毒(1)病毒危害:作物感染的病毒很容易通过扦插、嫁接等无性繁殖方式传播给后代。病毒在作物体内逐年积累,就会导致作物产量降低,品质变差。(2)方法:选择植物无毒的茎尖组织培养获得脱毒苗。原因是分生区附近的病毒极少,甚至无病毒。退出目录3.人工种子(1)概念: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。(2)优点:①后代无性状分离,可以保持种苗的优良遗传特性。②不受季节、气候和地域的限制。二、作物新品种的培育1.单倍体育种(1)方法:花药离体培养→单倍体植株→秋水仙素处理→纯合子植株。(2)优点:①后代是纯合子(填“纯合子”或“杂合子”),能稳定遗传。②明显缩短了育种年限。2.突变体的利用(1)产生原因:在植物组织培养过程中,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。退出目录(2)利用: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1.细胞产物的种类:蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。2.技术: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甙干粉;另外三七、紫草和银杏的细胞产物也都已实现了工厂化生产。退出目录预习交流20世纪80年代,科学家利用植物组织培养技术制造出了神奇的人工种子,就是用人工种皮包裹胚状体顺利生长成小植株。(1)什么是胚状体?提示:胚状体是指在组织培养过程中,在植物组织块或愈伤组织上产生的一种结构,它与正常受精卵发育形成的胚有类似的结构和发育过程。(2)人工种皮应含有哪些物质?提示:适量的养分、无机盐、有机碳源以及抗生素等。为了促进胚状体的生长发育,还可以向人工种皮中加入一些植物激素。(3)人工种子萌发形成的幼苗有什么优点?提示:①不发生性状分离。②不受季节、气候、地域的限制。退出目录课堂合作探究退出目录问题导学一、微型繁殖和作物脱毒活动与探究1.什么是微型繁殖?提示:微型繁殖是快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。其分裂方式是有丝分裂,亲子代细胞内DNA不变。所以能够保证亲子代遗传特性不变,能保持亲本的一切优良性状。微型繁殖也是一种无性繁殖。2.人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化育苗生产,这是利用了该项技术的哪些特点?提示:植物微型繁殖技术具有高效性和可以保持种苗的优良遗传特性的优势。工厂化大规模育苗生产正是利用了植物微型繁殖技术的这两方面优势。利用植物微型繁殖技术可以在短时间内获得大量的优质种苗。3.如何进行无病毒植株的培育?提示:切取一定大小的茎尖进行植物组织培养,再生的植株就有可能不带病毒,从而获得脱毒苗。退出目录迁移与应用利用植物的茎尖或叶片、茎段、花药、花粉等,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细胞的全能性②这种技术叫作组织培养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退出目录(1)微型繁殖就是用于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。繁殖过程中的分裂方式是有丝分裂,亲、子代细胞内DNA不变,所以能够保证亲、子代遗传特性不变。(2)作物脱毒是利用茎尖、根尖等无毒组织,进行微型繁殖,由于微型繁殖操作过程必须在无菌条件下进行,所以所获幼苗是无毒的。退出目录二、人工种子活动与探究1.什么是人工种子?它们具有哪些优点?提示: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。人工种子可以完全保持优良品种的遗传特性,生产上不受季节、气候、地域的限制。2.人工种子的组成是怎样的?提示:(1)人工种子的主要成分是植物组织培养得到的胚状体(或不定芽、顶芽和腋芽等),相当于种子的胚。(2)人工种皮:作用:人工种皮能保持胚状体的活力,有利于贮藏、运输和萌发,相当于真实种皮。退出目录3.在人工种子中,人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分,请探讨人工种皮中应该具有的有效成分是什么?为了促进胚状体的生长发育,还可以向人工种皮中加入哪些物质?提示:针对植物种类和土壤等条件,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。为了促进胚状体的生长发育,还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。退出目录迁移与应用对人工种子正确的解释是()。A.通过科学手段人工合成的种子B.种皮能够自我生成C.利用植物组织培养获得的种子D.人工种子发芽率低解析:人工种子是用植物组织培养的方法,诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状体,经过人工薄膜包装得到的种子,是植物组织培养的一个应用。答案:C退出目录(1)人工种皮①选材及要求:人工种皮是指人工种子外层的薄膜。