第2章 第1节 第2课时 植物细胞工程的应用（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中生物学选择性必修第三册（人教版2024）

第2课时　植物细胞工程的应用 [课标要求] 列举植物细胞工程的应用实例(社会责任)。 知识点1　植物繁殖的新途径1.快速繁殖 (1)植物的快速繁殖技术也叫作微型繁殖技术，是用于快速繁殖优良品种的__植物组织培养技术__。 (2)特点：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__。 2．作物脱毒 植物顶端__分生区附近__(如茎尖)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，可获得脱毒苗。 知识点2　作物新品种的培育1.单倍体育种 (1)过程 花药(或花粉)__单倍体__植株__纯合二倍体__植株。 (2)优点：后代为__纯合子__，性状能够稳定遗传；极大地缩短了__育种年限__，节约了大量的人力和物力。 (3)单倍体育种已成为作物育种的一条有效途径。此外，由于大多数单倍体植株的细胞中只含有__一套染色体__，染色体加倍后得到的植株的__隐性性状__容易显现，因此它也是进行__体细胞诱变育种__和研究遗传突变的理想材料。 2．突变体的利用 (1)产生：在植物的组织培养过程中，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(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可以筛选出对人们有用的__突变体__，进而培育成新品种。 3．实例：如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。知识点3　细胞产物的工厂化生产1.次生代谢物：植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所__必需__的产物——次生代谢物。次生代谢物是一类小分子__有机化合物__。植物细胞的次生代谢物含量很低。 2．技术：植物__细胞培养__技术。 3．实例 (1)__紫草宁__是从紫草细胞中提取的一种药物和色素，具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。 (2)紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种__次生代谢物__，具有高抗癌活性。 (3)利用人参细胞培养来生产人参中重要的活性成分——__人参皂苷__。 【辨正误】 (1)以茎尖为材料通过组织培养获得的脱毒苗具有抗病毒的特点。(　×　) 以茎尖为材料通过组织培养获得的脱毒苗可能不含病毒，但不具有抗病毒的特点。 (2)细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞生长的培养条件，提高单个细胞中次生代谢物的含量。(　√　) (3)脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位。(　×　) 脱毒苗培育所选的组织培养材料一般来自植物顶端分生区附近，如茎尖。 (4)单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。(　×　) 单倍体育种的原理是染色体变异，突变体培育的原理含有基因突变。 (5)突变体培育通常是对植物的愈伤组织进行诱变处理，而工厂化生产的细胞产物也是来自愈伤组织细胞。(　√　) 1．(教材P40“图2－7”拓展)根据玉米单倍体育种流程示意图，回答下列问题： (1)过程①是指________，过程②要经过________形成A植株。 (2)过程③表示___________________________________________________。 (3)A、B植株分别是_______________________________________。 提示　(1)花药(花粉)离体培养　脱分化和再分化　(2)人工诱导染色体加倍　(3)单倍体、纯合二倍体 探究点1　植物繁殖的新途径 1．请完善单倍体育种的流程并回答下列问题： (1)花药中的花粉粒含有精子，通过花药离体培养获得了单倍体幼苗，说明___________________________________________________________。 (2)若图中亲本基因型为AaBb，则单倍体幼苗的基因型为_________________ __________________________________________。 (3)单倍体育种过程中如何诱导染色体加倍？作用原理是什么？