第2章 第2节 植物细胞工程的应用-（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高二生物学选择性必修第三册教师用书（苏教版2019）

第二节 第二章 细胞工程 <<< 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。 内容索引 一、植物组织培养技术的应用 二、植物细胞培养技术的应用 课时对点练 植物组织培养技术的应用 一 4 梳理　教材新知 1.人工种子 (1)概念：将在植物组织培养中得到的 和具有养分的 包埋在具有保护功能的人工种皮中，在适宜的条件下能够生根发芽的颗粒体。 (2)基本结构 胚状体 人工胚乳 保护 胚状体 无机盐 蛋白质 (3)生产过程 ①植物组织培养获得 。 ②人工种皮对胚状体和人工胚乳的 。 (4)优点 ①制种快。 ②制种不受 限制。 ③人工胚乳可提供更好的 供应，还可提供相应成分增强抵抗疾病的能力。 胚状体 包埋 季节 营养 2.快速繁殖 (1)保持优良植物品种的遗传特性。 (2)繁殖速度 。 (3)不受季节和恶劣天气的影响。 (4)可以进行全年连续生产，大大提高了 。 3.培育脱毒植物 (1)选材部位及原因：植物 部位的病毒浓度很低甚至无病毒。 (2)优点：可以 或者去除病毒的感染。 (3)实例：马铃薯、甘蔗、草莓等。 快 生产效率 生长点 降低 (4)方法 ①物理方法 a.高温处理又称 ，其原理是一些病毒对热 。 b.低温处理又称 ，其原理是降低温度，使病毒 下降。 ②化学方法：一般指利用 或 等化学药品处理患病植株的方法，其原理是抑制植物体内病毒的复制。 ③生物方法 热疗法 不稳定 冷疗法 活力 嘌呤和嘧啶类似物 抗生素 4.种质保存 (1)保存材料：植物的 ， 或胚状体，还包括 、花粉、幼胚、芽或茎尖分生组织等。 (2)原理：细胞、组织、器官在超低温保存过程中不会引起 的改变，也不会丧失 的潜能。 (3)优点：比保存植物的种子更为 ，还能在需要的时候迅速且大量地繁殖植物。 悬浮细胞 愈伤组织 原生质体 遗传性状 形态发生 有利和经济 (1)人工种子的基本结构包括人工种皮、胚状体和人工胚乳(　　) (2)快速繁殖不仅可以高效、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(　　) (3)作物脱毒使作物具有了抗病毒的特性(　　) 提示　作物脱毒使作物体内的病毒减少，作物并不具有抗病毒的特性。 √ (4)植物生长点部位没有维管束，病毒难以进入，因此这些部位病毒浓度很低甚至无病毒(　　) × √ √ 判断正误 10 任务一：植物组织培养技术应用的分析 1.结合如图人工种子的结构示意图，思考：人工种子的胚状体和常规种子的胚在来源上有何区别？ 探究　核心知识 提示　人工种子的胚状体是无性繁殖的结果，常规种子的胚是有性繁殖的结果。 2.如图为兰花的微型繁殖，思考：从植物体上获取的任一细胞，经组织培养得到的植株与亲本性状一定都完全一致吗？并说明理由。 提示　不一定；若培养植物的花粉细胞，得到的是单倍体，与亲本性状不完全一致，而且生物体的性状表现是基因与环境共同作用的结果。 提示　不抗病毒；“脱毒”与“抗毒”不同，前者指的是本身病毒浓度很低甚至无病毒，受病毒感染的机会少，而后者指的是能抵抗病毒的感染。 3.经植物组织培养技术培育出的脱毒苗抗病毒吗？并说明理由。 提示　可在具有一定人工设施的室内生产，不受季节、气候和地域等自然条件的限制。 4.结合1、2说出微型繁殖和人工种子共同的优点是什么？ 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 生长点部位 获得高产、优质的无病毒植物 1.通常人工种子包括体细胞胚、人工胚乳和人工种皮三部分，可用于大量、快速繁殖优良品种。下列叙述错误的是 A.体细胞胚可用植物离体培养产生的芽代替 B.人工种子在适宜条件下发芽成苗，属于脱分化 C.人工胚乳中含有体细胞胚萌发所需要的矿质元素、植物激素等 D.人工种皮具备透气性，有利于体细胞胚进行细胞呼吸 √ 落实　思维方法 人工种子在适宜条件下发芽成苗，不属于脱分化，B错误。 2.(多选)烟薯－25是一种甜度大、抗病力强、产量高的红薯。它是通过无性繁殖获得的作物，多代繁殖后病毒会在体内积累，导致含糖量不足，产量下降。大面积栽培时，一般都用脱毒苗。下列有关脱毒苗培育过程的叙述，正确的是 A.脱毒苗培育过程的原理是植物细胞具有全能性 B.脱毒苗培育过程需经历脱分化和再分化两个阶段 C.脱分化和再分化的培养基成分是相同的，但两个阶段光照条件不同 D.培育脱毒苗应选用生长点部位，因为分裂旺盛，所含的病毒少 √ √ √ 脱毒苗的培育采用了植物组织培养技术，该技术的原理是植物细胞具有全能性，A正确； 脱毒苗培育过程是植物组织培养的过程，需经历脱分化和再分化两个阶段，B正确； 植物组织培养中脱分化和再分化的培养基中植物激素的含量不同，C错误； 由于生长点部位细胞分裂旺盛，所含的病毒少，因此可用生长点部位(如芽尖)进行植物组织培养，从而获得脱毒苗，D正确。 植物细胞培养技术的应用 二 18 1.植物细胞代谢产物的工厂化生产 (1)应用实例 ①获取许多重要的细胞代谢产物 如：治疗疟疾的药物—— ；抗肿瘤药物—— 。 ②成为工业化生产相关植物产品的有效途径 如：药物——人参皂苷；食品添加剂—— 、甜味剂。 ③用于农副业生产 如：大规模培养桑叶的叶肉细胞，可制作成家蚕的饲料。 (2)优点：不仅 、 ，而且不受季节、 等条件的限制。 梳理　教材新知 奎宁 紫杉醇 食用色素 快速 高效 环境 2.