资源简介

2.1.2植物细胞工程的应用 导学案
一、核心素养
1.生命观念：通过理解植物细胞工程在植物繁殖、作物新品种培育、细胞产物工厂化生产等方面的应用，认识到生命科学技术对生物生存、发展和繁衍的重要影响，形成对生命本质和生命活动规律的深刻理解。
2.科学思维：分析植物细胞工程各项应用的原理、技术流程及优势，培养逻辑推理、归纳与概括能力，能运用批判性思维对技术应用中的问题进行思考和探讨，如转基因植物的安全性问题等。
3.科学探究：尝试设计与植物细胞工程应用相关的实验，如利用植物组织培养技术进行植物快繁的实验，学会控制实验变量、收集和分析实验数据，提升科学探究能力和实践操作技能。
4.社会责任：关注植物细胞工程技术在农业、医药、环境保护等领域的应用，认识其对解决粮食问题、保护生态环境、促进人类健康等方面的重要意义，同时思考技术应用可能带来的伦理和安全问题，如生物多样性保护、食品安全等，树立正确的科学价值观。
二、教学重难点
教学重点
1.植物繁殖的新途径，包括微型繁殖、作物脱毒、人工种子的制备原理和过程。
2.作物新品种培育的方法，如单倍体育种、突变体的利用。
3.细胞产物的工厂化生产，如利用植物组织培养技术生产细胞代谢产物的原理和流程。
教学难点
1.理解植物细胞工程应用中所涉及的技术原理，如微型繁殖如何保持优良品种的遗传特性、人工种子中胚状体的形成机制等。
2.综合运用植物细胞工程知识解决实际问题，如在作物育种中如何选择合适的技术手段以培育出具有特定优良性状的新品种，以及在细胞产物工厂化生产中如何优化培养条件以提高产物产量和质量。
三、自主预习
（一）植物繁殖的新途径
1.微型繁殖
概念：又称快速繁殖技术，是指利用植物组织培养技术，快速繁殖优良品种的植物______，也叫试管苗繁殖。
原理：植物细胞的______。
优点：保持优良品种的______，因为其属于无性繁殖，遗传物质基本不变。高效快速地实现种苗的______，可在短时间内大量繁殖。不受______和地域限制，能周年生产。
应用实例：兰花、草莓、甘蔗等植物的大规模快速繁殖。例如，兰花的传统繁殖方式速度慢，通过微型繁殖技术，一个兰花茎尖经过一年的培养，可繁殖出______株以上的试管苗。
2.作物脱毒
原理：植物的______附近（如茎尖）病毒极少甚至无病毒，利用植物组织培养技术，将______进行培养，可以获得脱毒苗。
操作过程：选取植物的______（一般为茎尖，长度为 0.1 - 0.2mm），进行______培养，诱导其脱分化形成______，再分化形成脱毒苗。
3.人工种子
概念：以植物组织培养得到的______、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。
组成：由______、作为保护外壳的______和提供发育所需营养的______三部分构成。
原理：植物细胞的______。
优点：后代无______，能够保持亲本的优良性状。不受季节、气候和地域的限制，可______生产和储存。解决了有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。
制备过程：通过植物组织培养获得______，在人工种皮内添加适量的营养物质、______、有益菌等，再进行人工包装。
参考答案：
1.离体材料；全能性；遗传特性；大量繁殖；自然条件；100 万
2.分生区；茎尖；茎尖；组织；愈伤组织；
3.胚状体；胚状体；人工种皮；人工胚乳；全能性；性状分离；周年；胚状体；植物激素
（二）作物新品种的培育
1.单倍体育种
原理：__________________和染色体数目变异。通过花药离体培养获得______，再用秋水仙素处理单倍体幼苗，使染色体数目加倍，得到纯合子。
过程：花药离体培养：选取亲本植株的______，通过______培养，诱导花粉细胞发育成______。
染色体加倍：将单倍体幼苗用______处理，使其染色体数目加倍，得到纯合的二倍体或多倍体植株。
优点：明显缩短______，因为获得的纯合子自交后代不会发生性状分离。后代都是______，能稳定遗传，便于推广应用。
