学年苏教版生物选修三新素养同步学案第二章 第二节 植物细胞工程的应用 Word版含答案文档格式.docx

学年苏教版生物选修三新素养同步学案第二章 第二节 植物细胞工程的应用 Word版含答案文档格式.docx

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（2）过程

花药

单倍体植株

纯合二倍体植株

优良品种。

（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。

判一判

（1）快速繁殖能保持亲本的优良性状。

（√）

（2）植物细胞的呼吸酶是次级代谢产物。

（×

）

（3）植物的种子能发育成完整的植株，体现了细胞的全能性。

（4）离体的植物组织在一定的培养条件下分化出根和芽的过程属于脱分化。

（5）单倍体育种是通过花药的离体培养形成新品种的过程。

连一连

　植物组织培养技术的应用[学生用书P28]

　植物组织培养技术，已得到普遍应用。

结合教材P54～56内容完成以下探究。

探究1　结合教材完成下列问题，理解快速繁殖

（1）利用的技术：

组织培养。

（2）归纳快速繁殖的特点

①无性繁殖，能够保持种苗的优良遗传特性；

②选取材料少；

繁殖速度快，周期短；

不受季节、气候、自然灾害等因素的影响；

③可实现集约化生产。

探究2　分析培育无病毒植物的方法

（1）取材：

植物的分生组织细胞，因为极少含有病毒甚至不含病毒。

（2）方法

培养茎尖生长点的方法或结合热处理法，通过组织培养除去绝大多数植物的病毒，大量繁殖无病毒植株。

探究3　完善下列人工种子示意图，理解人工种子的制作概念与优点

（1）概念：

将在植物组织培养中得到的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽，包埋在具有养分和保护功能的包被中，得到的在适宜的条件下能够生根发芽的颗粒体。

（2）优点

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等。

（1）培养抗病毒植物与培养无病毒植物所利用的生物技术相同吗？

提示：

不同，培养抗病毒植物离不开基因工程和植物组织培养技术，而培养无病毒植物仅利用植物组织培养技术即可完成。

（2）培养无病毒植物时，取材关键是选择植物分生组织细胞的原因是什么？

因为病毒是寄生性生物，在用种子繁殖或用植物根、茎的无性繁殖过程中，种子、根、茎的细胞中可能携带着病毒并传给下一代，使其繁殖的子代感染病毒。

若用不含或极少含病毒植物的分生组织细胞，通过植物组织培养的方法培育幼苗，用于生产，可以避免病毒对作物的影响，大大提高作物的产量。

1．依据植物组织培养的特点理解各“繁殖新途径”的优点

（1）根据植物组织培养“无性繁殖，后代能保持亲本优良性状”的特点，理解微型繁殖、人工种子的优点。

（2）根据植物组织培养“外植体用量少，培养周期短”的特点，理解微型繁殖、人工种子的优点。

（3）根据植物组织培养“取材广泛，可根据生产需要取材”的特点，理解作物脱毒的优点。

（4）根据植物组织培养“在实验室或工厂进行，可人工控制，不受季节限制”的特点，理解微型繁殖、人工种子的优点。

2．人工种子除含有胚状体发芽所需要的营养成分或植物激素外，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。

突破1　人工种子

1．下面为人工种子培养过程流程图解，下列相关叙述不正确的是（　　）

A．上述过程中脱分化发生在b步骤，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植物叶片细胞具有全能性

D．人工种子的繁殖不受季节限制

解析：

选B。

再分化发生在c步骤，是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程。

人工种子制作流程

外植体的选择和消毒→诱导脱分化形成愈伤组织→再分化形成体细胞胚状体→人工胚乳的制备→把微胶囊和体细胞胚状体一起包在人工种皮内→人工种子。

突破2　植物组织培养

2．兰花在我国种植历史悠久，“远东麒麟”以每盆3万元的价格在拍卖网卖出。

如图是通过植物组织培养形成兰花植株的示意图，请据图回答：

（注：

胚状体等同于植物种子的胚的结构）

（1）愈伤组织的分裂能力________，分化能力________，是由植物体细胞经过________形成的。

（2）过程④由愈伤组织形成胚状体要经过________和____________过程。

（3）一个兰花茎尖在一年之内可以生产出400万株兰花苗，与有性生殖相比，植物组织培养的优势主要体现在______________________和____________________。

