2024高中生物专题2细胞工程2.1第2课时植物细胞工程的实际应用教案新人教版选修3

PAGE9-第2课时植物细胞工程的实际应用[学习目标]1.理解微型繁殖技术的应用。2.了解单倍体育种过程和优点。3.驾驭作物脱毒、人工种子的制备过程和意义。学问点一植物繁殖的新途径学问梳理1.微型繁殖(1)概念：eq\o(□,\s\up3(01))快速繁殖优良品种的eq\o(□,\s\up3(02))植物组织培育技术叫微型繁殖技术。(2)实质：植物的组织培育。(3)依据原理：eq\o(□,\s\up3(03))细胞全能性。(4)完成该过程的细胞分裂方式：eq\o(□,\s\up3(04))有丝分裂。(5)特点①保持优良品种的eq\o(□,\s\up3(05))遗传特性。②eq\o(□,\s\up3(06))高效快速地实现种苗的大量繁殖。(6)适用对象：一些优良eq\o(□,\s\up3(07))欣赏植物、经济林木、无性繁殖作物等。(7)实例：兰花、生菜、杨树和无子西瓜等。2．作物脱毒(1)选材部位：植物eq\o(□,\s\up3(01))分生区旁边(如茎尖)的部位，因为eq\o(□,\s\up3(02))此区病毒极少，甚至无病毒。(2)脱毒苗①常用方法：茎尖组织培育技术。②结果：植株eq\o(□,\s\up3(03))可能不带病毒，从而获得脱毒苗。(3)优点：用脱毒苗进行繁殖，种植的作物eq\o(□,\s\up3(04))就不会或极少感染病毒，从而提高作物产量和品质。(4)实例：eq\o(□,\s\up3(05))马铃薯、eq\o(□,\s\up3(06))草莓、甘蔗、菠萝、香蕉等无病毒植株的培育。3．人工种子(1)概念：以植物组织培育得到的eq\o(□,\s\up3(01))胚状体、不定芽、eq\o(□,\s\up3(02))顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。(2)(3)特点①繁殖周期短。②实现优良杂种的后代不发生eq\o(□,\s\up3(06))性状分别，能够保持亲本的优良性状。③不受气候、季节和eq\o(□,\s\up3(07))地域限制，并可节约土地。(4)适用对象①生长数年后才结种子的植物。②某些作物的优良杂种。(5)实例：eq\o(□,\s\up3(08))芹菜、eq\o(□,\s\up3(09))花椰菜、桉树和水稻等。eq\a\vs4\al([问题探究])1.微型繁殖是无性生殖吗？提示：微型繁殖实际是一种无性生殖，繁殖过程中细胞的分裂方式是有丝分裂，亲、子代细胞内遗传物质相同，因此能保证亲、子代遗传特性不变。2．为何植物分生区旁边病毒少？提示：在植物分生区旁边，细胞分裂非常快速，病毒来不及侵入，因此就成为植物体相对无病毒的特别区域。3．脱毒苗与抗毒苗有何区分？提示：脱毒苗是选择植物的茎尖(刚形成，病毒极少，甚至无病毒)进行组织培育而获得的，属于细胞工程的范畴。抗毒苗是把某抗病基因导入到受体细胞中，并通过肯定的方法培育形成的，属于基因工程的范畴。4．自然种子中种皮的基因型与胚的基因型肯定相同吗？提示：不肯定。自然种子中种皮的基因型与母本相同，而胚的基因型与父本和母本均有关。5．胚状体的产生途径有哪些？提示：①由脱分化的外植体干脆产生；②由愈伤组织产生；③由悬浮细胞培育产生。典题分析题型一微型繁殖技术及作物脱毒[例1]利用植物的茎尖或叶片、茎段等，在无菌条件下，培育在玻璃器皿中人工配制的培育基上，使它发育成完整的植株。这种技术可以用来培育植物新品种，也可以在较短时间内大量繁殖植物，还可以防止植物病毒的危害。下列关于这种技术的叙述，正确的是()①这种技术利用了植物细胞的全能性②这种技术叫做植物组织培育，可以克隆生物体③这种技术属于细胞工程的应用领域之一④这种技术是一种无性繁殖的方式A．① B．①②C．①②③ D．①②③④解题分析植物体细胞都含有该物种全套遗传信息，所以每个细胞理论上都具有全能性，都有发育成完整生物体的潜能，植物组织培育就是在体外通过人工方法，让植物细胞表现出全能性，是植物细胞工程的一个基础技术手段，①②③正确；因为没有生殖细胞的结合，所以属于无性生殖方式，④正确。答案D题型二人工种子的制备及特点[例2]下列关于人工种子的叙述，不科学的是()A．人工种皮的制作材料有海藻酸钠、明胶、淀粉等B．利用种子进行繁殖属于有性生殖，所以利用人工种子繁殖也属于有性生殖C．在人工种皮中可加入菌肥、农药等，所以人工种子萌发率比自然种子萌发率高D．