2024-2025學年高中生物專題二細胞工程第一節(jié)第二課時植物細胞工程的實際應(yīng)用學案新人教版選修3

PAGE10-其次課時植物細胞工程的實際應(yīng)用學習目標課程標準1．了解植物繁殖的新途徑及原理。(重、難點)2．正確區(qū)分人工種子與自然狀態(tài)下的種子。(重點)3．了解作物新品種培育的方法和原理。列舉植物細胞工程的實際應(yīng)用基礎(chǔ)學問·雙基夯實一、植物繁殖的新途徑1．微型繁殖(1)微型繁殖技術(shù)：用于①__快速繁殖__優(yōu)良品種的②__植物組織培育技術(shù)__。(2)特點：保持優(yōu)良品種的③__遺傳特性__；高效快速地實現(xiàn)種苗④__大量繁殖__。(3)實例：20世紀60年頭，荷蘭的科學家就勝利地實現(xiàn)了利用⑤__組織培育技術(shù)__來培育蘭花。2．作物脫毒(1)材料：植物的⑥__分生區(qū)__(如⑦__莖尖__)旁邊的病毒極少，甚至⑧__無病毒__。(2)脫毒苗：切?、醎_肯定大小的莖尖__進行組織培育獲得的。(3)優(yōu)點：使農(nóng)作物⑩__不會或極少感染病毒__。3．奇妙的人工種子人工種子是以?__植物組織培育__得到的?__胚狀體__、不定芽、?__頂芽和腋芽__等為材料，外面包被著特定的物質(zhì)，在相宜的條件下可以萌發(fā)長成幼苗。人工種子由胚狀體、作為愛護外殼的?__人工種皮__和供應(yīng)發(fā)育所需養(yǎng)分的?__人工胚乳__組成。二、作物新品種的培育1．單倍體育種單倍體育種是指通過?__花藥離體培育__獲得單倍體植株，染色體數(shù)目加倍后可獲得純合二倍體植株。其優(yōu)點是?__明顯地縮短育種年限，后代都是純合子__。2．突變體的利用(1)產(chǎn)生緣由：在植物的組織培育過程中，易受?__培育條件__和?__外界壓力__(如?__射線__、eq\o\ac(○,21)__化學物質(zhì)__等)的影響而eq\o\ac(○,22)__產(chǎn)生突變__。(2)利用：篩選出對人們有用的eq\o\ac(○,23)__突變體__，進而培育成新品種。三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)1．細胞產(chǎn)物的種類：eq\o\ac(○,24)__蛋白質(zhì)__、脂肪、糖類、eq\o\ac(○,25)__藥物__、香料、生物堿等。2．技術(shù)：植物eq\o\ac(○,26)__組織培育__技術(shù)。3．實例：我國利用植物組織培育技術(shù)實現(xiàn)了大量生產(chǎn)eq\o\ac(○,27)__人參皂甙干粉__；另外，三七、紫草和銀杏的eq\o\ac(○,28)__細胞產(chǎn)物__也都已經(jīng)實現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)。思索1．通過“人工種子”繁殖后代屬于什么生殖方式？提示：無性繁殖。2．在植物組織培育過程中，為什么培育細胞簡單在培育條件和外界壓力變更的條件下產(chǎn)生突變？提示：因為培育細胞始終處于不斷的分生狀態(tài)。3．細胞產(chǎn)物的生產(chǎn)是將植物細胞培育到什么環(huán)節(jié)？提示：愈傷組織。┃┃活學巧練__■推斷題1．微型繁殖技術(shù)只保持親本的優(yōu)良特性。(×)分析：微型繁殖屬于無性繁殖，可以保持親本的全部遺傳性狀。2．脫毒苗培育所選的組織培育材料可以來自植株的任何部位。(×)分析：為確保勝利培育出脫毒苗，通常選擇植物分生區(qū)旁邊(如莖尖)的組織和細胞進行組織培育，因為此處病毒極少，甚至無毒。3．在植物組織培育過程中，可以提取愈傷組織，經(jīng)過人工薄膜包裝得到人工種子。(×)分析：人工種子是以植物組織培育得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經(jīng)過人工薄膜包裝得到的。