第2章 第1节 第2课时 植物细胞工程的应用 讲义-（新教材）2019新人教版高中生物选择性必修三.doc

1、1/9第第 2 课时课时植物细胞工程的应用植物细胞工程的应用课标内容要求课标内容要求核心素养对接核心素养对接举例说明植物细胞工程利用快速繁殖举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒脱毒、次生代谢物生产次生代谢物生产、育种等方式有育种等方式有效提高了生产效率。效提高了生产效率。社会责任社会责任： 列举植物组织培养技术在生列举植物组织培养技术在生产实践中的应用产实践中的应用， 说明植物细胞工程对说明植物细胞工程对生产的影响。生产的影响。一、植物繁殖的新途径一、植物繁殖的新途径1快速繁殖快速繁殖(1)快速繁殖技术：快速繁殖优良品种的快速繁殖技术：快速繁殖优良品种的植物组织培养植物组织培养技术。技术。(

2、2)特点特点无性无性繁殖，保持优良品种的遗传特性繁殖，保持优良品种的遗传特性高效、快速地实现种苗的高效、快速地实现种苗的大量繁殖大量繁殖可实现工厂化生产可实现工厂化生产2作物脱毒作物脱毒(1)选材部位：植物的选材部位：植物的分生区附近分生区附近。(2)选材原因：选材原因：分生区附近分生区附近的病毒极少，甚至的病毒极少，甚至无病毒无病毒。(3)实例实例：目前采用目前采用茎尖组织茎尖组织培养技术来脱去病毒培养技术来脱去病毒，在在马铃薯马铃薯、草莓草莓、甘蔗甘蔗、菠萝、香蕉等主要经济作物上已获得成功。菠萝、香蕉等主要经济作物上已获得成功。二、作物新品种的培育二、作物新品种的培育1单倍体育种单倍体育种

3、(1)过程：过程：花药花药离体培养离体培养单倍体单倍体植株植株染色体加倍染色体加倍纯合子植株。纯合子植株。(2)优点优点后代是纯合子，能后代是纯合子，能稳定遗传稳定遗传。明显缩短了明显缩短了育种的年限育种的年限。2突变体的利用突变体的利用(1)产生原因产生原因： 在植物的组织培养过程中在植物的组织培养过程中， 易受易受培养条件培养条件和和诱变因素诱变因素(如射线如射线、化学物质化学物质等等)的影响而的影响而产生突变产生突变。(2)利用：筛选出对人们有用的利用：筛选出对人们有用的突变体突变体，进而培育成，进而培育成新品种新品种。三、细胞产物的工厂化生产三、细胞产物的工厂化生产1次生代谢物次生代谢

4、物2/9(1)概念：植物代谢会产生一些一般认为概念：植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需不是植物基本的生命活动所必需的的产物。产物。(2)作用：在植物作用：在植物抗病、抗虫抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多等方面发挥作用，也是很多药物药物、香料香料和和色素色素等等的重要来源。的重要来源。2生产技术手段生产技术手段：植物组织培养植物组织培养技术。技术。3优点优点：生产速度快生产速度快。4实例实例：利用紫草细胞的组织培养生产的利用紫草细胞的组织培养生产的紫草宁紫草宁具有抗菌具有抗菌、消炎和抗肿瘤消炎和抗肿瘤等活性。利用红豆杉细胞的组织培养生产的等活性。利用红豆杉细胞的组织培养生产

5、的紫杉醇紫杉醇具有高抗癌活性。具有高抗癌活性。判断对错判断对错(正确的打正确的打“”“”，错误的打，错误的打“”“”)1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。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。()提示提示：题述繁殖方式属于无性繁殖，不属于微型繁殖。微型繁殖是指用于题述繁殖方式属于无性繁殖，不属于微型繁殖。微型繁殖是指用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。2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。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。()提示提示：培育脱毒苗时选用的通常是茎尖等分生组织，原

6、因是该组织附近的培育脱毒苗时选用的通常是茎尖等分生组织，原因是该组织附近的病毒极少，甚至无病毒。病毒极少，甚至无病毒。3单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。()提示提示：单倍体育种的原理是染色体变异和植物细胞的全能性，突变体育种单倍体育种的原理是染色体变异和植物细胞的全能性，突变体育种的原理是基因突变和植物细胞的全能性。的原理是基因突变和植物细胞的全能性。4突变体培育通常对植物的愈伤组织进行诱变处理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而工厂化生产的细胞产物也来自愈伤组织细胞。产物也来自愈伤组织细胞。()5工厂化生产的

