资源简介

(共53张PPT)
第1节 植物细胞工程
第2章　细胞工程
二 植物细胞工程的应用
课程内容标准 核心素养对接
举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种等方式有效提高了生产效率。 1.理解植物组织培养的技术在快速繁殖、培养脱毒苗和作物新品种培育上的应用。（生命观念）
2.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。（社会责任）
一、植物繁殖的新途径
1.快速繁殖
（1）概念：快速繁殖优良品种的 技术。
（2）
植物组织培养
2.作物脱毒
（1）选材部位：植物顶端的 。
（2）选材原因： 的病毒极少，甚至 。
（3）实例：目前采用 培养技术来脱除病毒，在 、草莓、甘蔗、菠萝、香蕉等主要经济作物上已获得成功。
分生区附近
植物顶端分生区附近
无病毒
茎尖组织
马铃薯
二、作物新品种的培育
1.单倍体育种
（1）过程： 离体培养 植株 纯合子植株。
（2）优点
①后代是纯合子，遗传性状 。
②明显缩短了 。
花药
单倍体
相对稳定
育种的年限
2.突变体的利用
（1）产生原因：在植物的组织培养过程中，易受 和
（如射线、 等）的影响而 。
（2）利用：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.概念：植物代谢会产生一些一般认为 植物基本的生命活动所必需的产物——次生代谢物。次生代谢物是一类 （如酚类、萜类和含氮化合物等），在植物 、抗虫等方面发挥作用，也是很多 、香料和色素等的重要来源。
培养条件
诱变因素
化学物质
产生突变
突变体
新品种
不是
小分子有机化合物
抗病
药物
2.优点：植物细胞的次生代谢物含量很 ，从植物组织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，因此人们期望利用 生产获得次生代谢物。植物细胞培养是指在离体条件下对 或 进行培养使其增殖的技术。它不占用 ，几乎不受 、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。
3.实例： 、 、人参皂苷的生产
低
植物细胞培养
单个植物细胞
细胞团
耕地
季节
紫草宁
紫杉醇
1.判正误（对的画“√”，错的画“×”）
（1）脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位。 （ ）
（2）天然种子萌发后长成的植株容易发生性状分离，人工种子长成的植株性状不分离。 （ ）
（3）单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。 （ ）
（4）工厂化生产的细胞产物，其化学成分都是蛋白质。 （ ）
×
√
×
×
2.微思考
（1）植物的种子发育成完整植株是否体现了细胞的全能性？为什么？
提示　否。因为种子中的胚已经完成早期发育，相当于新植株的幼体，并没有体现出细胞的全能性。
（2）在植物组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？
提示　避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。
任务驱动一　植物繁殖的新途径
草莓生产上传统的繁殖方式易将所感染的病毒传播给后代，导致产量降低、品质变差。运用快速繁殖技术可以培育出无病毒植株。请回答有关问题：
1.作物培养过程中为什么要进行作物脱毒，如何进行作物脱毒？
提示　对于无性繁殖的作物，病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低、品质变差。而植物分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植物就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。
2.从所需条件上来看，微型繁殖与传统育种方法相比，优点有哪些？
提示　微型繁殖是在具有特定人工设施的室内进行生产，可以不受季节、气候等自然条件的限制。
1.快速繁殖
（1）概念：植物的快速繁殖技术就是利用植物组织培养的方法将植物体某一部分的组织小块进行培养并诱导其分化成大量的小植株，从而达到快速无性繁殖的目的，也称为试管苗繁殖或微型繁殖。
（2）实质：植物组织培养。
（3）原理：植物细胞的全能性。
（4）微型繁殖技术的优点及应用范围
①能保持亲本的一切优良性状（高保真），子代个体具有的遗传物质与亲本的遗传物质相同。
②选材少，培养周期短，繁殖率高。
③不受自然生长季节的限制，便于自动化管理，有利于进行工厂化培养。
④作物脱毒。
（5）微型繁殖的条件
