高二生物植物细胞工程的实际操作应用pptx课件

2.1.2 植物细胞工程的实际应用学习 目标 1.了解植物繁殖的新途径及原理。(重、难点) 2.区别人工种子与自然状态下的种子。(重点) 3.了解作物新品种培育的方法和原理。 4.了解细胞产物的工厂化生产的方法、原理。一、植物繁殖的新途径 1.微型繁殖： (1)概念：用于_________优良品种的植物组织培养技术。 (2)特点。 ①保持优良品种的_________。 ②_________地实现种苗的大量繁殖。 2.作物脱毒： (1)选材部位：植物_______附近的部位。 (2)优点：提高作物的产量和品质。 快速繁殖 遗传特性 高效快速 分生区3.人工种子： (1)概念：以_____________得到的_______、不定芽、顶芽 和腋芽等为材料，经过_________包装得到的种子。 (2)优点。 ①后代无_________。 ②不受季节、_____和_____的限制。 植物组织培养 胚状体 人工薄膜 性状分离 气候 地域二、作物新品种的培育 1.单倍体育种： (1)方法：_____________。 (2)过程： 花药 _______植株 _______植株。 (3)优点。 ①后代是纯合子，能_________。 ②明显_____了育种年限。 离体培养 人工诱导 染色体加倍 花药离体培养 单倍体 纯合子 稳定遗传 缩短2.突变体的产生和利用： (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_____状态而易受培养条件和外界压力(如射线、化学 物质等)的影响而产生_____。 (2)利用：筛选出对人们有用的_______，进而培育成新品种。 分生 突变 突变体三、细胞产物的工厂化生产 1.细胞产物种类：包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、 生物碱等。 2.生产的技术手段：_________________。 3.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。 植物组织培养技术【微点拨】 1.为什么微型繁殖技术可以保持优良品种的遗传特性？ 提示：植物的体细胞含有相同的遗传物质；植物组织培养过程 中通过有丝分裂增加细胞数目，分裂过程中遗传物质保持不变。 2.通过“人工种子”繁殖后代属于什么生殖方式？ 提示：无性繁殖。 3.人工种子萌发长成的植物是否可育？ 提示：若是由花粉(或者三倍体植物的营养器官)发育来的植株 是不可育的；若是由茎尖、根尖等营养器官发育来的则可育。4.在植物组织培养过程中，为什么培养细胞容易在培养条件和 外界压力改变的条件下产生突变？ 提示：因为培养细胞一直处于不断的分生状态。 5.单倍体育种和突变体育种的原理相同吗？为什么？ 提示：不相同。单倍体育种的原理是染色体变异，而突变体育 种的原理是基因突变。 6.细胞产物的生产是将植物细胞培养到什么环节？ 提示：愈伤组织。1.植物的微型繁殖技术是指(　　) A.植物体细胞杂交技术　　　　B.嫁接 C.营养繁殖　　　　　　　　　D.植物组织培养 【解析】选D。植物的微型繁殖技术是指快速高效繁殖优良品 种的植物组织培养技术。2.用植物组织培养技术，可以培养或生产出(　　) A.食品添加剂　　　　　B.无病毒植物 C.人工种子　　　　　　D.前三项都是 【解析】选D。通过植物组织培养技术，可以工厂化生产食品 添加剂等细胞产物，也可以生产人工种子和培育脱毒苗。3.对人工种子正确的解释是(　　) A.通过科技手段人工合成的种子 B.利用植物组织培养技术获得的种子 C.种皮能够自我生成的种子 D.人工种子发芽率低 【解析】选B。人工种子是经组织培养获得的胚状体、不定芽 等，经人工薄膜包装得到的种子，人工种子发芽率较高。4.马铃薯利用它的块茎进行无性生殖，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【解析】选C。马铃薯种植世代多了以后往往因感染病毒而减 产，而不是遗传物质变化造成的，因此不需要考虑根据遗传变 异的原理进行育种。其茎尖几乎不含病毒，可以通过组织培养 获得脱毒苗。5.人参皂甙干粉工厂化生产，下列哪种技术是必需的(　　) A.杂交育种　　　　　B.植物组织培养 C.多倍体育种　　　　D.单倍体育种 【解析】选B。对人参皂甙干粉进行工厂化生产，必须先通过 植物组织培养获得人参皂甙含量高的细胞株，然后进行大规模 发酵生产。6.下列育种措施，可以增加植物突变体出现的是(　　) A.采用嫁接方法培育苹果新品种 B.将鱼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.使用秋水仙素对棉花植株进行处理【解析】选C。突变体的利用是植物组织培养的用途之一，增 加突变体可应用物理、化学、生物等因素去诱发突变，如用紫 外线进行处理等。而A选项中嫁接属于无性生殖，B选项为基因 工程，二者均不会产生新的基因；秋水仙素能诱导棉花出现染 色体变异。一、植物繁殖的新途径 1.