愈伤组织是一些特殊的细胞，分裂、分化能力都较强，是由体细胞经脱分化形成的。

从愈伤组织到胚状体（已经有不同的组织形成），既要有细胞的分裂、分化，还要有组织的形成。

无性繁殖的特点是繁殖速度快，并能保持亲本的性状。

答案：

（1）较强　较强　脱分化

（2）细胞分裂　细胞（组织）分化

（3）保持亲本的优良性状　培养周期短、繁殖效率高

　植物细胞培养技术的应用[学生用书P29]

　植物细胞培养技术已得到应用，结合教材P56～58内容完成以下探究。

探究1　以人参皂苷的工厂化生产为例，分析植物细胞的工厂化生产

（1）观察人参皂苷的工厂化生产基本过程，回答下面问题：

①选择人参根作为外植体进行培养，产生愈伤组织，经过培养选择找到增殖速度快而且细胞内人参皂苷含量高的细胞株作为种子。

②将①选择的细胞株放在发酵罐中的适合培养液中进行液体培养，增加细胞数量。

③将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂苷。

（2）归纳细胞产物工厂化生产的流程

外植体（离体的植物器官、组织或细胞）

愈伤组织

细胞悬液

细胞产物。

（3）技术优点：

可大量生产具有生理活性的植物细胞次生代谢产物，不仅快速、高效，而且不受季节、外部环境等条件的限制。

探究2　完善单倍体育种的流程图，理解单倍体育种

（1）秋水仙素的作用是抑制纺锤体的形成，使着丝点分裂形成的子染色体不能分配到两极形成两个细胞，从而使染色体数目加倍。

（2）单倍体的特点

缺点：

与正常二倍体植株相比，单倍体植株叶小、株矮、生活力弱且高度不育。

优点：

它们在育种中缩短育种周期、获得纯系等方面具有重要意义。

植物组织培养与植物细胞培养的区别

植物组织培养

植物细胞培养

利用原理

细胞全能性

细胞增殖

培养基

固体培养基

液体培养基

培养对象

离体的植物器官、组织、细胞或原生质体

由愈伤组织分散得到的悬浮细胞

培养过程

外植体→脱分化→

愈伤组织→

再分化→芽、根→

植物幼苗

愈伤组织→分散成悬

浮细胞→细胞培养→

细胞次生代谢产物

培养结果

细胞的次生代谢产物

二者关系

植物细胞培养是在植物组织培养技术的基础上发展起来的；

它们都属于植物细胞工程的范畴

突破1　植物细胞培养

1．植物细胞培养是在植物组织培养技术的基础上发展起来的，下列有关植物细胞培养的叙述，不正确的是（　　）

A．植物细胞培养技术的目的是为了获得大量有生理活性的次生代谢产物

B．植物细胞培养技术快速、高效，不受季节、外部环境等条件的限制

C．利用生物反应器悬浮培养人参细胞，提取人参皂苷，用于生产保健药品和美容护肤用品

D．植物细胞培养需要在一定的温度、pH等条件下进行，但不需要进行无菌操作

选D。

植物细胞培养和植物组织培养一样，整个培养过程必须在无菌条件下进行，否则培养基内将长出许多杂菌，与离体细胞争夺营养与生存空间，影响细胞增殖和细胞次级代谢产物的获取。

A项所述为植物细胞培养的目的，B项为特点，C项为应用。

突破2　单倍体育种

2．如图表示应用植物组织培养技术培育优质玉米的过程。

对此过程的相关描述错误的是（　　）

A．B→E过程中细胞全能性的高低发生了改变

B．C试管中形成的是高度液泡化的薄壁细胞

C．A植株和F植株体细胞中的染色体组数相同

D．培养出的F植株一般不能直接应用于扩大种植

选C。

该过程是植物组织培养，实际上就是植物花药离体培养。

B是配子细胞，脱分化形成C，此时全能性提高，由C再分化成D其全能性降低。

花药是经过减数分裂形成的，因此，花药离体培养后得到的个体F（单倍体），其染色体只有原母本植株A染色体的一半，其特点是高度不育的，所以要对其幼苗用秋水仙素处理使染色体加倍后再种植。

单倍体育种不同于花药离体培养

花药离体培养是单倍体育种时常用的方法，但花药离体培养得到的一般是不可育的单倍体植株，因而要在花药离体培养获得单倍体幼苗的基础上，用适宜浓度的秋水仙素处理，获得纯合可育的植株，其自交后代不发生性状分离。