单倍体育种 (1)优点：可以大大 ，且可以获得具有稳定 的优良品种，节约了人力物力。 (2)育种思路 缩短育种的年限 遗传特性 (3)过程 选择 离体培养 单倍体 染色体数目加倍 二倍体 过程分析： ①成熟的花药由 和 及其中的 等结构组成。 ②经过适当的诱导，花粉囊中的花粉可发育成 性的胚状体或愈伤组织，最终形成 植株。 ③用质量分数为0.02%～0.4%的 溶液诱导单倍体植株的某些阶段(如形成 时期或 时期)，可获得 加倍的，能正常生长发育并开花、结果的 植株。 花药壁 花粉囊 花粉 单倍 单倍体 秋水仙素 愈伤组织 幼胚 染色体数目 二倍体 (1)植物体细胞杂交技术是工业化生产相关植物产品的一条有效途径 (　　) 提示　植物组织培养技术是工业化生产相关植物产品的有效途径。 × (2)单倍体育种的过程就是花药离体培养的过程(　　) 提示　单倍体育种的过程主要包括花药离体培养和诱导染色体数目加倍等过程。 × 判断正误 23 (3)花药经组织培养后形成的幼苗既可能是二倍体幼苗又可能是单倍体幼苗(　　) (4)小孢子中染色体的数目是小孢子母细胞中的一半(　　) √ √ 判断正误 24 任务二：植物细胞培养技术应用的分析 1.如图为单倍体育种的过程图。单倍体育种产生的植株是单倍体吗？为什么？ 探究　核心知识 提示　不是；单倍体育种包括花药离体培养和诱导染色体数目加倍两个过程，经染色体数目加倍后产生的植株是二倍体或多倍体。 2.基因型为AaBB的个体，通过一定方法可以分别将它们后代的基因型转变为①AABB、②AB、③AAaaBBBB，则采用的方法可能分别是什么？ 提示　①杂交育种、单倍体育种或诱变育种； ②花药离体培养； ③多倍体育种。 3.如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.该途径依据的原理是植物细胞具有全能性 B.过程①需控制好培养基中植物激素的比例 C.经过程①细胞的形态和结构未发生变化 D.过程③需使用固体培养基，有利于细胞增殖 √ 落实　思维方法 该途径获得的是细胞群和细胞产物(紫杉醇)，并没有体现植物细胞的全能性，A错误； 过程①是脱分化，而决定植物脱分化和再分化的关键因素是培养基中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，经该过程细胞的形态和结构发生了变化，转变成未分化的细胞，进而形成不定形的薄壁组织团块，B正确，C错误； 过程③需使用液体培养基，有利于细胞增殖，D错误。 4.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.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可能是AABB、AAbb、aaBB、aabb √ 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。 网络构建 植物细胞工 程的应用 课时对点练 三 32 题组一　植物组织培养技术的应用 1.重瓣紫堇具有较高的观赏和药用价值，但自然状态下几乎高度不育，目前可采用微型繁殖技术推广种植。下列相关叙述错误的是 A.微型繁殖技术的原理是植物细胞具有全能性 B.微型繁殖技术常采用花粉作为外植体，可以保持亲本的优良性状 C.微型繁殖技术可以高效﹑快速地实现种苗的大量繁殖 D.微型繁殖技术属于无性繁殖 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 花粉是雄配子，采用花粉离体培养得到的是单倍体，其植株可能会发生性状分离，不能保持亲代的优良性状，B错误。 对点训练 2.通过植物组织培养技术，将植物组织细胞培养成胚状体，再用人工种皮包装得到人工种子(如图)，这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。下列相关叙述错误的是 A.培育胚状体时，所用的外植体、培养基都需要经过 灭菌处理 B.人工种皮具有保护功能 C.人工胚乳中除含有糖类和矿质营养物质外，还应有植物激素等 D.与天然种子相比，人工种子具有能保持优良品种遗传特性的优点 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 3.阳光玫瑰葡萄香味浓郁，甜度较高，深受人们的喜爱，但在种植过程中易受病毒感染，导致产量降低，品质变差。某兴趣小组采用植物组织培养技术脱去病毒，下列叙述错误的是 A.茎尖分生区细胞内的病毒少，甚至无病毒，可作为外植体 B.培养过程中外植体边缘局部污染，可能是外植体灭菌不彻底 C.离体的茎尖含有本物种全套的遗传信息，具有全能性 D.利用茎尖分生组织培养得到的脱毒苗产品质量得到提高 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 4.下列关于植物脱毒方法的叙述，不正确的是 A.植物脱毒主要有物理方法、化学方法和生物方法 B.物理方法中的冷疗法原理是一些病毒在低温处理后会失去侵染能力 C.化学方法一般用嘌呤和嘧啶类似物或抗生素等化学药品处理患病植株 D.化学方法脱毒原理是抑制植物体内病毒的复制 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 5.(2023·盐城高二调研)通过植物组织培养技术繁殖农作物，其优点不包括 A.加快繁殖速度 B.保持亲本优良性状 C.培育无病毒植株 D.