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2015-2016学年高二生物人教版选修3课件:专题2 2.1.2 植物细胞工程的实际应用


专题2——

2.1.2
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植物细胞工程的实际应用

1.举例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。

1 预习导学
2 课堂讲义 3 对点练习

挑战自我,点点落实 重点难点,个个击破
即时训练,体验成功

预习导学

挑战自我,点点落实

一、植物繁殖的新途径(阅读P38-39)
1.微型繁殖

(1)概念:用于快速繁殖优良品种的 植物组织培养 技术。 2.作物脱毒
(1)选材部位:植物 分生区 附近的部位,因为 此处细胞内病毒

(2)属于 无性 (填有性、无性)繁殖,能够保持优良品种的遗传性状。

极少,甚至无病毒 。
(2)优点:提高作物的产量和品质。

3.人工种子 (1)组成:由胚状体 、不定芽、顶芽和腋芽作为保护性外壳的 人工种皮 和提供胚状体进一步发育所需营养的 人工胚乳 。如 下图:
人工种皮
胚状体

人工胚乳

(2)特点:后代无 性状分离 ,不受季节、 气候 和 地域 的限制。
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
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二、作物新品种的培育及细胞产物的工厂化生产(阅读P40-41)
1.单倍体育种 离体培养 人工诱导 (1)过程:花药 ―――→ 单倍体植株 ―――→ 稳定遗传 的 优 良 染色体加倍 品种。

2.1.2 植物细胞工程的实际应用

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(2)优点:①后代是纯合子,能稳定遗传 。 ②可明显缩短 育种年限 。

(3)实例:烟草、小麦等。

2.1.2 植物细胞工程的实际应用

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2.突变体的利用 (1)过程:在植物的组织培养过程中,由于培养细胞一直处于不

断的分生状态,因此容易受到培养条件和 外界压力 的影响而产生
突变 ,从中筛选出对人们有用的 突变体 ,进而培育成新品种。

(2)优点:可以得到 抗逆性 ( 抗盐、抗病和抗除草剂等 ) 品种和含
有 高蛋白 三叶草等。
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
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的植株。

(3)实例:抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草、抗除草剂的白

3.细胞产物的工厂化生产 药物 、 香料 、生物碱等。 (1)种类:蛋白质、脂肪、糖类、 (2)技术: 植物组织培养 技术。 (3)实例:人参、三七、紫草和银杏的细胞产物都已实现工厂

化生产。
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预习诊断
判断正误: (1) 植物组织培养技术不仅可以保持优良品种的遗传特性,还可以 高效快速地实现种苗的大量繁殖。( √ ) (2) 人工种子就是以植物种子的胚等为材料,经过人工薄膜包装得 到的种子。( × ) (3) 单倍体育种通过花药离体培养获得单倍体植株,染色体加倍后 两年便可获得稳定遗传的优良品种,极大地缩短了育种年限。

( × )
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
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(4)在植物的组织培养过程中,由于所培养的细胞进行有丝 分裂,所以不会发生突变。( × ) (5) 利用植物组织培养技术可获得的细胞产物包括蛋白质、 脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。( √ )

(6)单倍体育种的目的是获得单倍体本身。( × )
(7)细胞产物的生产是将植物细胞培养到愈伤组织。( √ )
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
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课堂讲义

重点难点,个个击破

一、植物繁殖的新途径
1.微型繁殖 (1)本质:微型繁殖实际上是一种无性繁殖,能保持亲本的一切优 良性状,这项技术只运用了植物组织培养技术,因此该过程只涉 及有丝分裂,不涉及减数分裂。 有利于进行工厂化培养。

(2)优点:使用材料少,培养周期短,繁殖率高,便于自动化管理,

2.作物脱毒
(1)病毒的特点:病毒是寄生生物,在用种子繁殖或用植物根、茎

的无性繁殖过程中,种子、根、茎的细胞中可能携带着病毒并传
给下一代,使其繁殖的子代感染病毒。

(2)材料的选取:据检测,植物的分生区附近的病毒极少,甚至无
病毒。如果将未被病毒感染的植株的分生组织用植物组织培养的

方法培育幼苗用于生产,可以避免病毒对作物的影响,大大提高
作物的产量。
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
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3.人工种子
(1)人工种皮的要求:

①能保持胚状体的活力,即要能透气、透水,含有胚状体发芽所
需要的各种营养成分等。 ②有利于贮藏、运输和萌发,选取的材料要有韧性、耐压、对胚 状体无毒害。 ③还应含有农药和杀菌剂,以防播种后害虫及微生物的侵害。 ④还要加入能促进胚状体生长和发育的一些植物生长调节剂、有 益菌等。
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(2)胚状体的要求:①播种后能快速出苗;②根和芽同步生长, 活力强;③形成的幼苗的形态与生长要正常。 (3)制备流程:诱导植物愈伤组织的形成→体细胞胚的诱导→