培养基中加入细胞生命活动所需要的水、矿质元素和小分子有机物，还有激素，更重要的是所有加入的物质都必须是无菌的，操作过程也必须在无菌条件下进行，这样繁殖的幼苗才是无毒的。
［特别提醒］　微型繁殖实际上是一种无性繁殖。繁殖过程中的分裂方式是有丝分裂，亲、子代细胞内的遗传物质相同，所以能够保证亲、子代性状相同。
2.作物脱毒
（1）需要解决的问题：无性繁殖的作物，它们感染的病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低，品质变差。
（2）理论基础：植物分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒。
（3）解决方法：切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。用脱毒苗进行繁殖，种植的作物就不会或极少感染病毒。
（4）特点：繁殖速度快；脱毒作物的品质明显优于未脱毒的作物；不受季节和地域的限制。
（5）成果：目前采用茎尖组织培养技术来脱除病毒，已获得脱毒的马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝和香蕉等经济作物。
将根尖、叶片、茎段、花粉粒在无菌条件下，培养在人工配制的培养基上，使之发育成完整的植株。以此法培养植物新品种，不仅可在短期内大量繁殖植物，还可以防止病毒侵染。下列关于这种技术的叙述，正确的是 （　　）
①此技术利用了植物细胞的全能性　②此技术利用了植物组织培养，可快速繁殖植物体　③此技术属于细胞工程的应用领域之一　④此技术是一种无性繁殖方式
A.①②③④　　　　B.① C.①② D.①②③
D
解析
对根尖、叶片、茎段、花粉粒等进行培养利用了植物组织培养技术，该技术的原理是植物细胞具有全能性；该技术可快速大量繁殖具有某性状的植物个体；植物组织培养属于细胞工程的一项重要技术；植物组织培养若培养根尖、叶片、茎段等，则属于无性繁殖，若培养花粉粒，则属于有性生殖。
［举一反三］
1.（生命观念）快速繁殖的原理是什么？其属于有性生殖还是无性生殖？
提示　快速繁殖的原理是植物细胞的全能性，这种生殖属于无性生殖。
2.（科学思维）脱毒苗与抗毒苗有何区别？
提示　脱毒苗是选择植物的茎尖（刚形成，病毒极少，甚至无病毒）进行组织培养而获得的，属于细胞工程的范畴。抗毒苗是把某抗病基因导入受体细胞中，并通过一定的方法培育形成的，属于基因工程的范畴。
1.束顶病毒能够引起香蕉的严重病害，科研人员用感病植株的茎尖作为外植体进行培养获得脱毒苗，实验结果如下表所示，相关叙述不正确的是 （　　）
茎尖预处理 茎尖数量 成活茎尖数 脱毒茎尖数 脱毒率（%）
未低温保存 32 30 8 26.67
超低温保存 60 33 20 60.61
D
A.用茎尖能够获得脱毒苗的原因是植物顶端分生区病毒少
B.培养过程中培养基中常添加生长素、细胞分裂素等激素
C.表中结果显示超低温保存茎尖可以提高脱毒率
D.可使用光学显微镜观察病毒颗粒来检测茎尖脱毒率
解析
植物顶端分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒，因此用茎尖进行组织培养能够获得脱毒苗，A正确；培养基中常添加生长素、细胞分裂素等激素，生长素和细胞分裂素的不同比例能促进植物细胞的脱分化和再分化，B正确；由表可知，超低温保存后脱毒率远高于未低温保存，C正确；光学显微镜无法观察到病毒，D错误。
2.甜叶菊植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右，而它的热量却很低，是一种非常理想的蔗糖替代甜味剂。甜叶菊的种子小，发芽率低，种子繁殖的遗传性状不稳定，可利用植物组织培养技术提高甜叶菊的繁殖效率。下列叙述错误的是 （　　）
A.外植体一般选自未开花植株的茎上部新萌生的嫩枝
B.采用甜叶菊植株的茎尖进行植物组织培养可以获得脱毒苗
C.利用植物组织培养技术产生突变体，筛选可获得具有优良性状的新品种
D.植物组织培养的基本步骤是“取材→消毒→愈伤组织培养→生根→出芽→移栽”
D
解析
在以快速繁殖为主要目的时，甜叶菊未开花植株的茎上部新萌生的嫩枝是最为常用的外植体，因为该处细胞分裂能力强、分化程度低，全能性容易表达，A正确；由于茎尖分生组织细胞无病毒，或病毒很少，所以采用甜叶菊植株的茎尖进行植物组织培养可以获得脱毒苗，B正确；基因突变是不定向的，故利用植物组织培养技术产生突变体，可筛选获得具有优良性状的新品种，C正确；植物组织培养的基本步骤是取材→消毒→愈伤组织培养→出芽→生根→移栽，D错误。
任务驱动二　作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产
下图为植物细胞工程中突变体的利用过程，请据图分析回答：
（1）为什么培养至愈伤组织时才进行诱变处理？
