2.1.2植物细胞工程的应用（导学案）生物人教版选择性必修3

2.1.2植物细胞工程的应用 （第二课时）（导学案） 1.举例说明植物细胞工程在生产实践中的应用。 2.阐述植物细胞工程应用于生产实践的主要优势。 一、教学重点 1.植物组织培养在快速繁殖、脱毒苗培育中的应用原理与实例。 2.单倍体育种的流程、优势及在作物改良中的实践意义。 3.利用植物细胞培养生产次生代谢产物（如药物、香料）的原理与价值。 4.植物体细胞杂交在培育远缘杂交新品种中的应用及其实例。 二、教学难点 1.快速繁殖、脱毒苗培育与单倍体育种的技术原理差异及适用场景辨析。 2.次生代谢产物生产中细胞培养条件调控与产物积累的内在机制理解。 3.植物体细胞杂交育种与传统杂交育种的优势对比及局限性分析。 4.综合运用植物细胞工程各项技术，设计合理的育种或生产方案。 一、植物繁殖的新途径 1.快速繁殖 （1）概念：用于_快速繁殖优良品种_的__植物组织培养技术_； （2）优点：①可以高效、快速地实现种的大量繁殖_；②可以保持优良品种的遗传特性_。 （3）实例：观赏植物、经济林木、无性繁殖作物、濒危植物__。 2.作物脱毒 （1）适用范围_无性繁殖的作物__ （2）进行作物脱毒的原因：用无性繁殖的方式进行繁殖的作物，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，就会导致作物产量降低、品质变差_。 （3）外植体选材部位：植物顶端分生区附近部位，如茎尖。 （4）选分生区的原因：植物顶端分生区附近病毒极少，甚至无病毒 。 （5）优点：脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物。 二、作物新品种的培育 1.单倍体育种 （1）定义：通过_花药_（或_花粉_）培养获得__单倍体植株___，然后经过__诱导染色体加倍 ，_当年 _就能培育出 遗传性状相对稳定 _的 纯合二倍体植株 。 （2）原理：_植物细胞的全能性_ （3）优点： ①_大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。 ②可作为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）过程： （2）诱变处理对象：一般为_愈伤组织_。 （3）原因：在植物组织培养过程中，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的影响而产生突变。 （4）原理： 基因突变 和 植物细胞的全能性__。 （5）优点：通过人工诱变提高愈伤组织的突变率，从而筛选获得抗病、抗盐、高产、优质的新品种，加快育种进程__。 （6）缺点：突变具有不定向性和低频性，因此需大量处理实验材料。 三、细胞产物的工厂化生产 （1）植物的代谢产物分类： ①初生代谢产物：初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动； 产物：糖类、脂质、蛋白质、核酸 等 ②次生代谢产物：次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行； 产物：一类小分子有机化合物：如酚类、萜类和含氮化合物 等 （2）细胞产物的工厂化生产的目标产物： 次生代谢产物 （3）技术—_植物细胞培养_ 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。 （4）细胞产物的工厂化生产的一般过程 （5）优点：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。 一、思考•讨论→植物繁殖的新途径 【小组讨论】 1..小组讨论尝试回答快速繁殖的概念、过程、生殖方式、原理和优点并举出典型的实例。 概念 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫微型繁殖技术。 过程 生殖方式 一般为无性生殖 原理 植物细胞的全能性 优点 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。 ③不受自然生长季节的限制，培养周期短。 ④选材少，繁殖率高，便于自动化管理。 2.思考：植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？ 愈伤组织细胞分裂旺盛、快速，对愈伤组织进行分割、移瓶、诱导再分化就可以形成大量的新植株。植物组织培养在实验室进行，一般不受季节、气候等限制。 二、思考•讨论→作物新品种的培育 【小组讨论】 1.阅读教材第40—41页“作物新品种的培育”小组讨论、回答以下问题，并展示交流设计的思路。 现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何获得纯种的紫色甜玉米（基因型AAss）？ 你可以想到几种育种方法?请你设计相关实验思路。 设计筛选纯合的紫色甜玉米的实验思路。 (1)杂交育种 (2)单倍体育种 2.思考：诱变处理的对象为什么要选择愈伤组织？