学年高中生物 第二章 细胞工程 第7课时 植物细胞工程的应用学案 苏教版选修3.docx

学年高中生物 第二章 细胞工程 第7课时 植物细胞工程的应用学案 苏教版选修3.docx

《学年高中生物 第二章 细胞工程 第7课时 植物细胞工程的应用学案 苏教版选修3.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学年高中生物 第二章 细胞工程 第7课时 植物细胞工程的应用学案 苏教版选修3.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

学年高中生物第二章细胞工程第7课时植物细胞工程的应用学案苏教版选修3

第7课时植物细胞工程的应用

[学习目标]　1.掌握植物组织培养的原理、过程及其特点。

2.理解人工种子的制备方法、过程及其意义。

3.理解植物细胞培养的方法、过程。

4.举例说出植物细胞工程的应用。

一、植物组织培养技术的应用

植物细胞工程作为一门新兴的生物技术，已经普遍应用于社会生产的方方面面。

下面图示都是利用了植物组织培养技术，结合教材内容回答下列问题：

1．快速繁殖

（1）传统繁殖方法中，哪些可以保持植物的优良性状？

为什么？

答案　人们常用嫁接、扦插等方法。

因为它们是无性繁殖，遗传物质与亲本完全相同，所以能保持植物的优良性状。

（2）什么是微型繁殖？

答案　植物组织培养时，需要严格执行一定的程序，幼苗在实验室的培养瓶中生长发育，整个生产过程实现微型化、精密化，所以又被称为“微型繁殖技术”。

植物组织培养技术实现了种苗高效、快速繁殖，也被称为“快速繁殖技术”。

（3）微型繁殖属于什么繁殖方式？

进行哪种细胞分裂方式？

答案　无性繁殖。

有丝分裂。

（4）总结植物微型繁殖的特点。

答案　①能够保持优良品种的遗传特性。

②选取材料少；繁殖速度快，周期短；不受季节和恶劣天气的影响。

③可实现工厂化生产。

（5）人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化育苗生产，这是利用了该项技术的哪些特点？

答案　植物微型繁殖技术具有高效性和可以保持种苗的优良遗传特性的优势，工厂化大规模育苗生产正是利用了植物微型繁殖技术的这两方面优势。

利用植物微型繁殖技术我们可以在短时间内获得大量的优质种苗。

2．培育无病毒植物

（1）病毒是营寄生生活的生物，它是如何穿过植物细胞壁入侵植物体的？

答案　植物病毒一般是通过损伤部位入侵植物体的。

侵入植物体的病毒在细胞中会大量增殖并感染其相邻的细胞，最终扩散至整个植株。

（2）病毒对植物的生长有何影响？

答案　病毒在作物体内逐年积累会导致作物的产量降低，品质变差。

（3）植物组织培养为什么选用茎尖等分生组织做材料？

答案　要得到脱毒苗，材料选取的关键是选取植物的茎尖（或根尖）来作为植物组织培养的外植体。

这是因为植物的分生组织细胞中一般是不含病毒的，选取植物的茎尖（或根尖）作材料，可以避免病毒对作物的影响，大大提高作物的产量。

3．人工种子

（1）天然种子一般包括哪些结构？

各结构的主要成分及功能各有哪些？

答案　天然种子一般包括种皮、子叶、胚芽、胚轴、胚根等结构。

种皮具有保护种胚和萌发时吸收水分的作用。

胚根最先突破种皮向地生长，并发育成根。

胚轴伸长，胚芽突破种皮背地生长，发育成茎和叶。

胚乳的作用是储存营养物质。

单子叶植物子叶的作用是将胚乳内的有机物转运给胚芽、胚轴、胚根；双子叶植物子叶的作用是储存营养物质。

（2）如果制造人工种子，应该具备哪些结构？

答案　由胚状体、作为保护性外壳的人工种皮和提供发育所需营养的人工胚乳组成。

如图所示：

（3）在人工种子中还应该添加什么有效成分？

答案　适量的养分、无机盐、有机碳源、抗生素、农药、有益菌等，还可添加一些植物生长调节剂。

（4）与天然种子相比，人工种子有哪些优点？

答案　①不受环境因素的制约，一年四季都可以进行工厂化生产。

②繁殖速度快，可在短时间内提供大量种苗。

③胚状体是经人工无性繁殖产生的，有利于保存该种系的优良性状等。

二、植物细胞培养技术的应用

1．植物细胞代谢产物的工厂化生产

目前，植物细胞培养技术已成为工业化生产植物产品的一条有效途径，试结合下面的资料阅读教材，分析思考：

（1）植物细胞培养的技术基础是什么？

答案　植物组织培养。

