1、第第 2 2 课时课时 植物细胞工程的应用植物细胞工程的应用 植物繁殖的新途径 自主梳理 (1)植物快速繁殖技术可以高效、迅速地实现种苗的大量繁殖，且能保持优良品种的遗传特性。() (2)植物顶端伸长区附近细胞无病毒，但其他部位往往含有大量病毒。() 提示：植物顶端分生区附近的病毒极少，甚至不含病毒。 (3)作物脱毒技术可以提高作物的产量和品质， 培育出作物所没有过的新性状。 () 提示：作物脱毒技术可以提高作物的产量和品质，但无法培育出作物所没有过的新性状。 (4)微型繁殖就是利用组织培养快速繁育优良作物品种，作物脱毒就是选择植物的顶端分生区作为外植体进行组织培养。() 典型例题 (2020
2、 北京高二期末)茎尖超低温疗法是一种马铃薯脱毒方法。科学家以单病毒 PLRV(马铃薯卷叶病毒)、PVS(马铃薯 S 病毒)感染的马铃薯试管苗为实验材料，对不同大小的茎尖超低温处理后，再生培养，选取培养 18 周的 20 棵植株进行检测以获得病毒保存率，实验结果如下表所示( ) 病毒感染类型 茎尖大小/mm 病毒保存率/% PLRV 0.5 0(0/20) 1.5 35(7/20) PVS 0.5 100(20/20) 1.5 100(20/20) 注：括号内数字表示检测阳性样本量/检测总样本量 结合以上实验结果，下列分析不正确的是( ) A.超低温处理后的再生培养利用了植物组织培养技术 B.P
3、LRV 和 PVS 必需在宿主细胞内才能进行增殖 C.1.5 mm 的茎尖超低温脱毒效果优于 0.5 mm 的茎尖 D.应设置一组未受病毒感染的马铃薯试管苗作对照组 解析 PLRV 感染的试管苗经低温处理后， 1.5 mm 的茎尖超低温脱毒效果不如 0.5 mm 的茎尖，C 错误。 答案 C 变式训练 (2020 信阳高中高二期末)下列属于微型繁殖的是( ) A.马铃薯的块茎繁殖 B.胡萝卜根的形成层繁殖 C.杨树的扦插繁殖 D.果树的嫁接繁殖 解析 人们形象地把用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，叫作植物的微型繁殖技术，也叫快速繁殖技术，A、C、D 项所描述的均属于营养生殖，只有 B项运
4、用植物组织培养技术，属于微型繁殖。 答案 B 联想质疑 作物脱毒，能提高作物产量和品质。 1.为什么植物微型繁殖技术可以保持优良品种的遗传特性？ 提示：植物组织培养过程中细胞只进行有丝分裂，因此是一种无性繁殖的技术；无性繁殖的后代其遗传物质组成与亲代一致。 2.为什么马铃薯、草莓和香蕉的产量会越来越低，品质会越来越差？ 提示：这些作物通常使用无性繁殖的方式进行繁殖的，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。 微型繁殖技术的本质就是快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，从生殖的类型上看，属于无性繁殖。 作物脱毒技术从本质上是利用作物顶端分生组织(如茎尖
5、)作为外植体的组织培养技术，从生殖的类型上来看，也属于无性繁殖。 作物新品种的培育 自主梳理 (1)单倍体育种的过程就是通过花药(花粉)离体培养获得单倍体植株的过程。() 提示：单倍体育种主要包括花药离体培养和人工诱导染色体数目加倍两个过程。 (2)从可遗传变异的角度来看，单倍体育种的原理是染色体数目变异，体细胞诱变育种的原理一般是突变。() (3)选育出一个可以稳定遗传的作物优良品种，常规育种一般要经过 56 年的连续筛选，而单倍体育种当年就可培育出。() (4)组织培养过程中的细胞，一直处于不断增殖的状态，在其细胞分裂期，更容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变。() 提示：与分裂期相
6、比，间期 DNA 复制时更易发生基因突变。 典型例题 (2020 广西南宁三中高二期末)花粉植株是体细胞遗传研究和突变育种的理想材料。下面是培育四季柑桔(2N18)花粉植株的过程示意图，有关叙述正确的是( ) 取花蕾并消毒 取花粉粒，接种到培养基A 愈伤组织接到培养基B 丛芽转接到培养基C 单倍体植株 A.过程均存在细胞分裂和细胞分化 B.由图可推测培养基 B 中的细胞分裂素的效应高于生长素的效应 C.图中获得的花粉植株高度不育，表明花粉细胞不具有全能性 D.处于分裂中期的四季柑桔单倍体植株根尖细胞有 18 条染色体 解析 过程为取材，没有细胞分裂和分化，A 错误；过程是细胞再分化，诱导丛芽产