人工种子的胚状体是经植物组织培育形成的解题分析植物种子是通过有性生殖得到的，所以利用种子进行繁殖属于有性生殖，而人工种子是利用植物组织培育得到的，假如利用植物的体细胞进行植物组织培育得到人工种子，则该人工种子繁殖属于无性生殖，假如利用花粉进行植物组织培育得到人工种子，则该人工种子繁殖属于有性生殖，B错误。答案B学问拓展人工种子中，只有胚状体或不定芽、顶芽、腋芽部分是植物组织培育的产物。人工种子可以固定杂种优势：自然种子会因有性生殖而引起基因重组，造成某些遗传性状的变更，而人工种子实际是无性繁殖，所以可以保持优良品种的遗传特性。学问点二作物新品种的培育学问梳理1.单倍体育种(1)原理：eq\o(□,\s\up3(01))染色体变异、植物细胞全能性。(2)过程：配子eq\o(→,\s\up10(花药离体培育))eq\o(□,\s\up3(02))单倍体幼苗eq\o(→,\s\up10(人工诱导),\s\do10(染色体加倍))正常植株。(3)优点：得到纯合子，能eq\o(□,\s\up3(03))稳定遗传，明显eq\o(□,\s\up3(04))缩短育种年限。(4)缺点①技术困难，须要与杂交育种相结合。②多限于植物。(5)实例：我国在水稻、小麦、烟草等植物的单倍体育种上，处于世界领先地位。2．突变体的利用(1)原理：eq\o(□,\s\up3(01))基因突变和植物细胞的全能性。(2)过程：植物组织培育过程中，由于培育细胞始终处于不断的eq\o(□,\s\up3(02))分生状态，因此简单受到培育条件和eq\o(□,\s\up3(03))外界压力(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。(3)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。(4)缺点：有利变异少，需大量处理试验材料。(5)实例：抗花叶病毒的甘蔗、抗eq\o(□,\s\up3(05))盐碱的野生烟草、抗eq\o(□,\s\up3(06))除草剂的白三叶草等。eq\a\vs4\al([问题探究])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？提示：单倍体植株弱小，高度不育。通常用秋水仙素或低温处理单倍体幼苗，诱导其染色体加倍。2．单倍体育种和花药离体培育获得的植株有什么区分？提示：单倍体育种和花药离体培育的区分：花药离体培育是单倍体育种的常用方法，该过程得到的植株是单倍体，表现高度不育；单倍体育种是在花药离体培育的基础上，用适当浓度的秋水仙素或低温处理，获得纯合的植株，而且自交后代不发生性状分别。3．单倍体幼苗经秋水仙素诱导处理后得到的都是纯合子吗？试分析缘由。提示：不肯定。对二倍体植物形成的单倍体，这句话是对的。对多倍体，这句话不对。例如，四倍体植物(AAaa)形成的单倍体幼苗(基因型有AA、Aa、aa三种)，经秋水仙素诱导后形成的仍旧是四倍体，基因型分别为AAAA、AAaa、aaaa，其中AAaa是杂合子。4．单倍体育种与多倍体育种的异同。提示：单倍体育种和多倍体育种均须要用秋水仙素或低温诱导染色体数目加倍。单倍体育种须要植物组织培育先形成单倍体幼苗，但多倍体育种一般不运用植物组织培育技术。典题分析题型三作物新品种的培育方法[例3]下图是利用某植物(基因型为AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示意图，据图推断错误的是()eq\x(花粉\o(→,\s\up10(①))植株A\o(→,\s\up10(②))植株B)A．过程②通常运用的试剂是秋水仙素，作用时期为有丝分裂前期B．通过过程②得到的植株既有纯合子又有杂合子C．过程①属于植物的组织培育，在此过程中必需运用肯定量的植物激素D．与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种年限解题分析该过程是单倍体育种过程，所以①是花药离体培育，获得的是单倍体，基因型为AB、Ab、aB、ab4种，经染色体加倍后的植株B都为纯合子，B错误；过程②运用秋水仙素使染色体数目加倍，作用的机理是抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，到后期染色单体分开后不能向细胞两极移动，A正确；过程①属于植物组织培育，须要生长素和细胞分裂素的诱导，C正确；单倍体育种可以显著缩短育种年限，D正确。答案B[例4]下图为几种育种方法示意图，据图回答：(1)①④方向所示的途径表示________育种方法，⑦过程所示的育种方法是________________。