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2.1.2 植物細胞工程的實際應用,探究1 植物繁殖的新途徑 【研讀教材自主認知】 1.微型繁殖: (1)概念:快速繁殖優(yōu)良品種的_____________技術。,植物組織培養(yǎng),無性,大量繁殖,2.作物脫毒: (1)取材:無病毒的_____組織。 (2)優(yōu)點:提高作物的___________。 (3)實例:脫毒馬鈴薯的培育。,莖尖,產量和品質,3.神奇的人工種子:,人工薄膜,胚狀體,植物組織培養(yǎng),無性狀分離,季節(jié)、氣候,【小判斷】 (1)植物組織培養(yǎng)技術可用于植物莖尖脫毒。 ( ) 【分析】莖尖分生能力強,沒有病毒侵染,以莖尖為外植體,通過植物 組織培養(yǎng)可獲得無病毒植株。 (2)植物組織培養(yǎng)技術不僅可以保持優(yōu)良品種的遺傳性狀,還可以快速 高效地實現(xiàn)種苗的大量繁殖。 ( ) 【分析】植物組織培養(yǎng)技術屬于無性繁殖,可以保持親本的優(yōu)良性狀; 由于植物組織培養(yǎng)技術克服了時間、空間和氣候等因素的影響,可以 快速、大量地繁殖種苗。,√,√,(3)培育草莓脫毒苗所采用的主要技術是植物體細胞雜交。( ) 【分析】培育草莓脫毒苗是利用草莓的莖尖分生組織細胞病毒極少,甚至無病毒的特點,進行植物組織培養(yǎng)形成無毒種苗的過程;植物體細胞雜交是將不同種的植物體細胞在一定條件下融合成雜種細胞,培育成新的植物體的技術。 (4)通過“人工種子”繁殖后代屬于有性繁殖。( ) 【分析】“人工種子”利用的是植物組織培養(yǎng)技術,該過程細胞進行有絲分裂,細胞內的遺傳物質不發(fā)生改變,屬于無性繁殖。,,,【合作探究核心歸納】 1.微型繁殖的優(yōu)點: (1)微型繁殖可以快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖,其技術手段是什么?依據(jù)的原理是什么? 提示:植物組織培養(yǎng);細胞的全能性。 (2)從繁殖類型看,微型繁殖屬于哪一種?這種繁殖的優(yōu)點是什么? 提示:屬于無性繁殖;可以保持所繁殖品種的一切性狀,因為植物組織培養(yǎng)過程中細胞進行的是有絲分裂,此過程中細胞內的遺傳物質不發(fā)生改變。,(3)從所需條件上來看,微型繁殖與傳統(tǒng)育種方法相比有哪些優(yōu)點? 提示:微型繁殖是在具有一定人工設施的室內生產,可以不受季節(jié)、氣候等自然條件的限制。,2.作物脫毒的原因、材料和方法: (1)許多通過無性繁殖的作物繁殖多代之后產量會下降,原因是什么? 提示:作物感染的病毒可以傳播給后代,并在作物體內逐年積累,影響產量和品質。 (2)作物脫毒時應選取哪里的組織進行組織培養(yǎng)?原因是什么? 提示:一般選取根尖或莖尖的分生區(qū);植物的分生區(qū)一般不會感染病毒,用分生區(qū)細胞進行組織培養(yǎng),就能得到大量的脫毒苗。,3.人工種子: (1)常規(guī)的種子繁殖存在哪些缺陷? 提示:①周期長;②發(fā)生性狀分離而喪失其優(yōu)良特性;③受到季節(jié)、氣候和地域的限制。 (2)正常種子包括哪幾部分結構?各有什么作用? 提示:①正常種子包括種皮、胚和胚乳,雙子葉植物沒有胚乳,但有肥厚的子葉。 ②種皮具有保護功能,胚乳或者肥厚的子葉為種子的萌發(fā)提供營養(yǎng)物質。,(3)分析下圖,回答①②題: ①人工種子的胚狀體和植物種子的胚在來源上有何區(qū)別? 提示:人工種子的胚狀體是無性繁殖的結果,種子中的胚是有性繁殖的結果。,②人工種皮是保證包裹在其中的胚狀體順利生長成小植株的關鍵部分。人工種皮中應該具有的有效成分是什么?為了促進胚狀體的生長發(fā)育,我們還可以向人工種皮中加入哪些物質? 提示:a.針對植物種類和土壤等條件,在人工種子的包裹劑(人工種皮)中還可以加入適量的養(yǎng)分、無機鹽、有機碳源以及農藥、抗生素、有益菌等。 b.為了促進胚狀體的生長發(fā)育,還可以向人工種皮中加入一些植物生長調節(jié)劑。