2019-2020学年高二生物人教版选修三教师用书:2.1.2 植物细胞工程的实际应用 Word版含答案.pdf
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1、2.1.2 植物细胞工程的实际应用2.1.2 植物细胞工程的实际应用 一、植物繁殖的新途径()一、植物繁殖的新途径()阅阅读读教教材材P P3 38 84 40 0 1微型繁殖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。(1)概念:用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。 (2)优点(2)优点Error! (3)实例 : 兰花、生菜、杨树以及无子西瓜试管苗的产业化生产。(3)实例 : 兰花、生菜、杨树以及无子西瓜试管苗的产业化生产。 2作物脱毒2作物脱毒 (1)取材:无病毒的茎尖组织。(1)取材:无病毒的茎尖组织。 (2)优点:提高作物的产量和品质。(2)优点:提高作物的产
2、量和品质。 (3)实例:脱毒马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝和香蕉等的培育。(3)实例:脱毒马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝和香蕉等的培育。 3人工种子3人工种子 (1)概念:以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽(1)概念:以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽 等为材料,经过人工薄膜包装得到的种子。等为材料,经过人工薄膜包装得到的种子。 (2)用途:可以解决某些植物结实率低、繁殖困难等问题。(2)用途:可以解决某些植物结实率低、繁殖困难等问题。 二、作物新品种的培育()二、作物新品种的培育()阅阅读读教教材材P P4 40 0 1单倍体育种1单倍体育种 (1)过程:(1)过程: (2)优点
3、(2)优点Error! 2突变体的利用2突变体的利用 (1)产生: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(如射线、化学物 (1)产生: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(如射线、化学物 质等)的影响而产生突变。质等)的影响而产生突变。 (2)利用:从产生突变的个体中筛选出对人们有用的突变体,进(2)利用:从产生突变的个体中筛选出对人们有用的突变体,进 而培育成新品种。而培育成新品种。 (3)实例:抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草、抗除草剂的(3)实例:抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生
4、烟草、抗除草剂的 白三叶草等。白三叶草等。 三、细胞产物的工厂化生产()三、细胞产物的工厂化生产()阅阅读读教教材材P P4 40 04 41 1 1细胞产物的种类:蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物1细胞产物的种类:蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物 碱等。碱等。 2技术基础:植物组织培养技术。2技术基础:植物组织培养技术。 3实例:生产人参皂甙干粉;另外,三七、紫草和银杏的细胞3实例:生产人参皂甙干粉;另外,三七、紫草和银杏的细胞 产物也都已经实现了工厂化生产。产物也都已经实现了工厂化生产。 共研探究 共研探究 植物细胞工程作为一门新兴的生物技术, 已经普遍应用于社会生 产的方方面面。
5、下面图示都利用了植物组织培养,观察并回答问题: 植物细胞工程作为一门新兴的生物技术, 已经普遍应用于社会生 产的方方面面。下面图示都利用了植物组织培养,观察并回答问题: 1微型繁殖(图 1)1微型繁殖(图 1) (1)概念 : 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, 因此人们形象地把用于快速 (1)概念 : 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, 因此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, 叫做植物的微型繁殖技术, 也叫 快速繁殖技术。 繁殖优良品种的植物组织培养技术, 叫做植物的微
