2017-2018学年高中生物第章细胞工程第节植物细胞工程-植物细胞工程的应用同步备课教学案.docx

第2课时植物细胞工程的应用目标导读1.结合教材P5051图文，了解植物的微型快速繁殖、人工种子和作物脱毒。2.阅读教材P5152内容，理解愈伤组织的诱变育种、细胞产物的工厂化生产及拯救濒危植物。重难点击1.植物细胞工程的实际应用。2.细胞学基础理论研究与技术开发之间的关系。方式一拯救国家极危植物虎颜花虎颜花为野牡丹科单种属植物，原产广东，为罕见的野生观赏植物，有重要的科研价值。虎颜花叶片基生，叶形巨大、美丽，呈心形，上有老虎斑纹，故称虎颜花。国际自然保护联盟已将虎颜花列为极危物种。为拯救虎颜花，我国华南植物园的科学家对虎颜花进行了组织培养，获得1万株试管苗，又利用生态恢复技术，使虎颜花成功回归野外。这体现了植物细胞工程的实际应用。那么植物细胞工程技术在生产生活中还有哪些方面的应用呢？让我们进入本节的学习，一起来了解吧！方法二具有小灵芝草之称的金钗石斛是一种名贵的中草药，它具有生津益胃、润肺止咳之功效。金钗石斛的有效化学成分为大黄酚和谷甾醇。那么我们能否在工厂内大量生产这两种物质呢？能！取金钗石斛的茎尖或根尖组织，并培养为愈伤组织再放入液体培养基中进行悬浮培养，获得大量的金钗石斛细胞，从混合液中分离纯化大黄酚和谷甾醇即可。这是植物细胞工程实际应用的一个实例，要了解更多这方面的信息，请跟随教材一起来学习吧。一、植物繁殖的新途径1植物的微型快速繁殖(1)概念：利用植物组织培养技术快速繁殖植物的方法。(2)优点无性繁殖，能够保持种苗的优良遗传特性。繁殖速度快，周期短。(3)实例：一些优良的观赏植物、经济林木等都已经利用工厂化微型繁殖来进行大规模的无性繁殖。2人工种子(1)组成胚状体：通过植物组织培养获得，相当于天然种子的胚。有机薄膜：含有胚状体萌发和发育成幼苗所需的各种养分；可以缓冲碰撞；可以附加大量的植物生长调节剂、农药、抗生素和一些有益菌种等。(2)优点属于无性生殖，不发生性状分离的现象。生产上不受季节的限制。3作物脱毒(1)原理：无性繁殖的作物，病毒容易逐年积累，但是幼嫩的组织和器官中病毒的含量较低或者不含病毒。(2)方法：选取植物的茎尖进行植物组织培养。(3)实例：脱毒马铃薯、脱毒草莓等。结合下面人工种子的结构示意图，探究下列问题：1常规的种子繁殖存在哪些缺陷？答案(1)周期长；(2)发生性状分离而丧失其优良特性；(3)受季节、气候和地域的限制。2人工种子的胚状体和常规种子的胚在来源上有何区别？答案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。3人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分。人工种皮中应该具有的有效成分是什么？为了促进胚状体的生长发育，我们还可以向人工种皮中加入哪些物质？答案针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂(人工种皮)中应具有适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。1兰花在我国种植历史悠久，“远东麒麟”以每盒3万元的价格在拍卖网卖出。下面是通过细胞培养形成兰花植株的示意图，请据图回答下列问题：(注：胚状体等同于植物种子的胚的结构)(1)愈伤组织的分裂能力_(填“强”或“弱”)，分化能力_(填“强”或“弱”)，是由植物体细胞经过_形成的。(2)过程由愈伤组织形成胚状体要经过_和_过程。(3)一个兰花茎尖在一年之内可以生产出400万株兰花苗，与有性生殖相比，植物组织培养的优势主要体现在_和_。答案(1)强强脱分化(2)细胞分裂细胞(组织)分化(3)保持亲本的优良性状培育周期短，繁殖效率高二、愈伤组织的诱变育种、细胞产物的工厂化生产以及拯救濒危植物1愈伤组织的诱变育种(1)诱变育种概念：是指利用物理、化学因素诱导植物的遗传特性发生变异，再从变异群体中选择符合人们某种要求的单株，进而培育成新品种的育种方法。