1、第第 2 课时课时 植物细胞工程的应用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
2、，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
3、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
4、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 哪些有效成分？为了促进胚状体的生长发育，我们还可以向人工种皮中
5、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) 兰花植株 茎尖的切片 从切片中分离的茎尖细胞 试管植物 胚状体 愈伤组织 (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
6、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。
7、 (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) 脱分化 愈伤组织 分散开 细胞悬液 发酵、提取 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、高效地得到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，利用这种方法来大量生产紫杉醇，从而拯救 红豆杉。 1.愈伤组织的诱变育种过程如图
8、所示，请据图分析： 诱变处理 外植体 脱分化 愈伤组织 突变体 筛选 培育 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 愈伤组织细胞一直处于分裂增生的状态，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： 人参根 脱分化 愈伤组织 培养 选择增殖速度快且细胞内 人参皂甙含量高的细胞 扩大 培养 大量细胞 提取 皂甙 (1)细胞产物工厂化生产实质
9、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 D.DNA 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.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
10、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 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。 植 物 细 胞 工 程 的 应 用 植物繁殖的新途径 微型繁殖 人工种子 作物脱毒 作物新品种的培育：愈伤组织的诱变育种 细胞产物的工厂化生产：植物细胞培养 拯救濒危植物：现在科学家正在研究利用植物细胞 培养技术来大量培育红豆杉细胞
11、，希望利用这种 方法来大量生产紫杉醇，从而拯救红豆杉，拯救 我们的自然资源 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过程；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
12、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，可快速、大量繁殖；人工种子 可以保持物种优良的遗传性状，但不能随意改变植物的遗传特性。 4.下列有关植物细胞工程应
13、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 C 5.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“
14、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
15、。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。