（2）植物细胞培养也是为了获取新的植物个体吗？

有无体现细胞的全能性？

答案　植物细胞培养技术生产具有生理活性的植物细胞次生代谢产物，而不是植物个体，没有体现植物细胞的全能性，其原理是细胞增殖。

（3）植物细胞培养技术具有哪些优点？

答案　快速、高效，且不受季节、外部环境等条件限制。

2．单倍体育种

（1）花药由花药壁和花粉囊等构成，后者中的花粉可发育成单倍体胚或脱分化形成愈伤组织。

（2）什么是单倍体？

答案　单倍体是含有本物种配子染色体数目的个体。

（3）与二倍体植株相比，单倍体植株有何特点？

答案　叶小、株矮、生活力弱且高度不育。

（4）秋水仙素有何作用？

答案　抑制纺锤体的形成，使着丝点分裂后形成的两条子染色体不能分配到两个子细胞中，从而使染色体数目加倍。

（5）单倍体育种的原理是什么？

答案　染色体变异及植物细胞的全能性。

（6）单倍体育种采用的技术手段有哪些？

答案　花药离体培养、秋水仙素处理幼苗、植物组织培养技术。

（7）写出单倍体育种的流程图。

答案　花药离体培养

愈伤组织

单倍体植株

正常植株。

（8）单倍体育种方式有何优缺点？

答案　优点：

明显缩短育种年限。

缺点：

技术相当复杂，需要与杂交育种结合，其中的花药离体培养过程需要组织培养技术的支持，多限于植物。

一、培育无病毒植物、人工种子的培育过程均采用组织培养技术

1．培育无病毒植物主要是强调组织培养的取材一定是无毒的（如茎尖、根尖），才能繁殖出无毒的幼苗。

2．人工种子的培育也是采用组织培养技术，但是只需培育得到胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料，包上人工种皮就可形成人工种子。

人工胚乳含有胚状体发芽所需要的营养成分或植物激素，还应含有杀菌剂，以防播种后微生物的侵害，相当于种子的子叶或胚乳。

人工种子发芽得到的幼苗能保持亲本的优良性状，另外还不受气候、季节和地域的限制。

二、植物组织培养与植物细胞培养的区别

1．含义不同：

植物组织培养是指在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，把植物离体的器官、组织或细胞培养成完整的植物体。

而植物细胞培养是将组织培养过程中形成的愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中，进行悬浮培养，得到分散游离的悬浮细胞，通过传代培养使细胞增殖，从而获得大量的细胞群体的一种技术。

2．目的不同：

植物组织培养的目的是得到更多的植物体，而植物细胞培养的目的是获得人类所需要的细胞代谢产物。

1．下列属于植物的微型繁殖技术的是（　　）

A．兰花的茎尖组织培育成兰花幼苗

B．水稻种子萌发并长成新个体

C．扦插的葡萄枝长成新个体

D．柳树芽发育成枝条

答案　A

解析　水稻种子萌发并长成新个体、柳树芽发育成枝条均属于个体发育部分；扦插的葡萄枝长成新个体属于无性生殖中的营养生殖。

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．种皮能自我生成的种子

D．人工种子发芽率低

答案　B

解析　人工种子就是以通过植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。

该种子在适宜条件下同样能萌发长成幼苗，因此人工种子的发芽率并不低。

3．对人参皂甙干粉进行工厂化生产，下列何种技术是必需的（　　）

A．杂交育种B．植物组织培养

C．多倍体育种D．单倍体育种

答案　B

解析　对人参皂甙干粉进行工厂化生产，必须先通过植物组织培养获得人参皂甙含量最高的细胞株，然后进行发酵大规模生产。

4．下面是将四倍体兰花的叶片通过植物组织培养形成植株的示意图，下列相关叙述中正确的是（　　）

A．②阶段会发生减数分裂过程

B．①阶段需要生长素而③阶段需要细胞分裂素

C．此过程体现植物细胞具有全能性

D．此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体

答案　C

解析　②阶段形成胚状体是细胞分裂和分化的结果，不会发生减数分裂过程；①③阶段都需要生长素和细胞分裂素的参与，但不同阶段需要的比例不同；花药离体培养得到的植株为单倍体；此过程是由离体的结构发育成完整植株，因此体现了植物细胞的全能性。