改变植物的基因型 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 √ 植物组织培养技术包括快速繁殖和培育脱毒植物，快速繁殖属于无性繁殖，能加快繁殖速度，保持亲本的优良性状。综上所述，D符合题意。 对点训练 题组二　植物细胞培养技术的应用 6.豆科植物苦参能产生苦参碱，苦参碱具有调节免疫、抗癌等作用。科研人员利用苦参下胚轴进行育苗和生物碱提取，过程如图所示。下列说法正确的是 A.对外植体进行先切段后消毒， 再进行接种 B.过程①和过程②分别发生了细胞的脱分化和再分化 C.过程③所得苦参无毒幼苗具有抗病毒的遗传特性 D.通过植物细胞培养获得苦参碱的过程不需要实现细胞的全能性 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 √ 对点训练 对外植体进行先消毒后切段，再进行接种，A错误； 过程①发生的是细胞的脱分化，过程②是愈伤组织的扩大培养，不是再分化过程，B错误； 由无毒下胚轴经组织培养获得的苦参无毒幼苗只是不带病毒，并不能抵抗病毒的侵染，C错误； 由工厂化细胞培养提取苦参碱的过程不需要发育为完整的苦参植株，只需要在苦参细胞中提取即可，因此不需要实现细胞的全能性，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 7.下列有关图示育种方法的叙述，错误的是 A.过程①是杂交 B.过程③处理后的幼苗是单倍体 C.过程④一般用秋水仙素处理 D.与该育种方法相比，用杂交育种培育小麦新品种的优点是能明显缩短 育种年限 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 过程①让两亲本杂交，使所需的优良基因由亲本传递给F1，A正确； 过程③是通过花药离体培养获得单倍体幼苗，B正确； 过程④需人工诱导染色体数目加倍，一般用秋水仙素进行处理，后经筛选获得符合要求的品种，C正确； 与杂交育种相比，用单倍体育种培育小麦新品种的优点是能明显缩短育种年限，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 8.(2024·扬州高二月考)植物细胞培养的基本过程如图所示。下列相关叙述错误的是 A.过程①常选择幼嫩的组织或器官与其具有较强增殖能力有关 B.过程②应定期更换培养基以满足细胞对营养、激素等的需求 C.培养的愈伤组织需要经过再分化产生特定的组织细胞后才能产生特定 的细胞产物 D.利用植物细胞培养技术可实现细胞活性成分的工厂化生产 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 过程①是选择外植体的过程，该过程中常选择幼嫩的组织或器官与其具有较强增殖能力有关，容易培养，A正确； 过程②是外植体脱分化形成愈伤组织的过程，该过程中应定期更换培养基以满足细胞对营养、激素等的需求，B正确； 培养的愈伤组织不需要经过再分化产生特定的组织细胞就能产生特定的细胞产物，C错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 利用植物细胞培养技术可以实现细胞产物的工厂化生产，在实际生产中有较为广泛的应用，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 9.(2024·扬州高二期中)植物组织培养技术越来越多的用于商业化生产。下列相关叙述错误的是 A.可利用发酵罐来大规模培养植物细胞以实现代谢产物的工业化生产 B.脱分化和再分化所用培养基中生长素和细胞分裂素相对含量不同 C.对试管苗炼苗的操作步骤之一是用流水除去根部培养基 D.用同一植株体细胞离体培养获得的再生苗不会出现变异 √ 用同一植株体细胞离体培养过程中，在细胞分裂时可能会发生变异，因此获得的再生苗可能会出现变异，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 对点训练 10.研究发现人工种皮中的麦芽糖浓度、6-BA(细胞分裂素类生长调节剂)与NAA(生长素类生长调节剂)的配比及是否添加多菌灵(抗菌剂)都会影响霍山石斛人工种子的萌发率。下列说法不正确的是 A.人工种子胚是外植体脱分化后形成的愈伤组织 B.麦芽糖浓度过高时种子胚的萌发率可能下降 C.植物激素的种类和配比影响种子胚的生根生芽 D.多菌灵能降低杂菌污染，提高人工种子萌发率 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 √ 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 以植物组织培养得到的胚状体为材料，外面包上人工种皮可用于制备人工种子，该过程需要经过植物组织培养的再分化过程，A错误； 麦芽糖浓度过高时可能会因为外界渗透压过大导致种子失水，进而使种子胚的萌发率下降，B正确； 植物激素的种类和配比影响种子胚的生根生芽，如培养基中的生长素浓度/细胞分裂素浓度的比值低时，有利于芽的分化，C正确； 多菌灵是一种抗菌剂，能够降低杂菌污染，提高人工种子萌发率，D正确。 综合强化 11.(多选)(2024·南京高二质检)通过植物细胞工程对光果甘草进行培养以获得药物甘草西定，过程如图所示。下列相关叙述错误的有 A.过程③通常先在生长素浓度/细胞分裂素 浓度比值低的培养基中培养 B.过程④常用射线或化学物质处理即可获 得大量所需的突变体植株丙 C.所得三种植株中乙和丙的遗传信息与甲相同，植株丁和甲是同一物种 D.