2.1.2植物细胞工程的应用导学案-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第2章 细胞工程 第1节 植物细胞工程 二 植物细胞工程的应用 学习目标 1.通过植物细胞工程应用技术的调查活动，明确相应技术的优点、重要价值及应用现状。（生命观念、科学探究） 2.通过构建植物细胞工程各种应用技术的流程图，明确其原理和关键环节。（生命观念、科学思维） 3.尝试运用植物细胞工程知识分析农业生产或药物研发中的实际问题。（科学思维、社会责任）自主预习 紫草作为一种多用途的植物，其提取物紫草宁衍生物在医疗、食品等方面具有广泛的应用价值。 一、利用植物组织培养技术培育紫草的调查报告 利用植物组织培养技术培育紫草可以解决紫草资源短缺和生态环境破坏等问题。通过课前调查，了解利用植物组织培养技术培育紫草的原理和现状，形成调查报告并完成下列问题。 1.快速繁殖的概念：用于快速繁殖优良品种的　　　　　　　　　技术，被人们形象地称为植物的快速繁殖技术，也叫作　　　　　　　　　技术。 2.利用植物组织培养技术繁殖紫草的流程： __________________________________________________________________________ 3.紫草为什么要进行脱毒处理？ __________________________________________________________________________ 4.紫草宁属于哪类代谢产物？________________________________ 二、利用单倍体育种和诱导突变体产生技术培育紫草新品种的调查报告 紫草种植面临种植户之间竞争激烈、产品质量参差不齐、产销结构不完善以及生长周期较长等问题。这些问题限制了紫草产业的进一步发展，也凸显了培育高产优质紫草新品种的重要性。通过课前调查，了解利用单倍体育种和诱导突变体产生技术培育紫草新品种的原理和现状，形成调查报告并完成下列问题。 1.单倍体育种的应用：是作物　　　　的有效途径，为进行体细胞　　　　　和　　　　　　　　　　提供材料。  2.突变体形成的原因：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　　　　　　和　　　　　　的影响而产生突变。 三、利用植物细胞培养技术生产紫草宁的调查报告 传统上，紫草宁主要从紫草植株的根部提取，但这种方法存在周期长、产量低等问题。近年来，随着生物技术的不断发展，利用植物细胞培养技术生产紫草宁已成为一种具有潜力的新方法。通过课前调查，了解利用植物细胞培养技术生产紫草宁的原理和现状，形成调查报告并完成下列问题。 1.______________是生物生长和生存所必需的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行着。初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等。 2.______________不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。次生代谢物是一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等），在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。 3.植物细胞培养是指________________________________________________________。 课堂探究 情境：拯救濒危药用植物——紫草 紫草，以其根部富含的紫草宁而闻名，是多种药物的重要成分，具有抗炎、抗菌、抗肿瘤等多种药理活性。然而，由于过度采挖和生态环境恶化，紫草正面临灭绝的危机。今天我们将运用植物细胞工程技术，为紫草的保护与繁殖探索新的途径。 任务一、为紫草提供快速、高效的繁殖途径 小组展示：一组同学代表展示利用植物组织培养技术培育紫草的调查报告，根据调查报告和教材第39~40页的内容回答下列问题。 1.快速繁殖技术有哪些优点？ 2.应该选择紫草的什么部位培育脱毒苗？为什么要选择该部位？ 3.脱毒紫草的组织培养流程包括哪些关键环节？ 拯救反思：根据一组同学的调查报告，从优化流程、降低成本等方面给利用植物组织培养技术繁殖紫草提出建议。 任务二、探索培育高产、抗逆的紫草新品种的途径 小组展示：二组同学代表展示利用单倍体育种和诱导突变体产生技术培育紫草新品种的调查报告，根据调查报告和教材40-41页的内容回答下列问题。 1.绘制利用单倍体育种技术培育高产紫草宁的紫草植株的流程图。 2.单倍体育种有哪些优势？ 3.绘制利用突变体培育高产紫草宁的紫草植株的技术流程图。 拓展应用：紫色非甜玉米（基因型为AASuSu）和白色甜玉米（基因型为aasusu）杂交（Su和su代表一对等位基因），得到的F1（AaSusu）再进行自交，F2中会有紫色甜玉米的表型产生。如果运用常规育种方法，应该如何筛选出纯合的紫色甜玉米？