2018-2019学年高中生物 专题2 细胞工程 2.1.2 植物细胞工程的实际应用课件 新人教版选

2.1.2植物细胞工程的实际应用情境导入课程目标人参(左图)为我国名贵药材,由于其生长缓慢而供不应求,植物细胞工程技术能帮助药厂解决这一难题吗?右图为人工种子,它们是通过何种生物工程技术培育出来的呢?1.简述应用植物细胞工程技术的植物繁殖新途径。2.简述植物细胞工程技术在作物新品种培育中的应用。3.列表比较作物繁殖的几种新途径。4.列表比较单倍体育种与其他一些育种方式。5.简述细胞产物的工厂化生产。一二三一、植物繁殖的新途径1.微型繁殖(1)概念:快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。(2)特点:可保持优良品种的遗传特性,高效快速地实现种苗的大量繁殖。2.作物脱毒(1)病毒危害:病毒在作物体内逐年积累,就会导致作物产量降低,品质变差。(2)方法:选择植物无毒的茎尖组织培养获得脱毒苗。原因是分生区附近的病毒极少,甚至无病毒。3.人工种子(1)概念:以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料,经过人工薄膜包装得到的种子。(2)优点:①后代无性状分离,可以保持种苗的优良遗传特性。②不受季节、气候和地域的限制。一二三二、作物新品种的培育1.单倍体育种(1)方法:花药离体培养→单倍体植株→秋水仙素处理→纯合子植株。(2)优点:①后代是纯合子(填“纯合子”或“杂合子”),能稳定遗传。②明显缩短了育种年限。2.突变体的利用(1)产生原因:在植物组织培养过程中,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。(2)利用:筛选出对人们有用的突变体,进而培育成新品种。一二三三、细胞产物的工厂化生产1.细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。2.技术:植物组织培养技术。3.实例:我国利用植物组织培养技术实现了大量生产人参皂甙干粉;另外三七、紫草和银杏的细胞产物也都已实现了工厂化生产。自主思考借助植物组织培养技术进行细胞产物的工厂化生产时,是否将外植体培育成植株?如若不是,那培育到哪一阶段即可?提示:否;把外植体培养成愈伤组织即可。探究一探究二易错点排查植物繁殖的新途径●问题导引●如果你是一家花卉繁育基地的老板,当然期望你的花卉大量和快速繁殖,以获取较大的经济效益。思考:(1)哪一生物工程技术能大量和快速地繁殖花卉?简述该技术的大体操作过程。(2)常规种子的生产存在哪些缺陷?人工种子是天然种子的替代品,人工种子由哪几部分构成?提示:(1)植物组织培养,该技术的大体操作过程是:获取大量的外植体→消毒处理→接种→脱分化形成愈伤组织→再分化出根、芽→形成幼苗。(2)常规种子的生产存在的缺陷包括:受季节、气候和地域的限制,生产周期长,数量有限等。人工种子主要由胚状体(或不定芽、顶芽、腋芽等)、人工薄膜等几部分构成。探究一探究二易错点排查●名师精讲●1.微型繁殖(1)概念:把用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术,叫作植物的微型繁殖技术。(2)优点。①植物组织培养技术是无性繁殖技术,新植株含有的遗传物质与亲本一样,因而能保持亲本的优良性状。②利用这种技术可以迅速大量地培育新个体,有利于进行工厂化生产。③选材少、培养周期短、繁殖率高,便于自动化管理。(3)获取方法:植物组织培养。(4)实例:优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物。探究一探究二易错点排查2.作物脱毒(1)原理:生产上许多无性繁殖作物均受到病毒的侵染,从而导致品种的严重退化、减产和品质降低。利用植物分生组织(刚刚产生,病毒很少甚至无病毒)进行培养可以使新长成的植株脱去病毒。(2)选材:无病毒或病毒极少的茎尖或根尖。(3)优点:获得高产、优质的无病毒植株。(4)获取方法:植物组织培养。(5)实例:脱毒马铃薯比未经脱毒的马铃薯增产约50%以上。探究一探究二易错点排查3.