學必求其心得，業必貴于專精學必求其心得，業必貴于專精學必求其心得，業必貴于專精2020-2021學年高中生物人教版選修3配套學案：專題二第一節第二課時植物細胞工程的實際應用含解析第二課時植物細胞工程的實際應用學習目標課程標準1．了解植物繁殖的新途徑及原理。(重、難點）2．正確區別人工種子與自然狀態下的種子.（重點）3．了解作物新品種培育的方法和原理。列舉植物細胞工程的實際應用基礎知識·雙基夯實一、植物繁殖的新途徑1．微型繁殖（1）微型繁殖技術：用于①__快速繁殖__優良品種的②__植物組織培養技術__。（2)特點:保持優良品種的③__遺傳特性__；高效快速地實現種苗④__大量繁殖__.（3)實例：20世紀60年代,荷蘭的科學家就成功地實現了利用⑤__組織培養技術__來培育蘭花。2．作物脫毒（1）材料：植物的⑥__分生區__(如⑦__莖尖__)附近的病毒極少,甚至⑧__無病毒__。（2）脫毒苗：切?、醎_一定大小的莖尖__進行組織培養獲得的.(3）優點：使農作物⑩__不會或極少感染病毒__.3．神奇的人工種子人工種子是以?__植物組織培養__得到的?__胚狀體__、不定芽、?__頂芽和腋芽__等為材料，外面包被著特定的物質，在適宜的條件下可以萌發長成幼苗。人工種子由胚狀體、作為保護外殼的?__人工種皮__和提供發育所需營養的?__人工胚乳__組成。二、作物新品種的培育1．單倍體育種單倍體育種是指通過?__花藥離體培養__獲得單倍體植株，染色體數目加倍后可獲得純合二倍體植株。其優點是?__明顯地縮短育種年限,后代都是純合子__。2．突變體的利用（1)產生原因:在植物的組織培養過程中，易受?__培養條件__和?__外界壓力__(如?__射線__、eq\o\ac(○，21）__化學物質__等）的影響而eq\o\ac（○，22)__產生突變__。(2)利用：篩選出對人們有用的eq\o\ac(○，23)__突變體__，進而培育成新品種。三、細胞產物的工廠化生產1．細胞產物的種類：eq\o\ac（○，24)__蛋白質__、脂肪、糖類、eq\o\ac（○，25)__藥物__、香料、生物堿等。2．技術：植物eq\o\ac（○,26）__組織培養__技術。3．實例：我國利用植物組織培養技術實現了大量生產eq\o\ac(○,27）__人參皂甙干粉__;另外，三七、紫草和銀杏的eq\o\ac(○,28)__細胞產物__也都已經實現了工廠化生產。思考1．通過“人工種子”繁殖后代屬于什么生殖方式？提示：無性繁殖。2．在植物組織培養過程中，為什么培養細胞容易在培養條件和外界壓力改變的條件下產生突變？提示:因為培養細胞一直處于不斷的分生狀態。3．細胞產物的生產是將植物細胞培養到什么環節？提示:愈傷組織。┃┃活學巧練__■判斷題1．微型繁殖技術只保持親本的優良特性.(×）分析：微型繁殖屬于無性繁殖，可以保持親本的所有遺傳性狀。2．脫毒苗培育所選的組織培養材料可以來自植株的任何部位。(×）分析：為確保成功培育出脫毒苗，通常選擇植物分生區附近（如莖尖)的組織和細胞進行組織培養，因為此處病毒極少，甚至無毒。3．在植物組織培養過程中，可以提取愈傷組織,經過人工薄膜包裝得到人工種子。(×）分析：人工種子是以植物組織培養得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經過人工薄膜包裝得到的。4．天然種子萌發后長成的植株容易發生性狀分離，人工種子長成的植株性狀一般不發生分離.（√)5．單倍體育種和突變體培育的遺傳學原理是一致的。(×)分析:單倍體育種的遺傳學原理是染色體變異，而突變體培育利用的是基因突變.6．突變體培育通常對植物的愈傷組織進行誘變處理，而工廠化生產的細胞產物也是來自愈傷組織細胞。(√)7．人工種子的培育也能說明植物細胞具有全能性.(×)分析：人工種子利用的是植物組織培養過程中愈傷組織誘導分化形成的胚狀體，還沒有發育到完整個體階段，不能體現植物細胞的全能性。課內探究·名師點津知識點植物繁殖的新途徑┃┃重難拓展__■1．微型繁殖(1）概念:是指用于快速繁殖優良品種的植物組織培養技術，也叫快速繁殖技術.