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2.1.2 植物细胞工程的应用学案
【学习目标】
1.通过对植物细胞工程应用实例的分析，了解这些应用涉及的技术流程和应用的优势。
2.认同植物细胞工程在生产实践中具有重要的应用价值。
【学习重难点】
1．简述微型繁殖技术。
2．理解掌握利用植物组织培养的技术培养脱毒苗和人工种子。
3．理解植物组织培养技术在细胞产物的工厂化生产领域的应用。
【预习新知】
植物繁殖的新途径
1．快速繁殖
(1)概念：用于快速繁殖优良品种的____________技术，也叫作________技术。
(2)特点
①高效、快速地实现种苗的________。
②无性繁殖，保持优良品种的________。
③可实现工厂化________生产。
2．作物脱毒
(1)选材部位：植物顶端____________。
(2)选材原因：植物顶端____________(如茎尖)的病毒极少，甚至________。
(3)实例：目前采用________培养技术来脱去病毒，已在________、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。
答案：
1．(1)植物组织培养　微型繁殖
(2)①大量繁殖　②遗传特性　③规模
2．(1)分生区附近
(2)分生区附近　无病毒
(3)茎尖组织　马铃薯
作物新品种的培育
1．单倍体育种
(1)原理： 和 。
(2)过程：花药(或花粉) 优良品种。
(3)优点：
①子代是能 的纯合子。
②极大地缩短了 。
③是进行 和研究 的理想材料。
(4)实例
①世界上第一个单倍体作物新品种—— 。
②单倍体育种与常规育种相结合的新品种：水稻、 、油菜、 和甜椒等。
2．突变体的利用
(1)原理：在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到
(如 等)的影响而产生突变。
(2)利用：筛选出有用的 ，培育新品种。如培育抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体。
(3)实例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。
细胞产物的工厂化生产
(1)次生代谢物
①定义：植物代谢产生的，一般认为不是植物 的产物。
②本质： ，如酚类、萜类和含氮化合物等。
③作用：在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，还是药物、香料和色素等的重要来源。
(2)技术： ，指在离体条件下对 进行培养使其 的技术。
(3)实例：人参、三七、紫草和红豆杉的细胞产物都已实现工厂化生产。
(4)优势：不占用耕地，几乎不受 等的限制，因此对于 保护具有重要意义。
【巩固训练】
1.利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖，可获得植物细胞的某些次生代谢物。下列说法正确的是( )
A.利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物
B.植物细胞体积小，故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产
C.次生代谢物是植物所必需的，但含量少，应选择产量高的细胞进行培养
D.该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量
2.栽培稻甲产量高、品质好，但每年只能收获一次。野生稻乙种植一次可连续收获多年，但产量低。中国科学家利用栽培稻甲和野生稻乙杂交，培育出兼具两者优点的品系丙，为全球作物育种提供了中国智慧。下列叙述正确的是( )
A.培育品系丙的过程是生物多样性间接价值的体现
B.若用植物体细胞杂交技术培育品系丙，则其生殖方式属于无性生殖
C.品系丙也能表现出抗病抗倒伏的优点
D.品系丙与甲、乙相比，已经成为一个新物种