诱发突变的因素物理因素：主要指一些射线。化学因素：主要是利用一些烷化剂、碱基类似物、抗生素等化学药物。(2)愈伤组织的诱变育种原理：植物的愈伤组织在培养过程中一直处于分裂增生的状态，其遗传物质极易受到外界因素的影响而发生变异。优势：克服突变体的嵌合性等缺陷，极大地提高了诱变育种的效率。2细胞产物的工厂化生产(1)原理：植物组织培养。(2)生产流程外植体(离体的植物器官、组织或细胞)愈伤组织细胞悬液细胞产物。(3)产物种类：药物、橡胶、香精油和色素等。(4)优势：快速、高效的获得大量的细胞或细胞产物。3拯救濒危植物利用植物细胞培养技术来培养大量红豆杉细胞，利用这种方法来生产大量紫杉醇，从而拯救红豆杉。1愈伤组织的诱变育种过程如图所示，请据图分析：诱变处理 外植体愈伤组织突变体新品种诱导分化(1)该育种方法的原理有哪些？答案基因突变和植物细胞的全能性。(2)在培养至愈伤组织时进行诱变处理的原因是什么？答案愈伤组织细胞分裂旺盛，一直处于不断的分生状态，此时易发生基因突变。(3)诱导分化得到的突变体都可以利用吗？为什么？答案大都不可以。因为基因突变具有多害少利性，即得到的突变体大多是有害的。2分析工厂化生产人参皂甙干粉的流程，探究下面的问题：大量细胞(1)细胞产物工厂化生产实质上是植物组织培养的过程，在生产中通常要培养到什么阶段？答案愈伤组织。(2)与传统的从植物体内提取相比，工厂化生产细胞产物有哪些优点？答案没有时间、地点、环境的影响，克服了植物体生长缓慢的缺点，提取方便等。2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分裂增生的状态B培养基营养丰富，易于植物生长C纺锤丝的形成容易受抑制DDNA复制容易受抑制答案A解析在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于分裂增生的状态，因此容易受到培养条件和外界因素的影响而产生突变。3植物细胞培养的目的是()A获得大量的细胞群体，并继而获得人类所需的细胞次生代谢产物B获得植物组织C获得大量植物个体D获得胚状体答案A解析植物细胞培养是在植物组织培养的基础上发展起来的，但二者的目的不同，植物细胞培养的目的不是使细胞形成组织、胚状体乃至更多的植物个体，而是通过大规模的细胞培养以获得人类所需的细胞次生代谢产物。易混辨析植物组织培养与植物细胞培养的区别(1)含义不同：植物组织培养是指在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，把植物离体的器官、组织或细胞培养成完整的植物体。而植物细胞培养是将组织培养过程中形成的愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中，进行悬浮培养，得到分散游离的悬浮细胞，通过继代培养使细胞增殖，从而获得大量的细胞群体的一种技术。(2)目的不同：植物组织培养的目的是得到更多的植物体，而植物细胞培养的目的是获得人类所需要的细胞代谢产物。植物细胞工程的应用1下列属于植物的微型繁殖技术的是()A兰花的茎尖组织培育成兰花幼苗B水稻种子萌发并长成新个体C扦插的葡萄枝条长成新个体D柳树芽发育成枝条答案A解析水稻种子萌发并长成新个体、柳树芽发育成枝条均属于个体发育部分；其次，扦插的葡萄枝条长成新个体属于无性生殖中的营养生殖。2把胡萝卜单个韧皮部细胞接种到配制的培养基上培养，获得了许多完整的植株，这些植株()A变异频率较高B都是单倍体C彼此性状极其相似D都是纯合体答案C解析植物组织培养属于无性繁殖方式，是由同一个胡萝卜韧皮部细胞培育而来的许多植株，遗传物质均相同，故其性状极为相似。