提示　愈伤组织细胞分裂旺盛，不断进行DNA分子的复制，此时易发生基因突变。
（2）诱导分化得到的突变体都可以利用吗？为什么？
提示　不是。因为基因突变具有多害少利性，即得到的突变体大多是不符合选育要求的。
（3）突变体育种所依据的原理是什么？
提示　基因突变和植物细胞的全能性。
1.单倍体育种
（1）过程
（2）原理：生殖细胞的全能性（花药离体培养为单倍体植株）；染色体数目的变异（秋水仙素诱导单倍体幼苗细胞染色体数目加倍）。
（3）优点：与杂交育种要经过5~6年的连续筛选相比，单倍体育种明显缩短育种年限，加快育种进程。
2.突变体的利用
（1）过程
（2）原理：基因突变和植物细胞的全能性。
（3）优点：提高愈伤组织的突变率，可以获得高抗、高产、优质、抗逆的新品种，加快了育种进程。
（4）缺点
①突变不定向，需要处理大量材料。
②突变少利多害，符合人们需要、有利的品种比较少。
3.细胞产物的工厂化生产
（1）过程：
离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖，从中提取次生代谢产物。
（2）目的：获取植物细胞产生量低，又难以通过化学合成方法得到的次生代谢产物。
（3）原理：细胞增殖。
（4）应用举例：人参皂苷、紫杉醇的工厂化生产。
（5）优点：不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，对社会、经济、环境具有重要意义。
青蒿素是从植物黄花蒿的叶片中提取的一种代谢产物，而在茎及其他部位中青蒿素的含量极少。下列关于利用植物组织培养生产青蒿素的叙述，正确的是 （　　）
A.在黄花蒿组织培养过程中不需要给予光照
B.加入大量生长素可提高青蒿素的产量
C.可通过大量培养愈伤组织以直接获得青蒿素
D.可大规模栽培组织培养苗以获取药用成分
D
解析
植物组织培养包括脱分化和再分化两个过程，其中脱分化过程不需要光照，而再分化过程需要光照，A错误；组织培养过程中，生长素对脱分化和再分化过程具有调节作用，但不能直接提高青蒿素的产量，B错误；青蒿素是从植物黄花蒿的叶片中提取的一种代谢产物，而在茎及其他部位中青蒿素的含量极少，因此不能通过大量培养愈伤组织直接获得青蒿素，C错误；可大规模栽培组织培养苗以获取药用成分，D正确。
［举一反三］
1.（生命观念）植物细胞培养是一种什么技术？其优点是什么？
提示　植物细胞培养是指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，对社会、经济、环境具有重要意义。
2.（科学思维）单倍体育种和花药离体培养获得的植株有什么区别？
提示　单倍体育种和花药离体培养的区别：花药离体培养是单倍体育种的常用方法，该过程得到的植株是单倍体，表现为高度不育；单倍体育种是在花药离体培养的基础上，用适当浓度的秋水仙素或低温处理，获得染色体组数正常的纯合植株，而且自交后代不发生性状分离。
1.用纯种的高秆（D）抗锈病（T）小麦与矮秆（d）易染锈病（t）小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下：
下列有关此种育种方法的叙述，正确的是 （　　）
A.这种育种方法叫杂交育种
B.过程④必须使用生长素处理
C.这种方法的最大优点是能缩短育种年限
D.③过程必须经过受精作用
C
解析
该育种方法为单倍体育种，①是杂交，②是减数分裂，③是花药离体培养，④是用秋水仙素处理使单倍体的染色体数目加倍；③过程利用了植物组织培养技术，不需要受精，而是由雄配子直接发育成幼苗。
2.人参皂苷具有抗肿瘤等作用，科研人员设计如图1所示流程制备人参皂苷Rg3，并研究了过程③生物反应器中人参细胞产量、人参皂苷Rg3产量随培养时间的变化，结果如图2。下列叙述正确的是 （　　）
D
A.图1体现了植物细胞的全能性
B.图1中过程①表示脱分化，需要适宜的营养和一定的光照
C.图1中过程②常需用纤维素酶或果胶酶处理将愈伤组织分散成单个细胞
D.由图2可知，影响人参皂苷Rg3产量的因素是人参细胞的数量和培养时间
解析
图1过程通过①脱分化、②再分化获得了细胞株，并没有产生完整个体，所以没有体现植物细胞的全能性，A错误；图1中过程①脱分化需要避光处理，B错误；图1中过程②不需要将愈伤组织分散成单个细胞，C错误；由图2可知，生物反应器中人参细胞的数量呈“S”形增长，影响人参皂苷Rg3产量的因素有人参细胞的数量和培养时间，D正确。
知识网络构建 关键知识积累
1.快速繁殖实际上是一种无性繁殖，能保证亲子代遗传特性不变。
2.在植物育种上，单倍体经过染色体加倍，可以使后代迅速纯合，缩短育种年限。
3.植物细胞培养是指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。
1.通过植物组织培养技术繁育农作物，其优点不包括 （　　）
