1、-1-二植物细胞工程的应用二植物细胞工程的应用学习目标1.结合具体实例,说明植物细胞工程在快速繁殖、作物脱毒等方面的应用。2.结合单倍体育种、突变体的利用等来理解植物组织培养在作物新品种培育方面的应用。3.了解细胞产物的工厂化生产。一、植物繁殖的新途径1.快速繁殖(1)概念:用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术,也叫作微型繁殖技术。(2)特点:高效、快速地实现种苗的大量繁殖;无性繁殖,保持优良品种的遗传特性。2.作物脱毒(1)选材部位:植物顶端分生区附近。(2)选材原因:植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒。(3)实例:目前采用茎尖组织培养技术来脱去病毒,已在马铃薯、草莓、大蒜
2、、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。预习反馈1.判断正误。(1)脱毒苗培育所选用的组织培养材料可以来自植株的任何部位。( )(2)植物组织培养技术不仅可以快速、高效地实现种苗的大量繁殖,还可以保持优良品种的遗传性状。( )(3)培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是植物体细胞杂交。( )(4)作物脱毒时选材部位应为植物木质部附近的部位,因为此处细胞内病毒极少。( )2.科研人员研究了马铃薯茎尖外植体大小对幼苗的成苗率和脱毒率的影响,结果如图。下列相关叙述错误的是()A.培育脱毒苗所依据的原理有基因突变和细胞全能性B.培育脱毒苗的过程中涉及脱分化和再分化两个阶段C.实验结果表明茎尖越小,脱毒率越高
3、,成苗率越低D.根据本实验,培育脱毒苗时茎尖外植体的适宜大小为0.27 mm答案A解析马铃薯茎尖的病毒极少,甚至无病毒,因此可利用马铃薯茎尖进行组织培养获得脱毒苗,培育脱毒苗所依据的原理是植物细胞的全能性,A项错误;培育脱毒苗的过程中涉及脱分化和再分化两个阶段,B项正确;由题图可知,茎尖越小,脱毒率越高,成苗率越低,C项正确;在茎尖外植体大小为0.27 mm时,幼苗的脱毒率和成苗率均较高,因此本实验中,马铃薯脱毒培养中茎尖外植体的适宜大小为0.27 mm,D项正确。二、作物新品种的培育1.单倍体育种(2)优点后代是纯合子,能稳定遗传。明显缩短了育种的年限。进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想
4、材料。2.突变体的利用(1)产生原因:在植物的组织培养过程中,由于培养细胞一直处于不断增殖的状态,因此它们容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。(2)利用:从产生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。预习反馈1.判断正误。(1)在植物组织培养过程中,容易获得突变体的主要原因是培养的细胞一直处于不断增殖的状态。( )(2)由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体,染色体加倍后得到的植株的显性性状容易显现,因此它也是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。( )2.下列育种措施中,可以增加植物突变率的是()A.采用嫁接方法培育苹果新品种B.将鱼
5、的抗冻蛋白基因导入烟草受精卵中,培育抗冻烟草C.用紫外线对组织培养中的愈伤组织进行照射D.采用杂交培育高产水稻答案C解析利用物理因素(如紫外线、X射线等)或化学因素(如亚硝酸盐等)处理生物,使生物发生基因突变,可以提高突变率。三、细胞产物的工厂化生产1.概念:由于植物细胞的次生代谢物含量很低,从植物组织提取会大量破坏植物资源,有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到,因此人们期望利用植物细胞培养来获得目标产物,这个过程就是细胞产物的工厂化生产。植物细胞培养是指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。2.次生代谢物:植物代谢产生的一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物,
6、是一类小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等),在植物抗病、抗虫等方面发挥作用,也是很多药物、香料和色素等的重要来源。3.优点:不占用耕地,几乎不受季节、天气等的限制,因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。4.实例:紫草宁 、紫杉醇、人参皂苷的生产。预习反馈1.判断正误。(1)工厂化生产的细胞产物,其化学成分都是蛋白质。( )(2)细胞产物的工厂化生产提高了获取植物某些成分的效率。( )(3)次生代谢物是植物生命活动所必需的。( )2.下列关于细胞产物的工厂化生产的叙述,错误的是()A.细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要应用之一B.培养过程中植物细胞需要先脱分化形成愈伤组织,然