3人工种子比天然种子有许多优越性，下列对其优越性的叙述，不正确的是()A可使自然状态下不结子的植物得以繁殖B方便贮藏和运输C可以随意改变植物的遗传性状D可快速、大量繁殖答案C解析人工种子是通过植物细胞工程完成的，所以可以使在自然条件下不结子或珍贵的植物得以繁殖。人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地贮藏和运输。人工种子的生产不受季节限制，而且快捷高效。人工种子可以保持物种优良的遗传性状。4下列有关植物细胞工程应用的叙述，正确的是()A利用组织培养技术培育脱毒苗，获得抗病毒新品种B利用组织培养技术产生突变体，可直接培育出具有优良性状的新品种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“萝卜甘蓝”，遵循基因的自由组合规律答案C5科学家从悬浮培养的单细胞、离体花粉中，通过植物组织培养技术获得胚状结构(胚状体)，胚状体不同于一般的种子胚，是由非合子细胞分化形成的类似于胚的结构物，所以，又称“体细胞胚”或“花粉胚”。胚状体在一定的条件下，可以通过胚胎发育过程形成植株。将其包埋在一个能提供营养的胶质中，外层再包裹上人造种皮，便制成了“人工种子”。人工种子的概念是1978年在加拿大举行的第四届国际植物组织、细胞培养会议上首次提出来的。目前，我国科学家利用植物组织培养技术已在烟草、水稻、小麦和玉米等植物上成功诱导出胚状体，而美、日、法等各国正着手将人工种子市场化、商品化。(1)“人工种子”大体由胚状体、包埋胚状体的胶质以及人工种皮等3部分组成。包埋胚状体的胶质中富含营养物质，这是因为_。为了满足胚状体代谢的需求，“人工种皮”则必须具有良好的_性能。(2)由“人工种子”萌发出的植株是否可育？_。(3)写出“人工种子”商品化的意义(两项)：_。(4)培育胚状体利用了_这一项生物技术。在该过程中培养基中需要添加_和_两种激素，还需要对培养基进行严格的_。答案(1)胚状体在萌发初期不能进行光合作用透水、透气(2)由花粉培养发育的植株一般不可育；由体细胞经组织培养发育的植株则是可育的(3)不受环境因素的制约，一年四季都可以进行工厂化生产，繁殖速度快，可在短时间内提供大量种苗；有利于保存种系的优良性状(回答其中的两项)(4)植物组织培养生长素细胞分裂素消毒(或灭菌)解析胚状体在萌发初期不能进行光合作用，因此需要给其提供营养，人工种皮要有很好的透气性，保证供给胚足够的氧气。胚状体的培育利用的是植物组织培养技术，培养基中需要添加生长素和细胞分裂素，同时要保证无菌的条件。课时作业基础过关1下列属于微型繁殖的是()A马铃薯的块茎繁殖B小麦的种子繁殖C一片花瓣的繁殖D柳树的扦插繁殖答案C解析微型繁殖是利用植物组织培养技术，将离体的植物组织、器官、细胞进行培养，获得大量相同子代的过程。2甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程涉及细胞的()有丝分裂分化减数分裂全能性A BC D答案D解析某些作物进行无性繁殖过程中会感染病毒且容易传给后代，切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒。在这个过程中通过细胞的有丝分裂增加细胞的数目，通过细胞的分化使来自同一细胞的这些细胞功能发生差异完成生物体的各项生命活动。3下图是人工种子的结构简图，对其叙述不正确的是()A人工种子的胚乳中含有胚状体发育所需的营养物质，还可以添加农药和植物激素B人工种子可以工业化生产，播种人工种子可节省大量的粮食C人工种子克服了有些作物品种繁殖能力差或发芽率低等问题D人工种子的胚状体还未分化出胚芽、胚轴和胚根等结构答案D解析人工种子是经植物组织培养获得具有生根发芽能力的胚状结构后，包裹上人工种皮(有机薄膜)而形成的。胚状体与正常受精卵发育形成的胚有类似的结构和发育阶段。在人工种子胚乳中，除了添加种子萌发所需的营养物质外，还可添加农药、植物激素、有益的菌种等。