第1节 第2课时 植物细胞工程的应用-【金版新学案】2024-2025学年高中生物选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 不定项）

第2课时　植物细胞工程的应用 [学习目标]　1.通过对植物细胞工程应用实例的分析，了解这些应用涉及的技术流程和应用的优势。　2.认同植物细胞工程在生产实践中具有重要的应用价值。 知识点一　植物繁殖的新途径 1．快速繁殖 2．作物脱毒 [精通教材] 1．快速繁殖得到的产物会不会出现性状分离？原因是什么？ 提示：不会。快速繁殖利用的是植物组织培养技术，为无性繁殖，可以保持亲本的优良性状。 2．作物脱毒后就不再感染病毒吗？ 提示：不是，作物脱毒后病毒很少甚至不含病毒，而不是不再感染病毒。 任务　分析植物组织培养在植物繁殖中的应用 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。下图都利用了植物组织培养，观察并回答问题： (1)植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？ 提示：植物组织培养到愈伤组织的阶段，细胞进行有丝分裂，细胞分裂速度较快，从而可获得大量的组织细胞，然后不断地分割、移瓶、诱导再分化形成新植株。植物组织培养在实验室进行，受季节、气候等条件限制较小。 (2)作物培养过程中为什么要进行作物脱毒，如何进行作物脱毒？ 提示：对于无性繁殖的作物，病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低，品质变差。而植物顶端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进行组织培养，再生的植物就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。 (3)从所需条件上来看，微型繁殖与传统育种方法相比优点有哪些？ 提示：①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；②使用材料少，培养周期短，繁殖率高；③不受季节、气候、自然灾害等因素的影响；④便于自动化管理，可实现工厂化生产。 学生用书第44页 [核心归纳] 比较两种植物繁殖新途径 繁殖新途径 取材 优点 技术 快速繁殖(微型繁殖) 取材广泛 ①高效、快速地实现种苗的大量繁殖；②保持优良品种的遗传特性 植物组织培养 作物脱毒 顶端分生区附近 获得高产、优质的无病毒植物 应用1.(2024·河北邢台高三开学考试)在草莓生产上，传统的繁殖方式易将草莓植株所感染的病毒传给后代，导致产量降低、品质变差。微型繁殖技术可以培育出无毒幼苗，其过程如图所示。下列叙述错误的是(　　) 外植体愈伤组织芽和根―→植株 A．过程①与过程②的培养基中生长素和细胞分裂素的比例一般相同 B．利用微型繁殖技术培育无毒草莓时常选取草莓植株的茎尖或根尖分生区作为外植体 C．过程②培养期间要进行光照，其作用是促进叶绿素的合成 D．植物微型繁殖技术既能实现种苗的大量繁殖，也能保持优良品种的遗传特性 答案：A 解析：图中过程①为脱分化过程，而过程②为再分化过程，由于培养基中生长素和细胞分裂素的比例会影响细胞分化的方向，因此这两个过程的培养基中生长素和细胞分裂素的比例一般不同，A错误；由于茎尖或根尖病毒少，甚至无病毒，因此利用微型繁殖技术培育无毒草莓时常选取草莓植株的茎尖或根尖分生区作为外植体，B正确；过程②为再分化过程，即由愈伤组织形成芽和根时需要进行照光培养，其作用是促进叶绿素的合成，C正确；微型繁殖技术利用植物自身的组织或细胞，可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，其本质是无性繁殖，因而可以保持优良品种的遗传特性，D正确。 应用2.科研人员研究了马铃薯茎尖外植体大小对幼苗的成苗率和脱毒率的影响。结果见下图，下列叙述错误的是(　　) A.培育脱毒苗所依据的原理有基因突变和细胞全能性 B．培育脱毒苗的过程中涉及脱分化和再分化两个阶段 C．实验结果表明，茎尖越小，脱毒率越高，成苗率越低 D．根据本实验，培养脱毒苗时茎尖的适宜大小为0.27 mm　 答案：A 解析：马铃薯茎尖病毒极少甚至无病毒，因此可利用马铃薯茎尖进行组织培养形成脱毒苗，所依据的原理是细胞全能性，A错误；培育脱毒苗的过程中利用了植物组织培养技术，涉及脱分化和再分化两个阶段，B正确；题图所示的实验结果表明，茎尖越小，脱毒率越高，成苗率越低，C正确；由实验结果可知，茎尖外植体大小为0.27 mm时，脱毒率和成苗率均较高，因此马铃薯脱毒苗培养中茎尖外植体的适宜大小为0.27 mm，D正确。 