7、细胞次生代谢物，其化学成分都是蛋白质。工厂化生产的细胞次生代谢物，其化学成分都是蛋白质。()提示提示：次生代谢物一般不是植物基本生命活动所必需的产物次生代谢物一般不是植物基本生命活动所必需的产物，不是蛋白质不是蛋白质。植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径1微型繁殖微型繁殖(1)实质：植物组织培养。实质：植物组织培养。(2)原理：植物细胞的全能性。原理：植物细胞的全能性。3/9(3)优点优点能保持亲本的一切优良性状，子代个体的遗传物质与亲本相同。能保持亲本的一切优良性状，子代个体的遗传物质与亲本相同。选材少，培养周期短，繁殖率高。选材少，培养周期短，繁殖率高。不受自然生长季节的限制，便于自动化管理，

8、有利于进行工厂化生产。不受自然生长季节的限制，便于自动化管理，有利于进行工厂化生产。2作物脱毒作物脱毒(1)进行作物脱毒的原因进行作物脱毒的原因长期进行无性繁殖的作物长期进行无性繁殖的作物(如马铃薯和草莓如马铃薯和草莓)，它们感染的病毒很容易传给后它们感染的病毒很容易传给后代。病毒在作物体内逐年积累，从而导致作物产量降低，品质变差。代。病毒在作物体内逐年积累，从而导致作物产量降低，品质变差。(2)材料的选取材料的选取在植物分生区附近在植物分生区附近(如茎尖和根尖如茎尖和根尖)，由于代谢十分旺盛由于代谢十分旺盛、细胞分裂速度快等细胞分裂速度快等因素，很少被病毒感染，甚至无病毒。因此，利用植物的分

9、生组织进行组织培因素，很少被病毒感染，甚至无病毒。因此，利用植物的分生组织进行组织培养，可以使新长成的植株不带病毒，从而获得脱毒苗。用脱毒苗进行繁殖，种养，可以使新长成的植株不带病毒，从而获得脱毒苗。用脱毒苗进行繁殖，种植的作物就不会或极少感染病毒。植的作物就不会或极少感染病毒。合作探究：合作探究：(1)植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？提示：提示：植物组织培养到愈伤组织阶段，细胞进行有丝分裂，细胞分裂速度植物组织培养到愈伤组织阶段，细胞进行有丝分裂，细胞分裂速度较快，从而获得大量的组织细胞，然后不断地分割、移瓶、诱导再分化形成新较快，从而获得

10、大量的组织细胞，然后不断地分割、移瓶、诱导再分化形成新植株。植物组织培养在实验室进行，受季节、气候等条件限制较小。植株。植物组织培养在实验室进行，受季节、气候等条件限制较小。(2)作物培养过程中为什么要进行作物脱毒，如何进行作物脱毒？作物培养过程中为什么要进行作物脱毒，如何进行作物脱毒？提示：提示：对于无性繁殖的作物，病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产对于无性繁殖的作物，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。而植物分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此切取一量降低、品质变差。而植物分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此切取一定大小的茎尖进行组织培养定大小的茎尖进行组织培养

11、，再生的植物就有可能不带病毒再生的植物就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗从而获得脱毒苗。1某株名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离某株名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离。为了防止性状分离并快速繁为了防止性状分离并快速繁殖，可以利用该植株的一部分器官或组织进行离体培养，发育出完整的植株。殖，可以利用该植株的一部分器官或组织进行离体培养，发育出完整的植株。进行离体培养时不应采用该植株的进行离体培养时不应采用该植株的()A茎尖茎尖B子房壁子房壁C叶片叶片D花粉粒花粉粒D茎尖一般没有病毒积累茎尖一般没有病毒积累，分裂能力强分裂能力强，可作为植物组织培养的材料可作为植物组织培养的材料，A不符合题意不符合题意；子

12、房壁细胞属于体细胞子房壁细胞属于体细胞，可作为植物组织培养的材料可作为植物组织培养的材料，B 不符合题不符合题4/9意意；叶片细胞属于体细胞叶片细胞属于体细胞，可作为植物组织培养的材料可作为植物组织培养的材料，C 不符合题意不符合题意；花粉粒花粉粒是经减数分裂形成的，在此过程中发生了基因重组，因而不一定能保持亲本的是经减数分裂形成的，在此过程中发生了基因重组，因而不一定能保持亲本的优良性状，优良性状，D 符合题意。符合题意。2为给工厂化繁殖脱毒甘薯苗提供技术上的支持为给工厂化繁殖脱毒甘薯苗提供技术上的支持，科研人员利用植物组织科研人员利用植物组织培养技术研究甘薯茎尖培养技术研究甘薯茎尖(外植体