核心知识小结

[网络构建]

[关键语句]

1.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”。

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”。

2.人工种子是指将在植物组织培养中得到的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽，包埋在具有养分和保护功能的包被中，得到的在适宜的条件下能够生根发芽的颗粒体。

3.利用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，不仅快速、高效，而且不受季节、外部环境等条件的限制。

[随堂检测]

知识点一　植物组织培养技术的应用

1．甘薯种植多年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办法是（　　）

A．选择优良品种进行杂交

B．进行远缘体细胞杂交

C．利用芽尖进行组织培养

D．人工诱导基因突变

利用芽尖通过组织培养能够快速得到大量的甘薯无病毒苗，提高繁殖率。

2．红江橙种植多年后易积累病毒而导致品种退化。

目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖无病毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。

这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的（　　）

A．有丝分裂　　　　　　　B．分化

C．减数分裂D．全能性

采用茎尖分生组织离体培养获得无病毒种苗的技术是植物的组织培养，整个过程中植物细胞的分裂方式都是有丝分裂，不涉及减数分裂，植物组织培养技术的原理是植物细胞的全能性。

3．制造人工种子的原理是在组织培养得到的“胚状体”的最外面用一层有机膜包裹，并在薄膜以内放入一些营养物质，如图所示。

据此判断下列说法不正确的是（　　）

A．“胚状体”最外面的一层有机膜和里面营养物质分别具有种皮和胚乳的功能

B．“胚状体”来源于离体的植物体细胞，其形成过程中要经过的生理变化大体上是脱分化和再分化

C．从保证人工种子正常的生命力及生态系统物质循环上来看，其外部薄膜应具有全透性和能被微生物降解的特点

D．在人工种子萌发的过程中“胚状体”细胞吸收营养液中的物质用于生长等

从保证人工种子正常的生命力上来看，其外部薄膜应具有半透性，可以透气和透水，但是不能让薄膜以内的营养物质出来。

知识点二　植物细胞培养技术的应用

4．下列关于植物组织培养应用的说法，错误的是（　　）

A．脱毒苗、人工种子的制备都运用了植物组织培养技术

B．采用茎尖、根尖等组织经培养得到的脱毒植物可提高产量和品质

C．运用组织培养得到人参、紫草等植株个体，然后从它们的细胞中提取细胞产物

D．组织培养过程中经人工诱变等可得到有用突变体，如抗除草剂的白三叶草等已用于生产

运用组织培养技术大量生产人参皂苷干粉、紫草素等药物，利用了细胞产物的工厂化生产，并未培养出完整的植株，而是将离体组织、器官培养到愈伤组织阶段，利用细胞的分裂增殖，获得大量的细胞产物。

5．辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域，其获得途径如下图所示。

下列叙述错误的是（　　）

A．图中愈伤组织、脱毒苗和高产细胞系的获得都体现了植物细胞的全能性

B．图中①和②分别表示辣椒组织培养中细胞的脱分化和再分化过程

C．②过程中需用适宜配比的生长素和细胞分裂素溶液处理

D．用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时，常用的酶是纤维素酶和果胶酶

选A。

细胞的全能性是指已经分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能，图中脱毒苗的获得体现了植物细胞的全能性，愈伤组织和高产细胞系的获得都没有体现植物细胞的全能性，A错误；

图中①和②分别表示辣椒组织培养中细胞的脱分化和再分化过程，B正确；

再分化过程中需用适宜配比的生长素和细胞分裂素溶液处理，以诱导细胞分化的方向，C正确；

用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时，常用的酶是纤维素酶和果胶酶，以分解植物细胞之间的成分，D正确。

6．如图是植物组织培养的简图。

请据此回答有关问题：

①

②

③―→④

（1）①表示______________________，它能被培养成为④的根本原因是________

________________________________________________________________________。

（2）③→④过程需要光照，原因是__________________________________________。

（3）若想培育作物脱毒苗，①常选用植物的__________；

若想制作人工种子，应该选用__________（填编号）。

（4）若①是花粉，则④是__________，这项技术可用在________（填育种方法）上。

（5）若①是胡萝卜根尖细胞，则培养成的④的叶片颜色是________，这说明了根尖细胞____________，与叶肉细胞相比，④的根细胞没有叶绿素，这是________________的结果。