3.植物次生代谢产生的一类种类繁多、含量一般较少的有机化合物，称为次生代谢物。有些次生物质如植物激素，作为生长发育的调节物是生命的重要物质；有些作为引诱剂、驱避剂、拒食剂和抗生物质在生态学上有重要意义。植物A是一种绿色开花植物，产生的次生代谢物甲具有一定抗癌效果。以此植物为材料，可通过植物细胞工程获得甲用于抗癌。下列说法合理的是( )
A.次生代谢物发挥作用后都可以被再利用
B.应对植物A的外植体组织块做彻底灭菌处理
C.利用植物A形成的愈伤组织细胞提取甲受天气限制较小
D.该过程用到的原理是植物细胞的全能性
4.通过植物细胞工程技术，可利用甲高产不耐盐、乙低产耐盐的两种二倍体植物培育高产耐盐的杂种植株，实验流程如图所示。下列叙述正确的是( )
A.①通常将植物细胞置于含纤维素酶和果胶酶的低渗溶液中处理
B.②到③的过程中，杂种细胞内高尔基体和线粒体活动明显增强
C.由④到目的植株需进一步筛选的原因是④中含有高产不耐盐品种
D.目的植株相对于甲、乙而言发生了染色体数目变异导致植株不可育
5.紫草宁是从紫草细胞中提取的一种次生代谢物，具有抗菌、消炎和抗肿瘤的作用。科研人员通过植物细胞培养的方法，实现了紫草宁的工厂化生产。下列叙述正确的是( )
A.紫草宁不是紫草生长和生存所必需的物质
B.紫草宁的工厂化生产主要是通过提高单个细胞中紫草宁的含量来提高产量的
C.紫草细胞脱分化形成愈伤组织的过程中基因发生了改变
D.紫草宁的工厂化生产需要将紫草细胞培养成完整的幼苗
6.为获得大量次生代谢物，科学家发明了用于植物细胞悬浮培养的生物反应器。其中搅拌式生物反应器通过机械搅拌使细胞悬浮，并能调控反应器中的温度和 pH，培养多种植物细胞。下列说法正确的是( )
A.次生代谢物在植物的整个生命过程中一直在合成
B.实验中可以利用胰蛋白酶等处理愈伤组织，获得悬浮细胞
C.植物细胞培养的方式几乎不受季节、天气等因素的限制
D.通过搅拌增加了溶解氧含量，提高了单个细胞中次生代谢物含量
7.花椰菜易受黑腐病病原菌的危害而患黑腐病，野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定剂量的紫外线照射黑芥原生质体可使其染色体片段化，并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合，可获得抗黑腐病杂种植株，流程如图。据图分析，下列叙述错误的是( )
A.原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇，其作用是有利于保持原生质体的完整性
B.融合的活细胞中叶绿体的存在可作为初步筛选杂种细胞的标志
C.原生质体经过细胞壁再生，进而脱分化和再分化形成愈伤组织
D.对杂种植株进行黑腐病病原菌接种实验，可筛选出具有抗黑腐病能力的杂种植株
8.人参皂苷是人参的次级代谢产物，具有增强免疫力、改善心血管功能、抗氧化、抗肿瘤等功能。如图为利用植物细胞培养技术工业化生产人参皂苷的流程。下列相关叙述正确的是( )
A.过程①不需要光照，细胞不发生基因的选择性表达
B.可利用培养的动物癌细胞来检测人参皂苷的抗癌活性
C.人参皂苷属于次级代谢产物，为人参生命活动所必需
D.过程②利用了细胞分裂的原理，体现了细胞的全能性
9.朱顶红是我国近年来从国外大量引种并进行推广的新潮花卉，但其种苗昂贵。科研人员以朱顶红曼谷玫瑰无菌芽基部为外植体，通过植物组织培养获得了大量脱毒苗，过程如图所示。下列相关分析正确的是( )
A.①过程需用无水乙醇和次氯酸钠对外植体进行消毒
B.②过程中不存在基因的选择性表达，③④过程中存在
C.③过程需要提高细胞分裂素比例以诱导芽的分化
D.经植物组织培养技术培养出的脱毒植株可以抗病毒
10.紫草富含一种红色的次生代谢物——紫草宁，具有抗菌、消炎的功效。科研人员利用紫草新生的营养芽经过脱分化获得愈伤组织，再使用液体培养基进行细胞悬浮培养，以获得大量紫草宁。下列和关叙述正确的是( )
A.作为外植体的营养分需要进行高温灭菌处理
B.愈伤组织悬浮振荡培养时加入胰蛋白酶有利于分散成单细胞
C.获取紫草宁是利用了植物细胞增殖的原理
D.紫草宁是紫草生长和生存所必需的物质
参考答案
1.答案：A
