植物細胞工程的應用第1節第2課時第2章細胞工程人教版高中生物

選擇性必修31通過對植物細胞工程應用實例的分析，了解這些應用涉及的技術流程和應用的優勢。2認同植物細胞工程在生產實踐中具有重要的應用價值，嘗試運用所學植物細胞工程的知識解決生產、生活中的問題。

馬鈴薯、草莓和香蕉等通常是用無性繁殖的方式進行繁殖的，它們感染的病毒很容易傳給后代。病毒在作物體內逐年積累，就會導致作物產量降低，品質變差。采取怎樣的措施能避免這些情況發生?可以通過引進優良品種或培育脫毒苗來避免這些情況發生。

脫毒馬鈴薯田和被病毒感染的未脫毒的馬鈴薯葉片（左上）><目標一植物繁殖的新途徑資料1

病毒引起的植物病害有500多種。受害植物包括糧食作物、蔬菜、果樹和花卉等。而且沒有有效的防治辦法，只能拔除，造成經濟損失。病毒多集中在種子、老葉等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的組織中較少，在分生區幾乎不含病毒。你有什么啟發？任務1分析作物脫毒選材原因：_________________________________1.選用材料：___________________________________________該部位的病毒極少，甚至無病毒植物頂端分生區附近（如莖尖、芽尖、根尖）2.脫毒過程：莖尖脫分化愈傷組織再分化芽、根脫毒苗3.實例：馬鈴薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠蘿和香蕉等。脫毒苗≠抗毒苗，前者指的是本身病毒少，甚至無病毒，受病毒感染的機會少，而后者指的是能抵抗病毒的感染。任務1分析作物脫毒1.1快速繁殖

20世紀60年代，荷蘭科學家成功地利用植物組織培養技術來培育蘭花。目前，荷蘭的蘭花生產已發展成舉世聞名的蘭花產業。用于快速繁殖優良品種的植物組織培養技術，稱為快速繁殖技術，也叫微型繁殖技術。

我國組織培養技術也已經廣泛應用于蘭花種苗的規模化繁殖，使得名貴蘭花的價格大幅下降，普通百姓也能購買和觀賞。1.概念：1.1快速繁殖一些優良的觀賞植物、經濟林木、無性繁殖作物和瀕危植物等都實現了利用快速繁殖技術來提供苗木。2.優點：①高效、快速地實現種苗的大量繁殖；②無性繁殖，保持優良品種的遺傳特性；3.實例：鐵皮石斛甘蔗、桉樹和鐵皮石斛等試管苗的產生已形成一定規模。快速繁殖是在具有一定人工設施的室內生產，可以不受季節、氣候等自然條件的限制。任務2分析快速繁殖1．從所需條件上來看，快速繁殖與傳統育種方法相比，有哪些優點？2.快速繁殖中能否用花粉作為外植體？

為什么？不能，因為用花粉做外植體會出現性狀分離。任務2分析快速繁殖(1)作物脫毒后不再感染病毒(

)××脫毒草莓能明顯提高產量，品質也優于普通草莓。作物脫毒后病毒很少甚至不含病毒，而不是不再感染病毒。(2)脫毒草莓能明顯提高產量，但品質沒有發生變化(

)(3)作物脫毒所培養的材料常選自頂端分生組織(

)(4)快速繁殖本質上是一種無性繁殖(

)√√1.某株名貴花卉用種子繁殖會發生性狀分離。為了防止性狀分離并快速繁殖，可利用該植株的一部分器官或組織進行離體培養，培育出完整的植株。進行離體培養時不應采用該植株的A.莖尖