,【精講精析】人工種子的優(yōu)越性 (1)固定品種優(yōu)勢:天然種子是有性繁殖,而人工種子在本質上屬于無性繁殖,一旦獲得優(yōu)良品種,可以保持遺傳上的優(yōu)勢。 (2)快捷高效的繁殖方式。 (3)可人為控制植物的生長發(fā)育與抗逆性。,【歸納總結】 1.微型繁殖的優(yōu)點: (1)繁殖速度快。 (2)“高保真”(因為是無性繁殖)。 (3)不受自然生長季節(jié)的限制(因為在具有一定人工設施的室內生產)。,2.制作人工種子時對種皮的要求: (1)能保持胚狀體的活力,即能透氣、透水,含有胚狀體發(fā)芽所需要的各種營養(yǎng)成分等。 (2)有利于貯藏、運輸和萌發(fā),材料要有韌性,耐壓,對胚狀體無毒害。 (3)含有農藥和殺菌劑,以防播種后害蟲及微生物的侵害。 (4)加入能促進胚狀體生長和發(fā)育的一些植物生長調節(jié)劑、有益菌等。,【過關小練即時應用】 1.(2015石家莊高二檢測)名貴花卉若用種子繁殖可能發(fā)生性狀分離。為了保持植株的優(yōu)良性狀,可以進行微型繁殖,即利用植物體的一部分器官或組織進行離體培養(yǎng),發(fā)育成完整的植株。進行離體培養(yǎng)不應采用植物的 ( ) A.子房壁 B.花粉粒 C.葉片 D.莖尖 【解題指南】解答本題的關鍵在于以下兩點: (1)要想保持后代遺傳性狀不發(fā)生改變,應該使其遺傳物質不變。 (2)植物組織培養(yǎng)中只進行有絲分裂。,【解析】選B。只有利用植物的體細胞進行植物組織培養(yǎng)才能使得到的植株保持親本的一切性狀,子房壁、葉片和莖尖中含有的都是正常體細胞?；ǚ哿Ｊ菧p數(shù)分裂產生的,進行離體培養(yǎng)只能得到單倍體,不能保持親本的性狀。,2.(2015吉林高二檢測)人工種子是人們模仿天然種子的結構制造出來的生命有機體,它能像種子一樣萌發(fā)生長,長成植物。人工種子的核心部件是一個被外層物包埋的具有類似于胚功能的胚狀體。將胚狀體包埋在一個能提供營養(yǎng)的膠質中,便成了所謂的“人工種子”。,(1)人工種子依據(jù)的原理是 ,培育胚狀體利用了 技術。 (2)包埋胚狀體的膠質可看作自然種子的哪部分結構? 。 (3)如果外植體是植物的莖尖,通過①的處理可使細胞彼此分離,①過 程中可加入 ( ) A.蛋白酶 B.淀粉酶 C.果膠酶 D.胰蛋白酶,(4)②過程表示脫分化過程,其實質是___________________________ ;③表示再分化過程,其實質是____ 。 (5)由人工種子萌發(fā)成的植株是否可育? 。,【解題指南】解答本題的突破點: (1)明確種子的結構分為種皮、胚和胚乳三部分。 (2)了解人工種子的形成。 【解析】(1)人工種子能發(fā)育成完整植株,說明其細胞內含有個體發(fā)育所需要的全部遺傳物質,因此依據(jù)的原理是細胞的全能性,人工種子是經過植物組織培養(yǎng)得到的。,(2)包裹胚狀體的膠質有保護胚狀體的作用,同時又可以為胚狀體提供營養(yǎng)物質,所以可看成種皮及胚乳或子葉。 (3)使植物細胞彼此分離可以使用果膠酶或纖維素酶,因為植物細胞壁的主要成分是纖維素和果膠。 (4)脫分化的實質是使細胞恢復分裂能力,而再分化的實質是基因的選擇性表達。 (5)人工種子是否可育取決于培育胚狀體所用的材料。,答案:(1)植物細胞的全能性 植物組織培養(yǎng) (2)種皮及提供營養(yǎng)的胚乳或子葉 (3)C (4)使細胞恢復分裂能力 基因的選擇性表達 (5)不一定,【互動探究】 (1)如果經過①過程得到的細胞的基因型為DdTt,經圖示過程得到的人工種子是否可育?為什么? 提示:可育。若經過①過程得到的細胞的基因型為DdTt,則胚狀體的基因型為DdTt,屬于二倍體,因此可育。,(2)若圖中植物體的基因型為DdTt,利用花藥離體培養(yǎng)得到的“花粉胚”長成的植株可育嗎?為什么? 提示:不可育。若植物體的基因型為DdTt,利用花藥離體培養(yǎng)得到的“花粉胚”長成的植株的基因型為DT、Dt、dT、dt,均屬于單倍體,因此不可育。