13、外植体)大小对诱导分化苗和脱毒苗的影响大小对诱导分化苗和脱毒苗的影响，结果如表所结果如表所示，下列相关叙述正确的是示，下列相关叙述正确的是()茎尖大小茎尖大小外植体数外植体数/个个分化苗数分化苗数/苗苗脱毒苗数脱毒苗数/苗苗小于小于 0.3 mm20110.30.5 mm20107大于大于 0.6 mm20134A.在不同的培养阶段，培养基中生长素和细胞分裂素的比例不同在不同的培养阶段，培养基中生长素和细胞分裂素的比例不同B脱分化过程中应给予充足光照使其进行光合作用脱分化过程中应给予充足光照使其进行光合作用C培育脱毒苗时依据的原理有基因突变和细胞的全能性培育脱毒苗时依据的原理有基因突变和细胞的

14、全能性D0.30.5 mm 大小的茎尖最有利于获得抗病毒的特性大小的茎尖最有利于获得抗病毒的特性A在不同的培养阶段，培养基中激素种类和比例不同，生长素和细胞分在不同的培养阶段，培养基中激素种类和比例不同，生长素和细胞分裂素的比例升高利于根的分化裂素的比例升高利于根的分化，比例下降利于芽的分化比例下降利于芽的分化，A 正确正确；脱分化过程中脱分化过程中不需要光照不需要光照，不能进行光合作用不能进行光合作用，B 错误错误；培育脱毒苗时依据的原理是细胞的全培育脱毒苗时依据的原理是细胞的全能性，能性，C 错误；错误；0.30.5 mm大小的茎尖最有利于获得无病毒的特性，不是大小的茎尖最有利于获得无病毒

15、的特性，不是抗病毒的特性，抗病毒的特性，D 错误。错误。作物新品种的培养和细胞产物的工厂化生产作物新品种的培养和细胞产物的工厂化生产1单倍体育种单倍体育种(1)原理：整个单倍体育种过程的原理是染色体变异，其中花药离体培养利原理：整个单倍体育种过程的原理是染色体变异，其中花药离体培养利用了植物细胞的全能性。用了植物细胞的全能性。(2)过程：过程：(3)优点：明显缩短育种年限，后代不发生性状分离。优点：明显缩短育种年限，后代不发生性状分离。2突变体的利用突变体的利用(1)原理：基因突变和植物细胞的全能性。原理：基因突变和植物细胞的全能性。5/9(2)过程：过程：诱变处理诱变处理 诱导分化诱导分化(

16、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，加快育种进程。品种，加快育种进程。3细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产(3)优点：提高生产速度、便于操作管理。优点：提高生产速度、便于操作管理。合作探究合作探究： 1.花药离体培养获得的单倍体幼苗如何诱导染色体加倍？原理是花药离体培养获得的单倍体幼苗如何诱导染色体加倍？原理是什么？什么？提示提示：可用适宜浓度的秋水仙素处理幼苗诱导染色体加倍，也可低温诱导可用适宜浓度的秋水仙素处理幼苗诱导染色体加倍，也可低温诱导染色体加倍。其原理都是抑制纺锤体的形成。染色体

17、加倍。其原理都是抑制纺锤体的形成。2为什么用物理或化学因素处理愈伤组织更易诱发突变？产生的变异一定为什么用物理或化学因素处理愈伤组织更易诱发突变？产生的变异一定符合需要吗？符合需要吗？提示提示：因为愈伤组织细胞处在分裂过程中因为愈伤组织细胞处在分裂过程中，细胞要进行细胞要进行 DNA 分子复制分子复制，因因此更易发生突变。由于突变是不定向的，产生的变异不一定符合需要。此更易发生突变。由于突变是不定向的，产生的变异不一定符合需要。1在植物组织培养过程中，容易获得突变体的主要原因是在植物组织培养过程中，容易获得突变体的主要原因是()A培养的细胞一直处于不断的分生状态培养的细胞一直处于不断的分生状态

