生物素材：教材梳理植物細胞工程的實際應用

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精庖丁巧解牛知識·巧學一、植物繁殖的新途徑1。微型繁殖微型繁殖技術是快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術，也叫快速繁殖技術。它實際上是一種無性繁殖。繁殖過程的分裂方式是有絲分裂,親、子代細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)不變，所以能夠保證親、子代性狀不變。這種技術可以高效地快速實現(xiàn)種苗的大量繁殖.要點提示注意此處空半格微型繁殖的條件是培養(yǎng)基中加入細胞生命活動所需的水、礦質(zhì)元素和小分子有機物，還有激素,更重要的是所有加入物質(zhì)必須是無菌的，操作過程必須是在無菌條件下操作，這樣繁殖的幼苗才是無毒的.2。作物脫毒作物脫毒就是把已被病毒感染的植株進行脫毒，采用的技術還是微型繁殖技術，但是取材一定是無毒的，一般作物脫毒所用的原料是無病毒的莖尖、根尖等。3.神奇的人工種子人工種子是指通過植物組織培養(yǎng)的方法獲得的具有正常發(fā)育能力的材料，外面包被著特定的物質(zhì)，在適宜的條件下可以發(fā)芽成苗的植物幼體。要點提示注意此處空半格上述概念中包含的“具有正常發(fā)育能力的材料”通常是指胚狀體（目前國外有使用不定芽、頂芽和腋芽的)?！巴饷姘恢囟ǖ奈镔|(zhì)”是指人工種皮。制作人工種皮的材料有海藻酸鈉、明膠、樹脂、瓊脂糖、淀粉等。對人工種皮的要求是：能保持胚狀體的活力，有利于儲藏、運輸和萌發(fā)。選取的材料要有韌性,耐壓,對胚狀體無毒害，含有胚狀體發(fā)芽所需要的營養(yǎng)成分或植物激素，還應含有殺蟲劑，以防播種后微生物的侵害。胚狀體可以由三種途徑產(chǎn)生：由已脫分化的外植體直接產(chǎn)生；由愈傷組織產(chǎn)生；由懸浮細胞培養(yǎng)產(chǎn)生。對胚狀體的基本要求是:播種后能快速出苗；根和芽幾乎同時生長，不產(chǎn)生愈傷組織；同步化程度高;活力強；形成的幼苗的形態(tài)與生長要正常。二、作物新品種的培育1.單倍體育種單倍體育種的方法是花藥的離體培養(yǎng)，采用的技術是植物組織培養(yǎng)技術,獲得單倍體植株,然后用秋水仙素處理，獲得穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良品種。單倍體育種的優(yōu)點是：后代能穩(wěn)定遺傳，都是純合體；可明顯縮短育種年限，只需一年就可獲得純種。辨析比較花藥的離體培養(yǎng)與植物體細胞離體培養(yǎng)花藥的離體培養(yǎng)是用雄配子直接培育成染色體減半的單倍體，屬于有性生殖。植物的體細胞離體培養(yǎng)得到的生物個體，其遺傳物質(zhì)與親本完全相同,能保持親本的優(yōu)良性狀，屬于無性繁殖。2.突變體的利用植物組織培養(yǎng)過程中，由于培養(yǎng)細胞一直處于不斷分生狀態(tài)，容易受到培養(yǎng)條件和外界壓力的影響而產(chǎn)生突變，從這些突變的個體中可以篩選出對人們有用的個體,培育新品種。三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)細胞產(chǎn)物的種類包括蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等.1971年，美國化學家從紅豆杉樹皮中分離出高抗癌活性的紫杉醇，發(fā)現(xiàn)紫杉醇具有獨特的抗腫瘤作用.現(xiàn)在國內(nèi)外的科學家們正在研究利用植物細胞培養(yǎng)技術來大量培育紅豆杉細胞，希望利用這種方法來大量生產(chǎn)紫杉醇.國內(nèi)外在分化細胞株系和培養(yǎng)條件方面做了不少工作，摸索了外植體、光照、培養(yǎng)基組成等因素對細胞培養(yǎng)及紫杉醇生成的影響?，F(xiàn)在工藝條件已基本摸清，正研究反應的放大技術等，有望實現(xiàn)通過細胞培養(yǎng)進行工業(yè)化生產(chǎn)紫杉醇的目標。問題·探究問題1人工種子與天然種子相比具有哪些優(yōu)勢？探究:（1）可使在自然條件下不結(jié)實或種子昂貴的植物得以繁殖。(2）固定雜種優(yōu)勢。天然種子由于在遺傳上具有因減數(shù)分裂引起的重組現(xiàn)象，因而會造成某些遺傳性狀的改變.而人工種子則可以完全保持優(yōu)良品種的遺傳特性。（3）快捷高效的繁殖方式。