,【補償訓練】人工種子是指植物離體培養(yǎng)中產生的胚狀體,包裹在含有養(yǎng)分和具有保護功能的物質中,并在適宜條件下能夠發(fā)芽出苗。下列與人工種子形成過程無關的是 ( ) A.細胞的脫分化和再分化 B.細胞全能性 C.細胞有絲分裂 D.細胞減數(shù)分裂,【解析】選D。人工種子是經植物組織培養(yǎng)而獲得的,其理論基礎是細胞的全能性,經過了細胞的脫分化和再分化兩個階段,細胞增殖的方式為有絲分裂。,探究2 作物新品種的培育及細胞產物的工廠化生產 【研讀教材自主認知】 1.作物新品種的培育:,花藥的離體培養(yǎng),單倍體,純合子,穩(wěn)定遺傳,縮短,(2)突變體的產生和利用: ①產生原因:植物組織培養(yǎng)過程中,由于培養(yǎng)細胞一直處于_________ ___狀態(tài)容易受培養(yǎng)條件和外界壓力的影響而產生_____。 ②利用:篩選出對人們有用的_______進而培育成新品種。,不斷的分,生,突變,突變體,2.細胞產物的工廠化生產: (1)產物種類:_______、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。 (2)生產技術:_____________技術。 (3)實例:我國利用植物組織培養(yǎng)技術實現(xiàn)了大量生產人參皂甙干粉; 另外,三七、紫草和銀杏的_________也都已經實現(xiàn)了工廠化生產。,蛋白質,植物組織培養(yǎng),細胞產物,【小判斷】 (1)花藥離體培養(yǎng)中,可誘導愈傷組織分化出芽、根獲得再生植株,也 可通過誘導分化成胚狀體獲得再生植株。 ( ) 【分析】單倍體育種常采用花藥離體培養(yǎng)技術,在該過程中,可通過誘 導其脫分化形成愈傷組織,再分化出芽、根獲得再生植株,也可以通過 誘導分化成胚狀體獲得再生植株。,√,(2)在植物組織培養(yǎng)過程中,容易獲得突變體的主要原因是培養(yǎng)的細胞 一直處于不斷的分生狀態(tài)。 ( ) 【分析】在植物的組織培養(yǎng)過程中,由于培養(yǎng)的細胞一直處于不斷的 分生狀態(tài),因此容易受到培養(yǎng)條件和外界壓力的影響而產生突變。 (3)要生產人參皂甙干粉,應培養(yǎng)到胚狀體階段。 ( ) 【分析】要實現(xiàn)人參皂甙干粉的工廠化生產需將人參細胞培養(yǎng)至愈傷 組織階段。,√,,(4)秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗獲得多倍體植株的過程包括脫分 化和再分化過程。 ( ) 【分析】用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗后產生多倍體植株,并沒 有經過植物組織培養(yǎng)過程。 (5)單倍體育種就是通過植物組織培養(yǎng)過程得到單倍體植株。 ( ) 【分析】單倍體育種包括花藥離體培養(yǎng)和誘導染色體加倍兩個過程, 經染色體加倍后得到的植株是二倍體或多倍體。 (6)細胞產物的工廠化生產過程包括脫分化和再分化環(huán)節(jié)。 ( ) 【分析】細胞產物工廠化生產只需要進行脫分化環(huán)節(jié)。,,,,【合作探究核心歸納】 1.單倍體育種的原理和過程: 結合單倍體育種的相關知識思考下列問題: (1)以流程圖的形式表示單倍體育種過程。 提示:,(2)該過程所依據(jù)的原理和涉及的生物學技術分別有哪些? 提示:原理是染色體變異和細胞的全能性,該過程主要利用植物組織培養(yǎng)技術。,2.突變體育種: 突變體的利用過程如圖所示:,請據(jù)圖分析: (1)為什么在培養(yǎng)至愈傷組織時進行誘變處理? 提示:愈傷組織細胞分裂旺盛,不斷進行DNA分子的復制,此時易發(fā)生基因突變。 (2)誘導分化得到的突變體都可以利用嗎?為什么? 提示:不行。因為基因突變具有多害少利性,即得到的突變體大多是有害的。,(3)單倍體育種和突變體育種的原理相同嗎?為什么? 提示:不相同。單倍體育種的原理是染色體變異,而突變體育種的原理是基因突變。,3.細胞產物的工廠化生產: (1)細胞產物工廠化生產實質上是植物組織培養(yǎng)的過程,在生產中通常要培養(yǎng)到哪一階段? 