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2.1.2植物细胞工程的应用学案
【预习新知】
（一）植物繁殖的新途径
1．微型繁殖：
(1)本质：微型繁殖只运用了植物组织培养技术，该过程只涉及有丝分裂，没有减数分裂，因而属于无性繁殖。
(2)优点：使用材料少，培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理，有利于进行工厂化培养。
2．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。
3．人工种子：
(1)组成：由胚状体、人工种皮两部分组成(有的资料上把人工种皮再细分为人工种皮和人工胚乳两部分)。如图：
(2)人工种皮的要求：
①能保持胚状体的活力，即要能透气、透水，含有胚状体发芽所需要的各种营养成分等；
②有利于贮藏、运输和萌发，选取的材料要有韧性，耐压，对胚状体无毒害；
③还应含有农药和杀菌剂，以防播种后害虫及微生物的侵害；
④还要加入能促进胚状体生长和发育的一些植物生长调节剂、有益菌等。
(3)制作人工种皮的材料：海藻酸钠、明胶、树脂、琼脂糖、淀粉等。
(4)胚状体的要求：
①播种后能快速出苗；
②根和芽同步生长，活力强；
③形成的幼苗的形态与生长要正常。
(5)制备流程：
诱导植物愈伤组织的形成
↓
体细胞胚的诱导
↓
体细胞胚的成熟
↓
机械化包装
↓
储藏或种植
(6)优点：
①解决了天然种子在遗传上由于减数分裂引起的重组现象造成的某些遗传性状的改变或繁殖能力差、结子困难等问题。
②实现种子的工厂化生产，克服天然种子在生产上受季节限制的问题，提高农业的自动化程度。
③试管苗的大量贮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，可以很方便地贮藏和运输。
④用人工种子播种可以大大节约粮食。
（二）作物新品种的培育
1．单倍体育种
(1)过程：________(或花粉)离体培养→________植株遗传性状相对稳定的纯合子二倍体植株优良品种。
(2)优点
①后代是纯合子，能________。
②明显缩短了____________。
③进行体细胞诱变育种和研究________的理想材料。
(3)成果
①中国成功培育出世界上第一个单倍体作物新品种——单育1号烟草。
②育成了水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。
2．突变体的利用
(1)产生原因：在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于________的状态，因此它们容易受到________和________(如射线、________等)的影响而________。
(2)利用：从产生突变的个体中筛选出对人们有用的________，进而培育成________。
（三）细胞产物的工厂化生产
1.植物的代谢产物
（1）初生代谢物：初生代谢是生物______和______所必需的代谢活动，初生代谢物有______、脂质、蛋白质、______等。
（2）次生代谢物：次生代谢不是生物生长所必需的，一般在____________或______中，并在一定的______和______条件下才进行。次级代谢物是一类小分子有机化合物（如______、______和____________等）。
2.细胞产物的工厂化生产
由于植物细胞的次生代谢产物含量很低，从植物组织中提取会大量破坏植物资源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到。
（1）概念：利用__________________来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。
（2）植物细胞培养：指在____条件下对________或细胞团进行培养使其增殖的技术。
（3）特点：不占用耕地，几乎不受______、______等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。
【巩固训练】
1.植物细胞工程在很多方面有着广泛的应用。下列相关叙述错误的是( )
A.作物脱毒一般选择植物叶肉细胞进行组织培养
B.快速繁殖技术能够保持植物优良品种的遗传特性
C.紫草宁是利用细胞产物工厂化生产出的一种药物和色素
D.单倍体育种通常需要花药离体培养和人工诱导多倍体，能够缩短育种年限
2.生产中培育香蕉脱毒苗常用的方法是( )
A.人工诱导基因突变 B.选择优良品种进行杂交
C.取茎尖分生组织进行组织培养 D.进行远缘植物体细胞杂交