过程⑥中甘草西定可通过植物细胞培养获得，应将愈伤组织细胞悬浮 培养 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 √ 综合强化 生长素浓度/细胞分裂素浓度的比值高时有利于生根，比值低时有利于生芽，过程③需先生芽再生根，所以需要先在生长素浓度/细胞分裂素浓度比值低的培养基中培养，A正确； 过程④常用射线或化学物质处理后，经筛选并进一步培养才能获得大量所需的突变体植株丙，B错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 所得三种植株中丙的遗传信息不一定与甲相同，因为植株丙是诱变育种得到的，遗传信息可能会发生改变，植株丁经过植物体细胞杂交，染色体数目发生改变，和甲不是同一物种，C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 12.(多选)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。下列叙述错误的是 A.植物组织培养得到试管苗的过程中只需要更换一次培养基 B.取草莓茎尖进行植物组织培养可获得脱毒苗 C.该过程所用的MS培养基可给外植体提供无机营养 D.玉米花粉粒经离体培养得到的植株能稳定遗传 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 √ 综合强化 在植物组织培养过程中需要在不同时期，根据培养对象的需求添加或减少一些物质，尤其是植物激素的比例，由植物组织培养得到试管苗的过程中不止一次更换培养基，A错误； MS培养基是目前使用最普遍的植物组织培养基，MS培养基含有NH4NO3(硝酸铵)、KNO3(硝酸钾)、KH2PO4(磷酸二氢钾)等无机盐，故可给外植体提供无机营养，C正确； 玉米是二倍体植物，其花粉粒经离体培养获得的是单倍体植株(高度不育)，不能稳定遗传，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 13.应用植物组织培养技术，不仅可以实现种苗的快速繁殖、培育无病毒植株，也可以加快作物及苗木育种。下面是培育耐盐植株的实验流程： 请回答下列问题： (1)愈伤组织是由离体的茎段经________过程形成的，此时愈伤组织细胞______(填“具有”或“不具有”)细胞的全能性，愈伤组织经过________过程形成耐盐植株。在植物组织培养的培养基中除无机营养成分、有机营养成分、琼脂外，还需要添加__________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 脱分化 具有 再分化 植物激素 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (2)对愈伤组织进行了两次处理，处理1中γ射线照射的目的是__________ ____，用γ射线不直接处理茎段而是处理愈伤组织，原因是___________ __________________________________________________________________。处理2中添加的物质X为________。 诱导基因突 变 胞处于不断分裂的状态，易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变 愈伤组织细 氯化钠 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (3)植物组织培养技术也被广泛应用于其他作物的育种中。在培育白菜—甘蓝、三倍体无子西瓜中，用到植物组织培养技术的是______________。 培育白菜—甘蓝 综合强化 14.三白草和鱼腥草是同科不同属的两种药用植物，二者因疗效相近且具有叠加效应常被用作“药对”。科研人员将复方的配伍(两种或两种以上药物配合使用)提前到个体生长或生产过程，并实现有效成分的工厂化生产的具体操作如图1，进一步研究不同的原生质体密度对三白草和鱼腥草原生质体融合率的影响，结果如图2。回答下列问题： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 综合强化 (1)图1中过程①通过酶解法去除________获取原生质体，并向三白草和鱼腥草细胞酶解液中分别加入红、绿荧光色素(带荧光色素的原生质体仍能融合和再生)。过程②利用化学诱导剂______________诱导融合，随后在荧光显微镜下选择带_________________的杂种原生质体。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 细胞壁 聚乙二醇(PEG) 红、绿(双色)荧光 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 由于三白草细胞酶解液中加入了红荧光色素，鱼腥草细胞酶解液中加入了绿荧光色素，所以杂种原生质体应该带红、绿(双色)荧光色素。 综合强化 (2)由图2可知，促进三白草和鱼腥草原生质体融合的最适密度为________个·mL－1。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1×106 由图2可知，在原生质体密度为1×106个·mL－1时，双核异核融合体比例最高，说明促进三白草和鱼腥草原生质体融合的最适密度为1× 106个·mL－1。 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (3)通常情况下，能增加免疫器官的质量表明该物质具有一定的增强免疫力的作用。