B.子房壁

C.葉片

D.花粉粒√花粉粒是經減數分裂形成的，在此過程中發生了基因重組，因而不一定能保持親本的優良性狀，D符合題意。2.為給工廠繁殖脫毒甘薯苗提供技術上的支持，科研人員利用植物組織培養技術研究甘薯莖尖(外植體)大小對誘導分化苗和脫毒苗的影響，結果如表所示。下列相關敘述正確的是莖尖大小外植體數/個分化苗數/株脫毒苗數/株小于0.3mm20110.3～0.5mm20107大于0.6mm20134A.在不同的培養階段，培養基中的激素種類和比例不同B.脫分化過程中應給予充足光照使其進行光合作用C.培育脫毒苗時依據的原理有基因突變和細胞的全能性D.0.3～0.5mm大小的莖尖最有利于獲得抗病毒的特性√莖尖大小外植體數/個分化苗數/株脫毒苗數/株小于0.3mm20110.3～0.5mm20107大于0.6mm20134在不同的培養階段，培養基中的植物激素種類和比例不同，生長素和細胞分裂素的比值高，有利于根的分化，比值低有利于芽的分化，A正確；脫分化過程中不需要光照，不能進行光合作用，B錯誤；培育脫毒苗時依據的原理是植物細胞的全能性，C錯誤；0.3～0.5mm大小的莖尖最有利于獲得無病毒的特性，不是抗病毒的特性，D錯誤。莖尖大小外植體數/個分化苗數/株脫毒苗數/株小于0.3mm20110.3～0.5mm20107大于0.6mm20134><目標一作物新品種的培育和細胞產物的工廠化生產2.1單倍體育種1.過程：2.1單倍體育種1.過程：秋水仙素單倍體幼苗優良品種愈傷組織純合二倍體植株花藥染色體數目加倍脫分化再分化秋水仙素處理花藥離體培養（植物細胞的全能性）（染色體數目變異）選擇2.原理：植物細胞的全能性、染色體數目變異2.1單倍體育種3.優點：①

子代是能穩定遺傳的純合子。②

極大地縮短了育種的年限。③

單倍體植株是進行體細胞誘變育種和研究遺傳突變的理想材料。因為大多數單倍體植株的細胞中只含有一套染色體，染色體加倍后得到的植株的隱性性狀容易顯現。2.1單倍體育種

我國科學家在1974年成功培育出世界上第一個單倍體作物新品種——單育1號煙草。4.實例：

后來，把單倍體育種與常規育種結合起來，培育成了水稻、玉米、油菜、甘藍和甜椒等作物的新品種。資料2

彩色馬鈴薯不僅營養成分高，且含多酚類化合物，有較強的保健功能和藥用價值。我國通過品種引進等方式獲得的彩色馬鈴薯品種數量有限，且多為晚熟品種，產量和品質較低。所以通過誘變途徑獲得新的彩色馬鈴薯品種可以豐富馬鈴薯市場，滿足人們的需要。根據以上資料，分析并回答以下問題。任務3分析突變體的利用如圖表示突變體的利用過程，請據圖分析回答下列問題：1.

突變體育種的原理是什么？基因突變和植物細胞的全能性。任務3分析突變體的利用如圖表示突變體的利用過程，請據圖分析回答下列問題：2.在培養至愈傷組織時進行誘變處理的原因是什么？愈傷組織細胞分裂旺盛，且一直處于不斷增殖的狀態，此時易發生基因突變。任務3分析突變體的利用如圖表示突變體的利用過程，請據圖分析回答下列問題：3.誘導分化得到的突變體都可以利用嗎？為什么？大多數都不可以。因為基因突變可能破壞生物體與現有環境的協調關系，進而對生物體有害；還有些基因突變既無害也無益，是中性的。任務3分析突變體的利用資料3

紅豆杉，又名紫杉。1971年，科學家從紅豆杉樹皮中分離出了紫杉醇，發現它具有獨特的抗腫瘤作用。據《人民日報》2001年10月17日第5版報道，2000年國際市場上優質紫杉醇的售價已高達每千克18萬美元。1994一1996年，在紅豆杉分布最多、最集中的云南，紅豆杉遭受了一場浩劫。盜伐者大量砍伐紅豆杉，使大大小小的山溝里，躺滿了被剝光樹皮的裸樹，溪河里浸出鮮血般的紅色樹汁……野生紅豆杉是瀕危植物，直接從它的樹皮和樹葉中提取紫杉醇的傳統生產方式，不僅產量低，還會對野生紅豆杉資源造成嚴重破壞，而紫杉醇的化學全合成法尚不具備生產應用價值。能不能運用植物細胞工程技術來生產紫杉醇？任務4分析細胞產物的工廠化生產植物細胞培養技術是工廠化生產相關代謝產物的一條有效途徑，在生產中通常要培養到什么階段？為什么？愈傷組織階段。因為此時細胞分裂能力旺盛，代謝快，有利于產物生成。任務4分析細胞產物的工廠化生產2.3細胞產物的工廠化生產(1)初生代謝物：初生代謝是生物生長和生存所必需的代謝活動。初生代謝物有糖類、脂質、蛋白質、核酸等。(2)次生代謝物：植物代謝會產生一些一般認為不是植物基本的生命活動所必需的產物。小分子有機化合物(如酚類、萜類和含氮化合物等)②本質：③作用：在植物抗病、抗蟲等方面發揮作用，也是很多藥物、香料和色素等的重要來源。①概念：1.植物的代謝產物2.3細胞產物的工廠化生產指在離體條件下對單個細胞或細胞團進行培養使其增殖的技術。過程：概念：優點：不占用耕地，幾乎不受季節、天氣等的限制，因此對于社會、經濟、環境保護具有重要意義。原理：細胞增殖大量細胞細胞培養外植體