微型繁殖： (1)本质：微型繁殖只运用了植物组织培养技术，该过程只涉 及有丝分裂，没有减数分裂，因而属于无性繁殖。 (2)优点：使用材料少，培养周期短，繁殖率高，便于自动化 管理，有利于进行工厂化培养。2.作物脱毒： (1)病毒的特点：病毒是寄生性生物，在用种子繁殖或用植物 根、茎无性繁殖过程中，种子、根、茎的细胞中可能携带着病 毒并传给下一代，使其繁殖的子代感染病毒。 (2)材料的选取：据检测，植物的分生组织细胞中一般不含病 毒或病毒极少。如果将未被病毒感染的植株的分生组织用植物 组织培养的方法培育幼苗，用于生产，可以避免病毒对作物的 影响，大大提高作物的产量。3.人工种子： (1)组成图示：①胚状体：人工种子的主要成分，也可以是不定芽、顶芽和腋 芽等。 ②人工种皮的要求。 a.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。 b.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。 c.应含有农药和杀菌剂，以防播种后害虫及微生物的侵害。 d.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。(2)优点。 ①提高植物的繁殖能力：可使自然条件下不结实或种子昂贵的 植物得以繁殖。 ②可人为控制植物的生长发育与抗逆性。 ③试管苗的大量贮藏和运输也是相当困难的。人工种子则克服 了这些缺点，人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似天然种 子的种皮，因此，可以很方便地贮藏和运输。 ④用人工种子播种可以大大节约粮食。【易错提醒】 (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)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。1.下列属于微型繁殖技术的是(　　) A.兰花的芽尖组织培育成兰花幼苗 B.水稻种子萌发并长成新个体 C.扦插的葡萄枝条长成新个体 D.柳树芽发育成枝条【解题关键】首先明确微型繁殖的基础是植物组织培养技术， 植物组织培养是将已分化的器官、组织或细胞培育成完整个体 的技术。 【解析】选A。水稻种子萌发并长成新个体、柳树芽发育成枝 条均属于生物的个体发育，扦插的葡萄枝条长成新个体属于营 养繁殖，只有A属于组织培养范畴。2.(2014·长春模拟)人工种子是人们模仿天然种子的结构制造 出来的生命有机体，它能像种子一样萌发生长，长成植物。人 工种子的核心部件是个被外层物包埋的具有类似于胚功能的胚 状体。将胚状体包埋在一个能提供营养的胶质中，便成了所谓 的“人工种子”。(1)人工种子依据的原理是　 ， 培育胚状体利用了　 技术。 (2)包埋胚状体的胶质可看作自然种子的哪部分结构？   　。 (3)如果外植体是植物的茎尖，通过①的处理可使细胞彼此分 离，①过程中可加入(　　) A.蛋白酶　　B.淀粉酶　　C.果胶酶　　D.胰蛋白酶 (4)②过程表示脱分化过程，其实质是　　　　　　　　　； ③表示再分化过程，其实质是　　　　　　　　　　　　。 (5)由人工种子萌发成的植株是否可育？　　　　　　　　。【解题关键】解答本题的突破点： (1)明确种子的结构。 (2)明确人工种子的形成，以及得到的人工种子的基因型。【解析】(1)人工种子能发育成完整植株，说明其细胞内含有 个体发育所需要的全部遗传物质，因此依据的原理是细胞的全 能性，人工种子是经过植物组织培养技术得到的。 (2)包裹胚状体的胶质有保护胚状体的作用，同时又可以为胚 状体提供营养物质，所以可看成种皮及胚乳或子叶。 (3)使植物细胞彼此分离可以使用纤维素酶和果胶酶，因为植 物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。 (4)脱分化的实质是使细胞恢复分裂能力，而再分化的实质是 基因的选择性表达。 (5)人工种子是否可育取决于培育胚状体所用的材料。答案：(1)植物细胞的全能性　植物组织培养 (2)种皮及提供营养的胚乳或子叶　(3)C (4)使细胞恢复分裂能力　基因的选择性表达 (5)不一定【互动探究】 (1)题2中如果经过①过程得到的细胞的基因型为DdTt，经图示 过程得到的人工种子是否可育？为什么？ 提示：可育。若经过①过程得到的细胞的基因型为DdTt，则胚 状体的基因型为DdTt，属于二倍体，因此可育。(2)若题2图中植物体的基因型为DdTt，利用花药离体培养得到 的“花粉胚”长成的植株可育吗？为什么？ 提示：不可育。若植物体的基因型为DdTt，利用花药离体培养 得到的“花粉胚”长成的植株的基因型为DT、Dt、dT、dt，均 属于单倍体，因此不可育。二、作物新品种的培育 1.单倍体育种： (1)原理：染色体变异。 (2)过程： (3)优点：可明显缩短育种年限。2.体细胞诱变育种： (1)过程：(2)原理：基因突变和植物细胞的全能性。 (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。 ①突变不定向，需要处理大量材料。 ②突变少利多害，符合人们需要、有利的品种比较少。3.突变体的利用：植物组织培养过程中，培养细胞一直处于不 断的分生状态，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。4.单倍体育种、基因工程育种和植物细胞工程育种的比较： 单倍体育种 基因工程育种 植物细胞 工程育种 原 理 染色体变异、 组织培养 基因重组 细胞的 全能性 方 法 选择亲本→有性杂交 →F1产生的花粉离体 培养获得单倍体植株 →诱导染色体加倍获 得可育纯合子→选择 所需要的类型 提取目的基因→构 建基因表达载体→ 导入受体细胞→基 因表达→筛选出符 合要求的新品种 去细胞壁 →细胞融 合→组织 培养单倍体育种 基因工程育种 植物细胞 工程育种 优 点 明显缩短育种年限， 加速育种进程 不受种属限制，可 根据人们的需要， 有目的地进行 克服远缘杂交 的不亲和性， 有目的地培育 优良品种 缺 点 技术较复杂，需与 杂交育种结合，多 限于植物 可能会引起生态危 机，技术难度大 技术复杂，难 度大【思维拓展】 单倍体育种与多倍体育种的异同 (1)相同点：单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素诱导 染色体数目加倍。 (2)不同点：单倍体育种需要植物组织培养先形成单倍体幼苗， 但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。1.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，据图判断错误的是(　　) A.过程②通常使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①得到的植株既有纯合子又有杂合子 C.过程①属于植物的组织培养，在此过程中必须使用一定量的 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【解题关键】明确单倍体育种的过程包括花药离体培养和染色 体加倍两个环节。单倍体育种最大的优点是能缩短育种年限。 【解析】选B。该过程是单倍体育种过程，所以①是花药离体 培养，获得的是单倍体，基因型为AB、Ab、aB、ab四种，经染 色体加倍后的植株B都为纯合子；过程②使用秋水仙素使染色 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；过程①属于植物 组织培养，需要生长素和细胞分裂素的诱导。2.下图所示为植株繁殖的四种人工方式示意图，请据图回答：(1)图中单倍体植株通常的获取方式是　 。 若图中单倍体细胞含2个染色体组，A有4个染色体组，则③过 程所用化学试剂的作用是　　 　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)图中B和C过程的不同点是 　 　　　  　　　　　 　　　　 　　　　 ，这种不同主要的决定因 素是　　　 　　 　　　　 　　。(3)若想在C过程中获得突变体，进而培育成新品种植株，应用 物理诱变或化学诱变的方法处理　　　　。 (4)若要获得水稻的“人工种子”，则应选用图中的 　　　   结构，该结构与正常受精卵形成的　　　　有类似的结构和发 育过程。 (5)若D过程获得的是胡萝卜—羊角芹，②过程常用的物理方法 有　　　　　　　　　　　　　　　等；经融合处理后，已经 融合的细胞类型有　　　　　种(若融合的细胞只考虑两两融 合)。【解题关键】解答本题应注意以下两点： (1)明确植物组织培养的过程。 (2)明确愈伤组织和胚状体的重要应用。【解析】本题主要考查植物细胞工程的原理和应用。 (1)图中A过程表示单倍体育种，获取单倍体时常用花药离体培 养的方法。若要使单倍体的染色体加倍，变成A植株，则需要 在③过程中用秋水仙素处理幼苗，以抑制细胞有丝分裂过程中 纺锤体的形成。 (2)图中B和C过程都是体细胞的组织培养，其不同点是B过程中 形成的是胚状体，而C过程形成的是丛芽，这种不同主要的决 定因素是细胞分裂素与生长素的比值。(3)在组织培养过程中获得突变体，一般用物理诱变或化学诱 变的方法处理愈伤组织，再由愈伤组织经再分化形成突变植株。 (4)若要获得水稻的“人工种子”，则应选用图中的胚状体结 构，该结构与正常受精卵形成的胚有类似的结构和发育过程。 (5)D为植物体细胞杂交的过程，②过程常用的物理方法有离心、 振动、电激等；经融合处理后，已经融合的细胞类型有3种(只 考虑两两融合)：胡萝卜—胡萝卜融合细胞、羊角芹—羊角芹 融合细胞和胡萝卜—羊角芹融合细胞。答案：(1)花药离体培养　抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体的 形成 (2)B过程中形成的是胚状体，而C过程形成的是丛芽 细胞分裂素与生长素的比值 (3)愈伤组织 (4)胚状体　胚 (5)离心、振动、电激　3