为判断融合体对动物免疫力的影响，科研人员取同种小鼠 30只，雌雄各半，随机均分为三组，实验处理如表所示。 组别 A组 B组 C组(空白对照组) 实验 处理 三白草和鱼腥草杂种愈 伤组织的蒸馏水提取物 三白草和鱼腥草直接混合后的蒸馏水提取物   每天一次等量灌胃，连续一周，检测各组小鼠的胸腺质量 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ①表格中C组的实验处理为__________________。 组别 A组 B组 C组(空白对照组) 实验 处理 三白草和鱼腥草杂种愈 伤组织的蒸馏水提取物 三白草和鱼腥草直接混合后的蒸馏水提取物   每天一次等量灌胃，连续一周，检测各组小鼠的胸腺质量 加入等量的蒸馏水 C组为对照组，根据对A、B两组的处理，C组应用等量的蒸馏水。 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ②若实验结果为________________________________________，则说明利用原生质体融合技术将复方的配伍提前并实现有效成分的工厂化生产是可行的。 组别 A组 B组 C组(空白对照组) 实验 处理 三白草和鱼腥草杂种愈 伤组织的蒸馏水提取物 三白草和鱼腥草直接混合后的蒸馏水提取物   每天一次等量灌胃，连续一周，检测各组小鼠的胸腺质量 A、B两组小鼠的胸腺质量相同且都大于C组 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 C组为对照组，若实验结果为A、B两组的胸腺质量相同且都大于C组，则说明利用原生质体融合技术将复方的配伍提前并实现有效成分的工厂化生产是可行的。 综合强化 第二章 细胞工程 <<< 培育小孢子单倍体植株幼苗染色体数目加倍纯合二倍体植株。 茎段→愈伤组织挑选生长的愈伤组织→耐盐植株 茎段→愈伤组织挑选生长的愈伤组织→耐盐植株 茎段→愈伤组织挑选生长的愈伤组织→耐盐植株 $$ 第二节　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。 一、植物组织培养技术的应用 1．人工种子 (1)概念：将在植物组织培养中得到的胚状体和具有养分的人工胚乳包埋在具有保护功能的人工种皮中，在适宜的条件下能够生根发芽的颗粒体。 (2)基本结构 (3)生产过程 ①植物组织培养获得胚状体。 ②人工种皮对胚状体和人工胚乳的包埋。 (4)优点 ①制种快。 ②制种不受季节限制。 ③人工胚乳可提供更好的营养供应，还可提供相应成分增强抵抗疾病的能力。 2．快速繁殖 (1)保持优良植物品种的遗传特性。 (2)繁殖速度快。 (3)不受季节和恶劣天气的影响。 (4)可以进行全年连续生产，大大提高了生产效率。 3．培育脱毒植物 (1)选材部位及原因：植物生长点部位的病毒浓度很低甚至无病毒。 (2)优点：可以降低或者去除病毒的感染。 (3)实例：马铃薯、甘蔗、草莓等。 (4)方法 ①物理方法 a．高温处理又称热疗法，其原理是一些病毒对热不稳定。 b．低温处理又称冷疗法，其原理是降低温度，使病毒活力下降。 ②化学方法：一般指利用嘌呤和嘧啶类似物或抗生素等化学药品处理患病植株的方法，其原理是抑制植物体内病毒的复制。 ③生物方法 4．种质保存 (1)保存材料：植物的悬浮细胞，愈伤组织或胚状体，还包括原生质体、花粉、幼胚、芽或茎尖分生组织等。 (2)原理：细胞、组织、器官在超低温保存过程中不会引起遗传性状的改变，也不会丧失形态发生的潜能。 (3)优点：比保存植物的种子更为有利和经济，还能在需要的时候迅速且大量地繁殖植物。 判断正误 (1)人工种子的基本结构包括人工种皮、胚状体和人工胚乳(　　) (2)快速繁殖不仅可以高效、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(　　) (3)作物脱毒使作物具有了抗病毒的特性(　　) (4)植物生长点部位没有维管束，病毒难以进入，因此这些部位病毒浓度很低甚至无病毒(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)√ 提示　(3)作物脱毒使作物体内的病毒减少，作物并不具有抗病毒的特性。 任务一：植物组织培养技术应用的分析 1．结合如图人工种子的结构示意图，思考：人工种子的胚状体和常规种子的胚在来源上有何区别？ 提示　人工种子的胚状体是无性繁殖的结果，常规种子的胚是有性繁殖的结果。 2.如图为兰花的微型繁殖，思考：从植物体上获取的任一细胞，经组织培养得到的植株与亲本性状一定都完全一致吗？并说明理由。 提示　不一定；若培养植物的花粉细胞，得到的是单倍体，与亲本性状不完全一致，而且生物体的性状表现是基因与环境共同作用的结果。 3．经植物组织培养技术培育出的脱毒苗抗病毒吗？并说明理由。 提示　不抗病毒；“脱毒”与“抗毒”不同，前者指的是本身病毒浓度很低甚至无病毒，受病毒感染的机会少，而后者指的是能抵抗病毒的感染。 4．结合1、2说出微型繁殖和人工种子共同的优点是什么？ 提示　可在具有一定人工设施的室内生产，不受季节、气候和地域等自然条件的限制。 　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 生长点部位 获得高产、优质的无病毒植物 1．通常人工种子包括体细胞胚、人工胚乳和人工种皮三部分，可用于大量、快速繁殖优良品种。下列叙述错误的是(　　) A．