制作人工种皮的材料有海藻酸钠、明胶、树脂、琼脂糖、淀粉等。选取的材料要有韧性,耐压,对胚状体无毒害。②营养液:含有胚状体发芽所需要的营养成分或植物激素,还应含有杀菌剂,以防播种后微生物的侵害,相当于种子的子叶或胚乳。(2)人工种子的优点①可提高植物的繁殖能力:可使自然条件下不结实或种子昂贵的植物得以繁殖。②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。③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)人工种子存在的问题①植物产生胚状体能力弱,难以形成同步化的有强活力的胚状体。②成本较高;运输、贮藏以及机械化播种问题也未解决。退出目录三、单倍体育种和细胞产物的工厂化生产活动与探究1.单倍体育种的基本步骤及优点是什么?提示:(1)单倍体育种的基本步骤:第一年:杂交,把需要的一些优良性状通过杂交组合到同一植株上。第二年:①取上年所得植株的花药进行离体培养,得到单倍体幼苗;②然后用秋水仙素处理,使染色体数目加倍,最后得到纯合子;③通过筛选获得所需要的类型。(2)优点:可明显缩短育种年限,只需两年就能培育成符合要求的新品种。退出目录2.工厂化生产人参皂甙的基本过程是怎样的?提示: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,其中一部分作为种子保存,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。退出目录3.植物组织培养与植物细胞培养的区别是什么?提示:(1)含义不同:植物组织培养是指在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下,把植物离体的器官、组织或细胞培养成完整的植物体。而植物细胞培养是将组织培养过程中形成的愈伤组织或其他易分解的组织置于液体培养基中,进行悬浮培养,得到分散游离的悬浮细胞,通过继代培养使细胞增殖,从而获得大量的细胞群体的一种技术。(2)目的不同:植物组织培养的目的是得到更多的植物体,而植物细胞培养的目的是获得人类所需要的细胞代谢产物。退出目录迁移与应用下面是植物组织培养的简略过程。请据此完成下列问题。①→脱分化→②→再分化→③→④(1)①表示,它能被培养成④的根本原因是。(2)②表示。(3)若想制造人工种子,应该选择(写编号)。(4)若①是花药,则④是,这项技术可用在上。(5)若①是胡萝卜根尖细胞,则培养成的④的叶片的颜色是,这说明根尖细胞。退出目录解析:离体的植物器官、组织或细胞之所以能发育成一个完整个体是因为植物细胞具有全能性。经脱分化后形成的是愈伤组织。要制造人工种子,需培养至胚状体阶段。花药离体培养形成的是单倍体植株,可用于单倍体育种。细胞内含有与叶绿体形成有关的基因,所以试管苗的叶片是绿色的。答案:(1)离体的植物器官、组织或细胞植物细胞的全能性(2)愈伤组织(3)③(4)单倍体植株单倍体育种(5)绿色含有与叶绿体形成有关的基因退出目录(1)植物组织培养可以进行快速繁殖的原因植物组织培养到愈伤组织的阶段,细胞进行有丝分裂,细胞呈几何级数增长从而获得大量的组织细胞,然后不断地分割、移瓶,诱导再分化形成新植株。(2)植物组织培养的目的不同,培养阶段不同若培育人工种子,则培养到胚状体阶段;若提取细胞产品,则一般培养到愈伤组织阶段;若培育新个体,则应培育到试管苗阶段。退出目录当堂检测退出目录1.下列不属于植物细胞工程的应用的是()。A.培育人工种子B.获得脱毒草莓C.利用微型繁殖技术培育杨树D.水稻杂交育种解析:因为在水稻杂交育种的过程中,不存在植物组织培养过程,也不涉及植物体细胞杂交,故杂交育种不属于植物细胞工程的实际应用。答案:D退出目录2.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.扦插的葡萄枝长成新个体D.柳树芽发育成枝条解析:水稻种子萌发并长成新个体、柳树芽发育成枝条是生物的个体发育;扦插的葡萄枝条长成新个体属于无性生殖中的营养生殖。答案:A退出目录3.下面为植物组织培养过程流程图解,以下相关叙述不正确的是()。植物叶片叶组织块愈伤组织有生根发芽能力的胚状结构人工种子种苗A.上述过程中脱分化发生在b步骤,形成愈伤组织,在此过程中植物激素发挥了重要作用B.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.从叶组织块到种苗形成的过程说明番茄叶片细胞具有全能性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:d过程是将有生根发芽能力的胚状结构包上人工薄膜(人工种皮)的过程,该结构已经有了芽和根的分化。答案:B退出目录4.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:在植物组织培养过程中,由于培养的细胞一直处于不断的分生状态,容易受一些条件的影响而产生突变。答案:A退出目录5.人参的主要有效成分为人参皂甙和黄酮类物质,具有抗衰老、抗疲劳、抗肿瘤、提高免疫力、调节内分泌系统等功能。若大量、快速生产人参皂甙干粉和黄酮类物质需借助下列哪项生物技术?()A.基因工程B.诱变育种C.植物组织培养D.植物体细胞杂交解析:人参皂甙干粉是通过植物组织培养技术获得的。答案:C