2.1.2 植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用,探究1 植物繁殖的新途徑 【研讀教材自主認(rèn)知】 1.微型繁殖: (1)概念:快速繁殖優(yōu)良品種的_技術(shù)。,植物組織培養(yǎng),無性,大量繁殖,2.作物脫毒: (1)取材:無病毒的_組織。 (2)優(yōu)點(diǎn):提高作物的_。 (3)實(shí)例:脫毒馬鈴薯的培育。,莖尖,產(chǎn)量和品質(zhì),3.神奇的人工種子:,人工薄膜,胚狀體,植物組織培養(yǎng),無性狀分離,季節(jié)、氣候,【小判斷】 (1)植物組織培養(yǎng)技術(shù)可用于植物莖尖脫毒。 ( ) 【分析】莖尖分生能力強(qiáng),沒有病毒侵染,以莖尖為外植體,通過植物 組織培養(yǎng)可獲得無病毒植株。 (2)植物組織培養(yǎng)技術(shù)不僅可以保持優(yōu)良品種的遺傳性狀,還可以快速 高效地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖。 ( ) 【分析】植物組織培養(yǎng)技術(shù)屬于無性繁殖,可以保持親本的優(yōu)良性狀; 由于植物組織培養(yǎng)技術(shù)克服了時(shí)間、空間和氣候等因素的影響,可以 快速、大量地繁殖種苗。,(3)培育草莓脫毒苗所采用的主要技術(shù)是植物體細(xì)胞雜交。( ) 【分析】培育草莓脫毒苗是利用草莓的莖尖分生組織細(xì)胞病毒極少,甚至無病毒的特點(diǎn),進(jìn)行植物組織培養(yǎng)形成無毒種苗的過程;植物體細(xì)胞雜交是將不同種的植物體細(xì)胞在一定條件下融合成雜種細(xì)胞,培育成新的植物體的技術(shù)。 (4)通過“人工種子”繁殖后代屬于有性繁殖。( ) 【分析】“人工種子”利用的是植物組織培養(yǎng)技術(shù),該過程細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂,細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)不發(fā)生改變,屬于無性繁殖。,【合作探究核心歸納】 1.微型繁殖的優(yōu)點(diǎn): (1)微型繁殖可以快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖,其技術(shù)手段是什么?依據(jù)的原理是什么? 提示:植物組織培養(yǎng);細(xì)胞的全能性。 (2)從繁殖類型看,微型繁殖屬于哪一種?這種繁殖的優(yōu)點(diǎn)是什么? 提示:屬于無性繁殖;可以保持所繁殖品種的一切性狀,因?yàn)橹参锝M織培養(yǎng)過程中細(xì)胞進(jìn)行的是有絲分裂,此過程中細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)不發(fā)生改變。,(3)從所需條件上來看,微型繁殖與傳統(tǒng)育種方法相比有哪些優(yōu)點(diǎn)? 提示:微型繁殖是在具有一定人工設(shè)施的室內(nèi)生產(chǎn),可以不受季節(jié)、氣候等自然條件的限制。,2.作物脫毒的原因、材料和方法: (1)許多通過無性繁殖的作物繁殖多代之后產(chǎn)量會(huì)下降,原因是什么? 提示:作物感染的病毒可以傳播給后代,并在作物體內(nèi)逐年積累,影響產(chǎn)量和品質(zhì)。 (2)作物脫毒時(shí)應(yīng)選取哪里的組織進(jìn)行組織培養(yǎng)?原因是什么? 提示:一般選取根尖或莖尖的分生區(qū);植物的分生區(qū)一般不會(huì)感染病毒,用分生區(qū)細(xì)胞進(jìn)行組織培養(yǎng),就能得到大量的脫毒苗。,3.人工種子: (1)常規(guī)的種子繁殖存在哪些缺陷? 提示:周期長(zhǎng);發(fā)生性狀分離而喪失其優(yōu)良特性;受到季節(jié)、氣候和地域的限制。 (2)正常種子包括哪幾部分結(jié)構(gòu)?各有什么作用? 提示:正常種子包括種皮、胚和胚乳,雙子葉植物沒有胚乳,但有肥厚的子葉。 