植物細胞工程的實際應用

植物細胞工程的實際應用

學習目標

1.舉例說出植物組織培養(yǎng)技術在農業(yè)上的應用。(重、難點)

2.舉例說出植物組織培養(yǎng)技術在細胞產物的工廠化生產領域的應用。(重點)

■_預___習__導__學__，__思__維__啟__動_

國*,韁JIAOCAIDAODU

一、植物繁殖的新途徑(閱讀教材P把?P,o)

途徑優(yōu)點實例

(1)保持優(yōu)良品種的遺傳特性:

微型繁殖微型繁殖蘭花

(2)高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖

作物脫毒提高作物產量和品質脫毒馬鈴薯的培育

(1)后代無性狀分離;

人工種子芹菜、水稻等的胚狀體制成人工種子

(2)不受季節(jié)、氣候和地域的限制

二、作物新品種的培育(閱讀教材Pto)

1.單倍體育種(以二倍體植物為例)

(D方法：花藥的離體培養(yǎng)。

(2)過程

花藥高生工養(yǎng)單倍體植株:善露純合子植株。

(3)優(yōu)點

①后代是純合子，能穩(wěn)定遺傳。

②明顯縮短了育種年限。

2.突變體的利用

(1)原理：基因突變。

(2)產生：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)而易受培

養(yǎng)條件和外界壓力(如射線、化學物質等)的影響而產生突變。

(3)利用：從產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。

三、細胞產物的工廠化生產(閱讀教材P,。?Pu)

1.細胞產物種類：蛋白質、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。

2.技術基礎：植物組織培養(yǎng)技術。

3.實例：我國利用植物組織培養(yǎng)技術實現(xiàn)了大量生產人參皂成干粉;另外，三七、紫

草和銀杏的細胞產物也都已經實現(xiàn)了工廠化生產。

*謝.YUXIFANKUI

?判-判

(1)微型繁殖技術是指植物嫁接技術。(X)

(2)微型繁殖能保持親本的一切性狀。(X)

(3)(2018?泰安高二檢測)作物脫毒時常選取的部位是葉肉細胞。(X)

(4)人工種子是由受精卵發(fā)育而來的。(X)

(5)突變體育種的原理是基因突變.(V)

(6)單倍體育種的目的是獲得單倍體本身。(X)

4_主___題__探__究__，__講__練__互__動__)

