人教版選修3 2.1.2 植物細胞工程的實際應用 學案.doc

2.1.2植物細胞工程的實際應用一、植物繁殖的新途徑1微型繁殖(1)概念：用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)。(2)優(yōu)點(3)實例：蘭花、生菜、楊樹以及無子西瓜試管苗的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。2作物脫毒(1)取材：無病毒的莖尖組織。(2)優(yōu)點：提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。(3)實例：脫毒馬鈴薯、草莓、甘蔗、菠蘿和香蕉等的培育。3人工種子(1)概念：以植物組織培養(yǎng)獲得的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經(jīng)過人工薄膜包裝得到的種子。(2)人工種子在適宜條件下可萌發(fā)長成幼苗。(3)實例：將芹菜、花椰菜、桉樹和水稻等的胚狀體制成人工種子。二、作物新品種的培育和細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)1作物新品種的培育(1)單倍體育種原理：細胞的全能性和染色體變異。過程：花藥單倍體植株純合子植株。優(yōu)點：a后代是純合子，能穩(wěn)定遺傳。b明顯縮短了育種年限。實例：單育1號煙草、京花1號小麥等。(2)突變體的利用產(chǎn)生：在植物的組織培養(yǎng)過程中，由于培養(yǎng)細胞一直處于不斷的分生狀態(tài)，因此容易受培養(yǎng)條件和外界壓力(如射線、化學物質(zhì)等)的影響而產(chǎn)生突變。利用：從產(chǎn)生突變的個體中篩選出對人們有用的突變體，進而培育成新品種。實例：抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的野生煙草、抗除草劑的白三葉草等。2細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)(1)細胞產(chǎn)物的種類：蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。(2)技術(shù)基礎(chǔ)：植物組織培養(yǎng)技術(shù)。(3)實例：我國利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)實現(xiàn)了大量生產(chǎn)人參皂甙干粉；另外，三七、紫草和銀杏的細胞產(chǎn)物也都已經(jīng)實現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)。共研探究植物細胞工程作為一門新興的生物技術(shù)，已經(jīng)普遍應用于社會生產(chǎn)的方方面面。下面圖示都利用了植物組織培養(yǎng)，觀察并回答問題。1微型繁殖(圖1)(1)概念：用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)。(2)特點：無性繁殖，能夠保持種苗的優(yōu)良遺傳特性。選取材料少。繁殖速度快，周期短。不受季節(jié)、氣候、自然災害等因素的影響?？蓪崿F(xiàn)工廠化生產(chǎn)。2作物脫毒(圖2)(1)取材：無病毒的莖尖組織。因為在植物分生區(qū)附近，細胞分裂十分迅速，病毒來不及侵入。(2)圖2所示脫毒草莓產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良，如果將未被病毒感染的植株的分生組織用植物組織培養(yǎng)的方法培育幼苗，用于生產(chǎn)，可以避免病毒對作物的影響，大大提高作物的產(chǎn)量。3人工種子(1)概念：以通過植物組織培養(yǎng)的方法獲得的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，外面包被上人工薄膜，在適宜的條件下可以發(fā)芽長成幼苗的種子。