学年高二生物选修13专题三 细胞工程312 植物细胞工程的实际应用.docx

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学年高二生物选修13专题三细胞工程312植物细胞工程的实际应用

3．1.2　植物细胞工程的实际应用

1.植物组织培养技术不仅可以保持优良品种的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。

2．植物分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒，因此用分生区组织进行组织培养，再生的植株就不会或极少感染病毒。

3．人工种子就是以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。

4．单倍体育种是通过花药培养获得单倍体植株，染色体加倍后当年便可获得稳定遗传的优良品种，极大地缩短了育种年限。

5．植物微型繁殖和用人工种子繁殖属于无性繁殖，细胞产物的工厂化生产培养到愈伤组织阶段即可。

一、植物繁殖的新途径

1．微型繁殖

（1）概念：

用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。

（2）优点：

①保持优良品种的遗传特性。

②高效快速地实现种苗的大量繁殖。

2．作物脱毒

（1）取材：

分生区附近（如茎尖），因为此处细胞内的病毒极少，甚至无病毒。

（2）优点：

提高作物的产量和品质。

3．人工种子

（1）概念：

以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。

（2）优点：

①繁殖周期短；

②后代不发生性状分离，能够保持亲本的优良性状；

③不受季节、气候和地域的限制，并可节约土地。

二、作物新品种的培育

1．单倍体育种

（1）方法：

花药的离体培养。

（2）过程：

离体培养,

（3）优点：

①后代是纯合子，能稳定遗传；

②明显缩短了育种年限。

2．突变体的利用

（1）原理：

在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，因此容易受到培养条件和外界压力（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。

（2）利用：

从产生突变的个体中筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。

三、细胞产物的工厂化生产

1．细胞产物的种类：

蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。

2．技术基础：

植物组织培养技术。

3．实例：

我国利用植物组织培养技术实现了大量生产人参皂甙干粉；另外，三七、紫草和银杏的细胞产物也都已经实现了工厂化生产。

1．植物的微型繁殖技术是指（　　）

A．基因工程育种

B．植物体细胞杂交技术

C．嫁接

D．通过植物组织培养快速繁殖的技术

解析：

选D　微型繁殖技术即快速繁殖技术，是通过植物组织培养技术实现的。

2．若要获得脱毒苗，培养时一般选取植物体的哪一部分组织（　　）

A．叶　　　　　　　　B．花粉

C．根D．茎尖

解析：

选D　茎尖位于植物分生区附近，病毒极少，甚至无病毒。

因此，若要获得脱毒苗，一般选取植物体的茎尖组织进行培养。

3．胚状体是在植物组织培养的哪一阶段上获得的（　　）

A．愈伤组织的形成中B．再分化

C．形成完整植株D．脱分化

解析：

选B　植物体的根、茎、叶细胞一般都具有全能性，在一定的营养和激素条件下，可以脱分化形成愈伤组织。

将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上，就可以诱导其再分化生成胚状体或丛芽，所以胚状体是在植物组织培养的再分化阶段形成的。

4．下列哪一项不是单倍体育种的优点（　　）

A．缩短育种年限

B．得到稳定遗传的优良品种

C．突变率高

D．节约人力、物力

解析：

选C　由于单倍体育种通过染色体加倍后当年就可获得纯合的，能稳定遗传的正常植株，所以缩短了育种年限，节约了人力和物力。

5．下列有关植物细胞工程应用的分析，错误的是（　　）

A．愈伤组织细胞分裂旺盛，经诱变处理，有利于获得突变个体

B．利用茎尖进行组织培养，可以获得脱毒苗

C．植物体细胞杂交技术培育出的杂种植物一定是高度不育的

D．利用细胞培养工业化生产人参皂甙，提高产量

解析：

选C　愈伤组织细胞是经过脱分化形成的，具有旺盛的分裂能力，容易发生基因突变，所以经诱变处理有利于获得突变个体；植物的茎尖含有的病毒极少，甚至无病毒，利用茎尖进行组织培养可以获得脱毒苗；植物体细胞杂交技术最大的优点是克服远缘杂交不亲和的障碍，所得后代可育；人参皂甙是细胞代谢产物，利用植物组织培养技术使人参的离体器官、组织或细胞经脱分化形成愈伤组织，再筛选出代谢产物高的愈伤组织细胞进行细胞培养，可实现工业化生产人参皂甙，提高产量。

