PAGE9-第2課時植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.理解微型繁殖技術(shù)的應(yīng)用。2.了解單倍體育種過程和優(yōu)點(diǎn)。3.駕馭作物脫毒、人工種子的制備過程和意義。學(xué)問點(diǎn)一植物繁殖的新途徑學(xué)問梳理1.微型繁殖(1)概念：eq\o(□,\s\up3(01))快速繁殖優(yōu)良品種的eq\o(□,\s\up3(02))植物組織培育技術(shù)叫微型繁殖技術(shù)。(2)實(shí)質(zhì)：植物的組織培育。(3)依據(jù)原理：eq\o(□,\s\up3(03))細(xì)胞全能性。(4)完成該過程的細(xì)胞分裂方式：eq\o(□,\s\up3(04))有絲分裂。(5)特點(diǎn)①保持優(yōu)良品種的eq\o(□,\s\up3(05))遺傳特性。②eq\o(□,\s\up3(06))高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖。(6)適用對象：一些優(yōu)良eq\o(□,\s\up3(07))欣賞植物、經(jīng)濟(jì)林木、無性繁殖作物等。(7)實(shí)例：蘭花、生菜、楊樹和無子西瓜等。2．作物脫毒(1)選材部位：植物eq\o(□,\s\up3(01))分生區(qū)旁邊(如莖尖)的部位，因?yàn)閑q\o(□,\s\up3(02))此區(qū)病毒極少，甚至無病毒。(2)脫毒苗①常用方法：莖尖組織培育技術(shù)。②結(jié)果：植株eq\o(□,\s\up3(03))可能不帶病毒，從而獲得脫毒苗。(3)優(yōu)點(diǎn)：用脫毒苗進(jìn)行繁殖，種植的作物eq\o(□,\s\up3(04))就不會或極少感染病毒，從而提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。(4)實(shí)例：eq\o(□,\s\up3(05))馬鈴薯、eq\o(□,\s\up3(06))草莓、甘蔗、菠蘿、香蕉等無病毒植株的培育。3．人工種子(1)概念：以植物組織培育得到的eq\o(□,\s\up3(01))胚狀體、不定芽、eq\o(□,\s\up3(02))頂芽和腋芽等為材料，經(jīng)過人工薄膜包裝得到的種子。(2)(3)特點(diǎn)①繁殖周期短。②實(shí)現(xiàn)優(yōu)良雜種的后代不發(fā)生eq\o(□,\s\up3(06))性狀分別，能夠保持親本的優(yōu)良性狀。③不受氣候、季節(jié)和eq\o(□,\s\up3(07))地域限制，并可節(jié)約土地。(4)適用對象①生長數(shù)年后才結(jié)種子的植物。②某些作物的優(yōu)良雜種。(5)實(shí)例：eq\o(□,\s\up3(08))芹菜、eq\o(□,\s\up3(09))花椰菜、桉樹和水稻等。eq\a\vs4\al([問題探究])1.微型繁殖是無性生殖嗎？提示：微型繁殖實(shí)際是一種無性生殖，繁殖過程中細(xì)胞的分裂方式是有絲分裂，親、子代細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)相同，因此能保證親、子代遺傳特性不變。2．為何植物分生區(qū)旁邊病毒少？提示：在植物分生區(qū)旁邊，細(xì)胞分裂非常快速，病毒來不及侵入，因此就成為植物體相對無病毒的特別區(qū)域。3．脫毒苗與抗毒苗有何區(qū)分？提示：脫毒苗是選擇植物的莖尖(剛形成，病毒極少，甚至無病毒)進(jìn)行組織培育而獲得的，屬于細(xì)胞工程的范疇。抗毒苗是把某抗病基因?qū)氲绞荏w細(xì)胞中，并通過肯定的方法培育形成的，屬于基因工程的范疇。4．自然種子中種皮的基因型與胚的基因型肯定相同嗎？提示：不肯定。自然種子中種皮的基因型與母本相同，而胚的基因型與父本和母本均有關(guān)。5．胚狀體的產(chǎn)生途徑有哪些？提示：①由脫分化的外植體干脆產(chǎn)生；②由愈傷組織產(chǎn)生；③由懸浮細(xì)胞培育產(chǎn)生。