(2)結(jié)構(gòu)：由胚狀體、作為保護性外殼的人工種皮和提供發(fā)育所需營養(yǎng)的人工胚乳組成。如圖所示：(3)在人工種子中，人工種皮是保證包裹在其中的胚狀體順利生長成小植株的關(guān)鍵部分。針對植物種類和土壤等條件，在人工種子的包裹劑中還可以加入適量的養(yǎng)分、無機鹽、有機碳源以及農(nóng)藥、抗生素、有益菌等。為了促進胚狀體的生長發(fā)育，還可以向人工種皮中加入一些植物生長調(diào)節(jié)劑。(4)優(yōu)點屬于無性生殖，無天然種子因有性生殖引起的基因重組而發(fā)生性狀分離的現(xiàn)象。生產(chǎn)上不受季節(jié)、氣候和地域的限制。提高植物的繁殖能力?？扇藶榭刂浦参锏纳L發(fā)育與抗逆性。便于貯存和運輸?？偨Y(jié)升華1作物脫毒、人工種子(1)作物脫毒主要是強調(diào)組織培養(yǎng)的取材一定是無毒的(如莖尖、根尖)，這樣才能繁殖出無毒的幼苗。(2)人工種子人工種子的培育也是采用組織培養(yǎng)技術(shù)，但是只需培育得到胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等材料，包上人工種皮就可形成人工種子。人工種皮含有胚狀體發(fā)芽所需要的營養(yǎng)成分或植物激素，還應含有殺菌劑，以防播種后微生物的侵害，相當于種子的子葉或胚乳。人工種子發(fā)芽得到的幼苗能保持親本的優(yōu)良性狀，另外還不受氣候、季節(jié)和地域的限制。2人工種子與天然種子的區(qū)別(1)人工種子是通過植物組織培養(yǎng)產(chǎn)生的，屬于無性繁殖，可保持親本的優(yōu)良性狀。(2)自然種子是通過有性生殖產(chǎn)生的，可表現(xiàn)出雙親的遺傳性狀。對點演練1下面對人工種子的敘述不正確的是()a人工種子的胚乳中含有胚狀體發(fā)育所需的營養(yǎng)物質(zhì)，還可以添加農(nóng)藥和植物激素b人工種子可以工業(yè)化生產(chǎn)，播種人工種子可節(jié)省大量的糧食c人工種子克服了有些作物品種繁殖能力差，結(jié)種困難或發(fā)芽率低等問題d人工種子的胚狀體還未分化出胚芽、胚軸和胚根等結(jié)構(gòu)解析：選d人工種子是經(jīng)植物組織培養(yǎng)獲得具有生根發(fā)芽能力的胚狀結(jié)構(gòu)后，包裹人工種皮而形成的。在人工種子胚乳中，除了添加種子萌發(fā)所需的營養(yǎng)物質(zhì)外，還可添加農(nóng)藥、植物激素、固氮菌等。共研探究1作物新品種的培育除傳統(tǒng)的雜交育種外，還有單倍體育種、人工誘變育種、基因工程育種等。在單倍體育種領(lǐng)域，科學家成功地培育出中花8號、11號水稻和京花1號小麥等作物新品種。觀察圖示，回答相關(guān)問題：(1)中花11號水稻是單倍體育種的成就，其育種原理是染色體變異。(2)單倍體育種過程中，用秋水仙素誘導染色體加倍，原理為秋水仙素抑制紡錘體的形成，細胞不能正常分裂，從而使染色體數(shù)目加倍。(3)請用箭頭和文字表達單倍體育種的過程。提示：花藥離體培養(yǎng)愈傷組織單倍體植株正常植株(4)在植物組織培養(yǎng)過程中，愈傷組織階段容易發(fā)生突變得到突變體。(5)突變體育種的原理是基因突變或染色體變異，誘變育種的原理為基因突變。誘變育種屬于突變體育種的一種。2組織培養(yǎng)技術(shù)除了在農(nóng)業(yè)上的應用外，還廣泛應用于細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。這些細胞產(chǎn)物包括蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。