1．微型繁殖

（1）实质：

植物组织培养。

（2）原理：

植物细胞的全能性。

（3）优点：

①能保持亲本的一切优良性状，子代个体的遗传物质与亲本相同；

②选材少，培养周期短，繁殖率高；

③不受自然生长季节的限制，便于自动化管理，有利于进行工厂化生产。

2．作物脱毒

（1）进行作物脱毒的原因：

长期进行无性繁殖的作物（如马铃薯和草莓），它们感染的病毒很容易传播给后代。

病毒在作物体内逐年积累，从而导致作物产量降低，品质变差。

（2）材料的选取：

在植物分生区附近（如茎尖和根尖），由于代谢十分旺盛、细胞分裂速度快等因素，很少被病毒感染，甚至无病毒。

因此，利用植物的分生组织进行组织培养，可以使新长成的植株不带病毒，从而获得脱毒苗。

用脱毒苗进行繁殖，种植的作物就不会或极少感染病毒。

3．人工种子

（1）结构（如图）：

（2）制备流程：

诱导植物愈伤组织的形成→体细胞胚的诱导→体细胞胚的成熟→机械化包装→储藏或种植。

（3）优点：

①解决了某些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。

②不发生性状分离。

天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象，因而会造成某些遗传性状的改变，而人工种子则可以完全保持优良品种的遗传特性。

③繁殖周期短。

天然种子在生产上受季节的限制，一般每年只能繁殖1～2次，有些甚至十几年才繁殖一次，而人工种子生产不受季节限制，且快捷高效。

④可控制植物的生长发育与抗逆性。

针对植物种类和土壤条件，在人工种子的包裹剂中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等，可控制植物的生长发育和增强抗逆性。

⑤便于贮藏和运输。

试管苗的大量贮藏和运输也是相当困难的。

人工种子则克服了这些缺点，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。

⑥不受季节、气候和地域等条件的限制。

⑦用人工种子播种可以节约粮食。

[题组冲关]

1．下图是人工种子的结构简图，对其叙述错误的是（　　）

A．人工种子的人工胚乳中除含有胚状体发育所需要的营养物质外，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粮食

C．人工种子克服了有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题

D．人工种子的胚状体还未分化出胚芽、胚轴和胚根等结构

解析：

选D　人工种子较普通种子有很多优点，可以添加农药及植物激素，节省了大量种子、克服了结子困难等问题，而胚状体已分化出胚芽、胚根、胚轴等结构。

2．（全国卷Ⅱ）甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。

某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。

回答下列问题：

（1）为了培育该新型药用植物，可取甲和乙的叶片，先用________酶和________酶去除细胞壁，获得具有活力的________，再用化学诱导剂诱导二者融合。

形成的融合细胞进一步培养形成________组织，然后经过________形成完整的杂种植株。

这种培育技术称为________________________________________________________________________。

（2）上述杂种植株属于多倍体，多倍体是指_______________________________。

假设甲与乙有性杂交的后代是不育的，而上述杂种植株是可育的，造成这种差异的原因是________________________________________________________________________。

（3）这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖，经植物组织培养得到的________________________________________________________________________

等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。

解析：

要培育同时含有A和B的新型药用植物，可采用植物体细胞杂交技术。

（1）植物体细胞杂交技术的第一步是用纤维素酶和果胶酶去除两种植物细胞的细胞壁，获得具有活力的原生质体。

诱导融合成功后获得的杂种细胞，经脱分化培养成愈伤组织，然后经过再分化形成完整的杂种植株。

（2）多倍体的概念：

由受精卵发育而来，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。

由于甲与乙有性杂交的后代中分别含有甲植物和乙植物的一个染色体组，两个染色体组中的染色体互不相同，杂交后代细胞中无同源染色体，减数分裂过程中会发生联会异常，不能产生正常的生殖细胞，故该植株不可育。