体细胞胚的成熟→机械化包装→储藏或种植。

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思维激活
1 .作物培养过程中为什么要进行作物脱毒,如何进行作物 脱毒? 答案 对于无性繁殖的作物,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。而植物分生区附近的病毒 再生的植物就有可能不带病毒,从而获得脱毒苗。
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极少,甚至无病毒,因此切取一定大小的茎尖进行组织培养,

2.脱毒苗与抗毒苗有何区别? 答案 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 某抗病基因导入到受体植株中,并通过一定的方法培育形成

的,属于基因工程的范畴。
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
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3.根据种子发育所需的营养物质,分析人工种皮内应含有哪些有

效成分?
答案 适宜的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益

菌等。
4.人工种子和天然种子的区别:人工种子是通过植物组织 培 养

产生的,属于 无性 繁殖,可保持亲本 的优良性状。自然种子是通
过有性 生殖产生的,可表现出 双亲 的遗传性状。
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
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5.获取人工种子胚状体的途径有哪些呢? 答案 (1)由已脱分化的外植体直接产生。

(2)由愈伤组织产生。
(3)由悬浮细胞培养产生。

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应用示例
1 .下面为人工种子培养过程流程图解,下列相关叙述不正 确的( )

2.1.2 植物细胞工程的实际应用

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A.b、c过程中植物激素发挥了重要作用,d表示给胚状体包上人 工胚乳和人工种皮 B.再分化发生在d步骤,是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的 过程 C.人工种子的培育是植物组织培养技术的重要用途之一 D .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
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问题导析

(1)a表示 获得外植体 ;b表示 脱分化 。

(2)c表示 再分化 。

(3)d表示给 胚状体 包裹上人工胚乳和人工种皮。
(4)e表示将人工种子种植获得种苗的过程。 答案 B
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
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一题多变

判断正误:
(1) 人工种子一般用离体的植物细胞通过组织培养技术获得。

( √ )
(2)胚状体是由愈伤组织分化而成,离体细胞只有形成愈伤组织 才能表现出全能性。( √ ) (3)同一批次的人工种子可以保证具有相同的基因型。( √ ) (4)胚状体是由未分化的、具有分裂能力的细胞构成的。( × )
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二、作物新品种的培育及细胞产物的工厂化生产
1.单倍体育种 (1)原理:染色体变异。
离体培养 秋水仙素处理 (2)过程: 取亲本植株花药 ― ― ― ― ― ― → 单倍体幼苗 ― ― ― ― ― ― ― ― ― →纯 染色体加倍 合子植株。

2.1.2 植物细胞工程的实际应用

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(3)优点
①单倍体经过染色体加倍,获得的后代为纯合子,可明显缩短育

种年限(一般为2年)。
②用单倍体作为转基因的受体,获得的转基因材料经染色体加倍

后基因即可纯合,避免了体细胞作为受体导致后代发生性状分离
需要多代选择的麻烦。

(4)缺点:技术相当复杂,需要与杂交育种结合,其中的花药离体
培养过程需要组织培养技术的支持,多限于植物。
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2.突变体的应用 (1)原理:突变及植物细胞的全能性,突变包括基因突变和染色体 变异两种。 (2)突变体:在植物组织培养过程中,处于分生状态的培养细胞, 容易受到培养条件和外界压力 ( 如射线、化学物质等 )的影响而发 生基因突变或染色体变异,由此发育而成的个体称为突变体(如图 所示)。

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(3)体细胞诱变育种:人们从突变体中筛选出对人们有用的个体, 进而培育成新品种,这种育种方式叫突变体育种。 ①优点:提高愈伤组织的突变率,可以获得高抗、高产、优质、 抗逆的新品种,加快了育种进程。 符合人们需要、有利的品种比较少。

②缺点:a.突变不定向,需要处理大量突变材料;b.突变少利多害,

2.1.2 植物细胞工程的实际应用

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3.细胞产物的工厂化生产 (1)原理:植物细胞在代谢过程中,能够产生一些有机化合物,如 人参皂甙、奎宁、紫杉醇,它们可以作为药物、杀虫剂、香料、 色素等的原料。可以通过大规模培养植物细胞,从中提取这些物 质。 (2)技术:植物组织培养技术

脱分化 分散开 外植体(离体的植物器官、组织或细胞) ― ― ― ― → 愈伤组织 ― ― ― ― → 细 发酵、提取 胞悬液 ― ― ― ― ― ― → 细胞产物
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
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(3)工厂化生产人参皂甙的基本过程 ①选择人参根作为外植体进行培养,产生愈伤组织,经过培 养选择增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株作为 种质。 ②将第一步选择的细胞株放在发酵罐中的适当培养液中进行 液体培养,增加细胞数量。 ③将发酵罐中培养的细胞进行破碎,从中提取人参皂甙。
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思维激活
1.单倍体育种中为何要进行人工诱导染色体加倍?常用的诱
导方法是什么? 答案 由于单倍体植株弱小,高度不育,因此可用秋水仙素