(2)②过程是________________，③⑦过程中采纳方法有________________________(填两项)。(3)⑤过程发生在生物个体发育的________时期。经过⑥的选育，得到具有新基因的种子或幼苗，由此培育出的新品种具有某一优良性状，若要将该性状稳定快速地遗传下去，运用生物技术的解决方法是________________________。(4)⑧→⑩过程所代表的生物技术涉及两项重要步骤是__________________、____________________。假设甲种植物是四倍体，乙种植物是二倍体，则人工种子萌发长成的植物是几倍体？________。解题分析(1)据图分析，①④所示途径为杂交育种，①②③途径为单倍体育种，⑦途径为多倍体育种。(2)②是花药离体培育过程，③阶段是用秋水仙素处理或低温诱导单倍体幼苗，而⑦属于多倍体育种，用秋水仙素处理或低温诱导萌发的种子或幼苗。(3)⑤⑥途径属于诱变育种，基因突变具有随机性，因而⑤过程发生在生物个体发育的任何时期；通过植物组织培育技术可以将植物细胞的突变基因快速稳定地遗传下去。(4)⑧→⑩属于植物体细胞杂交技术流程，须要经过植物细胞的融合、杂种细胞的组织培育等阶段。植物体细胞杂交得到的杂种细胞的染色体组数(N)＝甲植物染色体组数(n1)＋乙植物染色体组数(n2)，则杂种植株属于异源N倍体。答案(1)杂交多倍体育种(2)花药离体培育秋水仙素处理或低温诱导(3)任何植物组织培育技术(微型繁殖)(4)植物体细胞融合植物组织培育(异源)六倍体题后归纳五种生物技术的比较学问点三细胞产物的工厂化生产学问梳理1.过程eq\x(外植体)eq\o(→,\s\up10(脱分化))eq\x(\a\al(愈伤,组织))eq\o(→,\s\up10(分散开))eq\x(\a\al(细胞,悬液))eq\o(→,\s\up10(发酵),\s\do10(提取))eq\x(\a\al(细胞,产物))2．技术：植物eq\o(□,\s\up3(01))组织培育技术。3．产物种类：eq\o(□,\s\up3(01))蛋白质、脂肪、糖类、eq\o(□,\s\up3(02))药物、香料、生物碱等。4．实例：工厂化生产人参皂甙干粉。5．优点：提高生产速度、便于操作管理。eq\a\vs4\al([问题探究])依据培育目的的差异，细胞工程应用中的各项技术在植物组织培育时应分别培育到什么阶段？提示：①微型繁殖、脱毒苗、单倍体育种、突变体：到完整植株。②人工种子：到胚状体阶段。③细胞产物的工厂化生产：可以培育到植株阶段，也可以培育到愈伤组织阶段。典题分析题型四植物组织培育与植物细胞培育的比较[例5]植物细胞培育是在植物组织培育技术的基础上发展起来的，下列有关植物细胞培育的叙述不正确的是()A．植物细胞培育技术的目的是为了获得大量有生理活性的次级代谢产物B．植物细胞培育技术快速、高效，不受季节、外部环境等条件的限制C．利用生物反应器悬浮培育人参细胞，提取人参皂甙，用于生产保健药品和美容护肤用品D．植物细胞培育须要在肯定的温度、pH等条件下进行，但不须要进行无菌操作解题分析植物细胞培育和植物组织培育一样，整个培育过程必需在无菌条件下进行，否则培育基内将长出很多杂菌，与离体细胞争夺养分与生存空间，影响细胞增殖和细胞次级代谢产物的获得，D错误；A项所述为植物细胞培育的目的，B项为特点，C项为应用，A、B、C正确。答案D[例6]如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径。(1)过程①为________，除了供应水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外，还须要在培育基中加入________，获得的愈伤组织具有的特点是_________________________________________________________________。(2)过程②________(填“是”或“不是”)再分化，该过程主要用________处理愈伤组织。(3)过程③须要运用________(填“固体”“液体”或“半固体”)培育基，这样有利于细胞增殖，在培育过程中，除必要的温度、光照和氧气等外界条件外，胜利的另一个关键是操作过程中必需保证________，该途径是否体现了植物细胞具有全能性？________。解题分析(1)过程①为脱分化，除了供应水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外，还须要在培育基中加入植物激素(生长素