A.加快繁育速度　　 B.保持亲本优良性状
C.培育出无病毒植株 D.改变植物的基因型
D
解析
植物组织培养技术不仅可以高效快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性，并通过作物脱毒提高作物产量，改善作物品质，D符合题意。
2.猕猴桃现有栽培品种存在一定的缺陷，育种工作者利用植物体细胞杂交技术诱导不同品种的猕猴桃原生质体融合，对猕猴桃的一些品质进行改良。下列叙述正确的是 （　　）
A.可通过盐酸—酒精混合液处理猕猴桃细胞获得原生质体
B.可使用电刺激、PEG或灭活病毒诱导原生质体融合
C.可通过显微镜观察细胞内染色体数初步筛选杂种细胞
D.获得的杂种植株将具备双亲植株的所有优良性状
C
解析
想要获得原生质体，需要使用纤维素酶和果胶酶去掉植物细胞的细胞壁，盐酸—酒精混合液是用来解离细胞的，A错误；植物原生质体融合不能使用灭活病毒诱导，B错误；不同种植物的细胞所含染色体的种类和数目是不同的，故可以根据细胞中染色体的形态和数目的差异来鉴定杂种细胞，C正确；获得的杂种植株不一定具备双亲植株的所有优良性状，D错误。
3.长春花是一种药用植物，其次生代谢物长春胺可用于癌症的临床治疗。研究人员用诱变剂——甲基磺酸乙酯（EMS）处理长春花的愈伤组织，筛选后进行扩大培养，得到了生长快且长春胺含量高的长春花突变细胞系。下列叙述正确的是 （　　）
A.长春胺是长春花进行基本生命活动所必需的产物
B.选用愈伤组织进行处理是因为其细胞处于不断增殖的状态
C.EMS处理后愈伤组织中大多数细胞发生了突变
D.诱变后的愈伤组织在固体培养基上扩大培养可获得大量长春胺
B
解析
根据题意可知，长春胺是长春花的次生代谢物，而次生代谢物不是生物生长所必需的，A错误；愈伤组织是脱分化后形成的不定形的薄壁组织团块，处于不断增殖的状态，易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变，B正确；由于突变具有低频性，因此EMS处理后愈伤组织中少数细胞发生了突变，C错误；扩大培养需用液体培养基，有利于营养物质的吸收和利用，因此诱变后的愈伤组织在液体培养基上扩大培养可获得大量长春胺，D错误。
4.紫花苜蓿是一种豆科牧草，富含植物蛋白，家畜采食后会鼓胀；百脉根富含单宁，单宁可与植物蛋白结合，不引起家畜采食后鼓胀。科研人员利用野生型清水紫花苜蓿和里奥百脉根为材料，培育出抗肥胖鼓胀病的苜蓿新品种，研究主要流程如下图（注：IOA可抑制植物细胞呼吸第一阶段，R 6G可阻止线粒体的呼吸作用，二者有效抑制不同植物细胞正常代谢的临界浓度不同）。下列叙述错误的是 （　　）
D
A.图中再生植株培育的生物学原理主要是细胞膜的流动性及植物细胞的全能性
B.图中植物体细胞杂交技术实现了远缘杂交育种
C.①过程实现了原生质体融合，其中只有异源融合体才能存活和具有再生能力
D.启动过程②和过程③均需要适宜光照和植物激素中的生长素和细胞分裂素
解析
题图中再生植株培育的生物学原理主要是细胞膜的流动性及植物细胞的全能性，A正确；题图中植物体细胞杂交技术实现了远缘杂交育种，B正确；①过程实现了原生质体融合，依据题干信息可知，非异源融合体的呼吸作用在某一阶段均不能正常进行，只有异源融合体才能存活和具有再生能力，C正确；启动过程②和过程③均需要植物激素中的生长素和细胞分裂素，启动过程②不需要光照，D错误。
5.玉米是一种主要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家做了大量的研究工作。下图是以某种方法培养玉米的过程，请据图回答：
（1）从生殖方式上分析，A→D属于　　　　　　生殖，取D的花药进行离体培养得到的幼苗属于　　　　。
（2）A→C的过程要严格控制　　　　环境。
（3）F→G的过程中用　　　　　　　　处理，使细胞染色体数目加倍，用E→G途径育种的优点是　　　　　　　。
（4）若想培育出一种能抗虫的玉米新品种，可以采用　　　　　育种；若想培育出一种地上结玉米，地下结马铃薯的植株，可以利用　　　　　技术。
答案　（1）无性　单倍体　（2）无菌　（3）秋水仙素　直接得到能稳定遗传的优良品种，极大地缩短了育种年限　（4）基因工程　植物体细胞杂交
解析
（1）从生殖方式上分析，A→D 属于无性生殖；取D的花药离体培养成幼苗（如题图E→F），经秋水仙素处理后发育成植株G，此过程属于单倍体育种。
（2）在植物组织培养过程中，要严格控制无菌条件。
（3）F→G的过程中用秋水仙素处理，使细胞染色体数目加倍；用E→G途径进行单倍体育种的优点是直接得到能稳定遗传的优良品种，自交后代不发生性状分离，极大地缩短了育种年限。
解析
（4）若想培育出一种能抗虫的玉米新品种，可以采用基因工程育种；若想培育出一种地上结玉米，地下结马铃薯的植株，可以利用植物体细胞杂交技术。

展开更多......

收起↑