__________ ____________________________________________________ 提示　愈伤组织　单倍体　染色体加倍　(1)植物的精子(生殖细胞)具有细胞全能性　(2)AB、 Ab、aB、ab　(3)用秋水仙素处理。原理是秋水仙素抑制纺锤体的形成，使染色体不能移向细胞的两极，从而使染色体数目加倍。 2．完善突变体育种的流程： (1)突变体育种的原理是什么？__________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________ (2)在植物组织培养过程中，为什么培养的细胞容易产生突变？________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________ 提示　愈伤组织 (1)突变体育种的原理是基因突变或染色体变异。 (2)因为培养的细胞一直处于不断增殖的状态，容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变。 植物组织培养技术的实践应用归纳 1．植物繁殖的新途径 (1)快速繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。 特点 (2)作物脱毒技术：选取作物无毒组织(如茎尖)进行组织培养，获得脱毒苗的技术。 2．四种育种方法的比较 方法 原理 过程 优点 快速 繁殖 细胞的全能性 脱分化、再分化 保持优良品种的遗传特性 突变体 的利用 基因突变、细胞的全能性 对愈伤组织进行诱变处理后再筛选 提高突变频率，获得优良性状 单倍体 育种 细胞的全能性、染色体变异 花药离体培养、秋水仙素诱导染色体数目加倍 明显缩短育种年限 植物体细 胞杂交 细胞膜的流动性、细胞的全能性 原生质体融合、杂种细胞组织培养 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种 3. 【例1】 (2024·1月浙江)山药在生长过程中易受病毒侵害导致品质和产量下降。采用组织培养技术得到脱毒苗，可恢复其原有的优质高产特性，流程如图。下列操作不可行的是(　　) 外植体→愈伤组织→丛生芽→试管苗 A．选择芽尖作为外植体可减少病毒感染 B．培养基中加入抗生素可降低杂菌的污染 C．将丛生芽切割后进行继代培养可实现快速繁殖 D．提高生长素和细胞分裂素的比值可促进愈伤组织形成丛生芽 答案　D 解析　芽尖等分生组织分裂旺盛，且含病毒少，取材时常选用其作为外植体，A项正确；培养基中有大量的营养物质容易被细菌污染，加入抗生素可降低杂菌的污染，B项正确；将丛生芽切割后转移到新的培养基上继续进行扩大培养称为继代培养，其又可分为第二代培养、第三代培养等。大多数植物每隔4～6周进行一次继代培养，每进行一次继代培养，培养物一般能增殖3～4倍。正因为培养物可以不断继代培养，所以离体繁殖速度比常规方法通常要快数万倍，可实现快速繁殖，C项正确；提高生长素和细胞分裂素的比值可促进愈伤组织形成根而不是芽，D项错误。 【例2】 (2024·山东)(不定项)下列关于植物愈伤组织的说法正确的是(　　) A．用果胶酶和胶原蛋白酶去除愈伤组织的细胞壁获得原生质体 B．融合的原生质体需再生出细胞壁后才能形成愈伤组织 C．体细胞杂交获得的杂种植株细胞中具有来自亲本的2个细胞核 D．通过愈伤组织再生出多个完整植株的过程属于无性繁殖 答案　BD 解析　植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，故用果胶酶和纤维素酶去除愈伤组织的细胞壁获得原生质体，A项错误；用纤维素酶和果胶酶分别处理不同的植物细胞，得到原生质体，运用物理法或化学法诱导融合，形成杂种细胞，再利用植物组织培养技术将杂种细胞培养成杂种植株，故融合的原生质体需再生出细胞壁后才能形成愈伤组织，B项正确；体细胞杂交获得的杂种植株细胞中具有来自亲本的遗传物质，只有1个细胞核，C项错误；通过愈伤组织再生出多个完整植株的过程属于植物的组织培养，从繁殖看属于无性繁殖，D项正确。 探究点2　细胞产物的工厂化生产 紫杉醇是目前已发现的最优秀的天然抗癌药物，在临床上已经广泛应用于乳腺癌、卵巢癌、部分头颈癌和肺癌的治疗，如图是通过植物细胞工程技术工厂化生产紫杉醇的途径。 (1)图中过程①为____________，该过程需控制好培养基中____________的比例。 (2)过程②为将愈伤组织分散成单个细胞，同时需要筛选出____________细胞。 (3)过程③为____________，其所依据的原理是____________。 (4)生产紫杉醇的过程能否体现植物细胞的全能性？说出你的理由。