应用实例：在烟草、水稻、小麦等作物育种中广泛应用。例如，通过单倍体育种培育的小麦新品种，比常规育种方法缩短育种年限______年。
2.突变体的利用
原理：在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的______状态，容易受到培养条件和外界压力（如射线、化学物质等）的影响而发生______。从这些变异的细胞中筛选出对人们有用的______，进而培育成新品种。
筛选过程：
诱导突变：在植物组织培养过程中，对______或愈伤组织进行物理（如______）或化学（如______）处理，诱导其发生突变。
应用成果：已在许多植物中获得了具有优良性状的突变体，如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的棉花等。
参考答案：
1.植物细胞全能性；单倍体；花药；组织；单倍体幼苗；秋水仙素；育种年限；纯合子；2 - 3
2.增殖；突变；突变体；外植体；紫外线照射；亚硝酸处理；
（三）细胞产物的工厂化生产
1.细胞产物的种类：植物细胞产生的次生代谢产物，如______（如紫杉醇、青蒿素）、生物碱（如奎宁、咖啡因）、多糖、蛋白质等。这些产物具有重要的药用价值、工业价值等。
2.技术基础：______技术。通过对植物细胞进行______培养，大量生产细胞产物。
3.生产过程：
选取优良的植物______，如红豆杉的树皮细胞、青蒿的叶片细胞等。诱导形成______，对愈伤组织进行______，筛选出高产细胞系。将高产细胞系接种到______中进行大规模培养，在培养过程中控制好______、pH、溶解氧等条件。细胞生长和代谢产物合成到一定阶段后，采用合适的方法从______或细胞中分离提取细胞产物。
4.优点：
可以摆脱______、季节等因素的限制，实现细胞产物的规模化生产。减少对______的依赖，保护珍稀植物资源。生产周期短，产量高，产品质量稳定。
参考答案：
1.萜类化合物
2.植物组织培养；悬浮
3.外植体；愈伤组织；诱变处理；发酵罐；温度；培养液
地理环境；自然资源
四、习题巩固
1.下列关于植物微型繁殖技术的叙述，错误的是（）
A. 利用的原理是植物细胞的全能性
B. 能保持亲本的优良性状
C. 可以快速大量繁殖植物
D. 属于有性生殖方式
2.下列有关作物脱毒的叙述，正确的是（）
A. 脱毒苗是指不含有任何病毒的植株
B. 利用植物的根尖作为外植体进行组织培养可获得脱毒苗
C. 脱毒苗的产量和品质都比未脱毒苗差
D. 脱毒苗的培育原理是基因突变
3.人工种子的核心部分是（）
A. 人工种皮
B. 人工胚乳
C. 胚状体
D. 营养物质
4.单倍体育种的优点是（）
A. 操作简单
B. 明显缩短育种年限
C. 能产生新的基因
D. 能大量繁殖优良品种
5.在植物组织培养过程中，容易获得突变体的主要原因是（）
A. 培养细胞一直处于分裂状态
B. 培养基营养丰富，易于植物生长
C. 植物细胞的全能性
D. 培养过程中容易受到光照影响
6.下列属于细胞产物工厂化生产的是（）
A. 利用植物组织培养技术培育兰花幼苗
B. 利用植物体细胞杂交技术培育 “白菜 - 甘蓝”
C. 利用植物组织培养技术生产紫杉醇
D. 利用单倍体育种技术培育水稻新品种
7.下列关于植物细胞工程应用的叙述，错误的是（）
A. 植物微型繁殖技术可用于拯救濒危植物
B. 作物脱毒技术能提高作物的产量和品质
C. 人工种子的胚状体是由受精卵发育而来的
D. 细胞产物工厂化生产可以保护珍稀植物资源
8.利用植物组织培养技术进行突变体筛选时，通常选择的材料是（）
A. 成熟的叶片
B. 完整的植株
C. 外植体或愈伤组织
D. 花粉细胞
9.下列有关植物细胞工程应用的说法，正确的是（）
A. 单倍体育种得到的后代不一定是纯合子
B. 突变体的利用只能通过物理因素诱导突变
C. 植物细胞工程在农业、医药等领域有广泛应用
D. 细胞产物工厂化生产的细胞只能来自愈伤组织
10.植物细胞工程应用中，与传统育种相比，具有明显优势的是（）