天然種子在生產(chǎn)上受季節(jié)的限制,一般每年只能繁殖1~2次，有些甚至十幾年才繁殖一次，而人工種子在生產(chǎn)上不受季節(jié)限制，而且快捷高效。研究表明用一個體積為12L的發(fā)酵罐在二十幾天內(nèi)生產(chǎn)的胡蘿卜體細胞胚可制造1000萬粒人工種子，可供種植幾百平方米，這樣可以節(jié)約大量留種地。（4)方便儲藏和運輸。試管苗的大量儲藏和運輸也是相當困難的。人工種子則克服了這些缺點，人工種子外層是起保護作用的薄膜，類似天然種子的種皮，因此，可以很方便地儲藏和運輸。問題2工廠化生產(chǎn)人參皂甙的基本過程是什么？探究:第一步，選擇人參根作為外植體進行培養(yǎng)，產(chǎn)生愈傷組織，經(jīng)過培養(yǎng)選擇找到增殖速度快而且細胞內(nèi)人參皂甙含量高的細胞株作為種質(zhì)，其中一部分作為保存用,以備下一次生產(chǎn)用，一部分進行發(fā)酵生產(chǎn)。第二步，將第一步選擇到的細胞株在發(fā)酵罐中的適合培養(yǎng)液中進行液體培養(yǎng)，增加細胞數(shù)量。第三步，將發(fā)酵罐中培養(yǎng)的細胞進行破碎,從中提取人參皂甙。典題·熱題例1人工種子比天然種子有許多優(yōu)越性，下列對其優(yōu)越性的敘述不正確的是（)A.可使自然狀態(tài)下不結(jié)子的植物得以繁殖B。方便儲藏和運輸C?？梢噪S意改變植物的遺傳性狀D?？煽焖?、大量繁殖解析:人工種子是通過細胞工程完成的，所以可使在自然條件下不結(jié)實或珍貴的植物得以繁殖.天然種子的大量儲藏和運輸也是相當困難的，人工種子則克服了這些缺點,人工種子外層是起保護作用的薄膜，類似天然種子的種皮，因此，可以很方便地儲藏和運輸。天然種子在生產(chǎn)上受季節(jié)的限制，植物在自然狀態(tài)下一般每年只能繁殖1～2次，有些甚至十幾年才繁殖一次,而人工種子的生產(chǎn)則不受季節(jié)限制，而且快捷高效。培育人工種子的目的主要是為了使在自然條件下不結(jié)實或珍貴的植物得以繁殖，保持其優(yōu)良的遺傳性狀。答案:C深化升華天然種子會因有性生殖而引起基因重組，造成某些遺傳性狀的改變，而人工種子實際是無性生殖，所以可以完全保持優(yōu)良品種的遺傳特性。例2利用植物的莖尖或葉片、莖段等,在無菌條件下，培養(yǎng)在玻璃器皿中人工配制的培養(yǎng)基上,使它發(fā)育成完整的植株。這種技術可以用來培育植物新品種，也可以在較短時間內(nèi)大量繁殖植物,還可以防止植物病毒的危害。下列關于這種技術的敘述，正確的是（)①這種技術利用了植物的全能性②這種技術叫做組織培養(yǎng)，可以克隆生物體③這種技術屬于細胞工程的應用領域之一④這種技術是一種無性繁殖的方式A。①B。①②C。①②③D。①②③④解析:植物體細胞都含有該物種的全套遺傳信息,所以每個細胞理論上都具有全能性，都有發(fā)育成完整生物體的潛能.植物組織培養(yǎng)就是在體外通過人工方法，讓植物細胞表現(xiàn)出全能性，是植物細胞工程的一個基礎技術手段。因為沒有生殖細胞的結(jié)合,所以屬于無性生殖方式。答案：D例3如下圖所示為胡蘿卜的韌皮部細胞通過無菌操作，接入試管后，在一定的條件下，形成試管苗的培育過程，請據(jù)圖完成下列問題：（1）要促進細胞分裂生長,培養(yǎng)基中應有營養(yǎng)物質(zhì)和激素。營養(yǎng)物質(zhì)包括___________和小分子有機物，激素包括細胞分裂素和______________兩類植物激素。(2）此過程依據(jù)的原理是______________。A和B階段主要進行的分裂方式是______________，B階段除了細胞分裂外,還進行細胞______________等。（3）此過程要無菌操作，主要是指對______________進行滅菌消毒。B階段需要光照,原因是__________________________________________.（4）試管苗的根細胞沒有葉綠素，而葉的葉肉細胞具有葉綠素，這是基因______________的結(jié)果。解析：此題考查對植物組織培養(yǎng)過程、所需條件等方面知識的理解.植物組織培養(yǎng)是將離體的植物組織、器官或細胞接種到經(jīng)消毒滅菌的培養(yǎng)基中，培養(yǎng)基含有供組織細胞生長發(fā)育所需要的無機物和小分子有機物，還有供調(diào)節(jié)細胞膜分化和再分化的細胞分裂素和生長素.由外植體發(fā)育到試管苗，脫分化階段細胞進行有絲分裂，再分化階段愈傷組織經(jīng)細胞有絲分裂和分化形成試管苗，此階段需要光照，原因是葉中葉綠素的合成需要光照條件。答案：（1）無機物生長素（2)細胞的全能性有絲分裂分化(3）培養(yǎng)