4通过植物组织培养技术繁育农作物，其优点不包括()A加快繁育速度B保持亲本优良性状C培育出无病毒植株D改变植物的基因型答案D解析作为微型繁殖技术，利用植物组织培养技术繁殖植物，可以高效快速地实现种苗的大量繁殖，而应用于作物脱毒，通过分生区组织的组织培养，可以提高作物的产量，改善作物的品质，但不能改变植物的基因型。5下列哪种生物不能通过突变体的利用而获得()A抗除草剂的白三叶草B生产胰岛素的大肠杆菌C高产的水稻D蛋白质含量高的小麦答案B6对人参皂甙干粉工厂化生产，下列哪种技术是必需的()A杂交育种 B植物组织培养C多倍体育种 D单倍体育种答案B解析对人参皂甙干粉进行工厂化生产，必须先通过组织培养获得人参皂甙含量最高的细胞株，然后进行发酵大规模生产。能力提升7下图表示某植物的培育过程，请据图判断下列说法中错误的是()AAF不能体现细胞的全能性BC中是高度液泡化的薄壁细胞C植株A和F中的染色体组数不同D植株F一般不能直接应用于生产答案A解析图中所示BF为花药离体培养得到单倍体幼苗，体现了生殖细胞也具有全能性。但A与F中的染色体组数不同，F一般需经人工诱导染色体数目加倍后才可应用于生产。8植物组织培养的过程可以归纳为：。对此叙述错误的是()A的再分化过程中，当细胞分裂素与生长素的浓度比低时，有利于根的生长B植物组织培养所依据的原理是细胞的全能性C过程指植物的营养生长和生殖生长阶段D包裹上人造种皮可获得人工种子答案D解析只有将离体植物细胞或组织培养成具有生根发芽能力的胚状结构，再包上人造种皮，才能得到人工种子，而是未分化的愈伤组织，不具有生根发芽能力，只有在分化培养基上培养后，才能用于制造人工种子。9制造人工种子的原理是在组织培养得到的“胚状体”的最外面用一层有机膜包裹，并在薄膜以内放入一些营养物质，如图所示。据此判断下列说法不正确的是()A“胚状体”最外面的一层有机膜和里面营养物质分别具有种皮和胚乳的功能B“胚状体”来源于离体的植物细胞，其形成过程中要经过的生理变化大体上是脱分化和再分化C从保证人工种子正常的生命力及生态系统物质循环上来看，其外部薄膜应具有全透性和能被微生物降解的特点D在人工种子萌发的过程中“胚状体”细胞吸收营养液中的物质用于生长等答案C解析从保证人工种子正常的生命力上来看，其外部薄膜应具有半透性，可以透气和透水，但是不能让薄膜以内的营养物质出来。10下列属于植物细胞工程实际应用的是()制造人工种子拯救濒危植物培育抗病毒烟草培育单倍体生产脱毒植株A BC D答案C解析培育抗病毒烟草是转基因技术的应用。11通过植物组织培养技术可以快速繁殖、生产药物及培育无病毒的植物等。据图甲、表乙回答问题：愈伤组织胚状体植物体图甲植物组织培养过程表乙：植物的花芽分别在含有不同比例的吲哚乙酸和细胞分裂素的培养基中的生长状况A组B组C组D组E组吲哚乙酸03 ppm3 ppm0.03 ppm0细胞分裂素00.2 ppm0.002 ppm1.0 ppm0.2 ppm花芽生长状况仍是组织切块形成愈伤组织愈伤组织分化出根愈伤组织分化出嫩芽稍生长(1)离体的植物器官、组织或细胞能够被培养成新的植物体的原因是_。(2)用植物组织培养方法诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状体结构，若包裹上人造种皮，制成人工种子，可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。胚状体来源于离体的植物体细胞，其形成过程中要经过的生理变化大体上是图甲中_和_过程，在此过程中被培养的细胞始终受_的调节。(3)应用植物组织培养技术培养茎尖或根尖组织可获得无病毒植株，其原因是_。(4)从表乙的实验结果可以看出：吲哚乙酸和细胞分裂素是实验中的两种重要物质。其中，新芽形成必需的条件是_；而在培养形成完整新个体过程中，对它们的调控关键是_。