资源简介

植物细胞工程的实际应用
一、学习目标
1.掌握微型繁殖和植物组织培养的关系。
2.掌握作物脱毒、人工种子的制备过程和意义。
3.了解单倍体育种和突变体的利用。
4.了解细胞产物的例子。
二、重点难点
重点：植物细胞工程应用的实例。
难点：掌握作物脱毒、人工种子的制备过程。
三、学习过程
【自主预习】
（一）植物繁殖的新途径
1.微型繁殖
（1）微型繁殖技术：用于 优良品种的 技术。
（2）特点：①保持优良品种的 。
②高效快速地实现种苗 。
（3）实例：20世纪60年代，荷兰的科学家就成功地实现了利用 来培育兰花。
2.作物脱毒
（1）材料：植物的 （如 ）。分生区附近的病毒极少，甚至 。
（2）脱毒苗：切取 （例如茎尖）进行组织培养获得的。
（3）优点：使农作物 。
3.人工种子
（1）概念：以植物组织培养得到的 、 、顶芽和 等为材料，经过人工 包装得到的种子。
（2）特点：①后代无 。
②不受 、 和 限制。
（二）作为新品种的培育
1.单倍体育种
（1）方法： 离体培养 植株 纯合子植株。
（2）优点：①后代是纯合子，能 。②明显缩短了 。
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 、___________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.细胞产物种类： 、脂肪、糖类、 、香料、生物碱等。
2.技术：植物 技术。
3.实例：我国利用植物组织培养技术实现了大量生产 。
【课内探究】
1.植物组织培养的原理和过程是什么？
2.你能利用一棵无籽西瓜的植株繁殖出大量的无籽西瓜的种苗吗？与年年制备无籽西瓜种子相比，该繁殖方法有何新特点？
3.为什么要培育脱毒苗？组织培养时对外植体有何要求？为什么？
4.人工种子是如何制备的？请你写出人工种子的两个优点。
5.单倍体育种过程是如何利用植物组织培养技术的？该育种方法的优点是什么？
6.植物组织培养是无性繁殖的一种手段，培育得到的试管苗性状一般是不变的。但因为组织培养过程中不断进行细胞分裂，不排除有基因突变的可能。这样产生的突变体我们可以利用吗？
7.人参皂甙、紫杉醇等细胞产物都是非常好的药物，有必要实现工厂化生产，那么，植物组织培养技术发挥了怎样的作用呢？
四、自主练习
1.某优良品种水稻的基因型为AaBb，其花药通过组织培养形成了试管苗。下列对这一培养过程的叙述中，错误的是（ ）
A.花粉形成试管苗要经过脱分化和再分化的过程
B.试管苗有四种基因型，其体细胞含有一个染色体组
C.通过该过程培养出的试管苗还不能直接用于生产
D.这些试管苗自交，后代性状不发生分离
2.对人工种子正确的解释是（ ）
A.通过科学手段人工合成的种子
B.利用植物组织培养技术获得的种子
C.种皮能够自我生成的种子
D.人工种子发芽率低
3.若要获得脱毒苗，一般选取植物体的哪一部分组织（ ）
A.叶 B.花粉
C.根 D.茎尖
4.下列关于人工种子的叙述不正确的是（ ）
A.可以克服季节、气候、地域的限制
B.可以节约时间
C.可防止性状分离
D.由人工种子得到的植株为纯合子
5.人参皂甙粉是人参中重要的药用成分，以前只能从人参中提取，产量极低，因而价格较贵，目前可通过下列哪项技术迅速大量获取（ ）
A.基因工程 B.植物组织培养
C.植物体细胞杂交 D.发酵工程
6.利用植物的茎尖或叶片、茎段、花粉等，在无菌条件下，培养在玻璃皿中人工配制的培养基上，使它发育成完整的植株。这种技术可以用来培育植物新品种，也可以在较短时间内大量繁殖植物，还可以防止植物病毒的危害。下列关于这种技术的叙述中，正确的是（ ）
①这种技术利用了植物细胞的全能性 ②这种技术叫做组织培养，可以克隆生物体 ③这种技术属于细胞工程的应用领域之一 ④这种技术是细胞无性繁殖的方式
A.① B.①②
C.①②③ D.①②③④
7.下面为植物组织培养过程流程图解，以下相关叙述不正确的是 （ ）
A.上述过程中脱分化发生在b步骤，在此过程中植物激素发挥了重要作用
B.再分化发生在d步骤，是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程
C.从叶组织块到种苗形成的过程说明植物叶片细胞具有全能性
D.人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题
8.下图是人工种子的结构简图，对其叙述不正确的是（ ）
A.人工种子的胚乳中含有胚状体发育所需要的营养物质，还可以添加农药和植物激素
B.人工种子可以工业化生产，播种人工种子可节省大量地粮食
C.人工种子克服了有些作物品种繁殖能力差，结子困难或发芽率低等问题
D.人工种子的胚状体还未分化出胚芽、胚轴和胚根等结构
9.名贵花卉若用种子繁殖可能发生性状分离。为了保持植株的优良性状，可以利用植物体的一部分器官或组织进行离体培养，发育成完整的植株。进行离体培养不应采用植物的 （ ）
A.子房壁 B.花粉粒
C.叶片 D.茎尖
10.下列属于植物的微型繁殖技术的是（ ）
A.兰花的芽尖组织培育成兰花幼苗
B.水稻种子萌发并长成新个体
C.扦插的葡萄枝条长成新个体
D.柳树芽发育成枝条
11.人参皂苷干粉可以通过下列何种技术获得（ ）
A.杂交育种 B.植物细胞培养
C.多倍体育种 D.单倍体育种
12.植物组织培养是克隆植物的一种方法，过程如下图所示，回答相应的问题：
（1）为了获得脱毒植株，外植体往往取自植物的花芽、叶芽等处的分生组织，其原因是______________________________。
（2）培养皿中的培养基除添加营养物质外，还需要添加植物激素，其目的是诱导外植体__________________________________。
（3）在生产实践中为获得大量的细胞产物如：紫杉醇，可将①__________放入液体培养基中的经机械作用分散成单个细胞，制备成细胞浮液，再经过_________即可获得大量细胞。?
（4）组织培养过程需要植物生长和繁殖的最适条件，否则在光学显微镜下可能观察到发生_________________异常，进而使植物出现遗传不稳定甚至不育。
（5）植物组织培养技术不仅应用于花卉、果树的快速、大量繁殖以及脱毒植株的获取，还广泛用于____________、__________、__________等育种过程中。
13.湖南省浏阳市大围山和张坊发现有珍贵的野生南方红豆杉，是一级珍稀濒危保护植物，紫杉醇是从红豆杉属植物中提取的最有效的抗癌制剂之一，每公斤售价为500～1000万美元。目前，生产紫杉醇的主要原料是天然生长的红豆杉树皮，而大量剥取树皮会造成树木的死亡和资源的破坏。请回答下列问题。
（1）为了合理开发和利用浏阳红豆杉，保护野生植物资源，科研人员取生长状况相似的野生南方红豆杉和人工栽培的南方红豆杉，分别测量其不同部位完全烘干的样品中紫杉醇的含量（占干重的百分比），测定结果见表1。
表1：南方红豆杉树木各部位紫杉醇含量（%，W/W）
树皮 树叶 枝条 种子
野生植株 0.017 77 0.009 46 0. 012 80 0.014 06
人工栽培植株 0.014 83 0.001 02 0.001 93 0.012 56
从实验结果看，红豆杉中紫杉醇含量最高的部位是________，不同部位紫杉醇含量不同的根本原因是__________________________________________。为保护红豆杉资源，应以其________为原料，提取、分离紫杉醇。
（2）科研人员为寻找更多紫杉醇来源，尝试利用植物组织培养技术，从红豆杉的愈伤组织中提取紫杉醇。实验结果如表2所示。
表2：不同外植体形成的愈伤组织中紫杉醇含量（%，W/W）
实验组别 培养基中植物生长调节剂的组合与水平 外植体