種皮具有保護(hù)功能,胚乳或者肥厚的子葉為種子的萌發(fā)提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。,(3)分析下圖,回答題: 人工種子的胚狀體和植物種子的胚在來源上有何區(qū)別? 提示:人工種子的胚狀體是無性繁殖的結(jié)果,種子中的胚是有性繁殖的結(jié)果。,人工種皮是保證包裹在其中的胚狀體順利生長(zhǎng)成小植株的關(guān)鍵部分。人工種皮中應(yīng)該具有的有效成分是什么?為了促進(jìn)胚狀體的生長(zhǎng)發(fā)育,我們還可以向人工種皮中加入哪些物質(zhì)? 提示:a.針對(duì)植物種類和土壤等條件,在人工種子的包裹劑(人工種皮)中還可以加入適量的養(yǎng)分、無機(jī)鹽、有機(jī)碳源以及農(nóng)藥、抗生素、有益菌等。 b.為了促進(jìn)胚狀體的生長(zhǎng)發(fā)育,還可以向人工種皮中加入一些植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。,【精講精析】人工種子的優(yōu)越性 (1)固定品種優(yōu)勢(shì):天然種子是有性繁殖,而人工種子在本質(zhì)上屬于無性繁殖,一旦獲得優(yōu)良品種,可以保持遺傳上的優(yōu)勢(shì)。 (2)快捷高效的繁殖方式。 (3)可人為控制植物的生長(zhǎng)發(fā)育與抗逆性。,【歸納總結(jié)】 1.微型繁殖的優(yōu)點(diǎn): (1)繁殖速度快。 (2)“高保真”(因?yàn)槭菬o性繁殖)。 (3)不受自然生長(zhǎng)季節(jié)的限制(因?yàn)樵诰哂幸欢ㄈ斯ぴO(shè)施的室內(nèi)生產(chǎn))。,2.制作人工種子時(shí)對(duì)種皮的要求: (1)能保持胚狀體的活力,即能透氣、透水,含有胚狀體發(fā)芽所需要的各種營(yíng)養(yǎng)成分等。 (2)有利于貯藏、運(yùn)輸和萌發(fā),材料要有韌性,耐壓,對(duì)胚狀體無毒害。 (3)含有農(nóng)藥和殺菌劑,以防播種后害蟲及微生物的侵害。 (4)加入能促進(jìn)胚狀體生長(zhǎng)和發(fā)育的一些植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、有益菌等。,【過關(guān)小練即時(shí)應(yīng)用】 1.(2015石家莊高二檢測(cè))名貴花卉若用種子繁殖可能發(fā)生性狀分離。為了保持植株的優(yōu)良性狀,可以進(jìn)行微型繁殖,即利用植物體的一部分器官或組織進(jìn)行離體培養(yǎng),發(fā)育成完整的植株。進(jìn)行離體培養(yǎng)不應(yīng)采用植物的 ( ) A.子房壁 B.花粉粒 C.葉片 D.莖尖 【解題指南】解答本題的關(guān)鍵在于以下兩點(diǎn): (1)要想保持后代遺傳性狀不發(fā)生改變,應(yīng)該使其遺傳物質(zhì)不變。 (2)植物組織培養(yǎng)中只進(jìn)行有絲分裂。,【解析】選B。只有利用植物的體細(xì)胞進(jìn)行植物組織培養(yǎng)才能使得到的植株保持親本的一切性狀,子房壁、葉片和莖尖中含有的都是正常體細(xì)胞。花粉粒是減數(shù)分裂產(chǎn)生的,進(jìn)行離體培養(yǎng)只能得到單倍體,不能保持親本的性狀。,2.(2015吉林高二檢測(cè))人工種子是人們模仿天然種子的結(jié)構(gòu)制造出來的生命有機(jī)體,它能像種子一樣萌發(fā)生長(zhǎng),長(zhǎng)成植物。人工種子的核心部件是一個(gè)被外層物包埋的具有類似于胚功能的胚狀體。將胚狀體包埋在一個(gè)能提供營(yíng)養(yǎng)的膠質(zhì)中,便成了所謂的“人工種子”。,(1)人工種子依據(jù)的原理是 ,培育胚狀體利用了 技術(shù)。 (2)包埋胚狀體的膠質(zhì)可看作自然種子的哪部分結(jié)構(gòu)? 。 (3)如果外植體是植物的莖尖,通過的處理可使細(xì)胞彼此分離,過 程中可加入 ( ) A.蛋白酶 B.淀粉酶 C.果膠酶 D.胰蛋白酶,(4)過程表示脫分化過程,其實(shí)質(zhì)是_ ;表示再分化過程,其實(shí)質(zhì)是_ 。 (5)由人工種子萌發(fā)成的植株是否可育? 。,【解題指南】解答本題的突破點(diǎn): (1)明確種子的結(jié)構(gòu)分為種皮、胚和胚乳三部分。 (2)了解人工種子的形成。 【解析】(1)人工種子能發(fā)育成完整植株,說明其細(xì)胞內(nèi)含有個(gè)體發(fā)育所需要的全部遺傳物質(zhì),因此依據(jù)的原理是細(xì)胞的全能性,人工種子是經(jīng)過植物組織培養(yǎng)得到的。,(2)包裹胚狀體的膠質(zhì)有保護(hù)胚狀體的作用,同時(shí)又可以為胚狀體提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),所以可看成種皮及胚乳或子葉。 (3)使植物細(xì)胞彼此分離可以使用果膠酶或纖維素酶,因?yàn)橹参锛?xì)胞壁的主要成分是纖維素和果膠。 (4)脫分化的實(shí)質(zhì)是使細(xì)胞恢復(fù)分裂能力,而再分化的實(shí)質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)。 (5)人工種子是否可育取決于培育胚狀體所用的材料。,答案:(1)植物細(xì)胞的全能性 植物組織培養(yǎng) (2)種皮及提供營(yíng)養(yǎng)的胚乳或子葉 (3)C (4)使細(xì)胞恢復(fù)分裂能力 基因的選擇性表達(dá) (5)不一定,【互動(dòng)探究】 (1)如果經(jīng)過過程得到的細(xì)胞的基因型為DdTt,經(jīng)圖示過程得到的人工種子是否可育?為什么? 提示:可育。若經(jīng)過過程得到的細(xì)胞的基因型為DdTt,則胚狀體的基因型為DdTt,屬于二倍體,因此可育。,(2)若圖中植物體的基因型為DdTt,利用花藥離體培養(yǎng)得到的“花粉胚”長(zhǎng)成的植株可育嗎?為什么? 提示:不可育。若植物體的基因型為DdTt,利用花藥離體培養(yǎng)得到的“花粉胚”長(zhǎng)成的植株的基因型為DT、Dt、dT、dt,均屬于單倍體,因此不可育。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】人工種子是指植物離體培養(yǎng)中產(chǎn)生的胚狀體,包裹在含有養(yǎng)分和具有保護(hù)功能的物質(zhì)中,并在適宜條件下能夠發(fā)芽出苗。下列與人工種子形成過程無關(guān)的是 ( ) A.細(xì)胞的脫分化和再分化 B.細(xì)胞全能性 C.細(xì)胞有絲分裂 D.細(xì)胞減數(shù)分裂,【解析】選D。人工種子是經(jīng)植物組織培養(yǎng)而獲得的,其理論基礎(chǔ)是細(xì)胞的全能性,經(jīng)過了細(xì)胞的脫分化和再分化兩個(gè)階段,細(xì)胞增殖的方式為有絲分裂。,探究2 作物新品種的培育及細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn) 【研讀教材自主認(rèn)知】 1.作物新品種的培育:,花藥的離體培養(yǎng),單倍體,純合子,穩(wěn)定遺傳,縮短,(2)突變體的產(chǎn)生和利用: 產(chǎn)生原因:植物組織培養(yǎng)過程中,由于培養(yǎng)細(xì)胞一直處于_ _狀態(tài)容易受培養(yǎng)條件和外界壓力的影響而產(chǎn)生_。 利用:篩選出對(duì)人們有用的_進(jìn)而培育成新品種。,不斷的分,生,突變,突變體,2.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn): (1)產(chǎn)物種類:_、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。 (2)生產(chǎn)技術(shù):_技術(shù)。 (3)實(shí)例:我國(guó)利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了大量生產(chǎn)人參皂甙干粉; 另外,三七、紫草和銀杏的_也都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)。