_______________________________________________________________ 提示　(1)脱分化　生长素和细胞分裂素 (或植物激素)　 (2)高产紫杉醇　(3)植物细胞培养 细胞增殖　(4)不能。获得紫杉醇的过程中离体的外植体并未发育成完整生物体或分化成其他各种细胞，故并未体现植物细胞的全能性。 【例3】 迷迭香酸具有多种药理活性。进行工厂化生产时，先诱导外植体形成愈伤组织，再进行细胞悬浮培养获得迷迭香酸，加入诱导剂茉莉酸甲酯可大幅提高产量。下列叙述错误的是(　　) A．迷迭香顶端幼嫩的茎段适合用作外植体 B．诱导愈伤组织时需加入NAA和脱落酸 C．悬浮培养时需将愈伤组织打散成单个细胞或较小的细胞团 D．茉莉酸甲酯改变了迷迭香次生代谢产物的合成速率 答案　B 解析　迷迭香顶端幼嫩的茎段细胞分化程度低，容易诱导形成愈伤组织，适合用作外植体，A项正确；诱导愈伤组织时需要添加细胞分裂素和生长素，B项错误；细胞悬浮培养在液体培养基中进行，将愈伤组织打散成单个细胞或较小的细胞团，有利于细胞或细胞团与培养液接触，并与培养液进行物质交换，C项正确；根据“加入诱导剂茉莉酸甲酯可大幅提高产量”可知，在其他条件不变时，加入茉莉酸甲酯可提高产量，由此推断，茉莉酸甲酯可以提高目标产物的合成速率，D项正确。 【例4】 (2023·山东)利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖，可获得植物细胞的某些次生代谢物。下列说法正确的是(　　) A．利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物 B．植物细胞体积小，故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产 C．次生代谢物是植物所必需的，但含量少，应选择产量高的细胞进行培养 D．该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量 答案　A 解析　有些产物不能或难以通过化学合成途径得到，故可利用植物细胞培养获得目标产物，A项正确；利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖，可获得植物细胞的某些次生代谢物，故可通过该技术进行植物细胞产物的工厂化生产，B项错误；次生代谢物一般认为不是植物生长所必需的，其含量少，可以通过增加细胞的数量来增加次生代谢产物的产量，C项错误；细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞分裂的培养条件，提高多个细胞中次生代谢物的含量，不能提高单个细胞中次生代谢物的含量，D项错误。 核心知识小结 [网络构建] [答题必备] 1．快速繁殖实际是一种无性繁殖，可以保持优良品种的遗传特性。 2．植物顶端分生区附近(如茎尖)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，再生的植株有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。 3．单倍体育种极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。 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。 (见学生用书P39) 1．下列关于植物细胞工程的应用的叙述，错误的是(　　) A．可通过快速繁殖技术，高效快速地实现种苗的大量繁殖 B．选择一定大小的植物茎尖进行组织培养可获得脱毒苗 C．用射线等处理愈伤组织有可能获得抗虫作物突变体 D．二倍体植株的花粉经脱分化和再分化后即可得到性状可以稳定遗传的植株 答案　D 解析　可通过快速繁殖技术，高效快速地实现种苗的大量繁殖，A项正确；植物茎尖分生组织中病毒很少或几乎无病毒，故选择一定大小的植物茎尖进行组织培养可获得脱毒苗，B项正确；基因突变是不定向的，故用射线等诱变处理愈伤组织有可能获得抗虫作物突变体，C项正确；二倍体植株的花粉经脱分化和再分化后得到的单倍体植株高度不育，其性状不能稳定遗传，D项错误。 2．下图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，下列叙述正确的是(　　) A．紫衫外植体需要用体积分数为95%的酒精进行消毒处理 B．过程①需控制好培养基中植物激素的比例 C．培养紫杉外植体的培养基中不需要加入有机营养物质 D．该途径依据的原理是植物细胞的全能性 答案　B 解析　外植体消毒常用体积分数为70%的酒精进行消毒处理，A项错误；图中①是脱分化过程，而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，因此该过程需控制好培养基中植物激素的比例，B项正确；培养外植体的培养基中一般需要加入氨基酸、维生素、蔗糖等有机物，C项错误；该途径最终并没有得到完整的植物体或分化成其他各种细胞，故没有体现出植物细胞的全能性，D项错误。 