6、型繁殖技术, 也叫 快速繁殖技术。 (2)特点:(2)特点: 无性繁殖,能够保持种苗的优良遗传特性。无性繁殖,能够保持种苗的优良遗传特性。 选取材料少。选取材料少。 繁殖速度快,周期短。繁殖速度快,周期短。 不受季节、气候、自然灾害等因素的影响。不受季节、气候、自然灾害等因素的影响。 可实现工厂化生产。可实现工厂化生产。 2作物脱毒(图 2)2作物脱毒(图 2) (1)取材:无病毒的茎尖组织。因为在植物分生区附近,细胞分(1)取材:无病毒的茎尖组织。因为在植物分生区附近,细胞分 裂十分迅速,病毒来不及侵入。裂十分迅速,病毒来不及侵入。 (2)图 2 所示脱毒草莓产品品质优良,如果将未被病毒感染
7、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和品质。 (2)图 2 所示脱毒草莓产品品质优良,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和品质。 3人工种子3人工种子 (1)概念:以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽(1)概念:以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽 等为材料, 经过人工薄膜包装得到的种子。 人工种子在适宜条件下同 样能够萌发长成幼苗。 等为材料, 经过人工薄膜包装得到的种子。 人工种子在适宜条件下同 样能够萌发长
8、成幼苗。 (2)结构:由胚状体、作为保护性外壳的人工种皮和提供发育所(2)结构:由胚状体、作为保护性外壳的人工种皮和提供发育所 需营养的人工胚乳组成。如图 3 所示:需营养的人工胚乳组成。如图 3 所示: (3)在人工种子中,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。 针对植物种类和土壤等条件, 在人工种子的 包裹剂中还可以加入适量的养分、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。 (3)在人工种子中,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。 针对植物种类和土壤等条件, 在人工种
9、子的 包裹剂中还可以加入适量的养分、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。 (4)优点(4)优点 属于无性生殖, 无天然种子因有性生殖引起的基因重组而发生属于无性生殖, 无天然种子因有性生殖引起的基因重组而发生 性状分离的现象。性状分离的现象。 生产上不受季节、气候和地域的限制。生产上不受季节、气候和地域的限制。 提高植物的繁殖能力。提高植物的繁殖能力。 可人为控制植物的生长发育与抗逆性。可人为控制植物的生长发育与抗逆性。 便于贮存和运输。便于贮存和运输。 总结升华总结升华 1作物脱毒、人工种子1作物脱毒、人工种子
10、(1)作物脱毒主要是强调组织培养的取材一定是无毒的(如茎尖、 根尖),这样才能繁殖出无毒的幼苗。 (1)作物脱毒主要是强调组织培养的取材一定是无毒的(如茎尖、 根尖),这样才能繁殖出无毒的幼苗。 (2)人工种子(2)人工种子 人工种子的培育也是采用组织培养技术, 但是只需培育得到胚 状体、 不定芽、 顶芽和腋芽等材料, 包上人工种皮就可形成人工种子。 人工种子的培育也是采用组织培养技术, 但是只需培育得到胚 状体、 不定芽、 顶芽和腋芽等材料, 包上人工种皮就可形成人工种子。 人工种皮含有胚状体发芽所需要的营养成分或植物激素, 还应 含有杀菌剂,以防播种后微生物的侵害,相当于种子的子叶或胚乳。
11、 人工种皮含有胚状体发芽所需要的营养成分或植物激素, 还应 含有杀菌剂,以防播种后微生物的侵害,相当于种子的子叶或胚乳。 人工种子发芽得到的幼苗能保持亲本的优良性状, 另外还不受 气候、季节和地域的限制。 人工种子发芽得到的幼苗能保持亲本的优良性状, 另外还不受 气候、季节和地域的限制。 2人工种子与天然种子的区别2人工种子与天然种子的区别 (1)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。 (1)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。 (2)天然种子是通过有性生殖形成的,优良杂种的后代会发生性 状分离而丧失其优良特性,培育周期长,