3.紫花苜蓿是常用的豆科牧草，但易使家畜患鼓胀病：百脉根富含物质X，X可与紫花苜蓿中特定蛋白结合，抑制鼓胀病的发生。为培育抗鼓胀病的苜蓿新品种，我国科学家利用紫花苜蓿和百脉根为材料进行了实验，主要流程如图所示。下列叙述正确的是( )
A.①过程为使用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞形成A、B两种原生质层
B.为确保最终得到的F植株为新品种，可对②过程形成的C进行筛选和鉴定
C.③过程中C的高尔基体活动性增强，D的形成是植物体细胞杂交完成的标志
D.将细胞培养至E阶段即可研究物质X的作用，④过程需进行光照处理
4.下列关于细胞产物的工厂化生产的叙述，错误的是( )
A.细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一
B.植物细胞产物包括蛋白质、脂肪、药物、香料、生物碱等
C.利用细胞培养技术获得紫草素可实现细胞产物的工厂化生产
D.培养的愈伤组织需要经过再分化形成植株后才能产生特定的细胞产物
5.为拯救珍稀植物红豆杉,并同时获得高抗癌活性物质——紫杉醇,某科研小组设计了下图所示的实验流程。下列相关叙述正确的是( )
A. 诱导红豆杉茎尖经过再分化过程形成愈伤组织
B. 紫杉醇是红豆杉基本生命活动必须的
C. 用液体培养基扩大培养愈伤组织生产紫杉醇时，通常要通入无菌空气
D. 同一株植物不同部位的组织细胞经诱导培养获得的植株基因型一定相同
6.如图表示植株A（杂合子Aa）和植株B培育植株①②③④⑤的过程，下列说法正确的是( )
A.培育植株①的过程为单倍体育种，获得的植株为纯合子
B.选择植物的愈伤组织进行诱变处理获得优质的突变体，未体现细胞的全能性
C.需要通过植物组织培养技术获得的植株只有①③④
D.植株①②④⑤与植株A基因型相同的概率分别是0、0、1、0（不考虑基因突变）
7.摇摆式间歇浸没生物反应器通过摆动架的倾斜摆动，使培养液周期性间歇浸没组培苗，实现组培苗的快速生长。相关叙述正确是( )
A.获得组织苗的培养基含有水、无机盐、蔗糖、琼脂和激素等多种营养物质
B.获得组培苗的步骤：外植体→脱分化形成胚状体→再分化形成试管苗
C.间歇摆动提高培养液溶氧量，有利于组培苗进行有氧呼吸，提高生长速度
D.经过间歇浸没培养获得的植株需要消毒后炼苗再移栽到经灭菌处理的土壤中
8.种植型茄子是夏季主要蔬菜之一，容易受到线虫侵染，产量降低。野生型茄子具有抗线虫特性。由于种植型茄子和野生型茄子很难采用杂交育种，某科研小组采用植物体细胞杂交技术培育出了具有两个品种优良性状的新品种。下列相关叙述正确的是( )
A.利用胰蛋白酶或胶原蛋白酶去除细胞壁，获得原生质体
B.种植型茄子和野生型茄子的原生质体融合可用PEG或灭活病毒等诱导
C.杂种细胞经外源植物激素诱导脱分化后，可直接形成杂种植物
D.与种植型茄子的染色体组数目相比，该新品种的染色体组数目增加
9.三白草和鱼腥草因疗效相近且具有叠加效应常被中医用作“药对”。研究者欲利用原生质体融合技术将复方的配伍（两种或两种以上药物配合使用）提前到杂种细胞，并实现有效成分的工厂化生产，操作如图所示。下列有关叙述正确的是( )
A.①过程可用盐酸和酒精混合液（1：1）配制的解离液来完成
B.②过程通常在略高渗溶液中采用灭活病毒诱导原生质体融合
C.③过程融合的原生质体需先形成细胞壁再进行有丝分裂
D.④过程配制培养基时需要添加植物生长调节剂和琼脂
10.植物细胞工程在农业、医药等方面有着广泛应用，并且取得了显著的社会效益和经济效益。下列相关叙述正确的是( )
A.对茎尖脱分化形成的愈伤组织需用射线处理后方可得到脱毒苗
B.可采用诱变处理烟草愈伤组织的方法来获得烟草抗盐碱突变体
C.玉米（2n=20）的花粉经植物组织培养可获得二倍体幼苗
D.若培育的是耐盐植株，则可将获得的试管苗直接移栽于含高盐土壤中进行筛选后，再推广栽培
参考答案
1.答案：A
解析：作物脱毒一般选择植物根尖、茎尖或芽尖等幼嫩部位进行组织培养，A错误；快速繁殖技术能够保持植物优良品种的遗传特性，B正确；紫草宁是利用细胞产物工厂化生产出的一种药物和色素，C正确；单倍体育种通常需要花药离体培养和人工诱导多倍体，能够缩短育种年限，D正确。
2.答案：C
解析：A、植物长期无性繁殖，病毒在体内积累，基因突变不会消除病毒，A错误；B、选择优良品种进行杂交会使子代获得优良性状，不会消除病毒，B错误；C、植物长期无性繁殖，病毒在体内积累，植物的茎尖无毒或病毒极少，可以组织培养获得无病毒植株，C正确；D、进行远缘植物体细胞杂交，细胞内的病毒不会消失，D错误。故选：C。
3.答案：B
解析：A、①是制备原生质体的过程，由于植物细胞壁的成分主要是纤维素和果胶，故过程①需要用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞，A错误；