答案(1)植物细胞的全能性(2)脱分化再分化植物激素(3)植物的茎尖或根尖很少被病毒感染，甚至无病毒(4)细胞分裂素的浓度大于吲哚乙酸的浓度调控好不同培养期的培养基中细胞分裂素与吲哚乙酸的浓度及其比例12医学研究发现紫杉醇能有效治疗某些癌症。获得紫杉醇的传统方法是从红豆杉属植物的树皮中提取，但产量有限，也不利于濒危的红豆杉的保护。研究发现，红豆杉的其他组织细胞也能生产紫杉醇，有人尝试用细胞工程技术生产。下面为三种红豆杉细胞培养过程中细胞数量与紫杉醇产量的数据图。请回答下列问题：(1)据图分析，获得高产紫杉醇应选_红豆杉为原料，培养后期紫杉醇产量出现下降的原因是_等。(2)将红豆杉细胞经组织培养形成_方可接种到培养基中。(3)在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌的目的是_和_。(4)利用植物细胞培养技术生产紫杉醇与传统方法提取紫杉醇相比，前者具有_等优点。答案(1)云南某些有害代谢产物的积累、活细胞数量减少(2)愈伤组织(3)保证氧气供应充足使细胞与培养液及氧气充分接触(4)产量高、节约资源、有利于生态保护解析(1)由紫杉醇含量数据图可知云南红豆杉产量最高，随着培养时间的加长，培养基中营养物质减少，某些有害代谢产物积累，使活细胞数量减少，从而使紫杉醇产量下降。(2)培养是为了获得细胞产物，所以培养到愈伤组织即可。(3)通入无菌空气是保证氧气的供应，而搅拌是为了让细胞与培养液及氧气充分接触。(4)利用植物细胞培养提取紫杉醇产量高，耗材少，且不会对生态造成破坏。13人工种子是人们模仿天然种子的结构制造出来的生命有机体，它能像天然种子一样萌发生长。人工种子的核心部分是被外层物包埋的具有类似种子胚功能的胚状体，胚状体不同于一般种子的胚，它是由非合子细胞分化形成的类似于胚的结构物，所以又称“体细胞胚”“花粉胚”。胚状体可从悬浮培养的单细胞中得到，也可以通过试管培养的茎尖、芽尖、子房、花粉等获得。将胚状体包埋在一个能提供营养的胶质中，经过人工薄膜包装，便成了所谓的“人工种子”。其培育过程如图所示，并请根据以上材料回答下列问题：(1)人工种子依据的原理是_，经过_技术培育而成。(2)包埋胚状体的胶质可以看做是种子的哪部分结构？_。(3)某二倍体植物基因型为DdTt，利用这种生物技术采用花药离体培养的方法，可培育成“花粉胚”，也可制成人工种子，这种种子萌发形成的个体为_，基因型有_。(4)如果外植体为植物的茎尖，通过的处理可使细胞彼此分离，可加入_。A15%的盐酸 B淀粉酶C果胶酶 D胰蛋白酶(5)表示脱分化过程，其实质是_；表示再分化过程，其实质是_。(6)从上面所述胚状体的类型分析，人工种子萌发长成的植株是否可育？_。答案(1)植物细胞的全能性植物组织培养(2)胚乳或子叶(3)单倍体DT、Dt、dT、dt(4)C(5)使细胞恢复分裂能力基因的选择性表达，导致细胞形态、结构和功能的改变(6)若是由花粉发育而来的则不可育，若是由茎尖、根尖等营养器官发育而来的则可育解析(1)人工种子依据的原理是植物细胞的全能性，经过植物组织培养技术培育而成。(2)包埋胚状体的胶质可以看做是提供营养的胚乳或子叶。(3)某二倍体植物基因型为DdTt，采用花药离体培养的方法可培育成“花粉胚”，也可制成人工种子，这种种子萌发形成的个体为单倍体，其基因型有DT、Dt、dT、dt。(4)如果外植体为植物的茎尖，通过的处理可使细胞彼此分离，可加入果胶酶使细胞间的物质分解。(5)表示脱分化过程，其实质是使细胞恢复分裂能力；表示再分化过程，其实质是基因的选择性表达，导致细胞形态、结构和功能的改变。(6)人工种子萌发长成的植株是否可育主要看离体培养材料的来源。真题体验14(2015江苏，20)如图为制备人工种子部分流程示意图，下列叙述正确的是()A胚状体是外植体在培养基上脱分化形成的一团愈伤组织B该过程以海藻酸钠作为营养成分，以CaCl2溶液作为凝固剂C可在海藻酸钠溶液中