典題分析題型一微型繁殖技術(shù)及作物脫毒[例1]利用植物的莖尖或葉片、莖段等，在無菌條件下，培育在玻璃器皿中人工配制的培育基上，使它發(fā)育成完整的植株。這種技術(shù)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(guān)于這種技術(shù)的敘述，正確的是()①這種技術(shù)利用了植物細(xì)胞的全能性②這種技術(shù)叫做植物組織培育，可以克隆生物體③這種技術(shù)屬于細(xì)胞工程的應(yīng)用領(lǐng)域之一④這種技術(shù)是一種無性繁殖的方式A．① B．①②C．①②③ D．①②③④解題分析植物體細(xì)胞都含有該物種全套遺傳信息，所以每個細(xì)胞理論上都具有全能性，都有發(fā)育成完整生物體的潛能，植物組織培育就是在體外通過人工方法，讓植物細(xì)胞表現(xiàn)出全能性，是植物細(xì)胞工程的一個基礎(chǔ)技術(shù)手段，①②③正確；因?yàn)闆]有生殖細(xì)胞的結(jié)合，所以屬于無性生殖方式，④正確。答案D題型二人工種子的制備及特點(diǎn)[例2]下列關(guān)于人工種子的敘述，不科學(xué)的是()A．人工種皮的制作材料有海藻酸鈉、明膠、淀粉等B．利用種子進(jìn)行繁殖屬于有性生殖，所以利用人工種子繁殖也屬于有性生殖C．在人工種皮中可加入菌肥、農(nóng)藥等，所以人工種子萌發(fā)率比自然種子萌發(fā)率高D．人工種子的胚狀體是經(jīng)植物組織培育形成的解題分析植物種子是通過有性生殖得到的，所以利用種子進(jìn)行繁殖屬于有性生殖，而人工種子是利用植物組織培育得到的，假如利用植物的體細(xì)胞進(jìn)行植物組織培育得到人工種子，則該人工種子繁殖屬于無性生殖，假如利用花粉進(jìn)行植物組織培育得到人工種子，則該人工種子繁殖屬于有性生殖，B錯誤。答案B學(xué)問拓展人工種子中，只有胚狀體或不定芽、頂芽、腋芽部分是植物組織培育的產(chǎn)物。人工種子可以固定雜種優(yōu)勢：自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變更，而人工種子實(shí)際是無性繁殖，所以可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性。學(xué)問點(diǎn)二作物新品種的培育學(xué)問梳理1.單倍體育種(1)原理：eq\o(□,\s\up3(01))染色體變異、植物細(xì)胞全能性。(2)過程：配子eq\o(→,\s\up10(花藥離體培育))eq\o(□,\s\up3(02))單倍體幼苗eq\o(→,\s\up10(人工誘導(dǎo)),\s\do10(染色體加倍))正常植株。(3)優(yōu)點(diǎn)：得到純合子，能eq\o(□,\s\up3(03))穩(wěn)定遺傳，明顯eq\o(□,\s\up3(04))縮短育種年限。(4)缺點(diǎn)①技術(shù)困難，須要與雜交育種相結(jié)合。②多限于植物。(5)實(shí)例：我國在水稻、小麥、煙草等植物的單倍體育種上，處于世界領(lǐng)先地位。2．突變體的利用(1)原理：eq\o(□,\s\up3(01))基因突變和植物細(xì)胞的全能性。(2)過程：植物組織培育過程中，由于培育細(xì)胞始終處于不斷的eq\o(□,\s\up3(02))分生狀態(tài)，因此簡單受到培育條件和eq\o(□,\s\up3(03))外界壓力(如射線、化學(xué)物質(zhì)等)的影響而產(chǎn)生突變。(3)優(yōu)點(diǎn)：提高愈傷組織的突變率，可以獲得高抗、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆的新品種，加快了育種進(jìn)程。(4)缺點(diǎn)：有利變異少，需大量處理試驗(yàn)材料。(5)實(shí)例：抗花葉病毒的甘蔗、抗eq\o(□,\s\up3(05))鹽堿的野生煙草、抗eq\o(□,\s\up3(06))除草劑的白三葉草等。eq\a\vs4\al([問題探究])1.單倍體育種中為何要進(jìn)行人工誘導(dǎo)染色體加倍？常用的誘導(dǎo)方法是什么？