第2章 第1节 第2课时 植物细胞工程的应用（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高二生物选择性必修3 生物技术与工程同步学案（人教版）

本高中生物学讲义聚焦植物细胞工程的应用，以植物组织培养技术为基础，系统梳理快速繁殖（高效保持优良品种遗传特性）、作物脱毒（利用分生区培育无病毒苗）、单倍体育种（缩短育种年限）、突变体利用（诱变筛选新品种）及细胞产物工厂化生产（次生代谢物高效获取）的核心知识点，构建从技术原理到实际应用的学习支架。 该资料以新课标核心素养为导向，通过“自学诊断”判正误与微思考培养科学思维，“新知探究”问题链（如单倍体育种缩短年限的原因）驱动探究实践，结合“核心归纳”梳理生命观念（细胞全能性、基因突变等原理）。典题应用与练习题兼顾课中教师引导分析（如脱毒苗选材原因）和课后学生巩固，如细胞产物工厂化生产实例（紫草宁、紫杉醇）体现社会责任，助力学生理解技术价值并查漏补缺。

第2课时　植物细胞工程的应用 学习目标 素养要求 　举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种等方式有效提高了生产效率。 1.理解掌握利用植物组织培养的技术在快速繁殖，培养脱毒苗和作物新品种上的培育的作用。(生命观念) 2．理解植物组织培养技术在细胞产物的工厂化生产领域的应用。(社会责任) 一、植物繁殖的新途径 1．快速繁殖 (1)概念：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。 (2) 2．作物脱毒 (1)选材部位：植物的分生区附近。 (2)选材原因：分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。 (3)实例：目前采用茎尖组织培养技术来脱除病毒，在马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝、香蕉等主要经济作物上已获得成功。 二、作物新品种的培育 1．单倍体育种 (1)过程： (2)优点 ①后代是纯合子，能稳定遗传。 ②明显缩短了育种的年限。 2．突变体的利用 (1)产生原因：在植物的组织培养过程中，易受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：筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。 三、细胞产物的工厂化生产 1．概念：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(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。 2．优点：植物细胞的次生代谢物含量很低，从植物组织提取会大量破坏植物资源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到，因此人们期望利用细胞产物的工厂化生产获得次生代谢物。植物细胞培养是指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。它不占用耕地，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。 3．实例：紫草宁、紫衫醇、人参皂苷的生产。 [自学效果诊断] 1．判正误 (1)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。( × ) (2)天然种子萌发后长成的植株容易发生性状分离，人工种子长成的植株性状不分离。( √ ) (3)单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。( × ) (4)工厂化生产的细胞产物，其化学成分都是蛋白质。( × ) 2．微思考 (1)植物的种子发育成完整植株是否体现了全能性？为什么？ 提示：否。因为种子中的胚已经完成早期发育，相当于新植株的幼体，并没有体现出细胞的全能性。 (2)在植物组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？ 提示：避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。 新知探究一　植物繁殖的新途径 1．微型繁殖可以快速地实现种苗的大量繁殖，其技术手段是什么？依据的原理是什么？ 提示：微型繁殖的技术手段是植物组织培养，依据的原理是细胞的全能性。 2．从繁殖类型看，微型繁殖属于哪一种？这种繁殖的优点是什么？ 提示：属于无性繁殖；可以保持所繁殖品种的一切性状，因为植物组织培养过程中细胞进行的是有丝分裂，此过程中细胞内的遗传物质不发生改变。 3．作物脱毒时应选取哪里的组织进行组织培养？原因是什么？ 