如果利用花药培养的技术，又应该怎样做呢？请你设计相关实验的思路。 任务三、明确紫草细胞产物——紫草宁的工厂化生产技术流程 小组展示：三组同学代表展示利用植物细胞培养技术生产紫草宁的原理和现状的调查报告，根据调查报告和教材第41页的内容回答下列问题。 1.绘制工厂化生产紫草宁的流程图。 2.工厂化生产紫草宁的优势有哪些？ 归纳小结：植物组织培养与植物细胞培养的区别 比较项目 植物组织培养 植物细胞培养 起点不同 终点不同 原理不同 目的不同 拓展提升：甜叶菊是一种菊科植物，植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右，而它的热量却很低，所以它逐渐成为一些用糖行业欢迎的新糖源。甜叶菊的种子小，发芽率低，种子繁殖产生的后代遗传性状不稳定；扦插植株的根系弱，且需要的原始材料多，这些都会限制甜叶菊的繁殖。假如你是某甜叶菊繁育公司的项目负责人，该公司当前运行状况良好，但一直未能解决种子发芽率低的问题。为了提高公司的甜叶菊繁育效率，你应该如何做出决策，并说出理由。 1．利用马铃薯的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会因感染病毒而减产，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．利用茎尖分生组织进行组织培养 D．人工诱导基因突变 2．下图为利用植物细胞培养生产药用次生代谢物的流程图，下列相关叙述错误的是（　　） A．外植体经体积分数为70%的酒精消毒30s后需用自来水洗去酒精 B．①过程需在避光条件下，在固体培养基中添加植物激素诱导脱分化 C．②过程可在液体培养基中添加果胶酶等处理愈伤组织获得单个细胞 D．③过程植物细胞通过有丝分裂增殖，无须产生完整植株 3．(不定项)下图是利用玉米（2n＝20）的幼苗芽尖细胞（基因型BbTt）进行实验的流程示意图。下列分析错误的是（　　） A．基因重组发生在图中过程②，过程③中能够在显微镜下看到染色单体的时期是前期和后期 B．秋水仙素用于培育多倍体的原理是其能够抑制纺锤体的形成和着丝粒的分裂 C．植株A为二倍体，其体细胞内最多有4个染色体组；植株C属于单倍体，其发育起点为配子 D．利用幼苗2进行育种的最大优点是明显缩短育种年限，植株B纯合的概率为25% 4．下图是培养耐盐植株的实验流程，请回答下列问题。 (1)在一定的 （填激素名称）等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过脱分化，即失去特有的结构和功能，转变为未分化的细胞，进而形成愈伤组织，愈伤组织的特点是 。 (2)愈伤组织经再分化形成根芽的过程一般 （填“不需要”或“需要”）提供光照，原因是 。用射线处理愈伤组织而不直接处理茎段的原因是 ，处理2中添加的物质X为 。 (3)培育脱毒苗时，一般选择植物的 进行组织培养，理由是 。 (4)利用植物体细胞杂交技术也能培育耐盐植株，该技术的原理是 ，意义是 。 (5)无菌技术也是成功诱导出耐盐植株的重要因素，下列各项中用化学药剂进行消毒的是 。（填序号）。 ①培养皿  ②培养基  ③实验操作者的双手  ④三角锥形瓶  ⑤接种环  ⑥茎段（外植体） （6）某学生认为植物的所有代谢物均可直接用于生长，请你基于初生代谢与次生代谢的区别，反驳他的观点。 [课堂小结]请根据板书和本节课学到的内容构建知识体系。 参考答案 · 自主预习 一、1.植物组织培养　微型繁殖再分化 脱分化 2.紫草外植体 愈伤组织 植物体 3.植物在无性繁殖过程中容易感染病毒且传给后代，病毒在植物体内逐年积累，就会导致作物产量降低、品质变差。 4.次生代谢产物 二、1.育种　诱变育种　研究遗传突变 2.培养条件 诱变因素 三、1.初生代谢 2.次生代谢 3.在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。 · 课堂探究 任务一 1.①可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖。 ②可以保持优良品种的遗传特性。 ③不受自然生长季节的限制。 ④培养周期短，便于自动化管理，有利于进行工厂化培养。 2.紫草的顶端分生区附近（如茎尖和根尖）；植物分生区细胞病毒少，甚至没有病毒。脱分化 再分化 3.取紫草茎尖或根尖 愈伤组织 脱毒苗 拯救反思：①选择适宜的外植体，如选择生长健壮、无病虫害的紫草植株作为外植体来源；优先考虑使用易于诱导分化、生长速度快的组织部位，如茎尖、腋芽或幼嫩叶片。 ②改善培养条件，如优化光照强度、光周期和光照质量，以满足紫草组织培养不同阶段的需求。控制培养室的温度和湿度，创造有利于细胞生长和分化的微环境。定期通风换气，保持培养室内空气新鲜，减少污染风险。 ③减少污染和提高无菌操作技术，如严格遵循无菌操作规范，包括外植体的消毒、培养基的灭菌以及操作过程中的无菌操作。定期检查并更换培养基，及时处理污染的培养物。 ④利用大规模生产技术降低成本，如自动化接种、培养基制备和分装设备，降低人工成本。