(2）實質：植物組織培養。(3）原理：植物細胞的全能性.（4）完成植物的微型繁殖技術的生理過程：細胞分裂和細胞分化。（5)優點：保持親本的優良性狀；可以快速大量培育出新個體，有利于工廠化培育；選材少、培養周期短，繁殖率高，便于自動化管理。2．培育無病毒植株（1)獲得成功的事例:馬鈴薯、甘薯、大蒜、草莓、蘋果、香蕉。（2)常選用的部位:莖尖組織。（3）操作過程:切取一定大小的莖尖進行組織培養，再生的植株就有可能不帶病毒,從而獲得脫毒苗.3．制備人工種子（1)概念：人工種子是指以植物組織培養得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經過人工薄膜包裝得到的種子.（2)人工種子的結構：由胚狀體、作為保護外殼的人工種皮和提供發育所需營養的人工胚乳三部分構成.（如圖所示）(3)與天然種子相比較，其優越性有：①可使在自然條件下不結實或種子昂貴的植物得以繁殖,②固定雜種優勢,③是一種快捷高效的繁殖方式，④可人為控制植物的生長發育和抗逆性等。（4）成果：芹菜、花椰菜、桉樹和水稻的胚狀體制備的人工種子。（5）人工種子目前還存在不少問題具有重要經濟價值的植物產生胚狀體的能力弱，難以形成同步化的活力強的胚狀體；機械化播種問題也尚未解決。因此現在很少以生產為目的進行人工種子的研制。知識貼士1．人工種皮“人工薄膜”是指人工種皮。制作人工種皮的材料有海藻酸鈉、明膠、樹脂、瓊脂糖淀粉等。對人工種皮的要求是：能保持胚狀體的活力；有利于種子的貯藏、運輸和萌發;選取的材料要有韌性、耐壓；對胚狀體無毒害,含有胚狀體發芽所需要的營養成分或植物激素；還應含有殺菌劑，以防播種后微生物的侵害。2．微型繁殖、作物脫毒、獲得人工種子的基礎是植物組織培養技術，屬于無性生殖，產生的子代具有親本的優良性狀。┃┃典例評析__■典例1下列有關人工種子的敘述不正確的是（B）A．通過科學手段人工合成的種子B．必須由受精卵植物組織培養技術獲得的種子C．人工種皮可以為種子萌發提供足夠的營養物質D．人工種子發芽率較高解析：本題考查了人工種子獲得的方法及其過程.人工種子是經植物組織培養獲得胚狀體、不定芽等，然后經人工薄膜包裝得到的種子。┃┃變式訓練__■1．百合利用它的球莖進行無性繁殖,種植的世代多了以后往往會感染病毒而減產,為此農戶都希望得到無病毒的幼苗進行種植。在最短時間內獲得大量無病毒幼苗的最佳方法是(C）A．花藥離體培養B．選取成熟組織進行培養C．利用莖尖進行組織培養D．人工誘導基因突變知識點作物新品種的培育┃┃重難拓展__■1．單倍體育種(1）原理：整個單倍體育種過程的原理是染色體變異，其中的花藥離體培養利用的是細胞的全能性.（2）過程：如圖所示。通過花藥離體培養獲得單倍體植株，染色體加倍后當年便可得到穩定遺傳的優良品種,極大地縮短了育種年限。eq\x(花藥）eq\o(→，\s\up7(離體培養))eq\x（\a\al（單倍體，植株））eq\o(→，\s\up7(秋水仙素處理）)eq\x(\a\al(具有優良性狀,的正常植株))知識貼士單倍體育種和花藥離體培養：花藥離體培養是單倍體育種的常用方法，但該過程得到的植株一般是單倍體，表現為高度不育；單倍體育種是在花藥離體培養的基礎上,用適當濃度的秋水仙素處理，獲得純合的二倍體植株，其自交后代不發生性狀分離。(3)成果：我國在水稻、小麥、煙草、柏、橡膠和辣椒等植物的單倍體育種上,處于世界領先地位。（4)優點：后代穩定遺傳，都是純合體；明顯縮短育種年限。2．突變體育種(1)實質：植物組織培養。（2)利用：篩選對人們有利的突變體,進而培育新品種。(3)形成原因：培養的細胞一直處于不斷的分生狀態，容易受一些條件的影響而產生突變。┃┃典例評析__■典例2下列應用不涉及植物組織培養技術的是（B)A．花藥離體培養得到單倍體植物B．秋水仙素處理幼苗獲得多倍體植株C．人工種子培育D．“番茄——馬鈴薯"雜種植株培育解析：植物組織培養利用細胞的全能性將離體的組織、器官或細胞經細胞分裂、分化形成胚狀體或叢芽,進一步培育成人工種子或植株，此過程也可用于體細胞雜交技術。┃┃變式訓練__■2．下列育種措施，可以增加植物突變體出現的是（C）A．