7、后悬浮培养愈伤组织细胞C.培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分D.培养的愈伤组织需要经过再分化产生特定的组织细胞后才能产生特定的细胞产物答案D解析培养的愈伤组织不需要再分化就能产生特定的细胞产物,D项错误。探究点一探究点二植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径情境导引草莓传统的繁殖方式易将其所感染的病毒传给后代,导致产量降低、品质变差。运用作物脱毒技术可以培育岀脱毒植株。请回答下列有关植物繁殖新途径的问题。1.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。而植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒,因
8、此切取一定大小的茎尖进行组织培养,再生的植物就有可能不带病毒,从而获得脱毒苗。2.从所需条件上来看,快速繁殖与传统育种方法相比的优点有哪些?提示快速繁殖是在具有一定人工设施的室内生产, 可以不受季节、气候等自然条件的限制。探究点一探究点二归纳提升植物繁殖新途径的优点繁殖新途径 优点微型繁殖(1)能保持亲本的优良性状(2)繁殖速度快(3)不受季节、气候、地域的限制作物脱毒获得高产、优质的无病毒植株探究点一探究点二典例剖析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佳办法是()A.选择优良品种进行杂交B.进行远缘
9、植物体细胞杂交C.利用芽尖进行组织培养D.人工诱导基因突变答案C解析芽尖分生能力旺盛,几乎不含病毒,可以通过芽尖组织培养获得脱毒苗。探究点一探究点二活学活练(多选)下列不属于植物的快速繁殖技术的是()A.兰花的芽尖组织培育成兰花幼苗B.水稻种子萌发并生长新个体C.扦插的葡萄枝条长成新个体D.柳树芽发育成枝条答案BCD解析快速繁殖技术是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术,也叫作微型繁殖技术。水稻种子萌发并长成新个体、柳树芽发育成枝条均属于个体发育;扦插的葡萄枝条长成新个体属于无性繁殖中的营养繁殖。探究点一探究点二作物新品种的培育作物新品种的培育情境导引下图为植物细胞工程中突变体的利用过程,请
10、据图分析回答。1.为什么培养至愈伤组织时才进行诱变处理?提示愈伤组织细胞分裂旺盛,不断进行DNA分子的复制,此时易发生基因突变。探究点一探究点二2.诱导分化得到的突变体都可以利用吗?为什么?提示不是。因为基因突变具有随机性和不定向性,所以并不是诱导分化得到的突变体都可以利用,还需进一步筛选出所需要的突变体。3.突变体育种所依据的原理是什么?提示基因突变和植物细胞的全能性。探究点一探究点二归纳提升单倍体育种和突变体育种的比较项目原理优点缺点实例单倍体育种染色体变异明显缩短育种年限技术含量高单育1号烟草、中花8号、11号水稻和京花1号小麦等突变体育种基因突变产生新基因,大幅度改良某些性状可用突变体
11、少,需处理大量材料抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等探究点一探究点二典例剖析如图为利用突变体育种技术获得抗除草剂白三叶草新品种的过程。下列叙述不正确的是()探究点一探究点二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B.过程培养基中,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的细胞中DNA和RNA种类相同D.过程通常采用的筛选方法是向白三叶草幼苗喷洒除草剂答案C解析白三叶草愈伤组织和胚状体的细胞中DNA种类相同,但因为基因的选择性表达,RNA和蛋白质的种类是有差异的。探究点一探究点二活学活练下列有关植物细胞工程应用的叙述,不正确的是()A.利用组织培养技术培育脱毒苗,获得抗病毒的新品种B.利用组织培养技术进行植物的快速繁殖,能保持亲本的优良性状C.利用细胞培养技术获得紫草素,实现了细胞产物的工厂化生产D.利用植物体细胞杂交技术获得“萝卜甘蓝”,克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍答案A解析利用植物组织培养技术可以得到脱毒苗,但脱毒苗不一定具有抗病毒的能力;利用植物组织培养技术进行快速繁殖,该技术为无性繁殖,可保留母本的优良性状;在植物组织培养的愈伤组织阶段可得到大量的细胞,细胞代谢可以产生大量的细胞产物。
