2020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 新人教版选修3

专题2细胞工程2.1植物细胞工程2.1.2植物细胞工程的实际应用[学习目标][核心素养]列举植物细胞工程的实际应用。生命观念：列举植物组织培养、植物体细胞杂交技术在生产实践中的应用，用生命观念解释植物细胞工程给人们带来的影响。读教材、抓双基自主预习一、植物繁殖的新途径1．微型繁殖(1)概念：用于快速繁殖优良品种的1______________技术，属于2______(填“有性”或“无性”)生殖。(2)优点：能保持优良品种的3__________；4__________地实现种苗的大量繁殖。植物组织培养无性遗传特性高效快速2．作物脱毒(1)选材部位：植物5________附近，因为此处细胞内的病毒极少，甚至无病毒。(2)优点：提高作物的产量和品质。(3)实例：目前采用6__________培养技术来脱除病毒，在甘蔗、菠萝等主要经济作物上已获得成功。分生区茎尖组织3．人工种子(1)概念：以植物组织培养得到的7________、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过8__________包装得到的种子。(2)用途：可以解决某些植物结实率9____、繁殖困难的问题。(3)优点①后代无性状分离。②生产不受季节、气候和地域的限制。胚状体人工薄膜低二、作物新品种的培育1．单倍体育种(1)方法：10________________。(2)过程：花药――→离体培养11________植株――→人工诱导染色体加倍12________植株。(3)优点①后代一般是纯合子，能13__________，不会发生性状分离。②极大地缩短了育种年限。花药的离体培养单倍体纯合子稳定遗传2．突变体及其利用(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14__________，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。(2)过程(3)优点：提高愈伤组织的突变率，加快了育种进程。分生状态突变体三、细胞产物的工厂化生产1．细胞产物的种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。2．技术：16______________技术。3．实例：生产17______________，三七、紫草和银杏的细胞产物也都已经实现了工厂化生产。植物组织培养人参皂甙干粉1．判断下列叙述的正误。(1)微型繁殖技术只保持亲本的优良特性。()(2)葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于微型繁殖。()(3)脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位。()×××(4)天然种子萌发后长成的植株容易发生性状分离，人工种子长成的植株性状不分离。()(5)单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。()(6)突变体培育通常对植物的愈伤组织进行诱变处理，而工厂化生产的细胞产物也是来自愈伤组织细胞。()(7)人工种子的培育也能说明植物细胞具有全能性。()(8)工厂化生产的细胞产物，其化学成分都是蛋白质。()√×√××2．下列过程中不涉及植物组织培养技术的是()A．由马铃薯的茎尖培育出脱毒植株B．白菜和甘蓝经体细胞杂交过程培育出杂种植株C．转入抗卡那霉素基因的烟草细胞培育出转基因植株D．二倍体水稻的种子经秋水仙素处理后培育出四倍体植株解析：选D由茎尖、杂种细胞或转基因烟草细胞培育成植株的过程，均需要运用植物组织培养技术；将二倍体水稻种子经秋水仙素处理后培育成四倍体的过程，属于多倍体育种，不涉及植物组织培养。解疑难、提能力课堂探究探究点一|植物繁殖的新途径|核心探究|一、微型繁殖与作物脱毒1．微型繁殖(1)概念：植物的快速繁殖技术就是利用植物组织培养的方法将植物体某一部分的组织小块进行培养并诱导其分化成大量的小植株，从而达到快速无性繁殖的目的，也称为试管苗繁殖。(2)实质：植物组织培养。(3)原理：植物细胞的全能性。(4)微型繁殖技术的优点及应用范围①能保持亲本的一切优良性状(高保真)，子代个体具有的遗传物质与亲本的遗传物质相同。②选材少，培养周期短，繁殖率高。③不受自然生长季节的限制，便于自动化管理，有利于进行工厂化培养。④作物脱毒。(5)微型繁殖的条件培养基中加入细胞生命活动所需要的水、矿质元素和小分子有机物，还有激素，更重要的是所有加入的物质都必须是无菌的，操作过程也必须在无菌条件下进行，这样繁殖的幼苗才是无毒的。2．作物脱毒(1)进行作物脱毒的原因：进行无性繁殖的作物，它们感染的病毒很容易传播给后代。因而需要进行作物脱毒。(2)材料的选取：植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒。(3)需要解决的问题：无性繁殖的作物，它们感染的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。(4)解决方法：切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。(5)理论基础：植物分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。(6)特点：繁殖速度快；不受季节和地域的限制。(7)成果：目前采用茎尖组织培养技术来脱除病毒，已获得脱毒的马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝和香蕉等经济作物。二、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(如图所示)。人工种子在适宜条件下同样能够萌发长成幼苗。2．制备过程3．主要优点(1)可使在自然条件下不结实或种子昂贵的植物得以繁殖。(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。(4)可控制植物的生长发育与抗逆性。(5)方便储藏和运输。4．人工种子与天然种子的区别：人工种子是通过植物组织培养(无性生殖)形成的，能保持亲本的优良性状；而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。[易错易混]有关人工种子的两点提醒(1)人工种子中，只有胚状体(或不定芽、顶芽、腋芽)部分是植物组织培养的产物。