A. 微型繁殖技术
B. 作物脱毒技术
C. 单倍体育种技术
D. 以上都是
习题巩固参考答案及解析
1.答案：D
解析：A 选项：植物微型繁殖技术利用植物组织培养，原理是植物细胞的全能性，该选项正确。
B 选项：因为是无性繁殖，所以能保持亲本的优良性状，该选项正确。
C 选项：能在短时间内大量繁殖植物，实现种苗的快速大量繁殖，该选项正确。
D 选项：属于无性生殖方式，不是有性生殖，该选项错误。
2.答案：B
解析：A 选项：脱毒苗是指病毒极少甚至无病毒的植株，不是不含有任何病毒，该选项错误。
B 选项：植物的根尖附近病毒极少，利用根尖作为外植体进行组织培养可获得脱毒苗，该选项正确。
C 选项：脱毒苗恢复了品种的原有优良特性，产量和品质比未脱毒苗好，该选项错误。
D 选项：脱毒苗的培育原理是植物细胞全能性，不是基因突变，该选项错误。
3.答案：C
解析：A 选项：人工种皮起保护作用，不是核心部分，该选项错误。
B 选项：人工胚乳提供营养，不是核心部分，该选项错误。
C 选项：胚状体将来发育成完整植株，是人工种子的核心部分，该选项正确。
D 选项：营养物质包含在人工胚乳中，不是核心，该选项错误。
4.答案：B
解析：A 选项：单倍体育种涉及花药离体培养和染色体加倍等操作，并不简单，该选项错误。
B 选项：单倍体育种获得纯合子后自交后代不发生性状分离，明显缩短育种年限，该选项正确。
C 选项：单倍体育种不能产生新的基因，基因突变才能产生新基因，该选项错误。
D 选项：单倍体育种主要用于快速获得纯合子，不是大量繁殖优良品种，该选项错误。
5.答案：A
解析：A 选项：培养细胞一直处于分裂状态，容易受到培养条件和外界压力影响而发生突变，所以容易获得突变体，该选项正确。
B 选项：培养基营养丰富利于植物生长，但不是容易获得突变体的主要原因，该选项错误。
C 选项：植物细胞的全能性是植物组织培养的原理，不是获得突变体的原因，该选项错误。
D 选项：培养过程中光照不是导致获得突变体的主要因素，该选项错误。
6.答案：C
解析：A 选项：利用植物组织培养技术培育兰花幼苗属于微型繁殖，不是细胞产物工厂化生产，该选项错误。
B 选项：利用植物体细胞杂交技术培育 “白菜 - 甘蓝” 属于作物新品种培育，不是细胞产物工厂化生产，该选项错误。
C 选项：利用植物组织培养技术生产紫杉醇，属于细胞产物工厂化生产，该选项正确。
D 选项：利用单倍体育种技术培育水稻新品种属于作物新品种培育，不是细胞产物工厂化生产，该选项错误。
7.答案：C
解析：A 选项：植物微型繁殖技术可快速繁殖濒危植物，有助于拯救濒危植物，该选项正确
B 选项：作物脱毒技术能使作物恢复优良特性，提高产量和品质，该选项正确。
C 选项：人工种子的胚状体是由植物组织培养得到的，不是受精卵发育而来，该选项错误。
D 选项：细胞产物工厂化生产可减少对自然资源的依赖，保护珍稀植物资源，该选项正确。
8.答案：C
解析：A 选项：成熟叶片细胞分裂能力弱，不易发生突变，不是筛选突变体的常用材料，该选项错误。
B 选项：完整植株进行突变处理操作困难，且不利于筛选，不是常用材料，该选项错误。
C 选项：外植体或愈伤组织处于分裂状态，容易发生突变，是筛选突变体通常选择的材料，该选项正确。
D 选项：花粉细胞经培养得到单倍体，一般用于单倍体育种，不是筛选突变体的常用材料，该选项错误。
9.答案：C
解析：A 选项：单倍体育种得到的后代一定是纯合子，该选项错误。
B 选项：突变体的利用可通过物理、化学等多种因素诱导突变，该选项错误。
C 选项：植物细胞工程在农业育种、作物脱毒，医药领域生产细胞产物等有广泛应用，该选项正确。
D 选项：细胞产物工厂化生产的细胞也可来自悬浮培养的单细胞等，不只是愈伤组织，该选项错误。
10.答案：D
解析：A 选项：微型繁殖技术能快速繁殖、保持优良性状，有优势。
B 选项：作物脱毒技术提高作物产量和品质，有优势。
C 选项：单倍体育种技术缩短育种年限，有优势。
所以以上都是，D 选项正确。

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