4．自然種子萌發(fā)后長成的植株簡單發(fā)生性狀分別，人工種子長成的植株性狀一般不發(fā)生分別。(√)5．單倍體育種和突變體培育的遺傳學原理是一樣的。(×)分析：單倍體育種的遺傳學原理是染色體變異，而突變體培育利用的是基因突變。6．突變體培育通常對植物的愈傷組織進行誘變處理，而工廠化生產(chǎn)的細胞產(chǎn)物也是來自愈傷組織細胞。(√)7．人工種子的培育也能說明植物細胞具有全能性。(×)分析：人工種子利用的是植物組織培育過程中愈傷組織誘導分化形成的胚狀體，還沒有發(fā)育到完整個體階段，不能體現(xiàn)植物細胞的全能性。課內(nèi)探究·名師點津?qū)W問點植物繁殖的新途徑┃┃重難拓展__■1．微型繁殖(1)概念：是指用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培育技術(shù)，也叫快速繁殖技術(shù)。(2)實質(zhì)：植物組織培育。(3)原理：植物細胞的全能性。(4)完成植物的微型繁殖技術(shù)的生理過程：細胞分裂和細胞分化。(5)優(yōu)點：保持親本的優(yōu)良性狀；可以快速大量培育出新個體，有利于工廠化培育；選材少、培育周期短，繁殖率高，便于自動化管理。2．培育無病毒植株(1)獲得勝利的事例：馬鈴薯、甘薯、大蒜、草莓、蘋果、香蕉。(2)常選用的部位：莖尖組織。(3)操作過程：切取肯定大小的莖尖進行組織培育，再生的植株就有可能不帶病毒，從而獲得脫毒苗。3．制備人工種子(1)概念：人工種子是指以植物組織培育得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經(jīng)過人工薄膜包裝得到的種子。(2)人工種子的結(jié)構(gòu)：由胚狀體、作為愛護外殼的人工種皮和供應(yīng)發(fā)育所需養(yǎng)分的人工胚乳三部分構(gòu)成。(如圖所示)(3)與自然種子相比較，其優(yōu)越性有：①可使在自然條件下不牢固或種子昂貴的植物得以繁殖，②固定雜種優(yōu)勢，③是一種快捷高效的繁殖方式，④可人為限制植物的生長發(fā)育和抗逆性等。(4)成果：芹菜、花椰菜、桉樹和水稻的胚狀體制備的人工種子。(5)人工種子目前還存在不少問題具有重要經(jīng)濟價值的植物產(chǎn)生胚狀體的實力弱，難以形成同步化的活力強的胚狀體；機械化播種問題也尚未解決。因此現(xiàn)在很少以生產(chǎn)為目的進行人工種子的研制。學問貼士1．人工種皮“人工薄膜”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；有利于種子的貯藏、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)芽所須要的養(yǎng)分成分或植物激素；還應(yīng)含有殺菌劑，以防播種后微生物的侵害。2．微型繁殖、作物脫毒、獲得人工種子的基礎(chǔ)是植物組織培育技術(shù)，屬于無性生殖，產(chǎn)生的子代具有親本的優(yōu)良性狀。┃┃典例評析__■典例1下列有關(guān)人工種子的敘述不正確的是(B)A．通過科學手段人工合成的種子B．必需由受精卵植物組織培育技術(shù)獲得的種子C．人工種皮可以為種子萌發(fā)供應(yīng)足夠的養(yǎng)分物質(zhì)D．人工種子發(fā)芽率較高解析：本題考查了人工種子獲得的方法及其過程。人工種子是經(jīng)植物組織培育獲得胚狀體、不定芽等，然后經(jīng)人工薄膜包裝得到的種子。┃┃變式訓練__■1．百合利用它的球莖進行無性繁殖，種植的世代多了以后往往會感染病毒而減產(chǎn)，為此農(nóng)戶都希望得到無病毒的幼苗進行種植。在最短時間內(nèi)獲得大量無病毒幼苗的最佳方法是(C)A．花藥離體培育B．選取成熟組織進行培育C．利用莖尖進行組織培育D．