2.1.2植物细胞工程的应用的学案

2.1.2 植物细胞工程的应用的学案
【学习目标】
1.说明植物细胞工程在植物繁殖方面的应用。
2．列举植物细胞工程在作物新品种培育方面的应用。
3．概述细胞产物的工厂化生产的原理。
【学习重难点】
1．简述微型繁殖技术。(重点)
2．理解掌握利用植物组织培养的技术培养脱毒苗和人工种子。(重、难点)
3．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。(重点)
【预习新知】
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____________技术，也叫作________技术。
(2)特点
①高效、快速地实现种苗的________。
②无性繁殖，保持优良品种的________。
③可实现工厂化________生产。
2．作物脱毒
(1)选材部位：植物顶端____________。
(2)选材原因：植物顶端____________(如茎尖)的病毒极少，甚至________。
(3)实例：目前采用________培养技术来脱去病毒，已在________、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。
答案：
1．(1)植物组织培养　微型繁殖
(2)①大量繁殖　②遗传特性　③规模
2．(1)分生区附近
(2)分生区附近　无病毒
(3)茎尖组织　马铃薯
作物新品种的培育
1．单倍体育种
(1)原理：细胞的全能性和染色体变异。
(2)过程：花药单倍体植株稳定遗传的优良品种。
(3)优点
①子代是能稳定遗传的纯合子。
②明显缩短育种年限。
2．突变体的利用
(1)原理
①基因突变(用射线或诱变剂处理分生细胞，主要是指愈伤组织细胞)。
②植物细胞的全能性(由突变细胞培育得到突变体植株)。
(2)过程
(3)利用：筛选出有用的突变体，培育新品种。如培育抗病、抗盐、含高蛋白、高产的新品种植物。
(4)实例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草、抗除草剂的白三叶草等。
细胞产物的工厂化生产
1．概念：由于植物细胞的次生代谢物含量很____，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____________来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。植物细胞培养是指在离体条件下对____________或________进行培养使其增殖的技术。
2．次生代谢物
(1)概念：植物代谢产生的一些一般认为________植物基本的生命活动所必需的产物，是一类________________(如酚类、萜类和含氮化合物等)。
(2)作用：在植物____________等方面发挥作用，也是很多________、________和________等的重要来源。
3．生产技术手段：______________技术。
4．优点：不占用________，几乎不受________、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。
5．实例：利用紫草细胞的组织培养生产的________具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。利用红豆杉细胞的组织培养生产的________具有高抗癌活性。
答案：
1．低　植物细胞培养　单个植物细胞　细胞团
2．(1)不是　小分子有机化合物　(2)抗病、抗虫　药物　香料　色素
3．植物组织培养
4．耕地　季节
5．紫草宁　紫杉醇
【易错提示】
植物组织培养和植物细胞培养的比较
比较 项目 植物组织培养 植物细胞培养
目的 获得植物体 获得细胞产物
原理 植物细胞的全能性 细胞增殖
过程
应用 快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等 细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等
【深化探究】
探究一：植物繁殖的新途径
1．葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于微型繁殖。( )
2．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。( )
例1：某株名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离。为了防止性状分离并快速繁殖，可以利用该植株的一部分器官或组织进行离体培养，发育出完整的植株。进行离体培养时不应采用该植株的(　　)