而体细胞杂交获得的杂种植株分别含有甲植物和乙植物的两个染色体组，含有同源染色体，减数分裂过程中联会正常，能产生正常的生殖细胞，故该杂种植株可育。

（3）制备人工种子的材料可以是经组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等。

答案：

（1）纤维素　果胶　原生质体　愈伤　再分化（或分化）　植物体细胞杂交技术　

（2）由受精卵发育而来，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体　在减数分裂过程中，前者染色体联会异常，而后者染色体联会正常　（3）胚状体、不定芽、顶芽、腋芽

1．单倍体育种

（1）原理：

整个单倍体育种过程的原理是染色体变异，其中花药离体培养利用了植物细胞的全能性。

（2）过程：

（3）优点：

明显缩短育种年限，后代不发生性状分离。

（4）实例：

单育1号烟草、京花1号小麦等。

2．突变体的利用

（1）原理：

基因突变和植物细胞的全能性。

（2）实例：

工厂化生产人参皂甙干粉。

人参根

（3）优点：

提高生产速度、便于操作管理。

[题组冲关]

3．在植物组织培养过程中，容易获得突变体的主要原因是（　　）

A．培养的细胞一直处于不断的分生状态

B．培养基营养丰富，易于植物生长

C．纺锤丝的形成容易受到抑制

D．DNA的复制容易受到抑制

解析：

选A　在植物组织培养过程中，培养的细胞一直处于不断的分生状态，容易受到一些条件的影响而产生突变。

4．用纯种的高秆（D）抗锈病（T）小麦与矮秆（d）易染锈病（t）小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下：

F1

雄配子

幼苗

下列有关此种育种方法的叙述，正确的是（　　）

A．这种育种方法叫杂交育种

B．过程④必须使用生长素处理

C．这种方法的最大优点是缩短育种年限

D．③过程必须经过受精作用

解析：

选C　该育种方法为单倍体育种，可以明显缩短育种年限。

①是杂交，②是减数分裂，③是花药离体培养，④是用秋水仙素处理使单倍体的染色体数目加倍。

③过程利用了植物组织培养技术，不需要受精，而是由雄配子直接发育成幼苗。

[随堂基础巩固]　　

1．下列属于植物细胞工程实际应用实例的是（　　）

①制造人工种子　②培育抗盐植物　③培育抗病毒烟草

④培育单倍体　⑤生产脱毒植株

A．①②③④　　　　　　B．①③④⑤

C．①②④⑤D．②③④⑤

解析：

选C　培育抗病毒烟草是转基因技术的应用。

2．通过植物组织培养技术繁育农作物的优点不包括（　　）

A．加快繁育速度

B．保持亲本优良性状

C．培育出无病毒植株

D．改变植物的基因型

解析：

选D　植物组织培养技术不仅可以高效快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性，并通过作物脱毒提高作物产量，改善作物品质。

3．下列有关植物细胞工程在生产上的应用，叙述错误的是（　　）

A．利用植物茎尖进行组织培养，可以获得脱毒苗

B．用人工薄膜将愈伤组织包装可制成人工种子

C．利用细胞培养工业化生产人参皂甙，提高产量

D．对愈伤组织进行诱变处理，从分化的植株中筛选新品种

解析：

选B　所谓人工种子，就是以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。

4．人工种子是人们模仿天然种子结构制造出来的生命有机体，它能像天然种子一样萌发生长。

人工种子的核心部分胚状体可以由悬浮培养的芽尖细胞得到，也可以通过试管培养的花粉或胚囊获得，因此人们把胚状体分为“体细胞胚”和“花粉胚”。

下列说法错误的是（　　）

A．人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难、发芽率低等问题

B．培育胚状体利用了植物组织培养技术

C．同一种植物“体细胞胚”和“花粉胚”的染色体的数目比为1∶1

D．该项技术的成功应用反映了细胞的全能性

解析：

选C　人工种子具有很多优点，如解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难、发芽率低等问题；胚状体的形成是离体的细胞经脱分化和再分化形成的（即植物组织培养技术）；体细胞胚是由植物的体细胞经脱分化和再分化形成的，花粉胚是由花粉（经减数分裂形成）经脱分化和再分化形成的，因此，同一种植物的体细胞胚和花粉胚的染色体数目比为2∶1；植物组织培养的理论依据是细胞的全能性。