体细胞胚可用植物离体培养产生的芽代替 B．人工种子在适宜条件下发芽成苗，属于脱分化 C．人工胚乳中含有体细胞胚萌发所需要的矿质元素、植物激素等 D．人工种皮具备透气性，有利于体细胞胚进行细胞呼吸 答案　B 解析　人工种子在适宜条件下发芽成苗，不属于脱分化，B错误。 2．(多选)烟薯－25是一种甜度大、抗病力强、产量高的红薯。它是通过无性繁殖获得的作物，多代繁殖后病毒会在体内积累，导致含糖量不足，产量下降。大面积栽培时，一般都用脱毒苗。下列有关脱毒苗培育过程的叙述，正确的是(　　) A．脱毒苗培育过程的原理是植物细胞具有全能性 B．脱毒苗培育过程需经历脱分化和再分化两个阶段 C．脱分化和再分化的培养基成分是相同的，但两个阶段光照条件不同 D．培育脱毒苗应选用生长点部位，因为分裂旺盛，所含的病毒少 答案　ABD 解析　脱毒苗的培育采用了植物组织培养技术，该技术的原理是植物细胞具有全能性，A正确；脱毒苗培育过程是植物组织培养的过程，需经历脱分化和再分化两个阶段，B正确；植物组织培养中脱分化和再分化的培养基中植物激素的含量不同，C错误；由于生长点部位细胞分裂旺盛，所含的病毒少，因此可用生长点部位(如芽尖)进行植物组织培养，从而获得脱毒苗，D正确。 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 (1)应用实例 ①获取许多重要的细胞代谢产物 如：治疗疟疾的药物——奎宁；抗肿瘤药物——紫杉醇。 ②成为工业化生产相关植物产品的有效途径 如：药物——人参皂苷；食品添加剂——食用色素、甜味剂。 ③用于农副业生产 如：大规模培养桑叶的叶肉细胞，可制作成家蚕的饲料。 (2)优点：不仅快速、高效，而且不受季节、环境等条件的限制。 2．单倍体育种 (1)优点：可以大大缩短育种的年限，且可以获得具有稳定遗传特性的优良品种，节约了人力物力。 (2)育种思路 培育小孢子单倍体植株幼苗染色体数目加倍纯合二倍体植株。 (3)过程 过程分析： ①成熟的花药由花药壁和花粉囊及其中的花粉等结构组成。 ②经过适当的诱导，花粉囊中的花粉可发育成单倍性的胚状体或愈伤组织，最终形成单倍体植株。 ③用质量分数为0.02%～0.4%的秋水仙素溶液诱导单倍体植株的某些阶段(如形成愈伤组织时期或幼胚时期)，可获得染色体数目加倍的，能正常生长发育并开花、结果的二倍体植株。 判断正误 (1)植物体细胞杂交技术是工业化生产相关植物产品的一条有效途径(　　) (2)单倍体育种的过程就是花药离体培养的过程(　　) (3)花药经组织培养后形成的幼苗既可能是二倍体幼苗又可能是单倍体幼苗(　　) (4)小孢子中染色体的数目是小孢子母细胞中的一半(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√ 提示　(1)植物组织培养技术是工业化生产相关植物产品的有效途径。(2)单倍体育种的过程主要包括花药离体培养和诱导染色体数目加倍等过程。 任务二：植物细胞培养技术应用的分析 1．如图为单倍体育种的过程图。单倍体育种产生的植株是单倍体吗？为什么？ 提示　不是；单倍体育种包括花药离体培养和诱导染色体数目加倍两个过程，经染色体数目加倍后产生的植株是二倍体或多倍体。 2．基因型为AaBB的个体，通过一定方法可以分别将它们后代的基因型转变为①AABB、②AB、③AAaaBBBB，则采用的方法可能分别是什么？ 提示　①杂交育种、单倍体育种或诱变育种；②花药离体培养；③多倍体育种。 3．如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．该途径依据的原理是植物细胞具有全能性 B．过程①需控制好培养基中植物激素的比例 C．经过程①细胞的形态和结构未发生变化 D．过程③需使用固体培养基，有利于细胞增殖 答案　B 解析　该途径获得的是细胞群和细胞产物(紫杉醇)，并没有体现植物细胞的全能性，A错误；过程①是脱分化，而决定植物脱分化和再分化的关键因素是培养基中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，经该过程细胞的形态和结构发生了变化，转变成未分化的细胞，进而形成不定形的薄壁组织团块，B正确，C错误；过程③需使用液体培养基，有利于细胞增殖，D错误。 4．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．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可能是AABB、AAbb、aaBB、aabb 答案　D 解析　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。 植物细胞工程的应用 课时对点练　[分值：100分] 第1～12题，每题6分，共72分。 题组一　植物组织培养技术的应用 1．重瓣紫堇具有较高的观赏和药用价值，但自然状态下几乎高度不育，目前可采用微型繁殖技术推广种植。下列相关叙述错误的是(　　) A．微型繁殖技术的原理是植物细胞具有全能性 B．微型繁殖技术常采用花粉作为外植体，可以保持亲本的优良性状 C．微型繁殖技术可以高效﹑快速地实现种苗的大量繁殖 D．微型繁殖技术属于无性繁殖 答案　B 解析　花粉是雄配子，采用花粉离体培养得到的是单倍体，其植株可能会发生性状分离，不能保持亲代的优良性状，B错误。 2.通过植物组织培养技术，将植物组织细胞培养成胚状体，再用人工种皮包装得到人工种子(如图)，这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。