脱毒苗≠抗毒苗 脱毒苗是选择植物的顶端分生区(几乎不含有病毒)进行组织培养而获得的，属于细胞工程的范畴；而抗毒苗是把某抗病基因导入植物细胞，属于基因工程的范畴。　　 知识点二　作物新品种的培育及细胞产物的工厂化生产 1．作物新品种的培育 (1)单倍体育种 (2)突变体的利用 学生用书第45页 2.细胞产物的工厂化生产 [精通教材] 1．单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是否相同？ 提示：不同，单倍体育种的原理是染色体变异和植物细胞的全能性，突变体培育的原理是基因突变和植物细胞的全能性。 2．植物细胞培养的原理和植物组织培养的原理是否相同？ 提示：不同，植物细胞培养的原理是细胞增殖，未涉及植物细胞的全能性，植物组织培养的原理是植物细胞的全能性。 任务一　分析单倍体育种和突变体的应用 1．(教材P40图2-7)根据玉米单倍体育种流程示意图，回答下列问题： (1)①过程是指花药(或花粉)离体培养，②过程要经过脱分化和再分化形成A植株。 (2)③过程表示人工诱导染色体加倍。 (3)A、B植株分别是单倍体、纯合二倍体。 (4)单倍体育种为什么能为体细胞诱变育种和研究遗传突变提供理想材料？ 提示：由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体数目加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。 2．下图为植物细胞工程中突变体的利用过程，请据图分析回答： (1)为什么培养至愈伤组织时才进行诱变处理？ 提示：愈伤组织细胞分裂旺盛，不断进行DNA分子的复制，此时易发生基因突变。 (2)诱导分化得到的突变体都可以利用吗？为什么？ 提示：不是。因为基因突变具有不定向性，即得到的突变体大多是不符合选育要求的。 任务二　分析细胞产物的工厂化生产 3．植物组织培养技术除了在农业上的应用外，还广泛应用于细胞产物的工厂化生产。 (1)完善细胞产物工厂化生产的流程： 学生用书第46页 (2)根据生产的目的不同，植物组织培养的阶段也不同。若要培养新个体和提取细胞产物，应分别培养到什么阶段？ 提示：若要培养新个体，应培育到试管苗阶段；若要提取细胞产物，应培养到愈伤组织阶段。 [核心归纳] 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。 2．突变体的利用 (1)原理：基因突变和植物细胞的全能性。 (2)过程 (3)优点：提高愈伤组织的突变率，可以获得高抗、高产、优质、抗逆的新品种，加快育种进程。 3．植物组织培养与植物细胞培养的比较 项目 植物组织培养 植物细胞培养 目的 获得植物体 获得细胞产物 培养基 固体培养基 液体培养基 过程 实例 各种转基因植物、脱毒苗 人参皂苷的生产 应用1.(2024·河南郑州高二期中)下图表示基因型为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。下列叙述错误的是(　　) A．花粉经过脱分化转变成未分化的细胞，进而形成不定形的愈伤组织 B．愈伤组织需要吸收培养基中水、无机盐和小分子的有机物等营养 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细胞分裂素等激素 D．经图示无菌培养获得的试管苗的基因型是AABB、AAbb、aaBB、aabb 答案：D 解析：由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化，花粉经过脱分化转变成未分化的细胞，进而形成不定形的愈伤组织，A正确；愈伤组织的代谢类型是异养需氧型，因此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，B正确；为促进花粉细胞分裂生长，需在培养基中加入适宜浓度的细胞分裂素、生长素等植物激素，C正确；基因型为AaBb的植物体经过减数分裂可产生基因型为AB、ab、Ab、aB的配子，再经过花药离体培养可得到单倍体，因此试管苗可能出现的基因型有AB、Ab、aB、ab，D错误。 应用2.下图所示为利用体细胞诱变技术获得抗除草剂白三叶草新品种的过程。下列叙述错误的是(　　) A．该育种过程所依据的原理有基因突变和植物细胞的全能性 B．培养白三叶草组织细胞的培养基为固体培养基 C．白三叶草愈伤组织和胚状体的细胞中DNA和RNA种类相同 D．过程③通常采用的筛选方法是向白三叶草幼苗喷洒适宜浓度的除草剂 答案：C 解析：白三叶草愈伤组织和胚状体的细胞中DNA种类相同，但由于细胞分化，基因的选择性表达，RNA种类不同，C错误。 