7、生时应适当提高细胞分裂素的比例，B 正确；花粉细胞培育成单倍体植株，培育的原理是花粉粒细胞具有全能性，其技术是植物组织培养，C 错误；处于分裂中期的四季柑桔单倍体植株根尖细胞，其染色体数为 9 条，D 错误。 答案 B 变式训练 (2020 启东中学高二月考)某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得成熟种子。为尽快推广种植，可应用多种技术获得大量优质苗，下列技术中不能选用的是( ) A.利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗 B.采用花粉粒组织培养获得单倍体苗 C.采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上 D.采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织培养 解析 为了使优质苗的生物性状不发生性状分离，可采用茎段扦
8、插诱导生根技术快速育苗，也可采用将幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上的方法或用茎尖、幼叶等部位的组织进行植物组织培养获得大量优质苗；花粉粒是减数分裂的产物，利用花粉粒离体培养得到的是单倍体苗，其高度不育且性状可能发生改变，因此B 项方案不能选用。 答案 B 联想质疑 玉米单倍体育种流程图 1.单倍体育种包括哪些主要步骤？ 提示：花药离体培养和人工诱导染色体数目加倍。 2.为什么单倍体育种能大大缩短育种的年限？ 提示：大多数单倍体植株的细胞只有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现，进而缩短育种年限。 (1)单倍体育种的流程不仅包括花药(花粉)离体培养， 还包括人工诱导染色体加倍，所
9、以单倍体育种得到的一般是纯合的二倍体植株，而不是单倍体植株。 (2)花药(花粉)离体培养是以花药(花粉)作为外植体的植物组织培养； 从技术层面上看，它是一种无性繁殖(组织培养)的技术；从生殖方式上来看，却是一种有性生殖(单性生殖)。 (3)体细胞诱变育种的原理是突变，即基因突变和染色体变异。 细胞产物的工厂化生产 自主梳理 (1)植物的次生代谢物主要是酚类、萜类和含氮化合物等小分子有机物，是其基本生命活动所必需的物质。() 提示：一般认为次生代谢物是植物基本生命活动非必需的物质。 (2)植物细胞培养的原理主要是植物细胞的全能性。() 提示：细胞全能性不是植物细胞培养的原理，植物细胞培养的原理主
10、要是细胞增殖。 (3)植物细胞培养不占用耕地， 几乎不受季节、 天气等因素的限制， 因此对于社会、经济和环境保护具有重要意义。() (4)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，现已被广泛用于乳腺癌等癌症的治疗。() 典型例题 (2020 河南高二期末)美国化学家从红豆杉树皮中分离出高抗癌活性的紫杉醇，从此，国家重点保护珍稀植物红豆杉遭受了掠夺式的砍伐。为拯救红豆杉，同时获得紫杉醇，科研小组设计了如下图所示的实验流程。请回答下列问题： (1)选用茎尖分生组织进行组织培养可以获得脱毒苗，原因是茎尖分生组织细胞_；诱导茎尖分生组织形成愈伤组织的过程叫_。 (2)茎尖分生组织
11、细胞具有全能性的原因是_ _。 (3)紫杉醇作为常见的细胞产物， 抗癌效果显著， 通常取自愈伤组织的_(细胞器)。 (4)现有植物甲中提取的物质 X，能提高紫杉醇的抗癌效果。科研小组欲获得既能产生紫杉醇又能产生物质 X 的植株，可利用_技术获得杂种植株。该方法首先要利用_(物质)除去细胞壁获得具有活力的原生质体，再经_(试剂)诱导融合形成杂种细胞。该技术的优点是_ _。 解析 (1)茎尖分生组织细胞病毒极少，甚至无病毒，因此选用茎尖分生组织进行组织培养可以获得脱毒苗。诱导茎尖分生组织形成愈伤组织的过程叫脱分化。 (2)茎尖分生组织细胞含有该种生物的全部遗传信息，因此具有全能性。 (3)紫杉醇是