18、6/9B培养基营养丰富，易于植物生长培养基营养丰富，易于植物生长C纺锤丝的形成容易受到抑制纺锤丝的形成容易受到抑制DDNA 的复制容易受到抑制的复制容易受到抑制A在植物组织培养过程中，培养的细胞一直处于不断的分生状态，容易在植物组织培养过程中，培养的细胞一直处于不断的分生状态，容易受到一些条件的影响而产生突变。受到一些条件的影响而产生突变。2用纯种的高秆用纯种的高秆(D)抗锈病抗锈病(T)小麦与矮秆小麦与矮秆(d)易染锈病易染锈病(t)小麦培育矮秆抗锈小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下：病小麦新品种的方法如下：下列有关此种育种方法的叙述，正确的是下列有关此种育种方法的叙述，正确的是()A这

19、种育种方法叫杂交育种这种育种方法叫杂交育种B过程过程必须使用生长素处理必须使用生长素处理C这种方法的最大优点是缩短育种年限这种方法的最大优点是缩短育种年限D过程必须经过受精作用过程必须经过受精作用C该育种方法为单倍体育种，可以明显缩短育种年限。该育种方法为单倍体育种，可以明显缩短育种年限。是杂交，是杂交，是是减数分裂，减数分裂，是花药离体培养，是花药离体培养，是用秋水仙素处理使单倍体的染色体数目加是用秋水仙素处理使单倍体的染色体数目加倍。倍。过程利用了植物组织培养技术，不需要受精，而是由雄配子直接发育成过程利用了植物组织培养技术，不需要受精，而是由雄配子直接发育成幼苗。幼苗。课堂小结课堂小结知

20、知 识识 网网 络络 构构 建建核核 心心 语语 句句 背背 诵诵1.微型繁殖实际是一种无性繁殖，可以微型繁殖实际是一种无性繁殖，可以保持优良品种的遗传特性。保持优良品种的遗传特性。2.植物顶端分生区附近的病毒极少，甚植物顶端分生区附近的病毒极少，甚至无病毒至无病毒， 因此采用茎尖组织培养能脱因此采用茎尖组织培养能脱去病毒。去病毒。3.单倍体育种极大缩短了育种年限，节单倍体育种极大缩短了育种年限，节约了大量的人力和物力。约了大量的人力和物力。4.培养的细胞一直处于不断增殖状态，培养的细胞一直处于不断增殖状态，因此容易受到培养条件和诱变因素的因此容易受到培养条件和诱变因素的7/9影响而产生突变。

21、影响而产生突变。5.次生代谢物是植物代谢产生的一些一次生代谢物是植物代谢产生的一些一般认为不是植物基本生命活动所必需般认为不是植物基本生命活动所必需的产物。的产物。1通过植物组织培养技术繁育农作物，其优点不包括通过植物组织培养技术繁育农作物，其优点不包括()A加快繁育速度加快繁育速度B保持亲本优良性状保持亲本优良性状C培育出无病毒植株培育出无病毒植株D改变植物的基因型改变植物的基因型D植物组织培养技术不仅可以保持优良亲本的遗传特性，还可以高效快植物组织培养技术不仅可以保持优良亲本的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖速地实现种苗的大量繁殖，A、B 项均正确项均正确；利用该技术还可以培育

22、脱毒苗利用该技术还可以培育脱毒苗，因因为选材部位是植物分生区附近的新生组织，没有或极少感染病毒，所以由培育为选材部位是植物分生区附近的新生组织，没有或极少感染病毒，所以由培育的脱毒苗长成的植株是无病毒植株的脱毒苗长成的植株是无病毒植株， C 项正确项正确； 经该技术培育的植株跟亲本基因经该技术培育的植株跟亲本基因型相同，型相同，D 项错误。项错误。2马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会感染病种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病

23、毒幼苗的最佳办法是佳办法是()A选择优良品种进行杂交选择优良品种进行杂交B进行远缘植物体细胞杂交进行远缘植物体细胞杂交C利用芽尖进行组织培养利用芽尖进行组织培养D人工诱导基因突变人工诱导基因突变C芽尖分生能力旺盛，病毒难以侵染，几乎不含病毒，可以通过组织培芽尖分生能力旺盛，病毒难以侵染，几乎不含病毒，可以通过组织培养获得脱毒苗。养获得脱毒苗。3下图表示优质玉米的培育过程，请据图判断下列说法中错误的是下图表示优质玉米的培育过程，请据图判断下列说法中错误的是()ABE 过程中细胞全能性的高低发生了改变过程中细胞全能性的高低发生了改变BC 试管中形成的是高度液泡化的薄壁细胞团试管中形成的是高度液泡化