5．下面为番茄植物组织培养过程的流程图解，以下相关叙述不正确的是（　　）

A．脱分化发生在b步骤，形成愈伤组织，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番茄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

答案　B

解析　由愈伤组织形成胚状体结构的过程叫再分化，发生在c过程，故B错。

b过程是指植物组织形成愈伤组织的过程，叫脱分化；脱分化、再分化都是由培养基中不同激素及其浓度比决定的；植物组织培养技术的原理是植物细胞的全能性；人工种子的优点是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。

基础再现

1．下列属于微型繁殖的是（　　）

A．马铃薯的块茎繁殖B．小麦的种子繁殖

C．一片花瓣的繁殖D．柳树的扦插繁殖

答案　C

解析　微型繁殖是利用植物组织培养技术，将离体的植物组织、器官、细胞进行培养，获得大量相同子代的过程。

2．人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化生产，这是利用了该项技术的哪些特点（　　）

A．操作简单

B．使优良性状组合在一起

C．培育新的性状

D．高效性和保持种苗的优良遗传特性

答案　D

解析　利用植物微型繁殖技术繁殖植物就是利用其优点：

一是繁殖高效快速，二是能保持优良品种的遗传特性。

植物微型繁殖技术的方法是植物组织培养技术，是一种无性繁殖方式，后代与亲代性状相同，操作过程并不简单。

3．人工种子比天然种子有许多优越性，下列对其优越性的叙述，不正确的是（　　）

A．可使自然状态下不结子的植物得以繁殖

B．方便贮藏和运输

C．可以随意改变植物的遗传性状

D．可快速、大量繁殖

答案　C

解析　人工种子是通过植物细胞工程完成的，所以可以使在自然条件下不结子或珍贵的植物得以繁殖；人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地贮藏和运输；人工种子的生产不受季节限制，而且快捷高效；人工种子可以保持物种优良的遗传性状。

4．下列哪种生物不能通过突变体的利用而获得（　　）

A．抗除草剂的白三叶草B．生产胰岛素的大肠杆菌

C．高产的水稻D．蛋白质含量高的小麦

答案　B

解析　突变体育种可通过基因突变或染色体变异而获得高产、高抗、有机物含量丰富的品种，但获得生产胰岛素的大肠杆菌不可能通过突变而获得，一般可通过基因工程（转基因技术）而获得。

5．下列应用不涉及植物组织培养技术的是（　　）

A．花药离体培养得到单倍体植株

B．秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株

C．人工种子培育

D．“番茄—马铃薯”杂种植株培育

答案　B

解析　花药离体培养、人工种子培育和体细胞杂交植株的培育均需要植物组织培养作为技术手段，而秋水仙素诱导多倍体形成与植物组织培养没有直接关系。

能力提升

6．马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会因感染病毒而减产，为此农民希望得到无病毒的幼苗进行种植。

获得无病毒幼苗的最佳方法是（　　）

A．选择优良品种进行杂交

B．进行远缘植物体细胞杂交

C．利用芽尖进行组织培养

D．人工诱导基因突变

答案　C

解析　本题的关键词是“获得无病毒幼苗”，即培养无病毒植株。

况且，马铃薯本身就是无性繁殖的，而作物脱毒时采用植物组织培养技术，形成的脱毒苗中遗传物质和亲本是完全相同的，只是少了原来的病毒。

故选C。

7．植物组织培养的过程可以归纳为：

①

②

③―→④。

对此叙述错误的是（　　）

A．②―→③的再分化过程中，当细胞分裂素与生长素的浓度比低时，有利于根的分化、抑制芽的形成

B．植物组织培养所依据的原理是细胞的全能性

C．③―→④过程指植物的营养生长和生殖生长阶段

D．②包裹上人造种皮可获得人工种子

答案　D

解析　只有将离体植物细胞或组织培养成具有生根发芽能力的胚状结构，再包上人工种皮，才能得到人工种子，而②是未分化的愈伤组织，不具有生根发芽能力，只有在分化培养基上培养后，才能用于制造人工种子。