回收和再利用部分培养基成分，如蔗糖、无机盐等，减少原材料消耗。 （其他合理建议均可） 任务二 1. 2.后代都是纯合子，能稳定遗传；明显缩短育种年限，加速育种进程筛选、培育 再分化 脱分化 3.紫草外植体 愈伤组织 多种突变体 新品种 诱变处理 拓展应用： 任务三培养、提取 分散开 脱分化 1.紫草外植体 愈伤组织 细胞悬液 紫草宁 2.不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。 归纳小结： 比较项目 植物组织培养 植物细胞培养 起点不同 高度分化的植物细胞、组织或器官 单个植物细胞或细胞团 终点不同 完整植物体 更多植物细胞 原理不同 细胞增殖、细胞全能性 细胞增殖 目的不同 获得完整植物体 获得植物细胞或代谢产物 拓展提升：积极探索其他的繁育途径。例如，研究如何利用植物组织培养技术繁育甜叶菊，研究内容涉及植物组织培养的材料选择、培养基配方的优化、提高试管苗移栽成活率的方法等，最终目的是建立一套利用植物组织培养技术繁育甜叶菊的标准技术体系，实现甜叶菊种苗的产业化生产。 · 当堂训练 1．C 【解析】进行植物微型繁殖时常采用茎尖或根尖作为外植体，原因是茎尖或根尖病毒极少，因此切取一定大小的茎尖或根尖进行组织培养，再生的植株就可能不带病毒，ABD错误，C正确。 2．A 【解析】外植体经体积分数为70%的酒精消毒30s后需用无菌水洗去酒精，A错误；①过程需在避光条件下，在固体培养基中添加植物激素诱导脱分化，生长素/细胞分裂素比例适中，促进愈伤组织的形成，B正确；②过程可在液体培养基中添加果胶酶等处理愈伤组织，不仅可以降解果胶层，而且还能软化细胞壁，进而获得单个细胞，C正确；③过程只需要获得大量植物细胞，植物细胞通过有丝分裂增殖，无需产生完整植株，D正确。 3．ABD 【解析】基因重组发生在减数第一次分裂过程中，过程②采集的花药中含有花粉，花粉中的精子是通过减数分裂形成的，所以基因重组发生在图中过程②；过程③是有丝分裂，有丝分裂中期染色体的形态比较固定，数目比较清晰，是观察染色体形态和数目的最佳时期，染色单体在后期着丝粒分裂后消失，所以能够在显微镜下看到染色单体的时期是前期和中期，A 错误。秋水仙素用于培育多倍体的原理是其能够抑制纺锤体的形成，但不能抑制着丝粒的分裂，B 错误。植株 A 是由二倍体的芽尖细胞经过有丝分裂形成的，仍为二倍体，其体细胞在有丝分裂后期着丝粒分裂，染色体加倍，此时细胞内最多有 4 个染色体组；植株 C 是由花药离体培养形成的，其发育起点为配子，属于单倍体，C 正确。利用幼苗 2 进行单倍体育种的最大优点是明显缩短育种年限，植株 B 是经过秋水仙素处理得到的，纯合的概率为 100%，D 错误。 15．(1)生长素和细胞分裂素 高度液泡化，无规则不定型的薄壁组织 (2)需要 叶绿素的合成需要光照 愈伤组织细胞分裂能力强，易诱发突变 一定浓度的氯化钠/一定浓度的盐分 (3)分生组织 该部位携带病毒少或不携带病毒 (4)细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种 (5)③⑥ (6)初生代谢产物是植物生长的基石，直接参与植物的生长和发育过程，但次生代谢产物并不直接用于生长。次生代谢产物在植物体内发挥着多种重要的非生长相关功能，如防御、化感作用和信号传递等。 【解析】（1）植物组织培养的条件：①细胞离体和适宜的外界条件（如适宜温度、适时的光照、pH和无菌环境等），②一定的营养（无机、有机成分）和植物激素（生长素和细胞分裂素等）。因此一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过脱分化，即失去特有的结构和功能，转变为未分化的细胞，进而形成愈伤组织，愈伤组织的特点是高度液泡化，无规则不定型的薄壁组织。 （2）愈伤组织经再分化形成根芽的过程一般需要提供光照，因为此时有叶绿素的合成，而叶绿素的合成需要光；愈伤组织是由离体的茎段经脱分化过程形成的，用射线处理愈伤组织而不直接处理茎段的原因是愈伤组织细胞分裂能力强，易受到培养条件和外界环境的影响而发生基因突变；处理2中添加的物质X为NaCl（或盐分），适应一定浓度盐的愈伤组织才可以生长，不适应的愈伤组织死亡。 （3）培育脱毒苗时，一般选择植物的分生组织（如茎尖、根尖）进行组织培养，理由是该部位携带病毒少或不携带病毒。 （4）植物体细胞杂交技术需要将不同生物的体细胞进行去壁、融合后再进行组织培养，涉及的原理包括细胞膜的流动性、植物细胞的全能性；利用植物体细胞杂交技术的优点是打破生殖隔离，实现远缘杂交育种。 （5）无菌技术也是成功诱导出耐盐植株的重要因素，使用化学药剂进行消毒的对象为要保持活性的材料和实验者自身，即③实验操作者的双手和⑥茎段；采用灼烧灭菌法进行灭菌的可以是金属用具，如⑤接种环；采用湿热灭菌法进行灭菌的可以是②培养基；采用干热灭菌法进行灭菌的可以是耐高温和需要保持干燥的物品，如①培养皿和④三角锥形瓶。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$