24、的薄壁细胞团8/9C植株植株 F 一般不能直接应用于扩大种植一般不能直接应用于扩大种植D植株植株 A 和和 F 体细胞中的染色体组数相同体细胞中的染色体组数相同DBC 为脱分化过程，该过程中细胞的全能性增大，为脱分化过程，该过程中细胞的全能性增大，CE 为再分化过为再分化过程程，该过程中细胞的全能性降低该过程中细胞的全能性降低，A 正确正确；C 试管中形成的是愈伤组织试管中形成的是愈伤组织，愈伤组愈伤组织由高度液泡化的薄壁细胞组成织由高度液泡化的薄壁细胞组成，B 正确正确；F 为单倍体植株为单倍体植株，高度不育高度不育，因此一因此一般不能直接应用于扩大种植，般不能直接应用于扩大种植，C 正确；

25、正确；A 是正常的二倍体植株，而是正常的二倍体植株，而 F 是花药离是花药离体培养获得的单倍体植株，两者体细胞中的染色体组数不同，体培养获得的单倍体植株，两者体细胞中的染色体组数不同，D 错误。错误。4(不定项不定项)下图为利用体细胞诱变育种技术获得抗除草剂白三叶草新品种下图为利用体细胞诱变育种技术获得抗除草剂白三叶草新品种的过程。下列叙述正确的是的过程。下列叙述正确的是()A该育种过程依据的原理有基因突变和植物细胞具有全能性该育种过程依据的原理有基因突变和植物细胞具有全能性B过程过程培养基中，不同植物生长调节剂的浓度比例不同培养基中，不同植物生长调节剂的浓度比例不同C白三叶草愈伤组织和胚状体

26、的细胞中白三叶草愈伤组织和胚状体的细胞中 DNA 和和 RNA 种类相同种类相同D过程过程通常采用的筛选方法是向白三叶草幼苗喷洒除草剂通常采用的筛选方法是向白三叶草幼苗喷洒除草剂ABD当生长素含量高于细胞分裂素时，主要诱导植物组织脱分化和根原当生长素含量高于细胞分裂素时，主要诱导植物组织脱分化和根原基的形成；而当细胞分裂素的含量高于生长素时，则主要诱导植物组织再分化基的形成；而当细胞分裂素的含量高于生长素时，则主要诱导植物组织再分化和芽原基的形成和芽原基的形成。白三叶草愈伤组织和胚状体的细胞中白三叶草愈伤组织和胚状体的细胞中 DNA 种类相同种类相同，因为基因为基因的选择性表达，因的选择性表达

27、，RNA 和蛋白质的种类是有差异的。和蛋白质的种类是有差异的。5植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。回答下回答下列问题。列问题。(1)植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比，这植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比，这种微型繁殖技术的特点有种微型繁殖技术的特点有_(答出答出 2 点即可点即可)。(2)用脱毒苗进行繁殖，可以减少作物感染病毒。为了获得脱毒苗，可以选用脱毒苗进行繁殖，可以减少作物感染病毒。为了获得脱毒苗，可以选取植物的取植物的_进行组织培养。进行组织培养。(3)植物组织

28、培养技术可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目植物组织培养技术可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目9/9的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是_(用流程图表示用流程图表示)。解析解析(1)与常规的种子繁殖方法相比与常规的种子繁殖方法相比， 植物微型繁殖技术具有能保持植物植物微型繁殖技术具有能保持植物原有的遗传特性、繁殖速度快等特点。原有的遗传特性、繁殖速度快等特点。(2)植物分生区附近的病毒极少，甚至无植物分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。为获得脱毒苗，可以选取植物的茎尖进行组织培养。病毒。为获得脱毒苗，可以选取植物的茎尖进行组织培养。(3)将含有目的基因将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是含目的基因的细胞培养的细胞培养成一个完整植株的基本程序是含目的基因的细胞培养,愈伤组织诱导愈伤组织诱导分化分化,小植株。小植株。答案答案(1)能保持植物原有的遗传特性，繁殖速度快能保持植物原有的遗传特性，繁殖速度快(2)茎尖茎尖(3)含目的含目的基因的细胞培养基因的细胞培养,愈伤组织诱导分化愈伤组织诱导分化,小植株小植株