主題1植物繁殖的新途徑

YAODIANTANJIU

口探究1微型繁殖

結合蘭花的微型繁殖技術，探究以下問題：

(1)微型繁殖運用了植物組織培養(yǎng)技術。

(2)該過程只涉及有絲分裂，沒有減數(shù)分裂，因而屬于無性繁殖。

□探究2作物脫毒

比較脫毒草莓與未脫毒草莓，探究以下問題：

由■

脫毒草莓未脫毒草薄

(1)脫毒草莓的獲取利用了植物組織培養(yǎng)技術。

⑵制備該脫毒苗時，利用無病毒或病毒極少的莖尖或根尖進行培養(yǎng)。

。探究3人工種子

結合下面人工種子的結構示意圖，探究以下問題：

人工種皮：保持胚狀體的活力和有利于人工

(種子萌發(fā)，所用材料應有韌性、耐壓、

Wy]對胚狀體無毒害作用

匚胚狀體(分生組織)：相當于天然種子的胚，是有

生命的物質結構

-----人工胚乳：供胚狀體維持生命力、保證其在適

宜的環(huán)境條件下生長發(fā)育

⑴胚狀體是人工種子的主要成分，也可以是不定芽、頂芽和腋芽等。

⑵在人工種皮和胚狀體之間應加入人工胚乳，以提供胚狀體發(fā)育時所需要的營養(yǎng)物質

等。

小組討論

（1）為什么微型繁殖技術可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性？

提示：植物的體細胞含有相同的遺傳物質；植物組織培養(yǎng)過程中通過有絲分裂增加細胞

數(shù)目，分裂過程中遺傳物質保持不變。

（2）人工種子萌發(fā)長成的植物是否可育？

提示:若是由花粉（或者三倍體植物的營養(yǎng)器官）發(fā)育來的植株是不可育的;若是由莖尖、

根尖等營養(yǎng)器官發(fā)育來的則可育。

歸細提煉

（1）脫毒苗不等于抗毒苗，脫毒苗是選擇植物的莖尖（剛形成，不含有病毒）進行組織培

養(yǎng)而獲得的，屬于細胞工程的范疇；而抗毒苗是把某抗病基因導入植物細胞，屬于基因工程

的范疇。

（2）可依據(jù)植物組織培養(yǎng)的特點理解各“繁殖新途徑”的優(yōu)點

①根據(jù)植物組織培養(yǎng)“無性繁殖，后代能保持親本優(yōu)良性狀”的特點，理解微型繁殖、

人工種子的優(yōu)點。

②根據(jù)植物組織培養(yǎng)“外植體用量少，培養(yǎng)周期短”的特點，理解微型繁殖、人工種子

的優(yōu)點。

③根據(jù)植物組織培養(yǎng)”取材廣泛，可根據(jù)生產需要取材”的特點，理解作物脫毒的優(yōu)點。

④根據(jù)植物組織培養(yǎng)“在實驗室或工廠進行，可人工控制，不受季節(jié)限制”的特點，理

解微型繁殖、人工種子的優(yōu)點。

MINGTlTUPO

1.下列屬于植物的微型繁殖技術的是（）

A.蘭花的芽尖組織培育成蘭花幼苗

B.水稻種子萌發(fā)并長成新個體

C.桿插的葡萄枝條長成新個體

D.柳樹芽發(fā)育成枝條

解析：選A。微型繁殖技術是快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術，也叫快速繁殖技

術。水稻種子萌發(fā)并長成新個體、柳樹芽發(fā)育成枝條均屬于個體發(fā)育；托插的葡萄枝條長成

新個體屬于無性繁殖中的營養(yǎng)繁殖。

2.下面為番茄植物組織培養(yǎng)過程的流程圖解。以下相關敘述不正確的是（）

植物三葉組b愈傷

組織

脫分化發(fā)生在b步驟，形成愈傷組織，在此過程中要進行避光處理

再分化發(fā)生在d步驟，是愈傷組織重新分化成根或芽等器官的過程

C.從a~e屬于無性生殖過程

D.人工種子可以解決有些作物品種繁殖能力差、結子困難或發(fā)芽率低等問題

解析：選B。從圖中分析可知，b代表的是脫分化，需全程避光，A正確。c表示再分化,

即由愈傷組織形成胚狀體，B錯誤。a?e是由植物葉片細胞通過組織培養(yǎng)獲得人工種子并得

到后代植株的過程，屬于無性生殖，C正確。人工種子是一種人工制造的代替天然種子的顆

粒體，可以直接播種于田間，可解決有些作物品種繁殖能力差、結子困難或發(fā)芽率低等問題,

D正確。

回國回島

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生的，可表現(xiàn)出雙親的遺傳性狀。

主題2作物新品種的培育和細胞產物的工廠化生產

第*YAODIANTANJIU

D探究1單倍體育種

結合單倍體育種過程，探究以下問題:

脫分化愈傷再分化單倍體染色體正常

花藥離體一組織一植株加褶植株

(1)原理：生殖細胞的全能性(花藥離體培養(yǎng)為單倍體植株)：染色體數(shù)目的變異(秋水仙

素誘導單倍體幼苗細胞染色體數(shù)目加倍)。

(2)優(yōu)點：與雜交育種要經過5?6年的連續(xù)篩選相比，單倍體育種明顯縮短育種年限,

加快育種進程。

a探究2突變體的利用

結合誘變產生新品種過程，探究以下問題：

誘變處理

外植體出雪愈傷L織一T-突變體黑?新品種

誘導分化

(1)原理.：基因突變和植物細胞的全能性。

(2)優(yōu)點：提高愈傷組織的突變率,可以獲得抗病、高產、優(yōu)質、抗逆的新品種，加快

了育種進程。

口探究3細胞產物的工廠化生產

下圖為工廠化生產人參皂戒的基本過程。

人參皂成的工廠化生產使產量大大增加

(1)選擇人參根作為外植體進行培養(yǎng)，產生愈傷組織，經過培養(yǎng)選擇找到增殖速度快而

且細胞內人參皂貳含量高的細胞株作為種子。

(2)將(1)選擇的細胞株放在發(fā)酵罐中的適宜培養(yǎng)液中進行液體培養(yǎng)，增加細胞數(shù)量。

(3)將發(fā)酵罐中培養(yǎng)的細胞進行破碎，從中提取人參皂戒。

請結合上述內容完成細胞產物工廠化生產過程：

外植體(離體的植物器官、組織或細胞)脫&士愈傷組織金㈣細胞懸液發(fā)醉厚取細胞

產物。

歸綱提煉

五種生物技術的比較

植物體細胞雜植物基因工程

項目植物組織培養(yǎng)突變體的利用單倍體育種

交育種

基因突變、植花粉細胞的全細胞膜的流動基因重組、植

植物細胞的全

原理物細胞的全能能性、染色體性、植物細胞物細胞的全能

能性

性變異的全能性性

花藥離體培

原生質體融對導入目的基

重要脫分化、再分對愈傷組織誘養(yǎng)、秋水仙素

合、雜種細胞因的植物細胞

步驟化變處理誘導染色體數(shù)

組織培養(yǎng)進行組織培養(yǎng)