提示：一般选取根尖或茎尖的分生区；植物的分生区的病毒极少，甚至无病毒，用分生区细胞进行组织培养，就能得到大量的脱毒苗。 [核心归纳] 1．微型繁殖 (1)实质：植物组织培养。 (2)原理：植物细胞的全能性。 (3)优点： ①能保持亲本的一切优良性状，子代个体的遗传物质与亲本相同； ②选材少，培养周期短，繁殖率高； ③不受自然生长季节的限制，便于自动化管理，有利于进行工厂化生产。 2．作物脱毒 (1)进行作物脱毒的原因： 长期进行无性繁殖的作物(如马铃薯和草莓)，它们感染的病毒很容易传给后代。病毒在作物体内逐年积累，从而导致作物产量降低，品质变差。 (2)材料的选取： 在植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒。因此，利用植物的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。用脱毒苗进行繁殖，种植的作物就不会或极少感染病毒。 [典题应用] 1．植物的微型繁殖技术，是指(　　) A．植物体细胞杂交技术 B．嫁接 C．营养繁殖 D．植物组织培养 解析：选D　微型繁殖技术是快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫快速繁殖技术。 2．若要获得脱毒苗，培养时一般选取植物体的哪一部分组织(　　) A．叶　　　　　　　　 B．花粉 C．根 D．茎尖 解析：选D　茎尖位于植物分生区附近，病毒极少，甚至无病毒。因此，若要获得脱毒苗，一般选取植物体的茎尖组织进行培养。 3．下列关于脱毒马铃薯培育的说法，不正确的是(　　) A．应该选用马铃薯根部成熟区的细胞进行组织培养 B．应该选取马铃薯茎尖进行组织培养 C．脱毒马铃薯苗在生长发育过程中仍会感染病毒 D．脱毒马铃薯比未经脱毒的马铃薯品质好、产量高 解析：选A　马铃薯茎尖细胞分裂快，病毒未来得及侵染，进行组织培养可获得脱毒苗。脱毒马铃薯苗在生长发育过程中仍有感染病毒的可能性。 新知探究二　作物新品种的培育 1．与杂交育种相比，单倍体育种为什么能缩短育种年限？ 提示：杂交育种常规选育出纯合子，一般需要5～6年的连续筛选，而单倍体育种一般1～2年就可以快速得到纯合子。 2．为什么把单倍体作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料？ 提示：大多数单倍体植株的细胞中只有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。 3．进行突变体育种时，为什么在培养至愈伤组织时进行诱变处理？通常能诱发产生突变的因素有哪些？ 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。常用的物理因素有紫外线、X射线及其他辐射等，化学因素有亚硝酸盐、碱基类似物等。 [核心归纳] 1．单倍体育种 (1)过程 (2)原理：生殖细胞的全能性(花药离体培养为单倍体植株)；染色体数目的变异(秋水仙素诱导单倍体幼苗细胞染色体数目加倍)。 (3)优点：与杂交育种要经过5～6年的连续筛选相比，单倍体育种明显缩短育种年限，加快育种进程。 2．突变体的利用 (1)过程 (2)原理：基因突变和植物细胞的全能性。 (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，加快了育种进程。 (4)缺点 ①突变不定向，需要处理大量材料。 ②突变少利多害，符合人们需要、有利的品种比较少。 [典题应用] 4．用纯种的高秆(D)抗锈病(T)小麦与矮秆(d)易染锈病(t)小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种，方法如下： 高秆抗锈病×矮秆易染锈病F1花药幼苗选出符合要求的品种 下列叙述正确的是(　　) A．此育种方法叫作多倍体育种 B．这种育种方法比杂交育种年限要长 C．过程③是植物组织培养，经此过程培育选出的幼苗应该是纯合子 D．过程④是指用秋水仙素处理后，最终培育选出矮秆抗锈病的纯合子 解析：选D　上述育种过程属于单倍体育种，①是杂交，②是减数分裂，③是花药离体培养(属于植物组织培养)，经此过程培育选出的幼苗是单倍体，不是纯合子，④是用秋水仙素处理单倍体幼苗。单倍体育种能明显缩短育种年限，得到的后代都是纯合子。 5．在植物组织培养过程中，容易获得突变体的主要原因是(　　) A．培养的细胞一直处于不断的分生状态 B．培养基营养丰富，易于植物生长 C．纺锤丝的形成容易受到抑制 D．DNA的复制容易受到抑制 解析：选A　在植物组织培养过程中，培养的细胞一直处于不断的分生状态，容易受到一些条件的影响而产生突变。 [核心语句必背] 1．快速繁殖可以高效、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．单倍体育种通过花药培养获得单倍体植株，染色体加倍后当年便可获得稳定遗传的优良品种，极大地缩短了育种年限。 3．