提示：單倍體植株弱小，高度不育。通常用秋水仙素或低溫處理單倍體幼苗，誘導(dǎo)其染色體加倍。2．單倍體育種和花藥離體培育獲得的植株有什么區(qū)分？提示：單倍體育種和花藥離體培育的區(qū)分：花藥離體培育是單倍體育種的常用方法，該過程得到的植株是單倍體，表現(xiàn)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(dāng)濃度的秋水仙素或低溫處理，獲得純合的植株，而且自交后代不發(fā)生性狀分別。3．單倍體幼苗經(jīng)秋水仙素誘導(dǎo)處理后得到的都是純合子嗎？試分析緣由。提示：不肯定。對二倍體植物形成的單倍體，這句話是對的。對多倍體，這句話不對。例如，四倍體植物(AAaa)形成的單倍體幼苗(基因型有AA、Aa、aa三種)，經(jīng)秋水仙素誘導(dǎo)后形成的仍舊是四倍體，基因型分別為AAAA、AAaa、aaaa，其中AAaa是雜合子。4．單倍體育種與多倍體育種的異同。提示：單倍體育種和多倍體育種均須要用秋水仙素或低溫誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍。單倍體育種須要植物組織培育先形成單倍體幼苗，但多倍體育種一般不運(yùn)用植物組織培育技術(shù)。典題分析題型三作物新品種的培育方法[例3]下圖是利用某植物(基因型為AaBb)產(chǎn)生的花粉進(jìn)行單倍體育種的示意圖，據(jù)圖推斷錯誤的是()eq\x(花粉\o(→,\s\up10(①))植株A\o(→,\s\up10(②))植株B)A．過程②通常運(yùn)用的試劑是秋水仙素，作用時期為有絲分裂前期B．通過過程②得到的植株既有純合子又有雜合子C．過程①屬于植物的組織培育，在此過程中必需運(yùn)用肯定量的植物激素D．與雜交育種相比，該育種方法的優(yōu)點(diǎn)是能明顯縮短育種年限解題分析該過程是單倍體育種過程，所以①是花藥離體培育，獲得的是單倍體，基因型為AB、Ab、aB、ab4種，經(jīng)染色體加倍后的植株B都為純合子，B錯誤；過程②運(yùn)用秋水仙素使染色體數(shù)目加倍，作用的機(jī)理是抑制有絲分裂前期紡錘體的形成，到后期染色單體分開后不能向細(xì)胞兩極移動，A正確；過程①屬于植物組織培育，須要生長素和細(xì)胞分裂素的誘導(dǎo)，C正確；單倍體育種可以顯著縮短育種年限，D正確。答案B[例4]下圖為幾種育種方法示意圖，據(jù)圖回答：(1)①④方向所示的途徑表示________育種方法，⑦過程所示的育種方法是________________。(2)②過程是________________，③⑦過程中采納方法有________________________(填兩項(xiàng))。(3)⑤過程發(fā)生在生物個體發(fā)育的________時期。經(jīng)過⑥的選育，得到具有新基因的種子或幼苗，由此培育出的新品種具有某一優(yōu)良性狀，若要將該性狀穩(wěn)定快速地遺傳下去，運(yùn)用生物技術(shù)的解決方法是________________________。(4)⑧→⑩過程所代表的生物技術(shù)涉及兩項(xiàng)重要步驟是__________________、____________________。假設(shè)甲種植物是四倍體，乙種植物是二倍體，則人工種子萌發(fā)長成的植物是幾倍體？________。解題分析(1)據(jù)圖分析，①④所示途徑為雜交育種，①②③途徑為單倍體育種，⑦途徑為多倍體育種。(2)②是花藥離體培育過程，③階段是用秋水仙素處理或低溫誘導(dǎo)單倍體幼苗，而⑦屬于多倍體育種，用秋水仙素處理或低溫誘導(dǎo)萌發(fā)的種子或幼苗。(3)⑤⑥途徑屬于誘變育種，基因突變具有隨機(jī)性，因而⑤過程發(fā)生在生物個體發(fā)育的任何時期；通過植物組織培育技術(shù)可以將植物細(xì)胞的突變基因快速穩(wěn)定地遺傳下去。(4)⑧→⑩屬于植物體細(xì)胞雜交技術(shù)流程，須要經(jīng)過植物細(xì)胞的融合、雜種細(xì)胞的組織培育等階段。