人工誘導基因突變學問點作物新品種的培育┃┃重難拓展__■1．單倍體育種(1)原理：整個單倍體育種過程的原理是染色體變異，其中的花藥離體培育利用的是細胞的全能性。(2)過程：如圖所示。通過花藥離體培育獲得單倍體植株，染色體加倍后當年便可得到穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良品種，極大地縮短了育種年限。eq\x(花藥)eq\o(→,\s\up7(離體培育))eq\x(\a\al(單倍體,植株))eq\o(→,\s\up7(秋水仙素處理))eq\x(\a\al(具有優(yōu)良性狀,的正常植株))學問貼士單倍體育種和花藥離體培育：花藥離體培育是單倍體育種的常用方法，但該過程得到的植株一般是單倍體，表現(xiàn)為高度不育；單倍體育種是在花藥離體培育的基礎(chǔ)上，用適當濃度的秋水仙素處理，獲得純合的二倍體植株，其自交后代不發(fā)生性狀分別。(3)成果：我國在水稻、小麥、煙草、柏、橡膠和辣椒等植物的單倍體育種上，處于世界領(lǐng)先地位。(4)優(yōu)點：后代穩(wěn)定遺傳，都是純合體；明顯縮短育種年限。2．突變體育種(1)實質(zhì)：植物組織培育。(2)利用：篩選對人們有利的突變體，進而培育新品種。(3)形成緣由：培育的細胞始終處于不斷的分生狀態(tài)，簡單受一些條件的影響而產(chǎn)生突變。┃┃典例評析__■典例2下列應(yīng)用不涉及植物組織培育技術(shù)的是(B)A．花藥離體培育得到單倍體植物B．秋水仙素處理幼苗獲得多倍體植株C．人工種子培育D．“番茄——馬鈴薯”雜種植株培育解析：植物組織培育利用細胞的全能性將離體的組織、器官或細胞經(jīng)細胞分裂、分化形成胚狀體或叢芽，進一步培育成人工種子或植株，此過程也可用于體細胞雜交技術(shù)。┃┃變式訓練__■2．下列育種措施，可以增加植物突變體出現(xiàn)的是(C)A．采納嫁接方法培育蘋果新品種B．將魚的抗凍蛋白基因?qū)霟煵菔芫阎?，培育抗凍煙草C．用紫外線對組織培育中的愈傷組織進行照耀D．運用秋水仙素對棉花植株進行處理解析：突變體的利用是植物組織培育的用途之一，增加突變體可應(yīng)用物理、化學、生物等因素去誘發(fā)突變，如用紫外線進行處理等。而A選項中嫁接屬于無性生殖，B選項為基因工程，二者均不會產(chǎn)生新的基因；秋水仙素能誘導棉花出現(xiàn)染色體變異。學問點細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)┃┃重難拓展__■(1)種類：蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。(2)技術(shù)：植物的組織培育。(3)工廠化生產(chǎn)人參皂甙的基本過程：①第一步：選擇人參根作為外植體進行培育，產(chǎn)生愈傷組織，經(jīng)過培育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，其中一部分作為種子保存，以備下一次生產(chǎn)運用，一部分進行發(fā)酵生產(chǎn)。②其次步，將第一步選擇到的細胞株在發(fā)酵罐中的適合培育液中進行液體培育，增加細胞數(shù)量。③第三步，將發(fā)酵罐中培育的細胞進行破裂，從中提取人參皂甙。學問貼士培育目的不同，利用植物組織培育技術(shù)到達的階段不同(1)微型繁殖、脫毒苗、單倍體育種、突變體：到完整植株。(2)人工種子：到胚狀體階段。(3)細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)：可以培育到植株階段，也可以培育到愈傷組織階段。