在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，因此容易受到培养条件和诱变因素的影响而发生突变。 4．植物细胞产物的工厂化生产就是利用植物细胞培养来获得植物代谢物。 1．某优良品种水稻的基因型为AaBb，利用其花药通过组织培养形成了试管苗。下列对这一培养过程的叙述，不正确的是(　　) A．花粉形成试管苗要经过脱分化和再分化的过程 B．试管苗有四种基因型，其体细胞含有一个染色体组 C．通过该过程培育出的试管苗还不能直接用于生产 D．这些试管苗自交，后代性状不发生分离 解析：选D　花药通过组织培养形成试管苗要采用组织培养技术，该过程要先经过脱分化形成愈伤组织，再通过再分化形成试管苗；由水稻的基因型为AaBb可知水稻为二倍体，其配子含一个染色体组，由配子发育成的试管苗的体细胞中含有一个染色体组；试管苗为单倍体，是高度不育的，不能通过有性生殖繁殖后代，不能直接用于生产。 2．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(　　) ①②③→④ A．若①是来自不同植物体细胞融合的杂种细胞，则④可能出现不同植物的遗传特性 B．若①是二倍体植物的花粉，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体细胞，则利用③进行繁育会发生性状分离 解析：选D　杂种细胞发育成的杂种植株具有两种植物体的遗传物质，因而可能表现出两种植物的遗传特性。若①是二倍体植物的花粉，则④是通过离体培养获得的单倍体植株，经染色体加倍后获得的一定是纯合子，因而一定会稳定遗传。若①是人参细胞，②是脱分化获得的愈伤组织，对愈伤组织进行扩大培养可提高细胞产物人参皂苷的产量。③是再分化出的胚状体或丛芽，用其进行繁育属于无性繁殖，后代会保持亲本的性状，所以，若①是具有杂种优势的农作物细胞，则利用③进行繁育不会发生性状分离。 3．下列有关植物细胞工程应用的叙述，不正确的是(　　) A．利用组织培养技术培育脱毒苗，获得具有抗病毒的新品种 B．利用组织培养技术进行快速繁殖，能保持亲本的优良性状 C．利用细胞培养技术获得紫草素，实现了细胞产物的工厂化生产 D．利用植物体细胞杂交技术获得“白菜—甘蓝”，克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍 解析：选A　脱毒苗是用含病毒极少，甚至无病毒的茎尖等植物分生组织培养而成的，再生的植株可能不带病毒，但并非它具备了抗病毒的能力。 4．在下列选项中，需要采用植物组织培养技术的是(　　) ①脱毒苗的培育　②利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体植株　③单倍体育种　④无子西瓜的快速大量繁殖　⑤“胡萝卜－羊角芹”杂种植株的培育 A．①②③④⑤　　　　　 B．①③⑤ C．①③④⑤ D．②③④ 解析：选C　脱毒苗培育时，将植物无病毒感染的分生组织细胞进行组织培养得到无病毒植株，①正确；多倍体育种过程中没有涉及从细胞培养到个体的过程，不需要植物组织培养，②错误；单倍体育种中的花药离体培养是将花粉细胞培养到单倍体植株的过程，③正确；无子西瓜的培育过程属于多倍体育种，本身无子不可育，要想快速繁殖，必须依靠植物组织培养技术，④正确；杂种植株的培育属于植物体细胞杂交，需要将杂种细胞培育到杂种植株，⑤正确。 5．下图是利用花药进行离体培养过程的示意图，请利用所学知识回答相关问题： (1)该过程利用的现代生物技术称为____________，其原理是____________；在培养过程中需要添加一些植物生长调节物质，主要是____________。 (2)若h中是纯合二倍体，则g中需要用____________处理，该育种方法的优点是______________；育种中若产生了变异，其可遗传的变异类型有__________________。 (3)若利用此项技术培育相关组织制造治疗烫伤、割伤的药物——紫草素，培养将进行到________(填字母)；若想制作人工种子，应该选用________(填字母)。 解析：(1)外植体离体培养，先脱分化形成愈伤组织，然后再分化形成完整植株的技术叫植物组织培养，该技术的原理是植物细胞的全能性，在培养过程中需要加入一定浓度的生长素和细胞分裂素，保证脱分化和再分化过程的进行。(2)由花药离体培养得到的单倍体植株，需经秋水仙素处理获得纯合二倍体，这样的育种方法叫单倍体育种，与杂交育种相比能明显缩短育种年限。培育过程中细胞进行有丝分裂，可以发生基因突变和染色体变异。(3)紫草素是紫草细胞的代谢产物，将紫草细胞培养至愈伤组织阶段(c)即可得到该代谢产物，如果制备人工种子，只要将其培养至再分化出胚状体(d)即可。 答案：(1)植物组织培养　植物细胞的全能性　生长素和细胞分裂素　(2)一定浓度的秋水仙素　快速大量得到纯合子，缩短育种年限　基因突变和染色体变异　(3)c　d 学科网（北京）股份有限公司 $