1、第二节第二节 植物细胞工程的应用植物细胞工程的应用 学习导航 1.举例说出植物组织培养技术的应用。2.简述人工种子的制备方法、过程及其意 义。3.举例说出植物细胞培养技术的应用。 重难点击 举例说出植物组织和细胞培养的应用。 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
2、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、植物组织培养技术的应用一、植物组织培养技术的应用 1快速繁殖技术 (1)概念
3、：植物组织培养时，需要严格执行一定的程序，幼苗在实验室的培养瓶中生长发育， 整个生产过程实现微型化、精密化，所以又被称为“微型繁殖技术”。 (2)特点 保持优良植物品种的遗传特性。 高效快速地实现种苗的大量繁殖。 (3)实例：蝴蝶兰、生菜、杨树等。 2培育无病毒植物 (1)选材部位：植物分生区附近的部位。 (2)优点：提高作物的产量和品质。 (3)实例：马铃薯、甘薯和甘蔗等。 3人工种子 (1)概念：将在植物组织培养中得到的胚状体、不定芽、顶芽或腋芽，包埋在具有养分和保护 功能的包被中，得到的在适宜的条件下能够生根发芽的颗粒体。 (2)优点 不受环境因素的制约。 繁殖速度快。 有利于保存优良性
4、状。 (3)应用：濒危植物保护、经济植物快速繁殖等。 1微型繁殖 下图为兰花的微型繁殖，据图回答下列问题： (1)微型繁殖的技术手段及所依据的原理分别是什么？ 答案 植物组织培养；细胞的全能性。 (2)从繁殖类型看，微型繁殖的优点是什么？ 答案 微型繁殖属于无性繁殖， 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)从所需条件看，微型繁殖与传统育种方法相比有哪些优点？ 答案 微型繁殖是在具有一定人工设施的室内生产，可以不受季节、气候和地域等自然条件 的限制。 2比较脱毒草莓与未脱毒草莓 (1)为什么许多通过无性繁殖的作物
5、繁殖多代之后产量会下降？ 答案 对于无性繁殖的作物， 它们感染的病毒很容易传播给后代。 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。 (2)作物脱毒进行组织培养时一般选取什么部位？为什么？ 答案 茎尖分生区。植物分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此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，从而获得脱毒苗。 3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 周期长；发生性状分离而丧失其优良特性；受到季节、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
6、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。 归纳总结 可依据植物组织培养的特点理解各“繁殖新途径”的优点 (1)根据植物组织培养“无性繁殖，后代能保持亲本优良性状”的特点，理解微型繁殖、人工 种子的优点。 (2)根据植物组织培养“外植体用量少，培
7、养周期短”的特点，理解微型繁殖、人工种子的优 点。 (3)根据植物组织培养“取材广泛，可根据生产需要取材”的特点，理解作物脱毒的优点。 (4)根据植物组织培养“在实验室或工厂进行，可人工控制，不受季节等限制”的特点，理解 微型繁殖、人工种子的优点。 1如图为培育甘蔗脱毒苗的两条途径，研究发现经过程获得的幼苗脱毒效果更好。下列相 关叙述错误的是( ) A过程所取茎尖中的叶原基具有较高的分裂、分化能力 B过程的作用可能是阻碍病毒等进入茎尖分生组织 C过程中基因的选择性表达导致了细胞脱分化 D培养基 A、B 中生长素和细胞分裂素的含量和比例不同 答案 C 解析 过程中基因的选择性表达导致了细胞再分化
8、，C 错误。 一题多变 (1)经植物组织培养技术培育出的脱毒苗抗病毒吗？ 答案 不抗病毒。 “脱毒”与“抗毒”不同， 前者指的是本身无病毒， 受病毒感染的机会少， 而后者指的是能抵抗病毒的感染。 (2)从植物体上获取的任何细胞，经组织培养得到的植株与亲本性状一定都完全一致吗？ 答案 不一定。如培养植物的花粉细胞，得到的是单倍体，与亲本性状不完全一致。 题后归纳 脱毒苗与抗毒苗的区别 脱毒苗是选择植物的茎尖(刚形成，不含有病毒)进行组织培养而获得的，属于细胞工程的范 畴。抗毒苗是把某抗病基因导入植物细胞，属于基因工程的范畴。 2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，它能像种子一样