解析：植物细胞的次生代谢物含量很低，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到，可通过植物组织培养技术来获得目标产物，这就是细胞代谢产物的工业化生产，A正确，B错误;次生代谢物不是植物生长所必需的，C错误;植物细胞培养的目的是促进细胞增殖，产生更多能产生所需次生代谢物的细胞，而不是提高单个细胞中次生代谢物的含量，D错误。
2.答案：B
解析：A.生物多样性的直接价值体现在食用、药用、文学艺术创作、科学研究等，A错误；
B.植物体细胞杂交是以原生质体培养为基础，人工诱导使不同亲本原生质体融合，并通过对异核体的培养产生体细胞杂种的技术。从生殖方式看属于无性生殖，B正确；
C.用甲和乙作为培育品系丙的材料，甲和乙的抗病抗倒伏特性未知，所以丙不一定有抗病抗倒伏的优点，C错误；
D.判断是否是新物种要看丙与甲、乙是否存在生殖隔离，这是判断物种的唯一标准，D错误。
故选B。
3.答案：C
解析：
4.答案：B
解析：A、①是利用纤维素酶和果胶酶获取原生质体的过程,该过程需要在等渗透液中进行,以维持原生质体的形态和功能,A错误;B、②到③的过程是融合细胞再生细胞壁的过程,而高尔基体与植物细胞壁的形成有关,线粒体可为该过程提供能量,故杂种细胞内高尔基体和线粒体活动明显增强,B正确;C、④是筛选获得的具有耐盐特性的胚状体,但不能确定其是高产还是低产,故需要进一步筛选,C错误;D、甲、乙是二倍体植株,通过体细胞杂交技术获得的目的植株是四倍体,是可育的,D错误。故选B。
5.答案：A
解析：
A.紫草宁是次生代谢产物，不属于紫草生长和生存所必需的物质，A正确。
B.紫草宁的工厂化生产是通过植物细胞培养使细胞增殖来提高产量，B错误。
C.紫草细胞脱分化形成愈伤组织的过程中发生脱分化，而不是基因发生了改变，C错误。
D.紫草宁的工厂化生产通过植物细胞培养使细胞增殖来提高产量，不需要培养成 整植株，D错误。
6.答案：C
解析：A、次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行，A错误； B、实验中可以利用纤维素酶和果胶酶等处理愈伤组织，分解植物细胞壁，获得悬浮细胞， B错误； C、植物细胞培养的方式几乎不受季节、天气等因素的限制，具有快速、高效、不受季节、外部环境等条件的限制的特点，C正确； D、搅拌式生物反应器通过机械搅拌使细胞悬浮，并能调控反应器中的温度和H，即搅拌促进了细胞生长的条件，促进了细胞增殖，从而提高了次生代谢物总量，而非单个细胞中次生代谢物含量，D错误。
7.答案：C
解析：A、原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇，其作用是维持一定的渗透压，保持原生质体的形态，A正确；B、用于融合的细胞，一个是花椰菜的根细胞，一个是黑芥苗的叶肉细胞，其中后者特有的结构为叶绿体，故融合的细胞中叶绿体的存在可作为初步筛选杂种细胞的标志，B正确；C、原生质体经过细胞壁再生，进而脱分化形成愈伤组织，C错误；D、对杂种植株接种黑腐病菌，能正常生长的即为具有抗黑腐病能力的杂种植株，D正确。故选C。
8.答案：B
解析：A、过程①为脱分化，不需要光照，细胞发生基因的选择性表达，A错误；B、分析题意，人参皂苷具有抗肿瘤等功能，可利用培养的动物癌细胞来检测人参皂苷的抗癌活性，B正确；C、人参皂苷属于次级代谢产物，但不是人参基本生命活动所必需，C错误；D、细胞全能性是发育为完整植株或分化为其他各种细胞的能力，过程②利用细胞分裂的原理，但未体现细胞具有全能性，D错误。故选B。
9.答案：C
解析：A、外植体消毒应用70%酒精，A错误； B、②过程为脱分化过程，③④过程为再分化过程，这些过程都存在基因的选择性表达，B错误； C、生长素和细胞分裂素的比例影响细胞分化的方向，③过程需要提高细胞分裂素的比例以诱导芽的分化，C正确； D、脱毒植株不能抵抗病毒，只是含有病毒少而已，D错误。
故选：C。
10.答案：C
解析：A、对紫草新生的营养芽进行消毒后可作为外植体，彻底灭菌会使外植体失活，A错误； B、紫草宁为植物细胞，应用纤维素酶或果胶酶处理，B错误； C、获取紫草宁的技术为植物细胞培养，其原理是细胞增殖，C正确； D、紫草宁是次生代谢物，次生代射物不是植物生长和生存所必需的物质，D错误。
故选：C。

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