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2018-2019学年高中生物人教版选修3专题2 细胞工程专题2 2.1 2.1.2 植物细胞工程的实际应用_图文

2.1

植物细胞工程

2.1.2

植物细胞工程的实际应用

1. 植物组织培养技术不仅可以保持优良品种的遗传 特性,还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。 2.植物分生区附近(如茎尖 )的病毒极少,甚至无病 毒,因此用分生区组织进行组织培养,再生的植株就不 会或极少感染病毒。 3.人工种子就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。 4.单倍体育种是通过花药培养获得单倍体植株,染 色体加倍后当年便可获得稳定遗传的优良品种,极大地 缩短了育种年限。 5.植物微型繁殖和用人工种子繁殖属于无性繁殖, 细胞产物的工厂化生产培养到愈伤组织阶段即可。

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 植物组织培养 技术。 (2)优点: ①保持优良品种的 遗传特性 。 ②高效快速地实现 种苗 的大量繁殖。

2.作物脱毒 (1)取材:
分生区

附近(如茎尖),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.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繁殖周期短; ②后代不发生性状分离 ,能够保持亲本的优良性状; ③不受 季节 土地。 、 气候 和地域的限制,并可节约

二、作物新品种的培育 1.单倍体育种 (1)方法: 花药的离体培养 。 (2)过程:
单倍体

纯合子

(3)优点: ①后代是纯合子,能 稳定遗传 ; ②明显 缩短 了育种年限。

2.突变体的利用 (1)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。 (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。

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.技术基础: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 都已经实现了工厂化生产。

1.植物的微型繁殖技术是指 A.基因工程育种 B.植物体细胞杂交技术 C.嫁接

( D )

D.通过植物组织培养快速繁殖的技术
解析:微型繁殖技术即快速繁殖技术,是通过植物 组织培养技术实现的。

2.若要获得脱毒苗,培养时一般选取植物体 的哪一部分组织 A.叶 C.根 B.花粉 D.茎尖 ( D )

解析:茎尖位于植物分生区附近,病毒极少,甚至 无病毒。因此,若要获得脱毒苗,一般选取植物体 的茎尖组织进行培养。

3.胚状体是在植物组织培养的哪一阶段上获 得的 A.愈伤组织的形成中 C.形成完整植株 ( B ) B.再分化 D.脱分化

解析:植物体的根、茎、叶细胞一般都具有全能性,在 一定的营养和激素条件下,可以脱分化形成愈伤组织。 将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上,就可 以诱导其再分化生成胚状体或丛芽,所以胚状体是在植 物组织培养的再分化阶段形成的。

4.下列哪一项不是单倍体育种的优点 A.缩短育种年限 C.突变率高

( C )

B.得到稳定遗传的优良品种 D.节约人力、物力

解析:由于单倍体育种通过染色体加倍后当年就可获 得纯合的,能稳定遗传的正常植株,所以缩短了育种 年限,节约了人力和物力。

5.下列有关植物细胞工程应用的分析,错误的是 ( )

A.愈伤组织细胞分裂旺盛,经诱变处理,有利于 获得突变个体 B.利用茎尖进行组织培养,可以获得脱毒苗 C.植物体细胞杂交技术培育出的杂种植物一定是 高度不育的 D.利用细胞培养工业化生产人参皂甙,提高产量

解析:愈伤组织细胞是经过脱分化形成的,具有旺盛的 分裂能力,容易发生基因突变,所以经诱变处理有利于获得 突变个体;植物的茎尖含有的病毒极少,甚至无病毒,利用 茎尖进行组织培养可以获得脱毒苗;植物体细胞杂交技术最 大的优点是克服远缘杂交不亲和的障碍,所得后代可育;人 参皂甙是细胞代谢产物,利用植物组织培养技术使人参的离 体器官、组织或细胞经脱分化形成愈伤组织,再筛选出代谢 产物高的愈伤组织细胞进行细胞培养,可实现工业化生产人 参皂甙,提高产量。