下列相关叙述错误的是(　　) A．培育胚状体时，所用的外植体、培养基都需要经过灭菌处理 B．人工种皮具有保护功能 C．人工胚乳中除含有糖类和矿质营养物质外，还应有植物激素等 D．与天然种子相比，人工种子具有能保持优良品种遗传特性的优点 答案　A 3．阳光玫瑰葡萄香味浓郁，甜度较高，深受人们的喜爱，但在种植过程中易受病毒感染，导致产量降低，品质变差。某兴趣小组采用植物组织培养技术脱去病毒，下列叙述错误的是(　　) A．茎尖分生区细胞内的病毒少，甚至无病毒，可作为外植体 B．培养过程中外植体边缘局部污染，可能是外植体灭菌不彻底 C．离体的茎尖含有本物种全套的遗传信息，具有全能性 D．利用茎尖分生组织培养得到的脱毒苗产品质量得到提高 答案　B 4．下列关于植物脱毒方法的叙述，不正确的是(　　) A．植物脱毒主要有物理方法、化学方法和生物方法 B．物理方法中的冷疗法原理是一些病毒在低温处理后会失去侵染能力 C．化学方法一般用嘌呤和嘧啶类似物或抗生素等化学药品处理患病植株 D．化学方法脱毒原理是抑制植物体内病毒的复制 答案　B 5．(2023·盐城高二调研)通过植物组织培养技术繁殖农作物，其优点不包括(　　) A．加快繁殖速度 B．保持亲本优良性状 C．培育无病毒植株 D．改变植物的基因型 答案　D 解析　植物组织培养技术包括快速繁殖和培育脱毒植物，快速繁殖属于无性繁殖，能加快繁殖速度，保持亲本的优良性状。综上所述，D符合题意。 题组二　植物细胞培养技术的应用 6．豆科植物苦参能产生苦参碱，苦参碱具有调节免疫、抗癌等作用。科研人员利用苦参下胚轴进行育苗和生物碱提取，过程如图所示。下列说法正确的是(　　) A．对外植体进行先切段后消毒，再进行接种 B．过程①和过程②分别发生了细胞的脱分化和再分化 C．过程③所得苦参无毒幼苗具有抗病毒的遗传特性 D．通过植物细胞培养获得苦参碱的过程不需要实现细胞的全能性 答案　D 解析　对外植体进行先消毒后切段，再进行接种，A错误；过程①发生的是细胞的脱分化，过程②是愈伤组织的扩大培养，不是再分化过程，B错误；由无毒下胚轴经组织培养获得的苦参无毒幼苗只是不带病毒，并不能抵抗病毒的侵染，C错误；由工厂化细胞培养提取苦参碱的过程不需要发育为完整的苦参植株，只需要在苦参细胞中提取即可，因此不需要实现细胞的全能性，D正确。 7．下列有关图示育种方法的叙述，错误的是(　　) A．过程①是杂交 B．过程③处理后的幼苗是单倍体 C．过程④一般用秋水仙素处理 D．与该育种方法相比，用杂交育种培育小麦新品种的优点是能明显缩短育种年限 答案　D 解析　过程①让两亲本杂交，使所需的优良基因由亲本传递给F1，A正确；过程③是通过花药离体培养获得单倍体幼苗，B正确；过程④需人工诱导染色体数目加倍，一般用秋水仙素进行处理，后经筛选获得符合要求的品种，C正确；与杂交育种相比，用单倍体育种培育小麦新品种的优点是能明显缩短育种年限，D错误。 8．(2024·扬州高二月考)植物细胞培养的基本过程如图所示。下列相关叙述错误的是(　　) A．过程①常选择幼嫩的组织或器官与其具有较强增殖能力有关 B．过程②应定期更换培养基以满足细胞对营养、激素等的需求 C．培养的愈伤组织需要经过再分化产生特定的组织细胞后才能产生特定的细胞产物 D．利用植物细胞培养技术可实现细胞活性成分的工厂化生产 答案　C 解析　过程①是选择外植体的过程，该过程中常选择幼嫩的组织或器官与其具有较强增殖能力有关，容易培养，A正确；过程②是外植体脱分化形成愈伤组织的过程，该过程中应定期更换培养基以满足细胞对营养、激素等的需求，B正确；培养的愈伤组织不需要经过再分化产生特定的组织细胞就能产生特定的细胞产物，C错误；利用植物细胞培养技术可以实现细胞产物的工厂化生产，在实际生产中有较为广泛的应用，D正确。 9．(2024·扬州高二期中)植物组织培养技术越来越多的用于商业化生产。下列相关叙述错误的是(　　) A．可利用发酵罐来大规模培养植物细胞以实现代谢产物的工业化生产 B．脱分化和再分化所用培养基中生长素和细胞分裂素相对含量不同 C．对试管苗炼苗的操作步骤之一是用流水除去根部培养基 D．用同一植株体细胞离体培养获得的再生苗不会出现变异 答案　D 解析　用同一植株体细胞离体培养过程中，在细胞分裂时可能会发生变异，因此获得的再生苗可能会出现变异，D错误。 10．研究发现人工种皮中的麦芽糖浓度、6-BA(细胞分裂素类生长调节剂)与NAA(生长素类生长调节剂)的配比及是否添加多菌灵(抗菌剂)都会影响霍山石斛人工种子的萌发率。下列说法不正确的是(　　) A．人工种子胚是外植体脱分化后形成的愈伤组织 B．麦芽糖浓度过高时种子胚的萌发率可能下降 C．植物激素的种类和配比影响种子胚的生根生芽 D．多菌灵能降低杂菌污染，提高人工种子萌发率 答案　A 解析　以植物组织培养得到的胚状体为材料，外面包上人工种皮可用于制备人工种子，该过程需要经过植物组织培养的再分化过程，A错误；麦芽糖浓度过高时可能会因为外界渗透压过大导致种子失水，进而使种子胚的萌发率下降，B正确；植物激素的种类和配比影响种子胚的生根生芽，如培养基中的生长素浓度/细胞分裂素浓度的比值低时，有利于芽的分化，C正确；多菌灵是一种抗菌剂，能够降低杂菌污染，提高人工种子萌发率，D正确。 11．(多选)(2024·南京高二质检)通过植物细胞工程对光果甘草进行培养以获得药物甘草西定，过程如图所示。下列相关叙述错误的有(　　) A．过程③通常先在生长素浓度/细胞分裂素浓度比值低的培养基中培养 B．过程④常用射线或化学物质处理即可获得大量所需的突变体植株丙 C．所得三种植株中乙和丙的遗传信息与甲相同，植株丁和甲是同一物种 D．