A．茎尖 　　　B．子房壁 C．叶片 D．花粉粒
例2：为给工厂化繁殖脱毒甘薯苗提供技术上的支持，科研人员利用植物组织培养技术研究甘薯茎尖(外植体)大小对诱导分化苗和脱毒苗的影响，结果如表所示，下列相关叙述正确的是(　　)
茎尖大小 外植体数/个 分化苗数/苗 脱毒苗数/苗
小于0.3 mm 20 1 1
0.3～0.5 mm 20 10 7
大于0.6 mm 20 13 4
A.在不同的培养阶段，培养基中生长素和细胞分裂素的比例不同
B．脱分化过程中应给予充足光照使其进行光合作用
C．培育脱毒苗时依据的原理有基因突变和细胞的全能性
D．0.3～0.5 mm大小的茎尖最有利于获得抗病毒的特性
探究二、作物新品种的培养和细胞产物的工厂化生产
1．单倍体育种
(1)原理：整个单倍体育种过程的原理是染色体变异，其中花药离体培养利用了 的全能性。
(2)过程：
(3)优点：明显 育种年限，后代不发生性状分离。
思考1：花药离体培养获得的单倍体幼苗如何诱导染色体加倍？原理是什么？
2．突变体的利用
(1)原理： 和植物细胞的全能性。
(2)过程： 诱变处理 诱导分化
(3)优点：提高愈伤组织的 ，可以获得高抗、高产、优质、抗逆的新品种，加快育种进程。
思考2：为什么用物理或化学因素处理愈伤组织更易诱发突变？产生的变异一定符合需要吗？
3．细胞产物的工厂化生产
例3：完成下列判断：
（1）突变体培育通常对植物的愈伤组织进行诱变处理，而工厂化生产的细胞产物也来自愈伤组织细胞。( )
（2）工厂化生产的细胞次生代谢物，其化学成分都是蛋白质。( )
例4：马铃薯、草莓等都是无性生殖的作物，它们感染的病毒容易传给后代，最终导致作物产量降低，品质变差。如图是利用草莓外植体（即离体的器官、组织或细胞）经植物组织培养技术培育脱毒草莓苗的过程。据图回答下列问题：
（1）植物组织培养就是在 　 　 条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。外植体能够形成脱毒苗所依据的原理是 　 　 ；图中①、②过程分别是 　 　。
（2）切取草莓的一定大小的茎尖作为外植体进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，原因是 　 　。
（3）图中①②③阶段细胞的分裂方式是 　 　，②③阶段除了细胞分裂外，还进行细胞的 　 　等。
（4）植物组织培养技术还广泛用于细胞产物的工厂化生产，如从红豆杉树皮中分离出高抗癌活性的紫杉醇。请依据所学知识写出生产过程图：　 　 （用文字和箭头表示）。
【巩固训练】
1.下图表示用草木樨状黄芪（2n=32）和木本霸王（2n=22）培育抗盐新品种的过程。下列叙述正确的是( )
A.过程①需要使用相应酶破坏细胞膜以利于②过程进行
B.灭活病毒不能诱导过程②中A和B的融合
C.过程②处理后得到的两两融合原生质体类型可能有3种
D.经过过程④所得到的愈伤组织细胞中一般含有四个染色体组
2.香蕉含有可转化为5-羟色胺的色氨酸,也富含钾和钠等矿物质。人们目前所食用的香蕉多来自三倍体香蕉植株,三倍体香蕉的培育过程如图所示。下列叙述错误的是( )
A.食用香蕉有助于稳定细胞外液渗透压和调节情绪
B.过程①可用秋水仙素处理野生芭蕉萌发的种子
C.过程②杂交产生的无子香蕉含有3个染色体组
D.无子香蕉能通过自交将优良性状遗传给子代
3.《本草纲目》记载，樱桃具有利脾、止泻的功效。樱桃中的槲皮素等酚类化合物具有抗氧化活性。我国已经利用组织培养技术繁育樱桃优良品种，满足人们食用和药用需要。下列叙述错误的是( )
A.应用微型繁殖技术可获得大量樱桃脱毒苗
B.可以选用樱桃幼嫩的芽原基和叶原基作外植体
C.富含色氨酸的培养基有利于樱桃幼嫩的芽合成生长素
D.应用樱桃细胞培养可工厂化生产初生代谢产物槲皮素
4.青蒿素是很好的抗疟疾药物，但在植物中含量较低。下图为组织培养获得含青蒿素较高的青蒿根的基本流程，相关叙述错误的是( )
A.用体积分数为70%的酒精溶液等试剂来处理外植体
B.步骤③加入抗生素可以杀死发根农杆菌及其他细菌
C.从愈伤组织中提取不到青蒿素的原因可能是其不含相关基因
D.步骤④中细胞分裂素用量与生长素用量的比值应小于1
5.人参皂苷和丹参皂苷都能增强机体的抵抗力及调节能力，但二者又各自具有特定功能。人参和丹参均是二倍体，人参皂苷和丹参皂苷都是在一定的环境和时间条件下才能合成的。某科学工作者欲利用植物体细胞杂交技术培育出人参丹参杂种植株，希望能够产生人参皂苷和丹参皂苷。下列叙述正确的是( )
A.置于含纤维素酶和果胶酶的清水中去除人参和丹参的细胞壁
B.杂种细胞经生长素和赤霉素的诱导脱分化为人参丹参杂种植株
C.人参皂苷和丹参皂苷是杂种植株基本的生命活动所必需的次生代谢物