脫分化提取細胞產物愈傷組織紫草寧、紫杉醇、人參皂苷等。實例：利用人參細胞生產人參皂苷2.植物細胞培養：植物組織培養和植物細胞培養的比較比較項目植物組織培養植物細胞培養目的

原理

過程應用植物細胞的全能性細胞增殖獲得植物體獲得細胞產物快速繁殖、作物脫毒、單倍體育種等細胞產物的工廠化生產，如紫草寧、人參皂苷、紫杉醇等(1)二倍體植株的花粉經脫分化與再分化后得到穩定遺傳的植株(

)(2)突變體育種常用射線、化學物質處理愈傷組織(

)√×二倍體植株的花粉經脫分化與再分化后得到的是單倍體植株，一般高度不育。(3)紫杉醇存在于紅豆杉屬植物體內，是初生代謝物，具有高抗癌活性，現在已被廣泛用于乳腺癌的治療(

)(4)植物細胞培養的原理是利用了植物細胞的全能性(

)紫杉醇是存在于紅豆杉屬植物體內的一種次生代謝物。××植物細胞培養的原理是細胞增殖，未涉及植物細胞的全能性。3.如圖是利用某種植物(基因型為AaBb)產生的花粉進行單倍體育種的示意圖。據圖判斷，下列敘述錯誤的是A.過程②通常使用的試劑是秋水仙素，作用時期為細胞有絲分裂前期B.通過過程①②得到的植株既有純合子又有雜合子C.過程①屬于植物的組織培養，在此過程中必須使用一定量的植物激素

或植物生長調節劑D.與雜交育種相比，該育種方法的優點是能明顯縮短育種的年限√過程②通常使用的試劑是秋水仙素，其原理是抑制紡錘體的形成，作用的時期是細胞有絲分裂前期，A正確；過程①是花藥離體培養，獲得單倍體幼苗A，其基因型有AB、Ab、aB、ab四種，過程②經過誘導染色體數目加倍，獲得純合的植株B，B錯誤。4.(2023·山東，14)利用植物細胞培養技術在離體條件下對單個細胞或細胞團進行培養使其增殖，可獲得植物細胞的某些次生代謝物。下列說法正確的是A.利用該技術可獲得某些無法通過化學合成途徑得到的產物B.植物細胞體積小，故不能通過該技術進行其產物的工廠化生產C.次生代謝物是植物所必需的，但含量少，應選擇產量高的細胞進行培養D.該技術主要利用促進細胞生長的培養條件提高單個細胞中次生代謝物

的含量√分析題意可知，可通過該技術進行植物細胞產物的工廠化生產，B錯誤；次生代謝物不是植物生長所必需的，其含量少，可以通過增加細胞的數量來增加次生代謝物的產量，C錯誤；細胞產物的工廠化生產主要是利用促進細胞分裂的培養條件，增加細胞數量，提高次生代謝物的含量，但不能提高單個細胞中次生代謝物的含量，D錯誤。網絡構建五分鐘查落實【要語必背】1.植物的快速繁殖技術不僅可以高效、快速地實現種苗的大量繁殖，還可以保持優良品種的遺傳特性。2.單倍體育種先通過花藥(或花粉)培養獲得單倍體植株，然后經過誘導染色體加倍，當年便可獲得穩定遺傳的優良品種，極大地縮短了育種年限。3.在植物的組織培養過程中，由于培養細胞一直處于不斷增殖的狀態，因此它們容易受到培養條件和誘變因素的影響而產生突變。從產生突變的個體中可以篩選出對人們有用的突變體，進而培育成新品種。4.次生代謝不是生物生長所必需的，一般在特定的組織或器官中，并在一定的環境和時間條件下才進行。【長句表達】1.利用快速繁殖技術可以保持優良品種的遺傳特性，原因是_______________________________________________________________________________________________________。2.一般選取植物根尖或莖尖的分生區作為外植體，優點是____________________________________________________________________________

(答出兩點)。3.單倍體育種和花藥離體培養獲得的植株的區別是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________