神奇的人工种子(1)概念:人工种子是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。人工种子在适宜的条件下同样能够萌发长成幼苗。(2)组成:由胚状体、人工种皮(即人工薄膜)两部分组成。如下图。探究一探究二易错点排查(3)人工种皮的要求。①能保持胚状体的活力,即要能透气、透水,含有胚状体发芽所需要的各种营养成分等。②有利于贮藏、运输和萌发,选取的材料要有韧性、耐压、对胚状体无毒害。③还应含有农药和杀菌剂,以防播种后害虫及微生物的侵害。④还要加入能促进胚状体生长和发育的一些植物生长调节剂、有益菌等。(4)制作人工种皮的材料:海藻酸钠、明胶、树脂、琼脂糖、淀粉等。探究一探究二易错点排查(5)优点。①解决了某些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。②固定杂种优势。天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象,因而会造成某些遗传性状的改变,而人工种子则可以完全保持优良品种的遗传特性。③快捷高效的繁殖方式。天然种子在生产上受季节的限制,一般每年只能繁殖1~2次,有些甚至十几年才繁殖一次,而人工种子生产不受季节限制,且快捷高效。④可控制植物的生长发育与抗逆性。针对植物种类和土壤条件,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,可控制植物的生长发育和增强抗逆性。(6)获取方法:植物组织培养。(7)实例:已成功把芹菜、花椰菜、桉树和水稻的胚状体制备成了人工种子,并得到了较高的发芽率。探究一探究二易错点排查特别提醒可依据植物组织培养的特点理解各“繁殖新途径”的优点:①根据植物组织培养“无性繁殖,后代能保持亲本优良性状”的特点,理解微型繁殖、人工种子的优点。②根据植物组织培养“外植体用量少,培养周期短”的特点,理解微型繁殖、人工种子的优点。③根据植物组织培养“取材广泛,可根据生产需要取材”的特点,理解作物脱毒的优点。④根据植物组织培养“在实验室或工厂进行,可人工控制,不受季节限制”的特点,理解微型繁殖、人工种子的优点。探究一探究二易错点排查【例题1】植物的微型繁殖的优点是()A.取材少B.培养周期短C.繁殖率高D.以上都是解析:微型繁殖也叫快速繁殖技术,利用的技术手段就是植物组织培养,该繁殖充分发挥了植物组织培养的优势,例如取材少、培养周期短、繁殖率高、可人工控制等。答案:D探究一探究二易错点排查作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产●问题导引●小麦为一年生粮食作物,已知小麦高秆(D,易倒伏)对矮秆(d,抗倒伏)为显性,抗锈病(T)对易感锈病(t)为显性,现有纯种高秆抗锈病小麦和矮秆易感锈病小麦,欲培育出纯合矮秆抗锈病小麦新品种。思考:(1)通过杂交育种方式能在两年内完成育种任务吗?为什么?(2)通过单倍体育种方式也能完成育种任务,尝试写出育种的大体流程并简述单倍体育种的优势。(3)总结单倍体育种与组织培养技术的关系。探究一探究二易错点排查提示:(1)不能。小麦为一年生,第二年仅能收获F2种子,因为纯合矮秆抗锈病小麦的基因型为ddTT,F2中的矮秆抗锈病植株有纯合子,也有杂合子。(2)纯种高秆抗锈病小麦和矮秆易感锈病小麦杂交得到F1→种植F1,得到其花粉→对花粉离体培养,获得单倍体幼苗→对单倍体幼苗秋水仙素处理,获得纯合子植株→选择矮秆抗锈病植株并收获种子。(3)组织培养技术是单倍体育种必需的手段。探究一探究二易错点排查●名师精讲●1.作物新品种的培育(1)单倍体育种。①原理:整个单倍体育种过程的原理是染色体变异,其中花药离体培养是利用细胞的全能性。②过程:通过花药离体培养获得单倍体植株,经染色体加倍后当年便可得到稳定遗传的优良品种,极大地缩短了育种年限。如下图:花药单倍体植株具优良性状的正常植株③成功应用举例:我国培育的单育1号烟草品种,中花8号、11号水稻和京花1号小麦等。探究一探究二易错点排查(2)突变体的利用。①原理: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,从这些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。