（6）紫草素是紫草的细胞产物，可用于制造治疗烫伤、割伤的药物，若用此项技术生产紫草素，培养将进行到________（填编号）。

（1）由于细胞具有全能性，所以①能被培养成为④。

（2）③→④过程是叶等器官分化形成的过程，叶绿素的形成需要光照条件。

（3）若想培育作物脱毒苗，需要选用无病毒的外植体，植物茎尖的分生组织具有旺盛的分裂能力，有极少量的甚至没有病毒入侵；

若想制作人工种子，应该选用③。

（4）花粉离体培养获得的是单倍体植株，单倍体植株可用于单倍体育种。

（5）根细胞具有发育成为完整个体所必需的全部基因，所以根细胞培养成的④的叶片是绿色的，由于基因的选择性表达，④的根细胞没有叶绿素。

（6）愈伤组织能大量产生细胞产物，用组织培养技术生产紫草素应将培养进行到愈伤组织阶段。

（1）离体的植物器官、组织或细胞　细胞中含有发育成为完整个体所必需的全部遗传信息（全能性）

（2）芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件

（3）茎尖　③　（4）单倍体　单倍体育种　（5）绿色

具有全能性　基因选择性表达　（6）②

[课时作业]

一、选择题

1．甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化，目前生产上采用组织培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量。

那么采用的组织应该是（　　）

A．叶肉B．根毛

C．茎尖D．花粉

刚分裂形成的芽尖、茎尖或根尖还没有受到病毒侵染，可用作获取无病毒植株的实验材料，C项正确。

2．仅运用植物组织培养技术，不能培育或生产出（　　）

A．抗虫棉B．无病毒植株

C．人工种子D．细胞产物——生物碱

抗虫棉需首先通过转基因技术把外源抗虫基因转入棉花细胞，然后再通过植物组织培养技术培育获得。

而无病毒植物的培育、人工种子及细胞产物——生物碱仅通过植物组织培养技术即可获得。

3．经植物组织培养技术培养出来的植物一般很少有植物病毒危害，其原因在于（　　）

A．在组织培养过程中经过了脱分化和再分化，进行的是快速分裂和分化

B．人工配制的培养基上，植物病毒根本无法生存

C．进行组织培养用的材料是刚分裂产生的茎尖、根尖或芽尖

D．接种组织培养之前进行了严格的消毒处理

进行组织培养用的材料是刚分裂产生的茎尖、根尖或芽尖，不含植物病毒，且培养是在无菌条件下进行的，所以经植物组织培养技术培养出来的植物一般很少有植物病毒危害，C正确；

A、B、D选项与原因无关。

4．对人工种子科学的解释是（　　）

A．通过科技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．种皮能够自我生成的种子

D．人工种子发芽率低

人工种子是经植物组织培养获得胚状体、不定芽等，然后经人工薄膜包装得到的种子。

5．某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得成熟种子。

为尽快推广种植，可应用多种技术获得大量优质苗，下列技术中不能选用的是（　　）

A．利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗

B．采用花粉粒组织培养获得单倍体幼苗

C．采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上

D．采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织培养

利用扦插、嫁接、植物组织培养的方法能快速繁殖种苗，且能够保持亲本的优良性状；

花粉粒离体培养可获得单倍体幼苗，其性状可能与亲本不一样。

6．下列选项中，不需要采用植物组织培养技术的是（　　）

A．利用花药离体培养得到单倍体植株

B．利用基因工程培养抗虫棉的棉花植株

C．利用细胞工程培养“番茄—马铃薯”杂种植株

D．利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗得到相应的多倍体植株

花药离体培养得到单倍体，由配子发育形成个体，需要采用植物组织培养技术，体现植物细胞的全能性，A错误；

通过基因工程的方法获取含抗虫基因的棉花细胞，经过植物组织培养获得抗虫棉植株，B错误；

植物体细胞杂交形成“番茄—马铃薯”杂种细胞，经过植物组织培养形成杂种植株，C错误；

利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，得到多倍体植株，是植物的正常发育，没有利用植物组织培养技术，D正确。

7．如图表示基因型为AaBb的水稻的花药通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下形成试管苗的培育过程。