答案:C

核心要点?一? 植物繁殖的新途径

1.微型繁殖 (1)实质:植物组织培养。 (2)原理:植物细胞的全能性。 (3)优点: ①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;

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 于进行工厂化生产。 2.作物脱毒 (1)进行作物脱毒的原因: 长期进行无性繁殖的作物 (如马铃薯和草莓),它们感 染的病毒很容易传播给后代。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。

(2)材料的选取: 在植物分生区附近(如茎尖和根尖), 由于代谢十 分旺盛、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,种植的作物就不会或极 少感染病毒。

3.人工种子 (1)结构(如图):

(2)制备流程: 诱导植物愈伤组织的形成→体细胞胚 的诱导→体细胞胚的成熟→机械化包装→储藏或种植。

(3)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不发生性状分离。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繁殖周期短。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。 ⑤便于贮藏和运输。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。 ⑥不受季节、气候和地域等条件的限制。 ⑦用人工种子播种可以节约粮食。

[题组冲关] 1.下图是人工种子的结构简图,对其叙述错误的是 ( )

A. 人工种子的人工胚乳中除含有胚状体发育所需要的 营养物质外,还可以添加农药和植物激素 B.人工种子可以工业化生产,播种人工种子可节省大 量粮食

C.人工种子克服了有些作物品种繁殖能力差、结子困 难或发芽率低等问题 D.人工种子的胚状体还未分化出胚芽、胚轴和胚根等 结构

解析:人工种子较普通种子有很多优点,可以添加农 药及植物激素,节省了大量种子、克服了结子困难等 问题,而胚状体已分化出胚芽、胚根、胚轴等结构。
答案:选 D

2.(全国卷Ⅱ)甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植 物,甲含有效成分 A,乙含有效成分 B。某研究小组拟培育同时 含有 A 和 B 的新型药用植物。回答下列问题:
(1)为了培育该新型药用植物,可取甲和乙的叶片,先 用 ________ 酶和 ________ 酶去除细胞壁,获得具有活力的 ________,再用化学诱导剂诱导二者融合。形成的融合细胞 进一步培养形成________组织, 然后经过________形成完整 的杂种植株。这种培育技术称为_________________ ________________________________________________。

(2) 上 述 杂 种 植 株 属 于 多 倍 体 , 多 倍 体 是 指 ______________________________。 假设甲与乙有性杂交的 后代是不育的, 而上述杂种植株是可育的, 造成这种差异的 原因是_________________________________________。 (3)这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁 殖,经植物组织培养得到的___________________________ 等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。

解析:要培育同时含有 A 和 B 的新型药用植物,可采用植物体细胞杂交 技术。(1)植物体细胞杂交技术的第一步是用纤维素酶和果胶酶去除两种 植物细胞的细胞壁,获得具有活力的原生质体。诱导融合成功后获得的 杂种细胞,经脱分化培养成愈伤组织,然后经过再分化形成完整的杂种 植株。(2)多倍体的概念:由受精卵发育而来,体细胞中含有三个或三个 以上染色体组的个体。由于甲与乙有性杂交的后代中分别含有甲植物和 乙植物的一个染色体组,两个染色体组中的染色体互不相同,杂交后代 细胞中无同源染色体,减数分裂过程中会发生联会异常,不能产生正常 的生殖细胞,故该植株不可育。而体细胞杂交获得的杂种植株分别含有 甲植物和乙植物的两个染色体组,含有同源染色体,减数分裂过程中联 会正常,能产生正常的生殖细胞,故该杂种植株可育。 (3)制备人工种子 的材料可以是经组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等。

答案:(1)纤维素 分化)

果胶

原生质体

愈伤

再分化(或

植物体细胞杂交技术

(2)由受精卵发育而来, 在减

体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体

数分裂过程中,前者染色体联会异常,而后者染色体联 会正常 (3)胚状体、不定芽、顶芽、腋芽

核心要点?二? 作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产

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, 其中花药离体培养利用了植物细胞的全能性。 (2)过程:

(3)优点:明显缩短育种年限,后代不发生性状分离。 (4)实例:单育 1 号烟草、京花 1 号小麦等。

2.突变体的利用 (1)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,加快育种进程。 (4)实例: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。

3.细胞产物的工厂化生产 (1)过程:

(2)实例:工厂化生产人参皂甙干粉。

(3)优点:提高生产速度、便于操作管理。

[题组冲关] 3.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 B.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 D.DNA 的复制容易受到抑制 ( A )

解析: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。

4.用纯种的高秆(D)抗锈病(T)小麦与矮秆(d)易染锈病 (t)小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下:

高秆抗锈病 选出符合 ① ② ③ ④ × ――→F1――→雄配子――→幼苗――→ 要求的品种 矮秆易染锈病

下列有关此种育种方法的叙述,正确的是(
A.这种育种方法叫杂交育种 B.过程④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 D.③过程必须经过受精作用

解析:该育种方法为单倍体育种,可以明显缩短育种年 限。①是杂交,②是减数分裂,③是花药离体培养,④ 是用秋水仙素处理使单倍体的染色体数目加倍。 ③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。
答案:C

[随堂基础巩固] 1.下列属于植物细胞工程实际应用实例的是( C )

①制造人工种子 ④培育单倍体 A.①②③④ C.①②④⑤

②培育抗盐植物 ⑤生产脱毒植株

③培育抗病毒烟草

B.①③④⑤ D.②③④⑤

解析:培育抗病毒烟草是转基因技术的应用。

2.通过植物组织培养技术繁育农作物的优点不 包括 A.加快繁育速度 B.保持亲本优良性状 C.培育出无病毒植株 D.改变植物的基因型 ( D )

解析:植物组织培养技术不仅可以高效快速地实现种苗 的大量繁殖,还可以保持优良品种的遗传特性,并通过 作物脱毒提高作物产量,改善作物品质。

3.下列有关植物细胞工程在生产上的应用,叙述错误的是 ( B ) A.利用植物茎尖进行组织培养,可以获得脱毒苗 B.用人工薄膜将愈伤组织包装可制成人工种子 C.利用细胞培养工业化生产人参皂甙,提高产量 D.对愈伤组织进行诱变处理,从分化的植株中筛选新品种
解析:所谓人工种子,就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。

4.人工种子是人们模仿天然种子结构制造出来的 生命有机体,它能像天然种子一样萌发生长。人工种 子的核心部分胚状体可以由悬浮培养的芽尖细胞得 到,也可以通过试管培养的花粉或胚囊获得,因此人 们把胚状体分为“体细胞胚”和“花粉胚”。下列说 法错误的是 ( )

A.人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、 结子困难、发芽率低等问题 B.培育胚状体利用了植物组织培养技术 C. 同一种植物“体细胞胚”和“花粉胚”的染色 体的数目比为 1∶1 D.该项技术的成功应用反映了细胞的全能性

解析:人工种子具有很多优点,如解决有些作物品种繁殖 能力差、结子困难、发芽率低等问题;胚状体的形成是离 体的细胞经脱分化和再分化形成的(即植物组织培养技术); 体细胞胚是由植物的体细胞经脱分化和再分化形成的,花 粉胚是由花粉(经减数分裂形成)经脱分化和再分化形成的, 因此,同一种植物的体细胞胚和花粉胚的染色体数目比为 2∶1;植物组织培养的理论依据是细胞的全能性。

答案:C

5.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方法是 ( A.选择优良品种进行杂交 B.进行远缘植物体细胞杂交 C.利用芽体进行组织培养 D.人工诱导基因突变 )

解析:无性繁殖的生物,感染病毒后很容易传 播给后代,病毒在生物体内积累就会导致作物 产量降低,品质变差。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 尖或芽体进行组织培养,再生植株就有可能不 带病毒,从而获得脱毒植株。
答案:C

6.人工种子比天然种子有许多优越性,下列对 其优越性的叙述不 正确的是 . ( C )