12、具有更大的变异性。 (2)天然种子是通过有性生殖形成的,优良杂种的后代会发生性 状分离而丧失其优良特性,培育周期长,具有更大的变异性。 对点演练对点演练 1植物细胞工程作为一门新兴的生物技术,被广泛应用于社会 生产的方方面面,下列相关说法错误的是( ) 1植物细胞工程作为一门新兴的生物技术,被广泛应用于社会 生产的方方面面,下列相关说法错误的是( ) A人工种子通常由人工薄膜作为种皮包被植物愈伤组织制作而 成 A人工种子通常由人工薄膜作为种皮包被植物愈伤组织制作而 成 B植物微型繁殖运用了植物组织培养技术,可快速繁殖优良品 种 B植物微型繁殖运用了植物组织培养技术,可快速繁殖优良品 种 C作物
13、脱毒常选取植物的茎尖,因为该部分病毒较少或无病毒C作物脱毒常选取植物的茎尖,因为该部分病毒较少或无病毒 D植物原生质体融合过程中常用的融合手段有离心、振动、电 激和 PEG 处理 D植物原生质体融合过程中常用的融合手段有离心、振动、电 激和 PEG 处理 解析:选 A 人工种子通常由人工薄膜作为种皮包被胚状体等制 作而成。 植物微型繁殖利用的是植物组织培养技术, 能快速繁殖且保 持植物的优良性状。植物的茎尖细胞中病毒较少,甚至无病毒,可经 植物组织培养获得脱毒苗。可用物理法(离心、振动、电激等)和化学 法(PEG 处理)诱导植物原生质体融合。 解析:选 A 人工种子通常由人工薄膜作为种皮包被胚
14、状体等制 作而成。 植物微型繁殖利用的是植物组织培养技术, 能快速繁殖且保 持植物的优良性状。植物的茎尖细胞中病毒较少,甚至无病毒,可经 植物组织培养获得脱毒苗。可用物理法(离心、振动、电激等)和化学 法(PEG 处理)诱导植物原生质体融合。 共研探究共研探究 1作物新品种的培育除传统的杂交育种外,还有单倍体育种、 人工诱变育种、基因工程育种等。在单倍体育种领域,科学家成功地 培育出中花 8 号、 11 号水稻和京花 1 号小麦等作物新品种。 观察图示, 回答相关问题: 1作物新品种的培育除传统的杂交育种外,还有单倍体育种、 人工诱变育种、基因工程育种等。在单倍体育种领域,科学家成功地 培育出
15、中花 8 号、 11 号水稻和京花 1 号小麦等作物新品种。 观察图示, 回答相关问题: (1)中花 11 号水稻是单倍体育种的成就, 其育种原理是染色体变(1)中花 11 号水稻是单倍体育种的成就, 其育种原理是染色体变 异,其中花药的离体培养利用了植物细胞的全能性。异,其中花药的离体培养利用了植物细胞的全能性。 (2)请用箭头和文字表示单倍体育种的过程。(2)请用箭头和文字表示单倍体育种的过程。 (3)单倍体育种过程中,用秋水仙素诱导染色体加倍,原理是秋(3)单倍体育种过程中,用秋水仙素诱导染色体加倍,原理是秋 水仙素抑制纺锤体的形成, 细胞不能正常分裂, 从而使染色体数目加水仙素抑制纺锤
16、体的形成, 细胞不能正常分裂, 从而使染色体数目加 倍。倍。 (4)在植物组织培养过程中,愈伤组织阶段容易发生突变得到突(4)在植物组织培养过程中,愈伤组织阶段容易发生突变得到突 变体,可从中筛选出对人们有用的突变体,进而培育成新品种。变体,可从中筛选出对人们有用的突变体,进而培育成新品种。 (5)突变体育种的原理是基因突变或染色体变异,诱变育种的原(5)突变体育种的原理是基因突变或染色体变异,诱变育种的原 理为基因突变。诱变育种属于突变体育种的一种。理为基因突变。诱变育种属于突变体育种的一种。 2组织培养技术除了在农业上的应用外,还广泛应用于细胞产 物的工厂化生产。这些细胞产物包括蛋白质、脂
17、肪、糖类、药物、香 料、生物碱等。观察图示回答相关问题: 2组织培养技术除了在农业上的应用外,还广泛应用于细胞产 物的工厂化生产。这些细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香 料、生物碱等。观察图示回答相关问题: (1)完善细胞产物工厂化生产流程(1)完善细胞产物工厂化生产流程 (2)根据工厂化生产人参皂甙的基本过程,回答相关问题:(2)根据工厂化生产人参皂甙的基本过程,回答相关问题: 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 择找到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株。择找到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的