指引迷津·撥云見日五種生物技術(shù)的比較方式植物組織培育突變體的利用單倍體育種植物體細胞雜交植物基因工程育種原理植物細胞的全能性基因突變、植物細胞的全能性花粉細胞的全能性、染色體變異細胞膜的流淌性、植物細胞的全能性基因重組、植物細胞全能性重要步驟脫分化、再分化對愈傷組織誘變處理花藥離體培育、秋水仙素誘導染色體數(shù)目加倍原生質(zhì)體融合、雜種細胞組織培育對導入目的基因的植物細胞進行組織培育優(yōu)點保持優(yōu)良品種的遺傳特性提高突變率，獲得優(yōu)良性狀明顯縮短育種年限克服遠緣雜交不親和的障礙克服遠緣雜交不親和的障礙舉例微型繁殖、脫毒苗培育、人工種子培育抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的野生煙草單育1號煙草培育“番茄—馬鈴薯”雜種植株轉(zhuǎn)基因抗蟲棉典例3如圖所示為植株繁殖的四種人工方式示意圖，請據(jù)圖回答：(1)圖中單倍體植株通常的獲得方式是__花藥離體培育__。若圖中單倍體細胞含2個染色體組，A有4個染色體組，則③過程所用化學試劑的作用是__抑制細胞有絲分裂過程中紡錘體的形成__。(2)圖中B和C過程的不同點是__B過程中形成的是胚狀體，而C過程形成的是胚芽__，這種不同主要的確定因素是__細胞分裂素與生長素的比值__。(3)若想在C過程中獲得突變體，進而培育成新品種植株，應(yīng)用物理誘變或化學誘變的方法處理__愈傷組織__。(4)若要獲得水稻的“人工種子”，則應(yīng)選用圖中的__胚狀體__結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與正常受精卵形成的__胚__有類似的結(jié)構(gòu)和發(fā)育過程。(5)若D為胡蘿卜－羊角芹，②過程常用的物理方法有__離心、振動、電激__等；經(jīng)融合處理后，含有的細胞類型有__3__種(若融合的細胞只考慮兩兩融合)。解析：本題主要考查植物細胞工程的原理和應(yīng)用。(1)圖中A過程表示單倍體育種，獲得單倍體時常用花藥離體培育的方法。若要使單倍體的染色體加倍，變成A植株，則須要在③過程中用秋水仙素處理幼苗，以抑制細胞有絲分裂過程中紡錘體的形成過程。(2)圖中B和C過程都是體細胞的組織培育，其不同點是B過程中形成的是胚狀體，而C過程形成的是胚芽，這種不同主要的確定因素是細胞分裂素與生長素的比值。(3)在組織培育過程中獲得突變體，一般用物理誘變或化學誘變的方法處理愈傷組織，再由愈傷組織經(jīng)再分化形成突變植株。(4)若要獲得水稻的“人工種子”，則應(yīng)選用圖中的胚狀體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與正常受精卵形成的胚有類似的結(jié)構(gòu)和發(fā)育過程。(5)D為植物體細胞雜交的過程，②過程常用的物理方法有離心、振動、電激等；經(jīng)融合處理后，含有的細胞類型有3種(只考慮兩兩融合)：胡蘿卜—胡蘿卜融合細胞、羊角芹—羊角芹融合細胞和胡蘿卜—羊角芹融合細胞。核心素養(yǎng)·技能培優(yōu)案例玉米是一種主要的農(nóng)作物，為了提高玉米的產(chǎn)量，科學家做了大量的探討工作。如圖是關(guān)于玉米培育的過程，請據(jù)圖回答：(1)如圖A→C，發(fā)育成植株D，取D的花藥進行離體培育得到的幼苗屬于__單倍體__，如圖E→F，經(jīng)秋水仙素處理后發(fā)育成植株G；從生殖方式上分析，A→D屬于__無性__生殖。(2)A→C的過程要嚴格限制__無菌__。(3)F→G的過程中用__秋水仙素__處理，使細胞染色體數(shù)目加倍，用E→G途徑育種的優(yōu)點是__干脆得到穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良品種，極大地縮短了育種年限__。(4)若想培育出一種能抗蟲的玉米新品種，可以采納__基因工程__育種；若想培育出一種地上結(jié)玉米，地下結(jié)馬鈴薯的植株，可以利用__植物體細胞雜交__技術(shù)。