采用嫁接方法培育蘋果新品種B．將魚的抗凍蛋白基因導入煙草受精卵中，培育抗凍煙草C．用紫外線對組織培養中的愈傷組織進行照射D．使用秋水仙素對棉花植株進行處理解析：突變體的利用是植物組織培養的用途之一，增加突變體可應用物理、化學、生物等因素去誘發突變，如用紫外線進行處理等.而A選項中嫁接屬于無性生殖,B選項為基因工程，二者均不會產生新的基因;秋水仙素能誘導棉花出現染色體變異。知識點細胞產物的工廠化生產┃┃重難拓展__■(1）種類：蛋白質、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。(2）技術:植物的組織培養。（3)工廠化生產人參皂甙的基本過程：①第一步：選擇人參根作為外植體進行培養，產生愈傷組織，經過培養選擇找到增殖速度快而且細胞內人參皂甙含量高的細胞株,其中一部分作為種子保存，以備下一次生產使用，一部分進行發酵生產.②第二步,將第一步選擇到的細胞株在發酵罐中的適合培養液中進行液體培養,增加細胞數量。③第三步，將發酵罐中培養的細胞進行破碎，從中提取人參皂甙。知識貼士培養目的不同,利用植物組織培養技術到達的階段不同（1)微型繁殖、脫毒苗、單倍體育種、突變體：到完整植株。(2）人工種子:到胚狀體階段。（3）細胞產物的工廠化生產：可以培養到植株階段，也可以培養到愈傷組織階段。指點迷津·撥云見日五種生物技術的比較方式植物組織培養突變體的利用單倍體育種植物體細胞雜交植物基因工程育種原理植物細胞的全能性基因突變、植物細胞的全能性花粉細胞的全能性、染色體變異細胞膜的流動性、植物細胞的全能性基因重組、植物細胞全能性重要步驟脫分化、再分化對愈傷組織誘變處理花藥離體培養、秋水仙素誘導染色體數目加倍原生質體融合、雜種細胞組織培養對導入目的基因的植物細胞進行組織培養優點保持優良品種的遺傳特性提高突變率,獲得優良性狀明顯縮短育種年限克服遠緣雜交不親和的障礙克服遠緣雜交不親和的障礙舉例微型繁殖、脫毒苗培育、人工種子培育抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的野生煙草單育1號煙草培育“番茄-馬鈴薯”雜種植株轉基因抗蟲棉典例3如圖所示為植株繁殖的四種人工方式示意圖,請據圖回答：(1）圖中單倍體植株通常的獲取方式是__花藥離體培養__。若圖中單倍體細胞含2個染色體組,A有4個染色體組，則③過程所用化學試劑的作用是__抑制細胞有絲分裂過程中紡錘體的形成__。(2)圖中B和C過程的不同點是__B過程中形成的是胚狀體，而C過程形成的是胚芽__，這種不同主要的決定因素是__細胞分裂素與生長素的比值__.（3）若想在C過程中獲得突變體,進而培育成新品種植株,應用物理誘變或化學誘變的方法處理__愈傷組織__.（4）若要獲得水稻的“人工種子”，則應選用圖中的__胚狀體__結構，該結構與正常受精卵形成的__胚__有類似的結構和發育過程。（5）若D為胡蘿卜－羊角芹，②過程常用的物理方法有__離心、振動、電激__等；經融合處理后,含有的細胞類型有__3__種（若融合的細胞只考慮兩兩融合）.解析：本題主要考查植物細胞工程的原理和應用.（1）圖中A過程表示單倍體育種，獲取單倍體時常用花藥離體培養的方法。若要使單倍體的染色體加倍，變成A植株，則需要在③過程中用秋水仙素處理幼苗，以抑制細胞有絲分裂過程中紡錘體的形成過程。（2)圖中B和C過程都是體細胞的組織培養,其不同點是B過程中形成的是胚狀體,而C過程形成的是胚芽，這種不同主要的決定因素是細胞分裂素與生長素的比值。(3)在組織培養過程中獲得突變體，一般用物理誘變或化學誘變的方法處理愈傷組織，再由愈傷組織經再分化形成突變植株。(4）若要獲得水稻的“人工種子”，則應選用圖中的胚狀體結構，該結構與正常受精卵形成的胚有類似的結構和發育過程。（5)D為植物體細胞雜交的過程,②過程常用的物理方法有離心、振動、電激等；經融合處理后，含有的細胞類型有3種(只考慮兩兩融合）：胡蘿卜-胡蘿卜融合細胞、羊角芹—羊角芹融合細胞和胡蘿卜-羊角芹融合細胞。核心素養·技能培優案例玉米是一種主要的農作物，為了提高玉米的產量，科學家做了大量的研究工作。