18、细胞株。 将第一步选择的细胞株放在发酵罐中的液体(填“液体”或将第一步选择的细胞株放在发酵罐中的液体(填“液体”或 “固体”)培养基中培养,增加细胞数量。“固体”)培养基中培养,增加细胞数量。 将发酵罐中培养的细胞进行破碎,从中提取人参皂甙。将发酵罐中培养的细胞进行破碎,从中提取人参皂甙。 3根据生产的目的不同,植物组织培养的阶段也不同:3根据生产的目的不同,植物组织培养的阶段也不同: (1)若获得人工种子,则培养到胚状体阶段。(1)若获得人工种子,则培养到胚状体阶段。 (2)若提取细胞产物,则培养到愈伤组织阶段。(2)若提取细胞产物,则培养到愈伤组织阶段。 (3)若培养新个体,则培育到试管苗
19、阶段。(3)若培养新个体,则培育到试管苗阶段。 总结升华总结升华 1单倍体育种、基因工程育种和植物细胞工程育种的比较1单倍体育种、基因工程育种和植物细胞工程育种的比较 单倍体育种单倍体育种基因工程育种基因工程育种植物细胞工程育种植物细胞工程育种 原原 理理 染色体变异、植物 细胞的全能性 染色体变异、植物 细胞的全能性 基因重组基因重组植物细胞的全能性植物细胞的全能性 方方 法法 选择亲本有性杂 交F 选择亲本有性杂 交F1 1产生的花粉 离体培养获得单倍 体植株诱导染色 体加倍获得可育纯 合子选择所需要 的类型 产生的花粉 离体培养获得单倍 体植株诱导染色 体加倍获得可育纯 合子选择所需要
20、的类型 提取目的基因构 建基因表达载体 导入受体细胞基 因表达筛选出符 合要求的新品种 提取目的基因构 建基因表达载体 导入受体细胞基 因表达筛选出符 合要求的新品种 去细胞壁细胞融 合组织培养 去细胞壁细胞融 合组织培养 优优 点点 明显缩短育种年 限,加速育种进程 ; 全是纯合子,后代 不发生性状分离 明显缩短育种年 限,加速育种进程 ; 全是纯合子,后代 不发生性状分离 不受种属限制,可 根据人类的需要, 有目的地进行 不受种属限制,可 根据人类的需要, 有目的地进行 克服远缘杂交的不 亲和性,有目的地 培育优良品种 克服远缘杂交的不 亲和性,有目的地 培育优良品种 缺缺 点点 技术较复
21、杂,需与 杂交育种结合,多 限于植物 技术较复杂,需与 杂交育种结合,多 限于植物 可能会引起生态危 机,技术难度大 可能会引起生态危 机,技术难度大 技术复杂,难度大技术复杂,难度大 2单倍体育种与多倍体育种的异同2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。 (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:单倍体育种需要植物组织培养先形成单倍体幼苗, 但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。 (2)不同点:单倍体育种需要植物组织培养先形成单倍体幼苗, 但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术
22、。 3植物组织培养与植物细胞培养的比较3植物组织培养与植物细胞培养的比较 项目项目植物组织培养植物组织培养植物细胞培养植物细胞培养 目的目的获得植物体获得植物体获得细胞产物获得细胞产物 培养 基 培养 基 固体培养基固体培养基液体培养基液体培养基 过程过程 实例实例 各种转基因植物、各种转基因植物、 脱毒苗脱毒苗 人参皂甙的生产人参皂甙的生产 对点演练对点演练 2如图列举了几种植物的育种方式,请据图回答相关问题:2如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_。(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 原因是_。 (2
23、)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 原因是_。 (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 因是_。 (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 因是_。 (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_。 (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 _。 (5)甲、丙两种育种方式与传统杂交育种相比,其优点是 _。 解析:(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
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