(2)人工种子可以固定杂种优势：天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改变，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。三、植物组织培养与植物细胞培养的比较项目植物组织培养植物细胞培养目的获得植物体获得细胞产物培养基固体培养基液体培养基过程实例各种转基因植物、脱毒苗人参皂甙的生产|探究演练|1．下列属于微型繁殖的是()A．马铃薯的块茎繁殖B．胡萝卜根的形成层繁殖C．杨树的扦插繁殖D．果树的嫁接繁殖解析：选B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作植物的微型繁殖技术，也叫快速繁殖技术，A、C、D项所描述的均属于营养生殖(无性生殖方式的一种)；B项运用植物组织培养技术，属于微型繁殖。2．如图所示一人工种子，下列与人工种子培育生产过程有关的叙述中，不正确的是()A．人工种子一般用离体的植物细胞通过组织培养技术获得B．胚状体由愈伤组织分化而成，离体细胞只有形成愈伤组织才能表现出全能性C．同一批次的人工种子可以保证具有相同的基因型D．胚状体是由未分化的、具有分裂能力的细胞构成的解析：选D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，A正确；胚状体是由愈伤组织分化形成的，离体细胞只有经过组织培养形成愈伤组织才能表现出全能性，B正确；同一批次的人工种子由同一离体的植物组织、器官经过脱分化和再分化形成，所以基因型相同，C正确；胚状体是由愈伤组织分化形成的，D错误。3．通过植物组织培养技术可以快速繁殖、生产药物及培育无病毒的植物等。据图甲、表乙回答问题：A组B组C组D组E组吲哚乙酸03ppm3ppm0.03ppm0细胞分裂素00.2ppm0.002ppm1.0ppm0.2ppm花芽生长状况仍是组织切块形成愈伤组织愈伤组织分化出根愈伤组织分化出嫩芽稍生长表乙植物的花芽分别在含有不同比例的吲哚乙酸和细胞分裂素的培养基中的生长状况(1)离体的植物器官、组织或细胞能够被培养成新的植物体的原理是______。(2)应用植物组织培养技术诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状体结构，若包上人造种皮，制成人工种子，可解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。胚状体来源于离体的植物体细胞，其形成过程中要经过的生理变化大体上是图甲中[]________和[]________过程，在此过程中被培养的细胞始终受____________的调节([]内填序号)。(3)应用植物组织培养技术培养茎尖或根尖组织可获得无病毒植株，其原因是_________________________。(4)从表乙的实验结果可看出：吲哚乙酸和细胞分裂素是实验中的两种重要物质。其中，新芽形成必须的条件是____________；而在培养形成完整新个体过程中，对它们的调控关键是________________________________。解析：(1)图甲表示植物组织培养过程，其原理是植物细胞的全能性。(2)由图甲可知：①表示脱分化过程、②表示再分化过程；在此过程中，被培养的细胞始终受细胞分裂素和吲哚乙酸的调节。(3)植物的茎尖或根尖很少被病毒感染，甚至无病毒，因此应用植物组织培养技术培养茎尖或根尖组织可获得无病毒植株。(4)在植物组织培养过程中，细胞分裂素和吲哚乙酸起着重要的调节作用，当细胞分裂素比例高时，诱导丛芽的产生，当吲哚乙酸比例高时，诱导根的产生，由此可见，对它们的调控的关键是适当控制好不同培养期的培养基中细胞分裂素和吲哚乙酸的浓度及二者的比例。答案：(1)植物细胞的全能性(2)①脱分化②再分化植物激素(3)植物的茎尖或根尖很少被病毒感染，甚至无病毒(4)细胞分裂素的浓度大于吲哚乙酸的浓度适当调控好不同培养期的培养基中细胞分裂素和吲哚乙酸的浓度和它们的比例探究点二|作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产|核心探究|一、作物新品种的培育1．单倍体育种(1)原理：生殖细胞的全能性(花药离体培养为单倍体植株)；染色体数目的变异(秋水仙素诱导单倍体幼苗细胞染色体数目加倍)。(2)方法：花药离体培养，秋水仙素处理，获得纯合子。(3)过程花药离体培养――→脱分化愈伤组织――→再分化单倍体植株――→染色体加倍正常植株(4)优点：后代稳定遗传，都是纯合子；明显缩短育种年限。(5)缺点：技术相对复杂，需要与杂交育种结合，其中的花药离体培养过程需要组织培养技术的支持，多限于植物。(6)成果：我国在水稻、小麦、烟草、柏、橡胶和辣椒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)来源：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的影响而产生突变，从这些产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。如图：(2)实质：植物组织培养。(3)形成原因：培养细胞一直处于不断的分生状态，容易受到外界一些条件的影响而发生突变。(4)应用：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。二、细胞产物的工业化生产1．细胞产物的种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。2．技术外植体(离体的植物器官、组织或细胞)――→脱分化愈伤组织――→分散开细胞悬液――→培养、提取细胞产物3．工厂化生产人参皂甙的基本流程(1)选择人参根作为外植体进行培养，产生愈伤组织，经过培养找到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株，其中一部分作为种子保存，以备下一次生产用，一部分进行发酵生产。(2)将第一步选择得到的细胞株在发酵罐中的适宜培养液中进行发酵生产。(3)将发酵罐中培养的细胞进行破碎处理，从中提取人参皂甙。4．成功的实例：人参、三七、紫草和银杏的细胞产物都已实现了工厂化生产。三、五种生物技术的比较方式植物组织培养突变体的利用单倍体育种植物体细胞杂交植物基因工程育种原理植物细胞的全能性基因突变、植物细胞的全能性花粉细胞的全能性、染色体变异细胞膜的流动性、植物细胞的全能性基因重组、植物细胞的全能性方式植物组织培养突变体的利用单倍体育种植物体细胞杂交植物基因工程育种重要步骤脱分化、再分化对愈伤组织诱变处理花药离体培养