处理单倍体的幼苗,来诱导其染色体加倍;人工诱导染色体
加倍最常用的方法是用秋水仙素处理。
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2.比较单倍体育种与花药离体培养

花药离体培养是单倍体育种时常用的方法。花药离体培养 得到的植株一般是 不可育 度的
秋水仙素

的单倍体植株,而单倍体育种 的植

是在花药离体培养获得 单倍体 幼苗的基础上,用适当浓

处理,获得的是 纯合可育

株,且一般自交后代不发生性状分离 。

2.1.2 植物细胞工程的实际应用

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3.根据生产的目的不同,植物组织培养的阶段不同,如微型繁殖 应培养到试管苗阶段。请分析要生产人参皂甙粉,应培养到什么 阶段? 答案 愈伤组织阶段。 4.在植物组织培养过程中,为什么培养细胞容易在培养条件和外 界压力改变的条件下产生突变? 答案 因为培养细胞一直处于不断的分生状态。
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
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应用示例
2.下图列举了几种植物的育种方式,请据图回答相关问题:

(1)甲育种方式称为_______________。

(2)通过丁方式可以获得脱毒苗,培养过程中c常常取用茎尖的原因
______________________________。
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
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(3)乙方式通常用射线处理植物的愈伤组织能获得较好效果,原因 _________________________________________________________ _______________。 (4)丙方式将外源目的基因导入受体植物细胞,最常采用的方法是 ______________。 (5)甲、丙两种育种方式与传统杂交育种相比,其优点是

_____________________________________。
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
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问题导析 (1)由a、b两种细胞通过一定的技术手段获得c,属于 植物体细胞杂交 ,能 克服远缘杂交不亲和的障碍。
(2)植物 分生区 附近(如茎尖)的病毒极少,甚至没有病毒,因此

常用 茎尖 组织培养技术获得脱毒苗。
(3)由于 愈伤组织 一直处于不断分裂的状态,容易受到培养条件 和外界压力的影响而发生 突变
2.1.2 植物细胞工程的实际应用


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(4)将外源基因导入受体植物细胞的方法,最常用的是 农杆菌 转化法 。

(5)植物体细胞杂交和基因工程都能 克服不同物种间远缘杂交 不亲和的障碍
现种间杂交。
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
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,而传统杂交育种由于 生殖隔离

而不能实

答案 (1)植物体细胞杂交 (2)茎尖所含病毒极少,甚至不含病毒 (3)愈伤组织细胞处于不断的分生状态,易受到培养条件和外 界压力的影响而产生突变 (4)农杆菌转化法 (5)能克服不同物种间远缘杂交不亲和的障碍
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
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一题多变
判断正误:

(1)诱变育种处理的材料为分裂活动旺盛的部位,如愈伤组织、芽
等。( √ )

(2)单倍体育种是利用花药离体培养和秋水仙素处理幼苗两个阶段
得到单倍体。( × ) (3)人工种子是通过植物组织培养产生的,属于无性繁殖,可表现 出双亲的遗传性状。( × ) (4)细胞产物的工厂化生产过程包括脱分化和再分化环节。( × )
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
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微型繁殖 作物脱毒 制造人工种子 突变体

2.1.2 植物细胞工程的实际应用

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对点练习
1.下列属于植物的微型繁殖技术的是( A ) 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 解析

1 2 3 4

解答本题需要从两个方面入手,首先,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

的葡萄枝长成新个体属于无性生殖中的营养生殖。
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
40

1 2 3 4

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子的植物得以繁殖 B.方便储藏和运输 C.可以随意改变植物的遗传性状 D.可快速、大量繁殖
2.1.2 植物细胞工程的实际应用

41

1 2 3 4

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。天然种子的大量储藏和运输也是 相当困难的,人工种子则克服了这些缺点,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。 答案 C
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42

1 2 3 4

3.下列关于细胞产物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
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1 2 3 4

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。 答案 C

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44

1 2 3 4

4.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 : 基因工程 ________ 、

植物组织培养 、植物体细胞杂交 (细胞融合) 。 ______________ ________________________
解析 (1)图中⑤过程涉及到基因工程,①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。
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45

1 2 3 4

再分化 。 (2)②③过程分别为脱分化 _______、_______ 解析 图中②为脱分化的过程,可获得愈伤组织,然后经过③再分 化而得到胚状体。 质粒 (3)⑤过程中常用的载体是________ ;⑤过程表示的基因操作步骤

将目的基因导入受体细胞 _______________________。
解析 基因工程中常用的载体为质粒。⑤过程是将目的基因导入到 某种植物受体细胞中。
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
46

1 2 3 4

(4) 上 述 育 种 与 传 统 杂 交 育 种 相 比 , 突 出 优 点 是

打破生殖隔离、实现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 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。
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
47

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