D.植物体细胞杂交的突出优点是能打破生殖隔离而实现远缘杂交育种
6.红豆杉是我国一级珍稀保护树种。紫杉醇是红豆杉细胞中产生的一种高效抗癌物质，在植物体中含量极低。为取代从天然植株中提取紫杉醇的方式，可通过植物组织培养和细胞培养技术来获取，其过程为：获取红豆杉外植体→消毒→诱导愈伤组织→细胞培养→提取紫杉醇。
请回答：
（1）在植物组织培养过程中，用到的基础培养基为___________培养基，培养基需进行严格的___________处理。获取的外植体消毒后诱导出愈伤组织的过程称为____________，此过程通常____________（“需要”或“不需要”）光照。
（2）将愈伤组织接种到适宜培养基中进行细胞悬浮培养，所用的培养基从物理性质上来看属于__________培养基。该细胞培养的过程__________（“体现”或“未体现”）细胞的全能性，理由是____________。
（3）利用愈伤组织，还可以继续诱导其发芽，继而生根，最终培育得到红豆杉幼苗，该过程为______________途径，诱导发芽和生根时需要调整培养基中___________的比例。
（4）在红豆杉组织培养中，多酚氧化酶能催化酚类物质氧化为醌，进而导致愈伤组织褐化，可考虑在培养基中加入相关物质以__________达到抗氧化、减轻褐化的目的。
（5）与从天然植株中提取相比，利用上述技术生产紫杉醇的重要意义是：①___________；②_____________________（答出两点）。
参考答案
1.答案：BCD
解析：B、人工诱导原生质体融合的方法基本可以分为两大类一物理法和化学法。物理法包括电融合法、离心法等;化学法包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+一高pH融合法等,B正确;C、过程②处理后得到的两两融合原生质体类型可能有3种,分别是黄芪-黄芪、木本霸王-木本霸王、木本霸王-黄芪类型,C正确;D、该题中的两个植物细胞,各有两个染色体组,并且两个植物细胞体内的染色体组不相问,故两细胞融合形成的细胞内含四个染色体组,D正确。
2.答案：D
解析：A、香蕉有可转化为5-色胺的色氨酸，也富含钾和钠等矿物质，食用香蕉有助于稳定细胞外液渗透压和调节情绪，A正确;
B、秋水仙素能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞的两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。过程①是诱导二倍体野生芭蕉形成四倍体有子香蕉，可用秋水仙素处理野生芭蕉萌发的种子，B正确;
C、过程②四倍体有子香蕉，与二倍体野生芭蕉杂交，获得三倍体无子香蕉，含有3个染色体组，C正确;
D、无子香蕉含有3个染色体组，一般不能产生可育的配子，不能进行有性生殖，通过营养繁殖将优良性状遗传给子代，D错误。
3.答案：D
解析：A、植物微型繁殖技术具有高效、快速的特点，因此可以利用该技术获得大量樱桃脱毒苗，A正确； B、植物微型繁殖技术中，一般选用植物幼嫩的芽原基和叶原基作外植体，B正确； C、色氨酸是合成生长素的原料，因此含色氨酸的培养基有利于樱桃幼嫩的芽合成生长素， C正确； D、樱桃细胞培养可工厂化生产次生代谢产物槲皮素，D错误。故选D。
4.答案：C
解析：A、植物组织培养建立无菌体系时，需要用到体积分数70%的酒精溶液对外植体进行消毒，A正确;B、为避免杂菌污染，植物组织培养过程需要无菌操作，步骤③青蒿叶片组织加入抗生素的作用是杀死发根农杆菌及其它细菌(或杀菌)，B正确;C、同一植株的所有细胞基因都相同，愈伤组织中提取不到青蒿素的原因是因为相关基因没有在愈伤组织表达，C错误;D、④是分化出根的过程，该过程中细胞分裂素用量与生长素用量的比值应小于1，D正确。故选C。
5.答案：D
解析：A、置于含纤维素酶和果胶酶的等渗溶液中去除人参和丹参的细胞壁，保证原生质体的完整性，A错误；B、杂种细胞经生长素和赤霉素的诱导，先脱分化为愈伤组织，再分化为人参丹参杂种植株，B错误；C、次生代谢产物是一类细胞生命活动或植物生长发育正常运行的非必需小分子有机化合物，故人参皂苷和丹参皂苷不是杂种植株基本的生命活动所必需，C错误；D、植物体细胞杂交的突出优点是能克服不同生物远缘杂交不亲和障碍，D正确。故选D。
6.答案：（1）MS;灭菌;脱分化（或去分化）;不需要
（2）液体;未体现;没有将植物细胞培养成植株体/没有培育出完整的植株（合理即可）
（3）器官发生;生长素和细胞分裂素/植物激素/植物生长调节剂/NAA和6-BA
（4）抑制多酚氧化酶活性/去除酚类物质/将产物还原为原来的物质/与酚类物质竞争多酚氧化酶（合理即可）
（5）提高了紫杉醇的产量；保护了红豆杉（合理即可）