觀察下圖回答相關(guān)問題：(1)完善細胞產(chǎn)物工廠化生產(chǎn)流程外植體(離體的植物器官、組織或細胞)愈傷組織細胞懸液細胞產(chǎn)物(2)思考工廠化生產(chǎn)人參皂甙的基本過程，回答相關(guān)問題。選擇人參根作為外植體進行培養(yǎng)，產(chǎn)生愈傷組織，經(jīng)過培養(yǎng)選擇找到增殖速度快而且細胞內(nèi)人參皂甙含量高的細胞株作為種子。將第一步選擇的細胞株放在發(fā)酵罐中的適合培養(yǎng)液中進行液體(填“液體”或“固體”)培養(yǎng)，增加細胞數(shù)量。將發(fā)酵罐中培養(yǎng)的細胞進行破碎，從中提取人參皂甙。(3)根據(jù)生產(chǎn)的目的不同，植物組織培養(yǎng)的階段不同：若獲得人工種子，則培養(yǎng)到胚狀體階段。若提取細胞產(chǎn)物，則培養(yǎng)到愈傷組織階段。若培養(yǎng)新個體，則培育到試管苗階段。(4)我國利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)實現(xiàn)了細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)，如人參皂甙、三七、紫草和銀杏。總結(jié)升華1單倍體育種、基因工程育種和植物細胞工程育種的比較單倍體育種基因工程育種植物細胞工程育種原理染色體變異、植物細胞的全能性基因重組植物細胞的全能性方法選擇親本有性雜交f1產(chǎn)生的花粉離體培養(yǎng)獲得單倍體植株誘導染色體加倍獲得可育純合子選擇所需要的類型提取目的基因構(gòu)建基因表達載體導入受體細胞基因表達篩選出符合要求的新品種去細胞壁細胞融合組織培養(yǎng)優(yōu)點明顯縮短育種年限，加速育種進程；全是純合子，后代不發(fā)生性狀分離不受種屬限制，可根據(jù)人類的需要，有目的地進行克服遠緣雜交的不親和性，有目的地培育優(yōu)良品種缺點技術(shù)較復雜，需與雜交育種結(jié)合，多限于植物可能會引起生態(tài)危機，技術(shù)難度大技術(shù)復雜，難度大2單倍體育種與多倍體育種的異同(1)相同點：單倍體育種和多倍體育種均需要用秋水仙素誘導染色體數(shù)目加倍。(2)不同點：單倍體育種需要植物組織培養(yǎng)先形成單倍體幼苗，但多倍體育種一般不使用植物組織培養(yǎng)技術(shù)。3植物組織培養(yǎng)與植物細胞培養(yǎng)的區(qū)別(1)含義不同：植物組織培養(yǎng)是指在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件的作用下，把植物離體的器官、組織或細胞培養(yǎng)成完整的植物體。而植物細胞培養(yǎng)是將組織培養(yǎng)過程中形成的愈傷組織或其他易分散的組織置于液體培養(yǎng)基中，進行懸浮培養(yǎng)，得到分散游離的懸浮細胞，通過繼代培養(yǎng)使細胞增殖，從而獲得大量的細胞群體的一種技術(shù)。(2)目的不同：植物組織培養(yǎng)的目的是得到更多的植物體，而植物細胞培養(yǎng)的目的是獲得人類所需要的細胞代謝產(chǎn)物。對點演練2如圖列舉了幾種植物的育種方式，請據(jù)圖回答相關(guān)問題：(1)甲育種方式稱為_。(2)通過丁方式可以獲得脫毒苗，培養(yǎng)過程中c常常取用莖尖的原因是_。(3)乙方式通常用射線處理植物的愈傷組織能獲得較好效果，原因是_。(4)丙方式將外源目的基因?qū)胧荏w植物細胞，最常采用的方法是_。(5)甲、丙兩種育種方式與傳統(tǒng)雜交育種相比，其優(yōu)點是_。解析：(1)由a、b兩種細胞通過一定的技術(shù)手段獲得c，屬于植物體細胞雜交，能克服遠緣雜交不親和的障礙。(2)植物分生區(qū)附近(如莖尖)的病毒極少，甚至沒有病毒，因此常用莖尖組織培養(yǎng)技術(shù)獲得脫毒苗。(3)由于愈傷組織一直處于不斷分裂的狀態(tài)，容易受到培養(yǎng)條件和外界壓力(如射線、化學物質(zhì)等)的影響而發(fā)生突變。(4)將外源