9、萌发生长， 长成植物。人工种子的核心部位是被外层物包埋的具有类似于胚功能的胚状体。将胚状体包 埋在一个能提供营养的胶质中，便成了所谓的“人工种子”。根据材料分析回答下列问题： (1)人工种子依据的原理是_，培育胚状体利用了_技术。 (2)包埋胚状体的胶质可看作自然种子的哪部分结构？ _。 (3)如果外植体是植物的茎尖，通过过程的处理可使细胞彼此分离，过程中可加入( ) A蛋白酶 B淀粉酶 C纤维素酶和果胶酶 D胰蛋白酶 (4)过程表示脱分化过程，其实质是_；表示再分化过程，其 实质是_。 (5)由人工种子萌发成的植株是否可育？_。 答案 (1)植物细胞的全能性 植物组织培养 (2)种皮及提供营
10、养的胚乳或子叶 (3)C (4)使细胞恢复分裂能力 基因的选择性表达 (5)不一定 解析 (1)人工种子能发育成完整的植株，说明其细胞内含有个体发育所需要的全套遗传物质， 因此依据的原理是细胞的全能性，胚状体是经过植物组织培养技术得到的。(2)包裹胚状体的 胶质有保护胚状体的作用，同时又可以为胚状体提供营养物质，所以可看作种皮及胚乳或子 叶。(3)使植物细胞彼此分离可以使用纤维素酶和果胶酶，因为植物细胞壁的主要成分是纤维 素和果胶。(4)脱分化的实质是使细胞恢复分裂能力，而再分化的实质是基因的选择性表达。 (5)人工种子是否可育取决于培育胚状体所用的材料。 一题多变 (1)经图示过程得到的人工
11、种子基因型是否相同？ 答案 相同。 (2)若题图中植物体的基因型为 DdTt，利用花药离体培养得到的“花粉胚”长成的植株可育 吗？为什么？ 答案 不可育。若植物体的基因型为 DdTt，利用花药离体培养得到的“花粉胚”长成的植株 基因型可能为 DT、Dt、dT、dt，均属于单倍体，因此不可育。 二、植物细胞培养技术的应用二、植物细胞培养技术的应用 1植物细胞代谢产物的工厂化生产 (1)技术手段：植物细胞培养技术。 (2)优点：快速、高效，不受季节、外部环境等条件的限制。 (3)实例：人参、金鸡纳树、红豆杉等的细胞产物都已实现了工厂化生产。 2单位体育种 (1)方法：花药离体培养。 (2)过程 花
12、药 离体培养 单倍体植株 人工诱导 染色体加倍 纯合子植株。 (3)优点 后代是纯合子，能稳定遗传。 明显缩短了育种年限。 (4)实例：小麦、小黑麦、玉米、辣椒、油菜等。 1细胞产物的工厂化生产 分析工厂化生产人参皂甙干粉的流程，探究下列问题： (1)归纳细胞产物工厂化生产的过程。 答案 外植体 脱分化 愈伤组织 分散开 细胞悬液 发酵提取 细胞产物 (2)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。 (3)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
13、单倍体育种 (1)以流程图的形式表示单倍体育种过程。 答案 正常植株 花药 离体培养单倍体幼苗 秋水仙素 处理 纯合子 选择所需类型。 (2)该过程可分为哪两个阶段？分别利用了什么原理？ 答案 分为花药离体培养为单倍体植株和秋水仙素诱导单倍体幼苗细胞染色体数目加倍两个 阶段。分别利用了植物细胞的全能性和染色体(数目)变异的原理。 3下图是利用某植物(基因型为 AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示意图，据图判断下列 说法错误的是( ) 花粉 植株 A 植株 B A过程通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为有丝分裂前期 B通过过程得到的植株既有纯合子又有杂合子 C过程属于植物的组织培养，在此过程中
14、必须使用一定量的植物激素 D与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种年限 答案 B 解析 图示过程是单倍体育种过程，所以过程是花药离体培养，获得的是单倍体，基因型 为 AB、Ab、aB、ab 4 种，经染色体加倍后的植株 B 都为纯合子；过程使用秋水仙素使染 色体数目加倍，作用的机理是抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，到后期染色单体分开后不能 向细胞两极移动；过程属于植物的组织培养，需要生长素和细胞分裂素的诱导。 一题多变 (1)题中过程包括哪两个阶段？ 答案 包括脱分化和再分化两个阶段。 (2)单倍体幼苗经秋水仙素诱导处理后得到的都是纯合子吗？试分析原因。 答案 不一定。对于二倍体植物形
15、成的单倍体，这句话是对的。对于多倍体，这句话不对。 例如，四倍体植物(AAaa)形成的单倍体幼苗(基因型有 AA、Aa、aa 三种)，经秋水仙素诱导 后形成的仍然是四倍体，基因型分别为 AAAA、AAaa、aaaa，其中 AAaa 是杂合子。 思维拓展 单倍体育种与多倍体育种的异同 (1)相同点：单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素诱导染色体数目加倍。 (2)不同点：单倍体育种需要先利用植物组织培养形成单倍体幼苗，但多倍体育种一般不使用 植物组织培养技术。 4辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域，其获得途径如图所示。下列 叙述错误的是( ) A图中愈伤组织、脱毒苗和高产细胞系