5．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感染病毒而减产，为此农户都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．利用芽体进行组织培养

D．人工诱导基因突变

解析：

选C　无性繁殖的生物，感染病毒后很容易传播给后代，病毒在生物体内积累就会导致作物产量降低，品质变差。

植物分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此，切取一定大小的茎尖或芽体进行组织培养，再生植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒植株。

6．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．防止性状分离

C．可以随意改变植物的遗传性状

D．可快速、大量繁殖

解析：

选C　人工种子是无性繁殖得到的，能保持亲本的优良遗传特性。

7．科学家用植物细胞杂交方法，将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合，成功地培育出了“番茄－马铃薯”杂种植株，如图1所示，其中①～⑤表示过程，英文字母表示细胞、组织或植株。

育种工作者还利用番茄进行了如下三组实验如图2。

据图回答下列问题：

（1）实现过程②之前需用________法除去细胞壁。

与过程③密切相关的具有单层膜结构的细胞器为________。

（2）过程②后，在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的________存在，这一特征可作为初步筛选杂种细胞的标志。

（3）若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞含n条染色体，则“番茄－马铃薯”细胞内含________条染色体；若杂种细胞培育成的“番茄－马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培育得到的植株属于________倍体植株。

（4）如果形成c的a、b原生质体都来自番茄细胞，那么更简单的得到番茄植株f的处理方法是________________________________。

（5）若杂种植株在有丝分裂过程中，仅保留番茄的染色体而马铃薯的染色体会不断丢失，采用特异性引物对番茄和马铃薯基因组DNA进行PCR扩增，得到两亲本的差异性条带，可用于杂种植株的鉴定。

图3是用该引物对双亲及4棵再生植株1～4进行PCR扩增的结果。

据图判断，再生植株1～4中一定是杂种植株的有（多选）__________。

（6）图2Ⅰ过程培育植物体A主要应用了________________技术。

（7）用红果多室（Yymm）番茄植株的花粉进行Ⅱ、Ⅲ有关实验，则Ⅱ过程中，培育植物体B的方法（Ⅱ）称为____________。

植物体C的基因型有________________。

（细胞A为两两融合细胞，写出具体的基因型。

）

（8）三种育种方法得到的植物体A、B、C中一定为纯合子的是________。

解析：

（1）实现过程②之前需用酶解法除去细胞壁；过程③为再生新的细胞壁，高尔基体与细胞壁的形成有关。

（2）过程②后，在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的叶绿体，可作为初步筛选杂种细胞的标志。

（3）植物体细胞杂交获得的杂种植株染色体数目是两种植物染色体数目之和，即m＋n；配子发育成的植株一定是单倍体。

（4）若a、b原生质体都来自番茄细胞，得到的杂种植株实际上相当于番茄的染色体数目加倍的植株，因此另一种得到这样植株的方法是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。

（5）根据图谱，番茄含有碱基对为300和600的DNA片段，马铃薯含有碱基对为1000、1300和1500的片段，再生植株3只含有长度为300和600的片段，与番茄一致；1、2、4既含有马铃薯DNA片段，又含有番茄DNA片段，为杂种植株。

（6）图2Ⅰ过程培育植物体采用了植物组织培养技术。

（7）Ⅱ过程属于单倍体育种。

由于红果多室（Yymm）番茄植株可产生Ym和ym两种花粉，则Ⅲ过程中植物体C的基因型为YYmm或Yymm或yymm。

（8）三种育种方法得到的植物体A、B、C中一定为纯合子的只有植物体B。

答案：

（1）酶解　高尔基体　

（2）叶绿体　（3）m＋n　单（4）用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗　（5）1、2、4

（6）植物组织培养　（7）单倍体育种　YYmm或Yymm或yymm　（8）植物体B