产生的变异一定符合需要吗？ 愈伤组织细胞不断分裂，细胞要进行DNA分子复制，因此更易发生突变。不一定，因为突变是不定向的。 三、思考•讨论→细胞产物的工厂化生产 【小组讨论】 1.思考：紫杉醇是什么？能不能运用植物细胞工程技术来生产紫杉醇？ 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。 2.植物组织培养和植物细胞培养的目的原理、过程、培养基物理性质以及应用有何异同？ 3.四种育种方法的原理、过程和优点有何异同？ 1.下列关于植物细胞工程应用的叙述，正确的是（） A. 利用植物组织培养技术培育的脱毒苗，体内不含任何病毒 B. 单倍体育种获得的植株一定是纯合子 C. 植物体细胞杂交可克服远缘杂交不亲和的障碍 D. 利用植物细胞培养生产人参皂苷，需要将细胞再分化成植株 答案：C 解析：A 错误，脱毒苗是利用不含病毒的分生区细胞培养获得，并非体内无任何病毒；B 错误，单倍体育种获得的植株需经秋水仙素加倍后才是纯合子；C 正确，植物体细胞杂交可将不同物种的原生质体融合，克服远缘杂交不亲和；D 错误，生产次生代谢产物（如人参皂苷）只需培养至愈伤组织阶段，无需再分化。 2.下列关于单倍体育种的叙述，错误的是（） A. 单倍体育种的主要遗传学原理是染色体变异 B. 花药离体培养获得单倍体植株，体现了植物细胞的全能性 C. 单倍体育种可明显缩短育种年限 D. 单倍体育种获得的植株高度不育 答案：D 解析：A 正确，单倍体育种涉及染色体数目变异；B 正确，花药（生殖细胞）离体培养成植株，体现了细胞全能性；C 正确，单倍体育种可快速获得纯合子，缩短育种年限；D 错误，单倍体育种最终获得的是经秋水仙素加倍后的二倍体（或多倍体）植株，可育。 3.利用植物组织培养技术培育 “脱毒苗” 时，应选取的外植体是（） A. 成熟叶片 B. 根尖分生区细胞 C. 花瓣 D. 韧皮部细胞 答案：B 解析：植物根尖、茎尖的分生区细胞分裂旺盛，病毒难以侵染，因此常作为培育脱毒苗的外植体。其他选项的细胞均易被病毒感染。 4.为了快速繁殖名贵兰花，科研人员采用植物组织培养技术。下列相关操作及目的的对应关系，错误的是（） A. 对外植体进行消毒 —— 防止杂菌污染 B. 调节培养基中生长素与细胞分裂素的比例 —— 调控脱分化和再分化 C. 将愈伤组织置于光照下培养 —— 促进叶绿素合成，利于光合作用 D. 选择幼嫩的茎尖作为外植体 —— 提高细胞全能性的表达效率 答案：C 解析：A、B、D 均正确。C 错误，脱分化阶段（愈伤组织形成）通常需要避光培养，光照会抑制脱分化；再分化阶段才需要光照，以促进叶绿素合成。 5.下列实例中，与植物体细胞杂交技术应用无关的是（） A. 培育 “番茄 - 马铃薯” 杂种植株 B. 培育抗逆性强的作物新品种 C. 利用紫草细胞培养生产紫草素 D. 克服不同物种间的生殖隔离 答案：C 解析：A、B、D 均是植物体细胞杂交的应用或意义。C 错误，利用紫草细胞培养生产紫草素，属于植物细胞培养技术，不涉及不同物种细胞的融合。 6.下列关于植物细胞工程应用的叙述，正确的是（） A. 利用植物组织培养技术生产的人工种子，萌发时不需要外界提供营养 B. 植物体细胞杂交获得的杂种植株，其染色体数目与亲本相同 C. 单倍体育种过程中，需要对单倍体植株进行筛选和鉴定 D. 脱毒苗培育成功的标志是植株体内检测不到病毒 答案：C 解析：A 错误，人工种子萌发初期需要从外界吸收营养；B 错误，杂种植株的染色体数目是两个亲本染色体数目的总和；C 正确，单倍体育种中，需对单倍体植株的性状进行筛选，再进行染色体加倍；D 错误，脱毒苗是指几乎不含病毒，并非完全检测不到。 7.科研人员利用植物细胞工程技术，将抗虫基因导入棉花细胞，培育出抗虫棉。下列相关叙述正确的是（） A. 该过程只涉及植物组织培养技术 B. 抗虫棉的培育成功，体现了植物细胞的全能性 C. 抗虫基因的表达只发生在棉花的叶片细胞中 D. 抗虫棉的后代一定都能稳定遗传抗虫性状 答案：B 解析：A 错误，该过程涉及基因工程和植物组织培养技术；B 正确，将导入抗虫基因的棉花细胞培养成完整植株，体现了细胞全能性；C 错误，抗虫基因可在棉花的多种细胞中表达；D 错误，若抗虫基因整合到一条染色体上，后代可能发生性状分离，不一定都能稳定遗传。 人工种子 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 2.1.2植物细胞工程的应用 （第二课时）（导学案） 1.举例说明植物细胞工程在生产实践中的应用。 2.阐述植物细胞工程应用于生产实践的主要优势。 一、教学重点 1.植物组织培养在快速繁殖、脱毒苗培育中的应用原理与实例。 2.单倍体育种的流程、优势及在作物改良中的实践意义。 3.利用植物细胞培养生产次生代谢产物（如药物、香料）的原理与价值。 4.植物体细胞杂交在培育远缘杂交新品种中的应用及其实例。 二、教学难点 1.快速繁殖、脱毒苗培育与单倍体育种的技术原理差异及适用场景辨析。 2.次生代谢产物生产中细胞培养条件调控与产物积累的内在机制理解。 3.植物体细胞杂交育种与传统杂交育种的优势对比及局限性分析。 4.