提示:愈傷組織階段。 (2)與傳統(tǒng)的從植物體內提取相比,工廠化生產細胞產物的優(yōu)點有哪些? 提示:沒有時間、地點、環(huán)境的影響,克服了植物體生長緩慢的缺點,提取方便等。,【歸納總結】單倍體育種和突變體育種的比較,【過關小練即時應用】 1.(2015石家莊高二檢測)下圖為植物組織培養(yǎng)的基本過程。制作人 工種子,及生產治療燙傷、割傷的藥物——紫草素,應分別選用( ) A.④② B.③② C.③④ D.④③,【解題指南】解答本題的關鍵是明確制取細胞產物時只需要將植物組織培養(yǎng)到愈傷組織階段即可。 【解析】選B。圖中①是外植體、②是愈傷組織、③是胚狀體、④是新植株。人工種子是以通過植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料,通過人工薄膜包裝得到的種子,所以制作人工種子應選用③;紫草素是細胞次生代謝產物,只需脫分化形成愈傷組織,再篩選出次生代謝產物高的愈傷組織細胞進行細胞培養(yǎng)獲取相關產物即可,所以要獲取紫草素應選用②,故B正確。,2.為了提高玉米的產量,科學家做了大量的研究工作。下圖是關于玉米培養(yǎng)的過程,請據(jù)圖回答:,(1)從生殖方式上分析,A→D屬于 繁殖;從細胞分裂方式上 分析,E→F過程中進行了 分裂。 (2)取莖尖進行培養(yǎng)的原因是__________________________________ 。 (3)A→C、E→F的過程要嚴格控制 。 (4)用E→G途徑育種的優(yōu)點是__________________________________ 。,(5)若想培育出一種新的玉米品種,可以采用 育種方式;若想 培育出一種能抗蟲的玉米新品種,可以采用 育種; 若想培育出一種地上結玉米、地下結馬鈴薯的植株,可以利用______ 技術。,【解題指南】明確脫毒苗培育、單倍體育種的原理及技術流程,了解 組織培養(yǎng)過程中的技術要求,理解各種育種方法的特點。 【解析】本題綜合考查植物細胞工程及應用、基因工程等知識。 (1)取玉米的分生組織,經過組織培養(yǎng)獲得玉米植株,這屬于無性繁殖, E→F過程中進行有絲分裂。(2)分生區(qū)附近病毒極少,甚至無病毒,可 以用于脫毒苗的培育。(3)在組織培養(yǎng)的過程中,要嚴格控制環(huán)境中無 菌。(4)單倍體育種能直接得到穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良品種,極大地縮短了育 種年限。(5)若想獲取新的品種,可采取誘變育種、基因工程育種和植 物體細胞雜交技術等。,答案:(1)無性 有絲 (2)分生區(qū)附近病毒極少,甚至無病毒 (3)環(huán)境中無菌 (4)直接得到穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良品種,極大地縮短了育種年限 (5)誘變 基因工程 植物體細胞雜交,【互動探究】 (1)A→C、E→F過程中的細胞,在各種理化因素作用下,較易發(fā)生基因突變,為什么? 提示:A→C、E→F過程中的細胞處于分裂旺盛時期,DNA分子復制時容易發(fā)生基因突變。 (2)第(5)問中提到的各種育種方法,是否需要進行組織培養(yǎng)? 提示:轉基因植物和植物體細胞雜交均需進行組織培養(yǎng)。,【補償訓練】用單倍體育種方法,可以明顯縮短育種年限,是因為后代不發(fā)生性狀分離,下列有關其原因的說法正確的是 ( ) A.通過染色體加倍的可育植株,等位基因純合,這樣的植株自交,后代不發(fā)生性狀分離 B.單倍體植株只有一套染色體,不會出現(xiàn)等位基因,也就不會有雜合子,后代不會發(fā)生性狀分離 C.兩單倍體交配后,后代都是純合子,純合子自交后代不會發(fā)生性狀分離 D.以上三種說法均正確,【解析】選A。單倍體經人工誘導后染色體加倍,因此這樣形成的植株都是純合子,純合子自交得到的后代也都是純合子,后代不會發(fā)生性狀分離,所以單倍體育種可以明顯縮短育種年限。,