,蛋白質(zhì),植物組織培養(yǎng),細(xì)胞產(chǎn)物,【小判斷】 (1)花藥離體培養(yǎng)中,可誘導(dǎo)愈傷組織分化出芽、根獲得再生植株,也 可通過誘導(dǎo)分化成胚狀體獲得再生植株。 ( ) 【分析】單倍體育種常采用花藥離體培養(yǎng)技術(shù),在該過程中,可通過誘 導(dǎo)其脫分化形成愈傷組織,再分化出芽、根獲得再生植株,也可以通過 誘導(dǎo)分化成胚狀體獲得再生植株。,(2)在植物組織培養(yǎng)過程中,容易獲得突變體的主要原因是培養(yǎng)的細(xì)胞 一直處于不斷的分生狀態(tài)。 ( ) 【分析】在植物的組織培養(yǎng)過程中,由于培養(yǎng)的細(xì)胞一直處于不斷的 分生狀態(tài),因此容易受到培養(yǎng)條件和外界壓力的影響而產(chǎn)生突變。 (3)要生產(chǎn)人參皂甙干粉,應(yīng)培養(yǎng)到胚狀體階段。 ( ) 【分析】要實(shí)現(xiàn)人參皂甙干粉的工廠化生產(chǎn)需將人參細(xì)胞培養(yǎng)至愈傷 組織階段。,(4)秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗獲得多倍體植株的過程包括脫分 化和再分化過程。 ( ) 【分析】用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗后產(chǎn)生多倍體植株,并沒 有經(jīng)過植物組織培養(yǎng)過程。 (5)單倍體育種就是通過植物組織培養(yǎng)過程得到單倍體植株。 ( ) 【分析】單倍體育種包括花藥離體培養(yǎng)和誘導(dǎo)染色體加倍兩個(gè)過程, 經(jīng)染色體加倍后得到的植株是二倍體或多倍體。 (6)細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)過程包括脫分化和再分化環(huán)節(jié)。 ( ) 【分析】細(xì)胞產(chǎn)物工廠化生產(chǎn)只需要進(jìn)行脫分化環(huán)節(jié)。,【合作探究核心歸納】 1.單倍體育種的原理和過程: 結(jié)合單倍體育種的相關(guān)知識(shí)思考下列問題: (1)以流程圖的形式表示單倍體育種過程。 提示:,(2)該過程所依據(jù)的原理和涉及的生物學(xué)技術(shù)分別有哪些? 提示:原理是染色體變異和細(xì)胞的全能性,該過程主要利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)。,2.突變體育種: 突變體的利用過程如圖所示:,請(qǐng)據(jù)圖分析: (1)為什么在培養(yǎng)至愈傷組織時(shí)進(jìn)行誘變處理? 提示:愈傷組織細(xì)胞分裂旺盛,不斷進(jìn)行DNA分子的復(fù)制,此時(shí)易發(fā)生基因突變。 (2)誘導(dǎo)分化得到的突變體都可以利用嗎?為什么? 提示:不行。因?yàn)榛蛲蛔兙哂卸嗪ι倮?即得到的突變體大多是有害的。,(3)單倍體育種和突變體育種的原理相同嗎?為什么? 提示:不相同。單倍體育種的原理是染色體變異,而突變體育種的原理是基因突變。,3.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn): (1)細(xì)胞產(chǎn)物工廠化生產(chǎn)實(shí)質(zhì)上是植物組織培養(yǎng)的過程,在生產(chǎn)中通常要培養(yǎng)到哪一階段? 提示:愈傷組織階段。 (2)與傳統(tǒng)的從植物體內(nèi)提取相比,工廠化生產(chǎn)細(xì)胞產(chǎn)物的優(yōu)點(diǎn)有哪些? 提示:沒有時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境的影響,克服了植物體生長(zhǎng)緩慢的缺點(diǎn),提取方便等。,【歸納總結(jié)】單倍體育種和突變體育種的比較,【過關(guān)小練即時(shí)應(yīng)用】 1.(2015石家莊高二檢測(cè))下圖為植物組織培養(yǎng)的基本過程。