A.可使自然状态下不结子的植物得以繁殖 B.防止性状分离 C.可以随意改变植物的遗传性状 D.可快速、大量繁殖
解析:人工种子是无性繁殖得到的,能保持亲本的 优良遗传特性。

7.科学家用植物细胞杂交方法,将番茄的原生质体和 马铃薯的原生质体融合, 成功地培育出了“番茄-马铃薯” 杂种植株,如图 1 所示,其中①~⑤表示过程,英文字母表 示细胞、组织或植株。育种工作者还利用番茄进行了如下三 组实验如图 2。据图回答下列问题:

(1)实现过程②之前需用________法除去细胞壁。 与 过程 ③密 切相 关的 具有 单层 膜结 构的 细胞 器为 ________。 (2)过程②后, 在显微镜下观察融合的活细胞中有 供体的________存在,这一特征可作为初步筛选杂种 细胞的标志。

(3)若番茄细胞内有 m 条染色体,马铃薯细胞含 n 条染色体, 则“番茄-马铃薯”细胞内含________条染 色体; 若杂种细胞培育成的“番茄-马铃薯”植株为四 倍体, 则此杂种植株的花粉经离体培育得到的植株属于 ________倍体植株。 (4)如果形成 c 的 a、b 原生质体都来自番茄细胞, 那么更简单的得到番茄植株 f 的处理方法是 ________________________________。

(5)若杂种植株在有丝分裂过程中, 仅保留番茄的染色体而 马铃薯的染色体会不断丢失,采用特异性引物对番茄和马铃薯 基因组 DNA 进行 PCR 扩增,得到两亲本的差异性条带,可用 于杂种植株的鉴定。 图 3 是用该引物对双亲及 4 棵再生植株 1~ 4 进行 PCR 扩增的结果。据图判断,再生植株 1~4 中一定是 杂种植株的有(多选)__________。

(6)图 2 Ⅰ过程培育植物体 A 主要应用了___________ 技术。 (7)用红果多室(Yymm)番茄植株的花粉进行Ⅱ、Ⅲ有 关实验,则Ⅱ过程中,培育植物体 B 的方法 (Ⅱ) 称为 ____________。植物体 C 的基因型有________________。 (细胞 A 为两两融合细胞,写出具体的基因型。) (8)三种育种方法得到的植物体 A、B、C 中一定为纯 合子的是________。

解析:(1)实现过程②之前需用酶解法除去细胞壁;过程 ③为再生新的细胞壁,高尔基体与细胞壁的形成有关。 (2)过 程②后,在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的叶绿体, 可作为初步筛选杂种细胞的标志。(3)植物体细胞杂交获得的 杂种植株染色体数目是两种植物染色体数目之和,即 m+n; 配子发育成的植株一定是单倍体。(4)若 a、b 原生质体都来自 番茄细胞,得到的杂种植株实际上相当于番茄的染色体数目 加倍的植株,因此另一种得到这样植株的方法是用秋水仙素 处理萌发的种子或幼苗。

(5)根据图谱,番茄含有碱基对为 300 和 600 的 DNA 片段, 马铃薯含有碱基对为 1 000、1 300 和 1 500 的片段,再生植 株 3 只含有长度为 300 和 600 的片段,与番茄一致;1、2、4 既含有马铃薯 DNA 片段,又含有番茄 DNA 片段,为杂种植 株。 (6)图 2 Ⅰ过程培育植物体采用了植物组织培养技术。 (7)Ⅱ 过程属于单倍体育种。由于红果多室(Yymm)番茄植株可产生 Ym 和 ym 两种花粉, 则Ⅲ过程中植物体 C 的基因型为 YYmm 或 Yymm 或 yymm。(8)三种育种方法得到的植物体 A、B、C 中一定为纯合子的只有植物体 B。

答案: (1)酶解

高尔基体

(2)叶绿体

(3)m+n



(4) 用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 (6) 植 物 组 织 培 养 Yymm 或 yymm (7) 单 倍 体 育 种

(5)1 、 2、 4 YYmm 或

(8)植物体 B

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