下列相关叙述错误的是（　　）

A．愈伤组织是花粉细胞通过有丝分裂后形成的不规则的细胞团

B．在愈伤组织的形成过程中，必须从培养基中获得水、无机盐和小分子的有机物等营养物质

C．为促进花粉细胞分裂生长，在培养基中应加入适宜浓度的生长素等植物激素

D．试管苗可能出现的基因型有AABB或AAbb或aaBB或aabb

花粉是通过减数分裂形成的，其基因型为AB或Ab或aB或ab，由花粉发育而来的个体未经秋水仙素处理，是单倍体。

8．下面的简式表示植物组织培养的大致过程，据此判断不正确的是（　　）

A．若①是来自两种植物体细胞融合的杂种细胞，则④可能出现两种植物的遗传特性

B．若①是花粉，则④是单倍体植株，经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种

C．若①是人参细胞，对②进行扩大培养可提高细胞产物人参皂苷的产量

D．若①是具有杂种优势的农作物细胞，则用③进行繁育会发生性状分离

若①是来自不同植物体细胞融合的杂种细胞，由于具有两种生物的遗传物质，可能出现两种植物的遗传特性，故A正确；

若①是花粉，植物组织培养得到的是单倍体植株，经染色体加倍后可得到纯合子，故B正确；

细胞产物的工厂化生产用到的细胞是愈伤组织，为图中的②，故C正确；

由于植物组织培养属于无性繁殖，不会发生性状分离，故D错误。

9．二倍体植株采用花药离体培养获得单倍体植株，再经人工诱导培育出新品种，育种过程中不涉及（　　）

A．用秋水仙素处理萌发的种子　　B．细胞分裂

C．愈伤组织的形成D．染色体数目加倍

采用花药离体培养获得单倍体植株后，直接对幼苗使用秋水仙素，没有涉及种子。

10．下图表示四倍体兰花叶片通过植物组织培养形成植株的过程，相关叙述中正确的是（　　）

A．②和③阶段会发生减数分裂

B．①阶段需生长素而③阶段需细胞分裂素

C．①阶段有细胞增殖但无细胞分化

D．此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体

在植物组织培养过程中涉及有丝分裂，没有减数分裂，A错误；

在植物组织培养过程中，培养基中需要添加生长素和细胞分裂素，B错误；

植物组织培养技术包括脱分化和再分化两个阶段，而过程①是脱分化阶段，有细胞增殖但无细胞分化，C正确；

根据题干可知，兰花是四倍体植物，减数分裂后产生的生殖细胞中含有两个染色体组，因此由花药离体培养获得单倍体植株，体细胞中含有2个染色体组，D错误。

11．基因工程打破了物种之间交流的界限，为花卉育种提供了新的技术保障。

下图为花卉育种的过程（字母代表相应的物质或结构，数字代表过程或方法）。

下列说法正确的是（　　）

A．①过程需要的酶有限制酶和DNA聚合酶

B．检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因，采用抗原—抗体杂交技术

C．②过程常用的方法是农杆菌转化法

D．③④过程为分化和再分化，该过程体现了植物细胞的全能性

C

12．某农学院对玉米（2N＝20）的花粉进行离体培养和再生植株的研究（图示如下），下列有关叙述中哪项是不正确的（　　）

A．图示过程在育种中称为单倍体育种

B．在花粉形成过程中等位基因分离，非同源染色体的非等位基因自由组合

C．对培养基进行灭菌，对花粉进行消毒后才能进行接种和培养

D．花粉离体培养得到的植株有10条染色体，是单倍体

图示过程在育种中称之为花药的离体培养，为单倍体植株，而在单倍体育种中还需要秋水仙素处理单倍体幼苗，故A错误；

花粉的形成过程就是减数分裂的过程，减数第一次分裂后期，等位基因随着同源染色体的分开而分离，而位于非同源染色体上的非等位基因自由组合，故B正确；

为了防止杂菌对组织培养过程的干扰，对培养基灭菌和花粉消毒后才能进行接种和培养，故C正确；

花粉离体培养得到的植株有10条染色体且不成对，是单倍体，故D正确。

二、非选择题

13．玉米是一种主要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家做了大量的研究工作，如图是关于玉米培养的过程，请据图回答下列问题：

（1）如图A→C，发育成植株D，取D的花药进行离体培养的幼苗，属于________，如图E→F，经秋水仙素处理后发育成植株G；

从生殖方式上分析，A→D属于______生殖。

（2）取茎尖进行培养的原因是___________________________________________。

（3）A→C的过程要严格控制________条件。

（4）F→G的过程中用________处理，使细胞染色体数目加倍，用E→G途径育种的优点是_____________________________________________________________________