制作人 工種子,及生產(chǎn)治療燙傷、割傷的藥物紫草素,應(yīng)分別選用( ) A. B. C. D.,【解題指南】解答本題的關(guān)鍵是明確制取細(xì)胞產(chǎn)物時(shí)只需要將植物組織培養(yǎng)到愈傷組織階段即可。 【解析】選B。圖中是外植體、是愈傷組織、是胚狀體、是新植株。人工種子是以通過植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料,通過人工薄膜包裝得到的種子,所以制作人工種子應(yīng)選用;紫草素是細(xì)胞次生代謝產(chǎn)物,只需脫分化形成愈傷組織,再篩選出次生代謝產(chǎn)物高的愈傷組織細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)獲取相關(guān)產(chǎn)物即可,所以要獲取紫草素應(yīng)選用,故B正確。,2.為了提高玉米的產(chǎn)量,科學(xué)家做了大量的研究工作。下圖是關(guān)于玉米培養(yǎng)的過程,請(qǐng)據(jù)圖回答:,(1)從生殖方式上分析,AD屬于 繁殖;從細(xì)胞分裂方式上 分析,EF過程中進(jìn)行了 分裂。 (2)取莖尖進(jìn)行培養(yǎng)的原因是_ 。 (3)AC、EF的過程要嚴(yán)格控制 。 (4)用EG途徑育種的優(yōu)點(diǎn)是_ 。,(5)若想培育出一種新的玉米品種,可以采用 育種方式;若想 培育出一種能抗蟲的玉米新品種,可以采用 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_ 技術(shù)。,【解題指南】明確脫毒苗培育、單倍體育種的原理及技術(shù)流程,了解 組織培養(yǎng)過程中的技術(shù)要求,理解各種育種方法的特點(diǎn)。 【解析】本題綜合考查植物細(xì)胞工程及應(yīng)用、基因工程等知識(shí)。 (1)取玉米的分生組織,經(jīng)過組織培養(yǎng)獲得玉米植株,這屬于無性繁殖, EF過程中進(jìn)行有絲分裂。(2)分生區(qū)附近病毒極少,甚至無病毒,可 以用于脫毒苗的培育。(3)在組織培養(yǎng)的過程中,要嚴(yán)格控制環(huán)境中無 菌。(4)單倍體育種能直接得到穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良品種,極大地縮短了育 種年限。(5)若想獲取新的品種,可采取誘變育種、基因工程育種和植 物體細(xì)胞雜交技術(shù)等。,答案:(1)無性 有絲 (2)分生區(qū)附近病毒極少,甚至無病毒 (3)環(huán)境中無菌 (4)直接得到穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良品種,極大地縮短了育種年限 (5)誘變 基因工程 植物體細(xì)胞雜交,【互動(dòng)探究】 (1)AC、EF過程中的細(xì)胞,在各種理化因素作用下,較易發(fā)生基因突變,為什么? 提示:AC、EF過程中的細(xì)胞處于分裂旺盛時(shí)期,DNA分子復(fù)制時(shí)容易發(fā)生基因突變。 (2)第(5)問中提到的各種育種方法,是否需要進(jìn)行組織培養(yǎng)? 提示:轉(zhuǎn)基因植物和植物體細(xì)胞雜交均需進(jìn)行組織培養(yǎng)。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】用單倍體育種方法,可以明顯縮短育種年限,是因?yàn)楹蟠话l(fā)生性狀分離,下列有關(guān)其原因的說法正確的是 ( ) A.通過染色體加倍的可育植株,等位基因純合,這樣的植株自交,后代不發(fā)生性狀分離 B.單倍體植株只有一套染色體,不會(huì)出現(xiàn)等位基因,也就不會(huì)有雜合子,后代不會(huì)發(fā)生性狀分離 C.兩單倍體交配后,后代都是純合子,純合子自交后代不會(huì)發(fā)生性狀分離 D.以上三種說法均正確,【解析】選A。單倍體經(jīng)人工誘導(dǎo)后染色體加倍,因此這樣形成的植株都是純合子,純合子自交得到的后代也都是純合子,后代不會(huì)發(fā)生性狀分離,所以單倍體育種可以明顯縮短育種年限。,