目加倍

保持優(yōu)良品種提高突變率，明顯縮短育種克服遠緣雜交克服遠緣雜交

優(yōu)點

的遺傳特性獲得優(yōu)良性狀年限不親和的障礙不親和的障礙

微型繁殖、脫抗花葉病毒的培育“番茄一

舉例毒苗培育、人甘蔗、抗鹽堿單育1號煙草馬鈴薯”雜種轉基因抗蟲棉

工種子培育的野生煙草植株

［高考熱考交匯］

交匯點1常見的育種方式及其原理

(1)雜交育種一一基因重組。

(2)單倍體育種一一染色體數(shù)目變異。

(3)多倍體育種一一。

(4)誘變育種一一。

(5)基因工程育種一一。

(6)植物組織培養(yǎng)一一植物細胞的全能性。

(7)植物體細胞雜交一一。

交匯點2單倍體

(1)特點：單倍體植株長得,而且。

(2)單倍體育種常用的方法：o

(3)單倍體育種的優(yōu)點：。

答案：交匯點1

(3)染色體數(shù)目變異(4)基因突變(5)基因重組(7)細胞膜的流動性和植物細胞的

全能性

交匯點2

(1)弱小高度不育(2)花藥離體培養(yǎng)(3)明顯縮短育種年限

|小?二MINGTlTUPO

1.(2018?常熟高二檢測)下圖是利用某植物(基因型為AaBb)產生的花粉進行單倍體育

種的示意圖，據(jù)圖判斷錯誤的是()

花粉色植株A旦植株B

A.過程②通常使用的試劑是秋水仙素，作用時期為有絲分裂前期

B.通過過程①得到的植株既有純合子又有雜合子

C.過程①屬于植物的組織培養(yǎng)，在此過程中必須使用一定量的植物激素

D.與雜交育種相比，該育種方法的優(yōu)點是能明顯縮短育種年限

解析：選B。該過程是單倍體育種過程，所以①是花藥離體培養(yǎng)，獲得的是單倍體，基

因型為AB、Ab、aB、ab4種，經染色體加倍后的植株B都為純合子；過程②使用秋水仙素

使染色體數(shù)目加倍，作用的機理是抑制有絲分裂前期紡錘體的形成，到后期染色單體分開后

不能向細胞兩極移動；過程①屬于植物組織培養(yǎng)，需要生長素和細胞分裂素的誘導。

2.在植物組織培養(yǎng)過程中，容易獲得突變體的主要原因是()

A.培養(yǎng)的細胞一直處于不斷的分生狀態(tài)

B.培養(yǎng)基營養(yǎng)豐富，易于植物生長

C.紡錘絲的形成容易受抑制

D.DNA復制容易受抑制

解析：選A。在植物組織培養(yǎng)過程中細胞一直處于不斷的分生狀態(tài)，即細胞的分裂能力

很強，細胞在分裂過程中，容易受到外界培養(yǎng)條件和外界壓力（如射線、化學物質等）的影響

而發(fā)生基因突變，對細胞進行植物組織培養(yǎng)，可得到植物體，從這些個體中篩選出突變體,

在突變體中篩選出對人們有用的突變體，進而培育成新品種。

國圖圖因

植物組織培養(yǎng)與植物細胞培養(yǎng)的比較

項目植物組織培養(yǎng)植物細胞培養(yǎng)

目的獲得植物體獲得細胞產物

培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基

外脫分化愈傷細胞培養(yǎng)

外植體脫分化“愈傷組織植體組織

懸浮細胞―

過程再分化

繼代

培養(yǎng)

幼苗^-----胚狀體

細胞產物—細胞群

實例各種轉基因生物、脫毒苗人參皂式的生產

核心知識小結

［答題必備］

o植物組織培養(yǎng)技術不僅可以保持優(yōu)良品種

的遺傳特性，還可以高效快速地實現(xiàn)種苗的

大量繁殖。

?人工種子就是以植物組織培養(yǎng)得到的胚狀

體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經過人

［要點回眸］工薄膜包裝得到的種子，具有易貯藏、運輸、

不受季節(jié)、氣候等限制的優(yōu)點。

植許繁［作物新品,［細胞產物的?單倍體育種通過花藥離體培養(yǎng)獲得單倍體

、殖新途徑［種的培育J［工廠化生產

植株，染色體加倍后當年便可獲得穩(wěn)定遺傳

口型］［作物］I'xift單'倍性蛔（應用）

舞越廊祠ISWMJ僮闌的優(yōu)良品種，極大地縮短了育種年限。

O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)，因此容易受到培

養(yǎng)條件和外界壓力的影響而發(fā)生突變。

?利用植物組織培養(yǎng)技術可獲得的細胞產物

包括蛋白質、脂肪、糖類、藥物、香料、生

物堿等。

知能演練，輕巧奪冠I即時訓臻，旗驗成功」

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［隨堂檢測］

1.（2018?揚州高二檢測）通過植物組織培養(yǎng)技術繁育農作物，其優(yōu)點不包括（）

A.加快繁育速度B.保持親本優(yōu)良性狀

C.培育出無病毒植株D.改變植物的基因型

解析：選D。植物組織培養(yǎng)技術