如圖是關于玉米培養的過程，請據圖回答：（1)如圖A→C，發育成植株D，取D的花藥進行離體培養得到的幼苗屬于__單倍體__，如圖E→F，經秋水仙素處理后發育成植株G；從生殖方式上分析，A→D屬于__無性__生殖。(2）A→C的過程要嚴格控制__無菌__。（3)F→G的過程中用__秋水仙素__處理，使細胞染色體數目加倍，用E→G途徑育種的優點是__直接得到穩定遺傳的優良品種，極大地縮短了育種年限__.(4）若想培育出一種能抗蟲的玉米新品種，可以采用__基因工程__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__植物體細胞雜交__技術。解析:(1）取D的花藥進行離體培養成幼苗(如圖E→F），經秋水仙素處理后發育成植株G，此過程屬于單倍體育種，從生殖方式上分析,A→D屬于無性生殖。(2）在植物組織培養過程中，要嚴格控制無菌條件。(3）F→G的過程中用秋水仙素處理,使細胞染色體數目加倍；用E→G途徑進行單倍體育種的優點是直接得到穩定遺傳的優良品種,自交后代不發生性狀分離，極大地縮短了育種年限.(4)若想培育出一種能抗蟲的玉米新品種，可以采用基因工程育種；若想培育出一種地上結玉米，地下結馬鈴薯的植株,可以利用植物體細胞雜交技術.探規尋律幾種育種方法的比較技術原理優點缺點誘變育種基因突變提高生物變異的頻率,可大幅度改良某些性狀,縮短育種進程盲目性大,需大量處理實驗材料雜交育種基因重組使位于不同個體的優良性狀集中于一個個體周期長，難以克服遠緣雜交不親和的障礙單倍體育種染色體變異獲得個體均為純種，明顯縮短育種年限技術復雜，須與雜交育種配合多倍體育種染色體變異器官大,提高產量和營養成分適用于植物，動物方面難以開展基因工程育種分子遺傳學原理打破物種界限，定向地改造生物遺傳性狀可能造成新的生態危機細胞工程育種細胞生物學和分子生物學原理克服遠緣雜交不親和的障礙；擴大了用于雜交的親本組合范圍；定向改變生物遺傳性狀不能按人們的需要表現出親代的優良性狀問題釋疑·探究升華教材P38討論1人們利用植物的微型繁殖技術來進行工廠化育苗生產,這是利用了該項技術的哪些特點？提示：植物微型繁殖技術具有高效性和可以保持種苗的優良遺傳特性的優勢，工廠化大規模育苗生產正是利用了植物微型技術的這兩方面優勢。利用植物微型繁殖技術我們可以短時間內獲得大量的優質種苗。教材P40討論21．人工種子之所以神奇，是由于它具有天然種子不可比擬的特點，想一想，它們具有哪些優點？提示：人工種子的優點:(1）天然種子由于在遺傳上具有因減數分裂引起的重組現象，因而會造成某些遺傳性狀的改變；天然種子在生產上受季節限制，一般每年只繁殖1~2次，有些甚至十幾年才繁殖一次.而人工種子則可以完全保持優良品種的遺傳特性，生產上也不受季節的限制。（2）試管苗的大量貯藏和運輸也是相當困難的。人工種子則克服了這些缺點，人工種子外層是起保護作用的薄膜，類似于天然種子的種皮，因此，可以很方便地貯藏和運輸。2．在人工種子中,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.請探討: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育，還可以向人工種皮中加入哪些物質?提示:針對植物種類和土壤等條件,在人工種子的包裹劑中還可以加入適量的養分、無機鹽、有機碳源以及農藥、抗生素、有益菌等。為了促進胚狀體的生長發育，還可以向人工種皮中加入一些植物生長調節劑.教材P41資料分析高效抗癌的藥物紫杉醇，雖然能造福人類，但卻為瀕危的紅豆杉帶來一場滅頂之災。以“我們能否利用植物組織培養技術大量生產紫杉醇，從而拯救紅豆杉”為題，與同學們展開討論,說說植物組織培養技術在節約資源、保護環境方面的重要意義.提示:可以利用植物組織培養技術來大量生產紫杉醇.現在國內外的科學家們正在研究利用植物細胞培養技術來大量培育紅豆杉細胞，希望利用這種方法來大量生產紫杉醇。國內外許多實驗室開展了用組織培養法生產紫杉醇的研究，紅豆杉屬的11種植物現在都在進行組織培養.美國的ESCAge