3．通过单倍体育种的方法将宽叶不抗病(AAbb)和窄叶抗病(aaBB)的两个烟草品种培育成宽叶抗病(AABB)新品种。下列关于育种过程的叙述，正确的是(　　) A．将基因型为AAbb和aaBB的植株杂交得到基因型为AaBb的植株的过程实现了基因重组 B．对F1的花药进行离体培养，可得到四种单倍体植株 C．单倍体育种过程需要用秋水仙素处理诱发染色体结构变异 D．单倍体育种过程中淘汰了杂合个体，明显缩短了育种年限 答案　B 解析　基因型为AAbb和aaBB的植株均为纯合子，其减数分裂产生配子的过程中，只能产生Ab和aB的配子，没有实现基因重组，A项错误；基因型为AAbb和aaBB的植株杂交产生的F1的基因型为AaBb，根据自由组合定律可知，该个体能产生四种基因型的配子，分别为AB、Ab、aB、ab，因此对F1的花药进行离体培养，可得到四种单倍体植株，B项正确；秋水仙素处理单倍体幼苗后染色体数目加倍，该过程发生了染色体数目变异，C项错误；单倍体育种过程中，经秋水仙素加倍后得到的均为纯合子，并没有淘汰杂合子，D项错误。 4．植物细胞工程在农业、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。下列相关叙述错误的是(　　) A．取草莓茎尖进行植物组织培养可获得脱毒苗 B．玉米花粉粒经花药离体培养得到的植株能稳定遗传 C．红豆杉细胞经植物细胞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　B 解析　培育脱毒苗时，一般选取植物茎尖(或芽尖或根尖)作为外植体，因为植物分生区附近(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脱毒苗，A项正确；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项错误；植物细胞工程可用于细胞产物的工厂化生产，红豆杉细胞经植物细胞培养技术可工厂化生产紫杉醇，C项正确；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项正确。 5．我国植物学家将名贵兰花的茎尖细胞放在培养基中进行培养，最终发育成完整的新植株。如图是细胞培养形成兰花植株的示意图，请据图分析并回答问题： (1)过程③和过程④分别表示植物组织培养过程中的____________和____________。 (2)在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素及氨基酸外，还需要在培养基中加入____________两种激素。兰花茎尖细胞经过植物组织培养后形成完整兰花植株的技术原理是__________________________________________。 (3)在植物组织培养的过程中，可以对__________进行化学或物理的诱变处理，促使其发生突变，再通过诱导分化形成突变体植株，从中选育出优良品种。这种作物新品种的培育方法属于__________________________。 (4)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒，经组织培养形成植株，经过染色体加倍后长成可育植物。这种育种方法称为____________，其优点有_________________________________________________。 解析　(1)过程③为脱分化、过程④为再分化。(2)植物组织培养的培养基成分有水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸、植物激素(生长素和细胞分裂素)等。兰花茎尖细胞经过植物组织培养后形成完整兰花植株的技术原理是植物细胞具有全能性。(3)在植物组织培养的过程中，可以对愈伤组织进行化学或物理的诱变处理，促使其发生突变，再通过诱导分化形成突变体植株，从中选育出优良品种。这种作物新品种的培育方法属于突变体的利用。(4)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒，经植物组织培养形成植株，再进行染色体加倍，这种育种方法称为单倍体育种，其突出优点是极大地缩短了育种年限，节约了大量的人力和物力。 答案　(1)脱分化　再分化 (2)生长素和细胞分裂素　植物细胞具有全能性 (3)愈伤组织　突变体的利用 (4)单倍体育种　极大地缩短了育种年限，节约了大量的人力和物力 学科网（北京）股份有限公司 $$