综合运用植物细胞工程各项技术，设计合理的育种或生产方案。 一、植物繁殖的新途径 1.快速繁殖 （1）概念：用于_ _的__ _； （2）优点：①可以 _；②可以保持优良品种的 _。 （3）实例：观赏植物、经济林木、 。 2.作物脱毒 （1）适用范围_ __ （2）进行作物脱毒的原因：用无性繁殖的方式进行繁殖的作物，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，就会导致作物 _。 （3）外植体选材部位：植物顶端 附近部位，如茎尖。 （4）选分生区的原因：植物顶端 。 （5）优点：脱毒作物的 和 明显优于没有脱毒的作物。 二、作物新品种的培育 1.单倍体育种 （1）定义：通过_ _（或_ ）培养获得 ，然后经过 ，_ _就能培育出 _的 。 （2）原理：_ _ （3）优点： ①_ 节约了大量的人力和物力。 ②可作为进行 和研究 的理想材料。 2.突变体的利用 （1）过程： （2）诱变处理对象：一般为_ _。 （3）原因：在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于 的状态，因此它们容易受到 的影响而产生突变。 （4）原理：__ 和 。 （5）优点：通过人工诱变提高愈伤组织的突变率，从而筛选获得 _。 （6）缺点：突变具有 和 因此需大量处理实验材料。 三、细胞产物的工厂化生产 （1）植物的代谢产物分类： ①初生代谢产物：初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动； 产物： 等 ②次生代谢产物：次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行； 产物：一类小分子有机化合物： 等 （2）细胞产物的工厂化生产的目标产物： （3）技术—_ 在 条件下对 或_ 进行培养使其 的技术。 （4）细胞产物的工厂化生产的一般过程 （5）优点：不占用耕地， 的限制，因此对于社会、经济、 具有重要意义。 一、思考•讨论→植物繁殖的新途径 【小组讨论】 1..小组讨论尝试回答快速繁殖的概念、过程、生殖方式、原理和优点并举出典型的实例。 2.思考：植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？ 二、思考•讨论→作物新品种的培育 【小组讨论】 1.阅读教材第40—41页“作物新品种的培育”小组讨论、回答以下问题，并展示交流设计的思路。 现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何获得纯种的紫色甜玉米（基因型AAss）？ 你可以想到几种育种方法?请你设计相关实验思路。 2.思考：诱变处理的对象为什么要选择愈伤组织？产生的变异一定符合需要吗？ 三、思考•讨论→细胞产物的工厂化生产 【小组讨论】 1.思考：紫杉醇是什么？能不能运用植物细胞工程技术来生产紫杉醇？ 2. 植物组织培养和植物细胞培养的目的原理、过程、培养基物理性质以及应用有何异同？ 3.四种育种方法的原理、过程和优点有何异同？ 1.下列关于植物细胞工程应用的叙述，正确的是（） A. 利用植物组织培养技术培育的脱毒苗，体内不含任何病毒 B. 单倍体育种获得的植株一定是纯合子 C. 植物体细胞杂交可克服远缘杂交不亲和的障碍 D. 利用植物细胞培养生产人参皂苷，需要将细胞再分化成植株 2.下列关于单倍体育种的叙述，错误的是（） A. 单倍体育种的主要遗传学原理是染色体变异 B. 花药离体培养获得单倍体植株，体现了植物细胞的全能性 C. 单倍体育种可明显缩短育种年限 D. 单倍体育种获得的植株高度不育 3.利用植物组织培养技术培育 “脱毒苗” 时，应选取的外植体是（） A. 成熟叶片 B. 根尖分生区细胞 C. 花瓣 D. 韧皮部细胞 4.为了快速繁殖名贵兰花，科研人员采用植物组织培养技术。下列相关操作及目的的对应关系，错误的是（） A. 对外植体进行消毒 —— 防止杂菌污染 B. 调节培养基中生长素与细胞分裂素的比例 —— 调控脱分化和再分化 C. 将愈伤组织置于光照下培养 —— 促进叶绿素合成，利于光合作用 D. 选择幼嫩的茎尖作为外植体 —— 提高细胞全能性的表达效率 5.下列实例中，与植物体细胞杂交技术应用无关的是（） A. 培育 “番茄 - 马铃薯” 杂种植株 B. 培育抗逆性强的作物新品种 C. 利用紫草细胞培养生产紫草素 D. 克服不同物种间的生殖隔离 6.下列关于植物细胞工程应用的叙述，正确的是（） A. 利用植物组织培养技术生产的人工种子，萌发时不需要外界提供营养 B. 植物体细胞杂交获得的杂种植株，其染色体数目与亲本相同 C. 单倍体育种过程中，需要对单倍体植株进行筛选和鉴定 D. 脱毒苗培育成功的标志是植株体内检测不到病毒 7.科研人员利用植物细胞工程技术，将抗虫基因导入棉花细胞，培育出抗虫棉。下列相关叙述正确的是（） A. 该过程只涉及植物组织培养技术 B. 抗虫棉的培育成功，体现了植物细胞的全能性 C. 抗虫基因的表达只发生在棉花的叶片细胞中 D. 抗虫棉的后代一定都能稳定遗传抗虫性状 人工种子 / 学科网（北京）股份有限公司 $