解析：(1)取D的花藥進行離體培育成幼苗(如圖E→F)，經(jīng)秋水仙素處理后發(fā)育成植株G，此過程屬于單倍體育種，從生殖方式上分析，A→D屬于無性生殖。(2)在植物組織培育過程中，要嚴格限制無菌條件。(3)F→G的過程中用秋水仙素處理，使細胞染色體數(shù)目加倍；用E→G途徑進行單倍體育種的優(yōu)點是干脆得到穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良品種，自交后代不發(fā)生性狀分別，極大地縮短了育種年限。(4)若想培育出一種能抗蟲的玉米新品種，可以采納基因工程育種；若想培育出一種地上結(jié)玉米，地下結(jié)馬鈴薯的植株，可以利用植物體細胞雜交技術(shù)。探規(guī)尋律幾種育種方法的比較技術(shù)原理優(yōu)點缺點誘變育種基因突變提高生物變異的頻率，可大幅度改良某些性狀，縮短育種進程盲目性大，需大量處理試驗材料雜交育種基因重組使位于不同個體的優(yōu)良性狀集中于一個個體周期長，難以克服遠緣雜交不親和的障礙單倍體育種染色體變異獲得個體均為純種，明顯縮短育種年限技術(shù)困難，須與雜交育種協(xié)作多倍體育種染色體變異器官大，提高產(chǎn)量和養(yǎng)分成分適用于植物，動物方面難以開展基因工程育種分子遺傳學原理打破物種界限，定向地改造生物遺傳性狀可能造成新的生態(tài)危機細胞工程育種細胞生物學和分子生物學原理克服遠緣雜交不親和的障礙；擴大了用于雜交的親本組合范圍；定向變更生物遺傳性狀不能按人們的須要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀問題釋疑·探究升華教材P38探討1人們利用植物的微型繁殖技術(shù)來進行工廠化育苗生產(chǎn)，這是利用了該項技術(shù)的哪些特點？提示：植物微型繁殖技術(shù)具有高效性和可以保持種苗的優(yōu)良遺傳特性的優(yōu)勢，工廠化大規(guī)模育苗生產(chǎn)正是利用了植物微型技術(shù)的這兩方面優(yōu)勢。利用植物微型繁殖技術(shù)我們可以短時間內(nèi)獲得大量的優(yōu)質(zhì)種苗。教材P40探討21．人工種子之所以奇妙，是由于它具有自然種子不行比擬的特點，想一想，它們具有哪些優(yōu)點？提示：人工種子的優(yōu)點：(1)自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變更；自然種子在生產(chǎn)上受季節(jié)限制，一般每年只繁殖1～2次，有些甚至十幾年才繁殖一次。而人工種子則可以完全保持優(yōu)良品種的遺傳特性，生產(chǎn)上也不受季節(jié)的限制。(2)試管苗的大量貯藏和運輸也是相當困難的。人工種子則克服了這些缺點，人工種子外層是起愛護作用的薄膜，類似于自然種子的種皮，因此，可以很便利地貯藏和運輸。2．在人工種子中，人工種皮是保證包袱在其中的胚狀體順當生長成小植株的關(guān)鍵部分。請?zhí)接懀喝斯しN皮中應(yīng)當具有的有效成分是什么？為了促進胚狀體的生長發(fā)育，還可以向人工種皮中加入哪些物質(zhì)？提示：針對植物種類和土壤等條件，在人工種子的包袱劑中還可以加入適量的養(yǎng)分、無機鹽、有機碳源以及農(nóng)藥、抗生素、有益菌等。為了促進胚狀體的生長發(fā)育，還可以向人工種皮中加入一些植物生長調(diào)整劑。教材P41資料分析高效抗癌的藥物紫杉醇，雖然能造福人類，但卻為瀕危的紅豆杉帶來一場滅頂之災(zāi)。以“我們能否利用植物組織培育技術(shù)大量生產(chǎn)紫杉醇，從而挽救紅豆杉”為題，與同學們綻開探討，說說植物組織培育技術(shù)在節(jié)約資源、愛護環(huán)境方面的重要意義。提示：可以利用植物組織培育技術(shù)來大量生產(chǎn)紫杉醇?，F(xiàn)在國內(nèi)外的科學家們正在探討利用植物細胞培育技術(shù)來大量培育紅豆杉細胞，希望利用這