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的粮食

C．人工种子克服了有些作物品种繁殖能力差或发芽率低等问题

D．人工种子的胚状体还未分化出胚芽、胚轴和胚根等结构

答案　D

解析　人工种子是以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子；胚状体与正常受精卵发育形成的胚有类似的结构和发育阶段；在人工种子胚乳中，除了添加种子萌发所需的营养物质外，还可添加农药、植物激素、固氮菌等。

9．如图为植物组织培养的基本过程，制造人工种子、生产治疗烫伤、割伤的药物——紫草素，应分别选用编号（　　）

A.④、②B.③、②

C.④、③D.②、③

答案　B

解析　人工种子是指已分化的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽等用合适的“人工种皮”进行包裹得到的种子，所以应为再分化后的③；获取细胞产物紫草素则培养到具有产生此物质的细胞群体②即可，无需获得植株。

10.用单倍体育种方法可以明显缩短育种年限，下列有关其原因的说法正确的是（　　）

A.通过染色体加倍获得的可育植株，基因组成纯合，这样的植株自交后代不发生性状分离

B.单倍体植株只有一套染色体，不会出现等位基因，也就不会有杂合子，后代不会发生性状分离

C.两个单倍体交配后，后代都是纯合子，纯合子自交后代不会发生性状分离

D.以上三种说法均正确

答案　A

解析　单倍体育种是取花药离体培养获得单倍体植株后，用秋水仙素处理，使染色体数目加倍，基因组成纯合，所以自交后代不发生性状分离。

11.科学家从悬浮培养的单细胞、离体花粉或胚囊中，通过植物组织培养技术获得胚状结构（胚状体）。

胚状体不同于一般的种子胚，它是由非合子细胞分化形成的类似于胚的结构物，所以，又称“体细胞胚”或“花粉胚”。

胚状体在一定的条件下，可以通过个体发育过程形成植株。

将其包埋在一个能提供营养的胶质中，外面包裹上人工种皮，便制成了“人工种子”。

目前，我国科学家利用植物组织培养技术已在烟草、水稻、小麦和玉米等植物上成功诱导出胚状体，而美、法等各国正着手将人工种子市场化、商品化。

（1）简要归纳“离体的细胞”进行植物组织培养获得胚状体的过程：

_____________________

____________________________________________________________________________。

（2）“人工种子”大体由胚状体、包埋胚状体的胶质以及人工种皮三部分组成。

包埋胚状体的胶质相当于自然种子中的　　　　　　　，其中富含营养物质，这是因为_________________

_______________________________________________________________________________。

为了满足胚状体代谢的需求，“人工种皮”还必须具有良好的　　　　　　　性能。

（3）由“人工种子”萌发出的植株是否可育？

_________________________________________

_______________________________________________________________________________。

（4）写出“人工种子”商品化的意义（两项）：

__________________________________________

_______________________________________________________________________________。

（5）培育胚状体利用了　　　　　　　　　　　　　　这一项生物技术。

在该过程中培养基中需要添加　　　　　　和　　　　　　两种激素，还需要对培养基进行严格的　　　　　　。

（6）利用“人工种子”繁殖后代属于________________________________________________。

（7）该项技术的成功应用，反映了细胞的___________________________________________性。

（2）胚乳或子叶　胚状体在萌发初期不能进行光合作用　透水、透气　（3）由花粉培养发育成的植株一般不可育，由体细胞经组织培养发育成的植株是可育的　（4）可用于苗木的快速繁育、无病毒植株培养、解决有些作物繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题（回答其中的两项即可）　（5）植物组织培养　生长素　细胞分裂素　灭菌　（6）无性繁殖　（7）全能

解析　

（1）胚状体一般是利用愈伤组织分化形成的。

（2）利用胚状体制“人工种子”时，需包裹上“人工种皮”、胶质等，为了满足胚状体代谢的需求，“人工种皮”则必须具有良好的透水、透气性能，以利于胚状体吸收水分和氧气。

包埋胚状体的胶质相当于自然种子中的胚乳或子叶，富含营养物质，能为胚状体的发育提供营养物质。

（3）一般来说，对于二倍体植物，若“人工种子”由花粉培养发育而成，得到的植株一般不可育；若由体细胞经组织培养发育而成，则是可育的。

（4）“人工种子”的培养，可用于苗木的快速繁育，无病毒植株培养，解决有些作物繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。