B、②形成的细胞类型可能有紫花苜蓿-紫花苜蓿型、百脉根-百脉根型、紫花苜蓿-百脉根型等，为确保最终得到的F植株为新品种，可对②过程形成的C进行初步的筛选和鉴定，B正确；
C、③是筛选出杂种细胞的过程，该过程中由于要形成新的细胞壁，故高尔基体的活动增强，植物体细胞杂交完成的标志是形成新植株，而非图中的D形成，C错误；
D、④过程是脱分化过程，该过程需要避光处理，D错误。
故选B。
4.答案：D
解析：A、植物细胞工程技术的应用有植物繁殖的新途径（包括微型繁殖，作物脱毒等）、作物新品种的培育（单倍体育种、突变体的利用）、细胞产物的工厂化生产等，A正确；
B、细胞产物的工厂化生产是指对能够产生对人体有利产物的细胞进行组织培养，让它们能够产生大量的细胞产物。细胞产物有蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等，B正确；
C、紫草素是细胞的代谢产物，利用细胞培养技术获得紫草素，可实现细胞产物的工厂化生产，C正确；
D、培养过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞，产生特定的细胞产物，D错误。
故选D。
5.答案：C
解析：A、诱导红豆杉茎尖经过脱分化过程形成愈伤组织A错误;
B、紫杉醇是次生代谢物，一般不是植物基本生命活动必须的B错误;
C、用液体培养基培养固定在一定空间内的愈伤组织生产紫杉时，需要通入无菌空气有利于细胞进行有氧呼吸，C正确;
D、同一植株不同部位的组织细胞经诱导培养获得的植株基因型不一定相同如由花粉粒培养获得的愈伤组织细胞内染色体数目是正常体细胞的一半，D错误。
故选C。
6.答案：D
解析：A、对植株A（杂合子Aa）的花粉（A或a）经过离体培养得到的植株①单倍体植株（A或a），秋水仙素处理单倍体植株①，获得的植株②（AA或aa）为纯合子，A错误；
B、选择植物的愈伤组织进行诱变处理获得优质的突变体，通过组织培养技术获得植株③，体现了细胞的全能性，B错误；
C、图中需要通过植物组织培养技术获得的植株是①③④⑤，该过程中利用了细胞的全能性，植株②是秋水仙素处理植株①的幼苗得到，没有用到植物组织培养技术，C错误；
D、植株①是通过花药离体培养获得的单倍体植株（A或a），秋水仙素处理得到植株②（AA或aa）；植株③④是通过植物组织培养获得的，其基因型为Aa；植株⑤是通过植物体细胞杂交的方法获得的，其遗传物质是由植株A和植株B组成的，与植株A的基因型不同，因此植株①②④⑤与植株A基因型相同的概率分别是0、0、1、0，D正确。
故选D。
7.答案：C
解析：A、琼脂是凝固剂，不提供营养，A错误；
B、外植体脱分化可以形成愈伤组织，愈伤组织再分化形成胚状体，B错误；
C、间歇摆动提高培养液溶氧量，有利于组培苗进行有氧呼吸，有氧呼吸能为组培苗的生长发育提供能量，因此可以提高生长速度，C正确；
D、植物组织培养是在无菌条件下进行的，经过间歇浸没培养获得的植株不需要消毒处理，D错误。
故选C。
8.答案：D
解析：A、在进行体细胞杂交之前，必须先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体，A错误;
B、进行原生质体间的融合，人工诱导的方法分为物理法和化学法，灭活的病毒适用于动物细胞融合，B错误;
C、杂种细胞经植物组织培养(即脱分化和再分化)获得杂种植物，C错误;
D、新品种是通过植物体细胞杂交技术培育而成，因此，与种植型茄子的染色体组数目相比，该新品种的染色体组数目增加，D正确。
9.答案：C
解析：A、①是去除细胞壁获得原生质体的过程，该过程可用纤维素酶和果胶酶来完成，A错误； B、②过程是诱导原生质体融合的过程，该过程不能用灭活的病毒诱导，灭活的病毒用于诱导动物细胞融合，B错误； C、③过程融合的原生质体需先形成细胞壁成为完整的细胞，再进行有丝分裂，C正确； D、④过程配制的培养基用于培养愈伤组织细胞来获得细胞产物，不需要加入植物生长调节剂，且该培养基为液体培养基，不需要加入琼脂，D错误。
故选：C。
10.答案：B
解析：植物组织培养技术:1、过程:离体的植物组织,器官或细胞(外植体) →愈伤组织→胚状体→植株(新植体)。2、原理:植物细胞的全能性。3、条件:(1)细胞离体和适宜的外界条件(如适宜温度、适时的光照、pH和无菌环境等)。(2)一定的营养(无机、有机成分)和植物激素(生长素和细胞分裂素)。4、植物细胞工程技术的应用:植物繁殖的新途径(包括微型繁殖,作物脱毒、人工种子等)、作物新品种的培育(单倍体育种、突变体的利用)、细胞产物的工厂化生产。

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