植物體細(xì)胞雜交得到的雜種細(xì)胞的染色體組數(shù)(N)＝甲植物染色體組數(shù)(n1)＋乙植物染色體組數(shù)(n2)，則雜種植株屬于異源N倍體。答案(1)雜交多倍體育種(2)花藥離體培育秋水仙素處理或低溫誘導(dǎo)(3)任何植物組織培育技術(shù)(微型繁殖)(4)植物體細(xì)胞融合植物組織培育(異源)六倍體題后歸納五種生物技術(shù)的比較學(xué)問點(diǎn)三細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)學(xué)問梳理1.過程eq\x(外植體)eq\o(→,\s\up10(脫分化))eq\x(\a\al(愈傷,組織))eq\o(→,\s\up10(分散開))eq\x(\a\al(細(xì)胞,懸液))eq\o(→,\s\up10(發(fā)酵),\s\do10(提取))eq\x(\a\al(細(xì)胞,產(chǎn)物))2．技術(shù)：植物eq\o(□,\s\up3(01))組織培育技術(shù)。3．產(chǎn)物種類：eq\o(□,\s\up3(01))蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、eq\o(□,\s\up3(02))藥物、香料、生物堿等。4．實(shí)例：工廠化生產(chǎn)人參皂甙干粉。5．優(yōu)點(diǎn)：提高生產(chǎn)速度、便于操作管理。eq\a\vs4\al([問題探究])依據(jù)培育目的的差異，細(xì)胞工程應(yīng)用中的各項(xiàng)技術(shù)在植物組織培育時應(yīng)分別培育到什么階段？提示：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(xì)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。典題分析題型四植物組織培育與植物細(xì)胞培育的比較[例5]植物細(xì)胞培育是在植物組織培育技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，下列有關(guān)植物細(xì)胞培育的敘述不正確的是()A．植物細(xì)胞培育技術(shù)的目的是為了獲得大量有生理活性的次級代謝產(chǎn)物B．植物細(xì)胞培育技術(shù)快速、高效，不受季節(jié)、外部環(huán)境等條件的限制C．利用生物反應(yīng)器懸浮培育人參細(xì)胞，提取人參皂甙，用于生產(chǎn)保健藥品和美容護(hù)膚用品D．植物細(xì)胞培育須要在肯定的溫度、pH等條件下進(jìn)行，但不須要進(jìn)行無菌操作解題分析植物細(xì)胞培育和植物組織培育一樣，整個培育過程必需在無菌條件下進(jìn)行，否則培育基內(nèi)將長出很多雜菌，與離體細(xì)胞爭奪養(yǎng)分與生存空間，影響細(xì)胞增殖和細(xì)胞次級代謝產(chǎn)物的獲得，D錯誤；A項(xiàng)所述為植物細(xì)胞培育的目的，B項(xiàng)為特點(diǎn)，C項(xiàng)為應(yīng)用，A、B、C正確。答案D[例6]如圖是通過植物細(xì)胞工程技術(shù)獲得紫杉醇的途徑。(1)過程①為________，除了供應(yīng)水分、無機(jī)鹽、糖類、維生素以及氨基酸外，還須要在培育基中加入________，獲得的愈傷組織具有的特點(diǎn)是_________________________________________________________________。(2)過程②________(填“是”或“不是”)再分化，該過程主要用________處理愈傷組織。(3)過程③須要運(yùn)用________(填“固體”“液體”或“半固體”)培育基，這樣有利于細(xì)胞增殖，在培育過程中，除必要的溫度、光照和氧氣等外界條件外，勝利的另一個關(guān)鍵是操作過程中必需保證________，該途徑是否體現(xiàn)了植物細(xì)胞具有全能性？________。解題分析(1)過程①為脫分化，除了供應(yīng)水分、無機(jī)鹽、糖類、維生素以及氨基酸外，還須要在培育基中加入植物激素(生長素