过程⑥中甘草西定可通过植物细胞培养获得，应将愈伤组织细胞悬浮培养 答案　BC 解析　生长素浓度/细胞分裂素浓度的比值高时有利于生根，比值低时有利于生芽，过程③需先生芽再生根，所以需要先在生长素浓度/细胞分裂素浓度比值低的培养基中培养，A正确；过程④常用射线或化学物质处理后，经筛选并进一步培养才能获得大量所需的突变体植株丙，B错误；所得三种植株中丙的遗传信息不一定与甲相同，因为植株丙是诱变育种得到的，遗传信息可能会发生改变，植株丁经过植物体细胞杂交，染色体数目发生改变，和甲不是同一物种，C错误。 12．(多选)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。下列叙述错误的是(　　) A．植物组织培养得到试管苗的过程中只需要更换一次培养基 B．取草莓茎尖进行植物组织培养可获得脱毒苗 C．该过程所用的MS培养基可给外植体提供无机营养 D．玉米花粉粒经离体培养得到的植株能稳定遗传 答案　AD 解析　在植物组织培养过程中需要在不同时期，根据培养对象的需求添加或减少一些物质，尤其是植物激素的比例，由植物组织培养得到试管苗的过程中不止一次更换培养基，A错误；MS培养基是目前使用最普遍的植物组织培养基，MS培养基含有NH4NO3(硝酸铵)、KNO3(硝酸钾)、KH2PO4(磷酸二氢钾)等无机盐，故可给外植体提供无机营养，C正确；玉米是二倍体植物，其花粉粒经离体培养获得的是单倍体植株(高度不育)，不能稳定遗传，D错误。 13．(16分)应用植物组织培养技术，不仅可以实现种苗的快速繁殖、培育无病毒植株，也可以加快作物及苗木育种。下面是培育耐盐植株的实验流程： 茎段→愈伤组织挑选生长的愈伤组织→耐盐植株 请回答下列问题： (1)愈伤组织是由离体的茎段经____________过程形成的，此时愈伤组织细胞__________(填“具有”或“不具有”)细胞的全能性，愈伤组织经过__________过程形成耐盐植株。在植物组织培养的培养基中除无机营养成分、有机营养成分、琼脂外，还需要添加__________。 (2)对愈伤组织进行了两次处理，处理1中γ射线照射的目的是__________________，用γ射线不直接处理茎段而是处理愈伤组织，原因是_______________________________ ________________________________________________________________________。 处理2中添加的物质X为________________________________________________。 (3)植物组织培养技术也被广泛应用于其他作物的育种中。在培育白菜—甘蓝、三倍体无子西瓜中，用到植物组织培养技术的是_________________________________________。 答案　(1)脱分化　具有　再分化　植物激素 (2)诱导基因突变　愈伤组织细胞处于不断分裂的状态，易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变　氯化钠　(3)培育白菜—甘蓝 14．(12分)三白草和鱼腥草是同科不同属的两种药用植物，二者因疗效相近且具有叠加效应常被用作“药对”。科研人员将复方的配伍(两种或两种以上药物配合使用)提前到个体生长或生产过程，并实现有效成分的工厂化生产的具体操作如图1，进一步研究不同的原生质体密度对三白草和鱼腥草原生质体融合率的影响，结果如图2。回答下列问题： (1)图1中过程①通过酶解法去除______________获取原生质体，并向三白草和鱼腥草细胞酶解液中分别加入红、绿荧光色素(带荧光色素的原生质体仍能融合和再生)。过程②利用化学诱导剂______________诱导融合，随后在荧光显微镜下选择带__________的杂种原生质体。 (2)由图2可知，促进三白草和鱼腥草原生质体融合的最适密度为____________个·mL－1。 (3)通常情况下，能增加免疫器官的质量表明该物质具有一定的增强免疫力的作用。为判断融合体对动物免疫力的影响，科研人员取同种小鼠30只，雌雄各半，随机均分为三组，实验处理如表所示。 组别 A组 B组 C组(空白对照组) 实验处理 三白草和鱼腥草杂种愈伤组织的蒸馏水提取物 三白草和鱼腥草直接混合后的蒸馏水提取物 每天一次等量灌胃，连续一周，检测各组小鼠的胸腺质量 ①表格中C组的实验处理为______________________________________________。 ②若实验结果为____________________________________________，则说明利用原生质体融合技术将复方的配伍提前并实现有效成分的工厂化生产是可行的。 答案　(1)细胞壁　聚乙二醇(PEG)　红、绿(双色)荧光　(2)1×106　(3)①加入等量的蒸馏水　②A、B两组小鼠的胸腺质量相同且都大于C组 解析　(1)由于三白草细胞酶解液中加入了红荧光色素，鱼腥草细胞酶解液中加入了绿荧光色素，所以杂种原生质体应该带红、绿(双色)荧光色素。(2)由图2可知，在原生质体密度为1×106个·mL－1时，双核异核融合体比例最高，说明促进三白草和鱼腥草原生质体融合的最适密度为1×106个·mL－1。(3)①C组为对照组，根据对A、B两组的处理，C组应用等量的蒸馏水。②C组为对照组，若实验结果为A、B两组的胸腺质量相同且都大于C组，则说明利用原生质体融合技术将复方的配伍提前并实现有效成分的工厂化生产是可行的。 学科网（北京）股份有限公司 $$