②成功应用举例:抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草、抗除草剂的白三叶草等。特别提醒突变体的产生原理是基因突变。探究一探究二易错点排查2.细胞产物的工厂化生产(1)细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。(2)过程。外植体愈伤组织细胞悬液细胞产物(3)举例:工厂化生产人参皂甙。①过程:人参根愈伤组织选择增殖速度快且细胞内人参皂甙含量高的细胞分裂出更多的细胞人参皂甙②优点:提高生产速度、便于操作管理。(4)其他实例:三七、紫草和银杏的细胞产物的工厂化生产。探究一探究二易错点排查【例题2】采用下图所示的方法获得纯合高蔓抗病番茄植株(两对相对性状独立遗传)。下列叙述错误的是()A.过程①的自交代数越多,纯合高蔓抗病植株的比例越高B.过程②可以任取一植株的适宜花药作培养材料C.过程③利用了植物体细胞杂交技术D.图中④筛选过程可改变抗病基因频率探究一探究二易错点排查解析:随着杂合子自交代数增加,后代杂合子的比例越来越小(1/2n),则纯合子比例越来越高;由于F1所有植株的基因型都相同,因而过程②可以任取一植株的适宜花药作培养材料;过程③是通过基因工程获得转基因植株的过程,需要的技术主要有DNA重组技术、植物组织培养技术,而不涉及植物体细胞杂交技术;筛选的过程是人工选择的过程,被选择保留的植株所带有的基因也就被选择保留下来,因而其频率会升高。答案:C探究一探究二易错点排查典型方法明确图解中各种育种方式的判断依据是解答此类题型的关键。可根据核心技术手段对图解中的育种方式进行判断。育种方式核心技术手段单倍体育种花粉离体培养杂交育种杂交、自交、测交多倍体育种对萌发的种子或幼苗用秋水仙素诱导处理诱变育种用物理、化学因素处理生物植物体细胞杂交育种细胞融合基因工程育种转基因技术探究一探究二易错点排查判断正误(正确的画“√”,错误的画“×”)。1.微型繁殖离不开组织培养。()提示:√2.微型繁殖技术也叫快速繁殖技术。()提示:√3.微型繁殖过程中,既存在有丝分裂,又存在减数分裂。()提示:×微型繁殖属于无性生殖,不进行减数分裂。4.微型繁殖形成的子代能保持亲本优良性状的原因是外植体为体细胞且进行有丝分裂。()提示:√5.感染病毒的外植体经组织培养形成无病毒的幼苗。()提示:×组织培养不能对外植体脱毒。探究一探究二易错点排查6.植物的茎尖处极少感染病毒。()提示:√7.人工种子的人工薄膜相当于常规种子的种皮和胚乳。()提示:√8.单倍体育种的目标是得到能稳定遗传的单倍体。()提示:×单倍体育种的目标是得到能稳定遗传的染色体数目正常的个体。9.利用植物组织培养技术进行细胞产物的工厂化生产时,可不必把外植体培养成完整的幼苗。()提示:√123451.下列与人工种子形成过程无关的是()A.细胞的脱分化和再分化B.细胞全能性C.细胞有丝分裂D.细胞减数分裂解析:人工种子是经植物组织培养而获得的,其理论基础是细胞的全能性,经过了细胞的脱分化和再分化两个阶段,细胞增殖的方式为有丝分裂。答案:D123452.基因型为Aa的植株经花药离体培养成的幼苗,再经秋水仙素处理后发育成的植株基因型是()A.AAaaB.AAC.AaD.AA或aa解析:基因型为Aa的植株经减数分裂产生基因型为A、a的配子,经秋水仙素处理后染色体数加倍,增加的是相同基因,即植株基因型为AA或aa。答案:D123453.不属于人工种子组成部分的是()A.人工薄膜B.胚状体C.顶芽D.外植体解析:人工种子由人工薄膜和胚状体(或不定芽、顶芽、腋芽等)组成。未脱分化的外植体不可能是人工种子的组成部分。答案:D123454.培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是()A.组织培养B.细胞杂交C.显微注射D.核移植答案:A123455.若大量、快速生产人参皂甙干粉和黄酮类物质需借助下列哪项生物技术?()A.基因工程B.诱变育种C.植物组织培养D.植物体细胞杂交解析:培养人参外植体经脱分化形成愈伤组织,将愈伤组织接种到发酵罐中连续培养,可在培养液中获得大量人参细胞,经提炼可得皂甙干粉,因此人参皂甙干粉是通过植物组织培养技术获得的。答案:C