16、的获得都体现了植物细胞的全能性 B图中和分别表示辣椒组织培养中细胞的脱分化和再分化过程 C过程中需要用适宜配比的生长素和细胞分裂素溶液处理 D用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时，常用的酶是纤维素酶和果胶酶 答案 A 解析 细胞的全能性是指已经分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能，图中脱毒苗的获得 体现了植物细胞的全能性，愈伤组织和高产细胞系的获得都没有体现植物细胞的全能性，A 错误；图中和分别表示辣椒组织培养中细胞的脱分化和再分化过程，B 正确；再分化过 程中需要用适宜配比的生长素和细胞分裂素溶液处理，以诱导细胞分化的方向，C 正确；用 酶解法将愈伤组织分离成单细胞时，常用的酶是纤维素酶和果胶酶
17、，以分解植物细胞之间的 成分，D 正确。 归纳总结 培养目的不同，利用植物组织培养技术到达的阶段不同 (1)微型繁殖、脱毒苗、单倍体育种：到完整植株。 (2)人工种子：到胚状体阶段。 (3)细胞产物的工厂化生产：可以培养到植株阶段，也可以培养到愈伤组织阶段。 植物细胞工程的应用 植物组织培养技术的应用 快速繁殖 培育无病毒植物 制造人工种子 植物细胞培养技术的应用 植物细胞代谢产 物的工业化生产 单倍体育种 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、
18、柳树芽发育成枝条均属于个体发育部分；扦插的葡萄枝 长成新个体属于无性生殖中的营养生殖。 2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实的植物得以繁殖 B方便储藏和运输 C可随意改变植物的遗传性状 D可快速、大量繁殖 答案 C 解析 人工种子是通过细胞工程完成的，所以可使在自然条件下不结实或结实困难的植物得 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，可以很方便地储 藏和运输；天然种子在生产上受季节的限制，而人工种子的生产则不受季节限制，而且快捷 高效。 3下列关于细胞产物的工厂化生产的叙述中，错误的是( ) A细胞产物的工厂
19、化生产是植物细胞工程的重要用途之一 B培养过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞 C培养的愈伤组织需要经过再分化产生特定的组织细胞后才能产生特定的细胞产物 D培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分 答案 C 解析 在细胞产物的工厂化生产过程中只需要悬浮培养愈伤组织细胞，利用愈伤组织细胞的 分裂和代谢产生所需要的产物即可，不需要再分化。 4下列属于植物细胞工程实际应用的是( ) 制备水稻的人工种子 培育抗盐碱的烟草 培育抗虫棉 培育单育 1 号烟草 生 产四倍体草莓 从野生人参细胞内提取人参甙干粉 培育无子西瓜 生产脱毒马铃薯 工厂化生产紫杉醇 A B C D 答案 C 解析 植
20、物细胞工程的核心技术是植物组织培养技术，其在生产上的每一项实际应用都是利 用的植物组织培养技术。所以，只要分析这几个实例有没有涉及植物组织培养技术即可。 利用的是植物组织培养中的胚状体；指的是植物组织培养中的愈伤组织细胞经诱变后发育 成的突变体；虽然是转基因技术，但也要用到植物组织培养技术；指的是单倍体育种， 均属于多倍体育种，不涉及组织培养；不涉及植物组织培养；是利用植物组织培养 生产脱毒苗；是细胞产物的工厂化生产，涉及植物组织培养。 5下图所示为农作物新品种的育种方式，请据图回答下列问题： (1) 图 示 育 种 方 式 涉 及 到 的 生 物 工 程 技 术 有 ： _ 、 _ 、 _。
21、 (2)过程分别为_、_。 (3)过程中常用的载体是_；过程表示的基因操作步骤是_ _。 (4)上述育种与传统杂交育种相比，突出的优点是_ _ _。 答案 (1)基因工程 植物组织培养 植物体细胞杂交(细胞融合) (2)脱分化 再分化 (3) 质粒 将目的基因导入受体细胞 (4)打破了生殖隔离、实现了遗传物质的定向改变、克服了 远缘杂交不亲和的障碍，育种周期短 解析 (1)图中过程涉及到基因工程，过程为植物体细胞杂交，两者都需要植物组织培养 技术的支持。 (2)图中为脱分化的过程， 可获得愈伤组织， 然后经过再分化而得到胚状体。 (3)基因工程中常用的载体为质粒。过程是将目的基因导入到某种植物受体细胞中。 (4)不管是基因工程育种还是植物体细胞杂交育种，都会打破物种的界限生殖隔离，实现 生物性状的定向改变。