12、从红豆杉树皮中分离出来的高抗癌活性的物质，作为常见的细胞产物，通常取自愈伤组织的液泡。 (4)植物甲可以产生物质 X，红豆杉可以产生紫杉醇，利用植物体细胞杂交技术将两种植物的体细胞融合获得杂种细胞，再将获得的杂种细胞培养成杂种植株，则该杂种植株的细胞既能产生紫杉醇又能产生物质 X。在植物体细胞杂交过程中，首先要利用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁获得具有活力的原生质体，再经聚乙二醇诱导融合形成杂种细胞。植物体细胞杂交技术的优点是克服远缘杂交不亲和的障碍。 答案 (1)病毒极少， 甚至无病毒 脱分化 (2)茎尖分生组织细胞含有该种生物的全部遗传信息 (3)液泡 (4)植物体细胞杂交 纤维素酶和果胶酶
13、聚乙二醇 克服远缘杂交不亲和的障碍 变式训练 (2020 黑龙江双鸭山一中高二期末)将紫草细胞进行细胞培养，诱导其脱分化产生愈伤组织，再对愈伤组织进行悬浮培养使其大量增殖，以获取大量的紫草宁。下列关于紫草宁的工厂化生产的叙述，错误的是( ) A.细胞产物的工厂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 解析 细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一，A 正确；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
14、细胞，B 正确；培养的愈伤组织不需要再分化就能产生特定的细胞产物，C 错误；培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分，D 正确。 答案 C (1)初生代谢与次生代谢的区别 (2)植物组织培养与植物细胞培养的区别 联想质疑 红豆杉 人参皂苷的分子结构 1.什么是紫草宁？其有何药用价值？ 提示：紫草宁是从紫草细胞中提取的一种药物和色素，具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。 2.植物次生代谢物有何主要特点？ 提示：一般不是植物基本生命活动所必需的物质；含量很低；有些不能或难以通过化学合成途径得到。 , 细胞产物的工厂化生产往往需要将组织培养进行到愈伤组织阶段，然后对愈伤组织细胞进行悬浮培养。 思维导图 晨读
15、必背 1.这种用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，被人们形象的称为植物的快速繁殖技术，也叫作微型繁殖技术。它不仅可以高效、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.科学家发现植物顶端分生区附近(如茎尖)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.单倍体育种可以先通过花药(或花粉)培养得到单倍体植株，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。 4.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
16、物等)。 随堂检测 1.(2020 陕西高二期中)植物组织培养的用途中不正确的是( ) A.快速繁殖 B.生产新品种 C.生产紫杉醇 D.生产白细胞介素2 解析 快速繁殖是植物组织培养的应用之一，A 正确；植物组织培养技术可以培育作物新品种，如单倍体育种、突变体的应用，B 正确；植物组织培养技术可以用于细胞产物的工厂化生产，如从培养的红豆杉细胞中提取抗肿瘤药物紫杉醇，C 正确；基因工程可生产白细胞介素2，植物组织培养技术不能生产，D 错误。 答案 D 2.(2020 北京高二期末)下列过程中不需要采用植物组织培养技术的一项是( ) A.植物体细胞杂交得到番茄马铃薯杂种植株 B.切取草莓幼苗的茎
17、尖，获得脱毒的草莓苗 C.秋水仙素处理萌发的种子得到多倍体植株 D.菊花的组织培养 解析 植物体细胞杂交过程中，需要利用植物组织培养技术将杂种细胞培养成杂种植株，A 错误；切取草莓幼苗的茎尖，获得脱毒的草莓苗，需要采用植物组织培养技术，B 错误；用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗后，由植株正常生长、发育就可获得多倍体植株，不需要采用植物组织培养技术，C 正确；菊花的组织培养需要利用植物组织培养技术将植物体细胞培养成植株，D 错误。 答案 C 3.(2020 济南调研)如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，下列叙述正确的是( ) 紫杉外植体 愈伤组织 单个细胞 高产细胞群细胞分泌物 提取紫杉醇