应用3.(2024·广东揭阳高二期末)为拯救珍稀植物红豆杉，并同时获得高抗癌活性物质——紫杉醇，某科研小组设计了下图所示的实验流程。下列叙述正确的是(　　) 学生用书第47页 A．诱导红豆杉茎尖经过再分化过程形成愈伤组织 B．紫杉醇是红豆杉基本生命活动必需的 C．用液体培养基扩大培养愈伤组织生产紫杉醇时，通常要通入无菌空气 D．同一株植物不同部位的组织细胞经诱导培养获得的植株基因型一定相同 答案：C 解析：诱导红豆杉茎尖经过脱分化过程形成愈伤组织，A错误；紫杉醇是次生代谢物，一般不是植物基本生命活动必需的，B错误；用液体培养基培养固定在一定空间内的愈伤组织生产紫杉醇时，需要通入无菌空气，有利于细胞进行有氧呼吸，C正确；同一植株不同部位的组织细胞经诱导培养获得的植株基因型不一定相同，如由花粉粒培养获得的愈伤组织细胞内染色体数目是正常体细胞的一半，D错误。 1．细胞产物一般是细胞的次生代谢物，不一定是蛋白质。 2．细胞培养一般是使细胞增殖，也可能会利用组织培养技术，先脱分化然后再分化获得所需的特定细胞后再进行培养。　　 思维导图 要语必背 1.微型繁殖实际是一种无性繁殖，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.植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒。 3.单倍体育种通过花药离体培养获得单倍体植株，经过诱导染色体加倍，极大地缩短了育种年限。 4.由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变。 5.次生代谢物是植物代谢产生的一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物。 1．(2024·陕西西安高二期中)下列有关微型繁殖的说法错误的是(　　) A．可以保持亲代的优良性状 B．可以高效、快速地培育植物种苗 C．微型繁殖属于有性生殖 D．微型繁殖已广泛应用于观赏植物、经济林木等的繁育 答案：C 解析：植物微型繁殖属于无性生殖，可以保持亲代的优良性状，A正确，C错误；微型繁殖可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，在生产上应用广泛，B正确；微型繁殖作为生物技术广泛应用于社会生产，已经应用于观赏植物、经济林木等的繁育，D正确。 2．(2024·河南周口高三开学考试)玉扇因其肉质叶片呈扇形排列而闻名。科学家用组织培养技术实现玉扇的大规模培育。下列叙述错误的是(　　) A．用酒精对离体的玉扇组织消毒的时间越长，培育效果越好 B．利用组织培养技术培养可以保持玉扇优良品种的遗传特性 C．组织培养过程中培养基内添加的关键激素是生长素和细胞分裂素 D．玉扇组织培养过程中用到的培养基及其他器械均需要灭菌处理 答案：A 解析：用酒精对离体的玉扇组织消毒时，持续的时间不能太长，否则容易杀死外植体细胞，A错误；利用组织培养技术培养可以实现玉扇优良品种的快速繁殖，还可以保持玉扇优良品种的遗传特性，B正确；决定植物脱分化和再分化的关键因素是植物激素的种类和比例，特别是生长素和细胞分裂素，因此用组织培养技术培育玉扇过程中的关键激素是生长素和细胞分裂素，C正确；玉扇组织培养过程中用到的培养基及其他器械均需要灭菌处理，D正确。 3．(2024·江苏南京高三期末)植物细胞工程在农业、 学生用书第48页 医药等方面有着广泛的应用，并且取得了显著的社会效益和经济效益。下列相关叙述正确的是(　　) A．取草莓茎尖进行植物组织培养可获得抗病毒苗 B．玉米花粉粒经花药离体培养得到的植株能稳定遗传 C．红豆杉细胞经植物组织培养技术可工厂化生产紫杉醇 D．可采用诱变处理烟草愈伤组织的方法来获得烟草抗盐碱突变体 答案：D 解析：脱毒苗不等同于抗病毒，培育脱毒苗时，一般选取茎尖(或芽尖或根尖)作为外植体，因为植物分生区附近(如茎尖)病毒极少，甚至无病毒，再利用植物组织培养技术将外植体培育成幼苗，A错误；玉米花粉粒经花药离体培养得到的植株属于单倍体，不能稳定遗传，B错误；植物细胞工程可用于细胞产物的工厂化生产，红豆杉细胞无需经过植物组织培养技术工厂化生产紫杉醇，只需要培养至愈伤组织获取其产物即可，C错误；愈伤组织细胞分裂能力强，易受外界环境条件影响，可采用诱变处理烟草愈伤组织并筛选得到烟草抗盐碱突变体，D正确。 4．(2024·北京平谷一模)人参具有重要的药用价值，可用植物组织培养技术快速繁育并提取代谢产物人参皂苷，下列有关说法错误的是(　　) A．培养基中添加蔗糖为细胞提供营养、调节渗透压 B．