（5）培育胚状体利用了植物组织培养这一项生物技术。

在该过程中，培养基中需要添加生长素和细胞分裂素两种激素，它们对培养分化的方向具有决定性作用。

另外，还需要对培养基进行严格的灭菌，防止杂菌污染。

（6）由于“人工种子”只能获得一个亲本的性状，因此，利用“人工种子”繁殖后代属于无性繁殖。

（7）该项技术的成功应用，反映了细胞的全能性。

12．为了获得植物次生代谢产物，先用植物外植体获得愈伤组织，然后在液体培养基中悬浮培养。

请回答下列问题：

（1）外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为______。

（2）在愈伤组织悬浮培养时，细胞干重、蔗糖浓度和pH的变化如下图所示。

细胞干重在12d后下降的原因有________________________________；培养液中蔗糖的作用是________________、________________。

（3）多倍体愈伤组织细胞产生的次生代谢产物量常高于二倍体。

二倍体愈伤组织细胞经________________处理，会产生染色体加倍的细胞。

为检测愈伤组织细胞染色体数目，压片前常用纤维素酶和________酶解离愈伤组织。

若愈伤组织细胞（2n）经诱导处理后，观察到染色体数为8n的细胞，合理的解释是______________________________________________、____________________________________。

答案　

（1）脱分化　

（2）蔗糖浓度下降，pH降低　提供能源　调节渗透压　（3）秋水仙素（低温）　果胶　经加倍到4n的细胞处于有丝分裂后期　经加倍到8n的细胞处于有丝分裂中期

解析　

（1）外植体经诱导形成愈伤组织的过程称为脱分化。

（2）观察图示可知，12d后蔗糖浓度和pH都下降到较低水平，影响能量的供应和酶的活性，导致细胞干重下降。

另外，培养液中的蔗糖还具有调节渗透压的作用。

（3）在细胞分裂过程中，用低温或秋水仙素处理，都可抑制纺锤体的形成，使子染色体不能移向细胞两极，从而使细胞中染色体数目加倍。

愈伤组织的细胞之间含有纤维素和果胶，欲将其分散成单个细胞，压片前需用纤维素酶和果胶酶处理。

愈伤组织细胞经诱导处理后，有的细胞染色体数目加倍（4n），有的细胞染色体数目未加倍（2n），也可能有的细胞在连续分裂中每次都因低温或秋水仙素抑制了纺锤体的形成，导致细胞中染色体数目连续加倍，出现染色体数目为8n的细胞。

所以染色体数目加倍到4n的细胞处于有丝分裂后期时染色体数目为8n，染色体数目加倍到8n的细胞处于有丝分裂中期时染色体数目也为8n。

个性拓展

13．医学研究发现紫杉醇能有效治疗某些癌症。

获得紫杉醇的传统方法是从红豆杉属植物的树皮中提取，但产量有限，也不利于濒危的红豆杉的保护。

研究发现，红豆杉的其他组织细胞也能生产紫杉醇，有人尝试用细胞工程技术生产。

如图为三种红豆杉细胞培养过程中细胞数量与紫杉醇产量的数据图。

请据图回答下列问题：

（1）据图分析，获得高产紫杉醇应选________红豆杉为原料，培养后期紫杉醇产量出现下降的原因是______________________等。

（2）将红豆杉细胞经组织培养形成________方可接种到培养基中。

（3）在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌的目的是______________________和______________________________。

（4）利用组织培养技术生产紫杉醇与传统方法提取紫杉醇相比，前者具有________________________________等优点。

答案　

（1）云南　活细胞数量减少、某些代谢产物的积累

（2）愈伤组织

（3）保证氧气供应充足　使细胞与培养液及氧气充分接触

（4）产量高、节约资源、有利于生态保护

解析　

（1）由紫杉醇含量数据图可知云南红豆杉产量最高，随着培养时间的加长，培养基中营养物质减少，某些有害代谢产物积累，使活细胞数量减少，从而使紫杉醇产量下降。

（2）培养是为了获得细胞产物，所以培养到愈伤组织即可。

（3）通入无菌空气是为了保证氧气的供应，而搅拌是为了让细胞与培养液及氧气充分接触。

（4）利用组织培养提取紫杉醇具有产量高，耗材少，且不会对生态造成破坏等优点。