18、 A.该途径依据的原理是植物细胞具有全能性 B.过程需控制好培养基中植物激素的比例 C.经过程细胞的形态和结构未发生变化 D.过程需使用固体培养基，有利于细胞增殖 解析 细胞全能性以细胞发育成个体或分化成其他各种细胞为标志，A 错误；过程是脱分化，而决定植物脱分化和再分化的关键因素是培养基中植物激素的种类和比例，因此该过程需控制好培养基中植物激素的比例，经该过程细胞的形态和结构发生了变化，形成不定形的薄壁组织团块，B 正确、C 错误；过程需使用液体培养基，有利于细胞增殖，D 错误。 答案 B 4.(2020 莱芜一中高二期末)下列说法正确的是( ) A.微型繁殖技术是指植物嫁接技术 B.单倍体
19、育种的目的是获得单倍体本身 C.作物脱毒时常选取的部位是叶肉细胞 D.突变体育种常用一定的物理、化学手段处理愈伤组织 解析 微型繁殖技术的本质是利用植物组织培养技术实现良种快速繁育， A 错误；单倍体育种的目的是获得纯合的二倍体植株，B 错误；作物脱毒时常选择的是茎尖，C 错误。 答案 D 5.请回答下列问题： (1)植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴。该技术可以保持品种的_，繁殖种苗的速度_。离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养，最终能够形成完整的植株，说明该叶肉细胞具有该植物的全部_。 (2)把试管苗转接到新的培养基上时，需要在超净工作台上进行，其原因是避免_的污染。 (3)二倍体植物(基
20、因型为 Aa)的花粉离体培养获得的植株进行_才能使其结实产生后代(甲)，否则该植株只有通过_的方式才能产生后代(乙)。 甲、 乙两种植株中， 能产生可育花粉的是_植株，该植株产生的可育花粉的基因组成种类数为_种。花药离体培养在育种上的特殊意义是_，从而开辟育种新途径。 (4)将某种植物的试管苗在含不同浓度蔗糖的培养基上培养一段时间后，单株鲜重和光合作用强度的变化如图所示。据图分析，随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合 作 用 强 度 的 变 化 趋 势 是 _ ， 单 株 鲜 重 的 变 化 趋 势 是_。 (5)据图推测，若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用能力，应_(填“降低”或“增加”
21、)培养基中蔗糖的浓度，以便提高试管苗的自养能力。 解析 (1)叶肉细胞具有全能性，具有该植物的全部遗传信息，可经植物组织培养形成完整个体。该技术属于无性繁殖，能保持亲本优良性状且繁殖速度快。(2)植物组织培养全过程需要无菌操作，防止微生物污染。(3)二倍体植物的花粉离体培养获得的植株是单倍体，无法产生配子，只有将其染色体数目加倍才能结实产生二倍体后代(甲)，否则只能通过无性繁殖的方式继续产生单倍体的后代(乙)。甲植株是二倍体，能通过减数分裂产生可育花粉，乙植株是单倍体，无法通过减数分裂产生花粉。原二倍体植株的基因型是 Aa，其花粉的基因组成是 A 或 a，所以甲植株的基因型是 AA 或 aa，其产生的可育花粉的基因组成为 A 或 a 一种。花药离体培养在育种上的特殊意义是可明显缩短育种年限。(4)据题图可知，随着培养液中蔗糖浓度的增加，光合作用强度(虚线)逐渐减小，而单株鲜重(实线)则是先增大后减小。(5)随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作用强度逐渐减小，所以要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用能力，应降低培养基中蔗糖的浓度，以提高试管苗的自养能力。 答案 (1)遗传特性 快 遗传信息 (2)微生物 (3)染色体数目加倍 无性繁殖 甲 1 可明显缩短育种年限 (4)逐渐减小 先增大后减小 (5)降低