树皮 树叶 顶端分生组织
1 2 mg/L 2,4-D 0.000 0.000 0.001
2 2 mg/L 2,4-D＋0.5 mg/L NAA 0.000 0.002 0.002
3 2 mg/L 2,4-D＋0.5 mg/L KT 0.004 0.027 0.004
4 1.5 mg/L 2,4-D＋0.5 mg/L KT 0.000 0.012 0.009
5 0.5 mg/L 2,4-D＋1 mg/L NAA＋0.5 mg/L KT 0.000 0.027 0.004
①该实验的目的是研究_______________________________________。
②上述实验结果说明________最适合做外植体，经过________过程形成愈伤组织。
参考答案
自主预习
（一）1.（1）快速繁殖 植物组织培养
（2）①遗传特性 ②大量繁殖
（3）组织培养技术
2.（1）分生区 茎尖 无病毒
（2）一定大小的分生区
（3）不会或极少感染病毒
3.（1）胚状体 不定芽 腋芽 人工薄膜
（2）①性状分离 ②季节 地域 气候
（二）1.（1）花药 单倍体 （2）①稳定遗传 ②育种年限
2.（1）培养条件 外界压力 射线 化学物质 产生突变
（2）突变体 新品种
（三）1.蛋白质 药物
2.组织培养 3.人参皂甙
课内探究
1.植物细胞全能性；
离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽植物体。
2.无籽西瓜植株离体的器官、组织或细胞愈伤组织根、芽植无籽西瓜试管苗。
3.原因：病毒在无性繁殖的作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低，品质变差。
要求：培养的外植体一定要无病毒，常取材作物的茎尖、根尖等分生区部位。
取材分生区的原因：分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。
4.人工种子是在植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料的外面，包裹上人工种皮而成的。该种子在适宜条件下同样可以萌发长成幼苗。
优点：①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。
②用人工种子播种可以节约粮食。
③可以避免优良品种的后代发生性状分离导致丧失优良性状。
④制种过程不会受到季节气候和地域的限制。
5.单倍体育种并非是为了得到单倍体植株，是因为培育过程中产生并利用了单倍体植株。单倍体植株是通过植物组织培养技术培养离体花药得到的。
优点主要是明显缩短了育种年限，一般两年即可得到符合要求的纯合子。
6.基因突变具有不定向性，在所产生的突变体中也许会有我们需要的新性状，比如抗盐碱、抗旱、抗涝、抗病等。如果对产生的突变体加以筛选，结合杂交育种等方法进而就可以培育出新品种。
7.细胞产物的种类有蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。这些细胞产物可以从组织培养得到的愈伤组织中进行提取，所以，将愈伤组织细胞进行规模化处理，就可以实现细胞产物的工厂化生产。
自主练习
1.D 2.B 3.D 4.D 5.B 6.D 7.B 8.D 9.B 10.A 11.B
12.（1）这些部位很少受到病毒等病原体的侵害
（2）脱分化和再分化
（3）愈伤组织 细胞分裂
（4）染色体结构与数目
（5）植物体细胞杂交育种 基因工程育种 单倍体育种
13.（1）树皮 基因的选择性表达 树叶（枝条、种子）
（2）①植物不同部位做外植体所形成的愈伤组织中紫杉醇的含量（不同生长调节剂的组合与水平对愈伤组织中紫杉醇含量的影响）
②树叶 脱分化（去分化）

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