在植物组织培养过程中要用纤维素酶和果胶酶处理 C．不同阶段的培养基中细胞分裂素和生长素的比例不同 D．在脱分化过程中组织细胞的全能性不断增强 答案：B 解析：蔗糖可以缓慢被植物细胞吸收，培养基中添加蔗糖可以提供营养和调节渗透压，A正确。如果在植物组织培养过程中用纤维素酶和果胶酶处理，就会破坏植物细胞的细胞壁，会影响细胞的生命活动，B错误。植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞生命活动的关键性激素，两者的用量比例会影响细胞的发育方向，生长素与细胞分裂素用量比值适中时，促进愈伤组织；生长素与细胞分裂素用量比值低时，有利于芽的分化；生长素比例明显高于细胞分裂素时，有利于根的分化，C正确。脱分化是让分化的细胞失去分化的特征而成为未分化的细胞，因此细胞的全能性不断增强，D正确。 5．(2024·山东泰安模拟)拟矮牵牛的原生质体在X培养基(A)上只能形成小细胞团，不能形成植株，在含放线菌素-D的X培养基(B)上培养结果相同；矮牵牛的原生质体在A上能分化成植株，但在B上不能生长。在A、B上利用植物体细胞杂交技术均可培养出可育杂种矮牵牛。下列说法正确的是(不定项)(　　) A．酶解法制备原生质体时，应在等渗或略高渗溶液中进行 B．只有杂种细胞能在B上形成植株 C．获得的杂种矮牵牛可育，说明拟矮牵牛和矮牵牛属于同一物种 D．植物体细胞杂交技术应用的原理是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 答案：ABD 解析：原生质体是植物细胞去除细胞壁后的结构，为避免原生质体吸水涨破，酶解法制备原生质体时，应在等渗或略高渗溶液中进行，A正确。结合题干信息可知，杂种细胞兼有两者的特点，能在B上形成植株，B正确。同一物种的判断标准是指在自然状态下能相互交配并产生可育后代，上述过程是植物体细胞杂交技术，是人为状态下实现的，故杂种矮牵牛可育，不能说明拟矮牵牛和矮牵牛属于同一物种，C错误。植物体细胞杂交首先要使原生质体融合形成杂种细胞，其次要把杂种细胞经过植物组织培养技术培育成杂种植株。细胞融合的原理是细胞膜具有一定的流动性，植物组织培养的原理是植物细胞的全能性，D正确。 6．(创新情境)紫杉醇是从红豆杉树皮中提取的高效抗癌物质，细胞培养生产紫杉醇是扩大紫杉醇来源的重要途径。下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。 (1)以南方红豆杉叶为原料获得生产紫杉醇的愈伤组织需要通过细胞的________过程，愈伤组织细胞具有较强的________________能力。这一技术的成功实现了组织培养技术在一个重要领域的应用，即____________________。 (2)对比分析两个曲线图可知：培养后期紫杉醇产量出现下降的原因可能是______________________________________；在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌，其目的是_____________________________________________________(答三点)；与传统方法获得紫杉醇相比，利用植物组织培养技术生产紫杉醇，具有__________________等优点(答两点即可)。 (3)植物生长调节剂在组织培养中具有极其重要的作用，其中赤霉素类植物生长调节剂的主要作用是______________________________________________________________。 答案：(1)脱分化　分裂、分化(分生)　细胞产物的工厂化生产　(2)培养的细胞数量减少、某些代谢产物积累等　防止微生物污染，保证氧气供应充足，使细胞与培养液充分接触　产量高、节约资源、保护环境　(3)促进培养细胞的伸长 解析：(1)以南方红豆杉叶为原料获得生产紫杉醇的愈伤组织需要通过细胞的脱分化产生，愈伤组织细胞具有较强的分裂、分化能力。这一技术的成功实现了细胞产物的工厂化生产。(2)对比分析两个曲线图可知：培养后期，培养的细胞数量减少、某些代谢产物积累等导致紫杉醇产量下降。植物细胞培养过程需要充足的氧气，因此，在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌，其目的是防止微生物污染，保证O2供应充足，使细胞与培养液充分接触。与传统方法获得紫杉醇相比，利用植物组织培养技术生产紫杉醇，具有产量高、节约资源、保护环境等优点。(3)赤霉素类植物生长调节剂的主要作用是促进培养细胞的伸长。 学科网（北京）股份有限公司 $$