高中生物人教版 (2019)选择性必修3二 植物细胞工程的应用导学案

这是一份高中生物人教版 (2019)选择性必修3二 植物细胞工程的应用导学案，共9页。学案主要包含了植物繁殖的新途径，作物新品种的培育，细胞产物的工厂化生产等内容，欢迎下载使用。

必备知识·夯实双基
一、植物繁殖的新途径
1．快速繁殖
(1)快速繁殖技术：快速繁殖优良品种的__植物组织培养__技术。
(2)特点eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(①__无性__繁殖，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__,③可实现工厂化生产))
2．作物脱毒
(1)选材部位：植物的__顶端分生区附近__。
(2)选材原因：__顶端分生区附近__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，在__马铃薯__、草莓、甘蔗、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
1．单倍体育种
(1)过程：__花药__培养→__单倍体__植株纯合子植株。
(2)优点
①后代是纯合子，能__稳定遗传__。
②明显缩短了__育种的年限__。
2．突变体的利用
(1)产生原因：在植物的组织培养过程中，易受__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：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．次生代谢物
(1)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__的产物。
(2)作用：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。
2．生产技术手段：__植物组织培养__技术。
3．优点：__生产速度快__。
4．实例：利用紫草细胞的组织培养生产的__紫草宁__具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。利用红豆杉细胞的组织培养生产的__紫杉醇__具有高抗癌活性。
┃┃学霸记忆__■
1．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。
2．植物顶端分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此采用茎尖组织培养能脱去病毒。
3．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。
4．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影响而产生突变。
5．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的产物。
┃┃活学巧练__■
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。(×)
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。(×)
3．单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。(×)
4．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来自愈伤组织细胞。(√)
5．工厂化生产的细胞次生代谢物，其化学成分都是蛋白质。(×)
思考：
1．植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？
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？
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，再生的植物就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。
3．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？
提示：可用适宜浓度的秋水仙素处理幼苗诱导染色体加倍，也可低温诱导染色体加倍。其原理都是抑制纺锤体的形成。
4．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？
提示：因为愈伤组织细胞处在分裂过程中，细胞要进行DNA分子复制，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。
课内探究·名师点睛
知识点
植物繁殖新途径的优点
┃┃典例剖析__■
典例1 将植物的茎尖、叶片或茎段等在无菌条件下培养在玻璃器皿中人工配制的培养基上，使它发育成完整的植株。这种技术可以用来培育植物新品种，也可以在较短时间内大量繁殖植物，还可以防止植物病毒的危害。下列关于这种技术的叙述，正确的是( D )
①这种技术利用了植物细胞的全能性
②这种技术叫作组织培养，可以克隆生物体
③这种技术属于细胞工程的应用领域之一
④这种技术是一种无性繁殖的方式
A．① B．①②
C．①②③D．①②③④
解析：植物体细胞含有该物种全套遗传信息，所以每个细胞理论上都具有全能性，都有发育成完整生物体的潜能，①正确；利用植物的茎尖或叶片、茎段在无菌条件中培养成完整植物体的方法称为植物组织培养，植物组织培养也属于无性繁殖技术，可以克隆生物体，②正确；植物组织培养是在体外通过人工方法让植物细胞表现出全能性。是植物细胞工程的一个基础技术手段，③正确；植物组织培养没有生殖细胞的结合，属于无性繁殖方式，④正确。故选D。
┃┃变式训练__■
1．(不定项)(2022·青岛二中高三月考)为探究提高“日照蓝莓”品质和产量的新途径，某生物兴趣小组的同学以“日照蓝莓”的主要品种——兔眼蓝莓为实验材料进行脱毒处理，其技术路线为“取材→消毒→愈伤组织培养→出芽→生根→移栽”。下列有关叙述正确的是( AB )
A．取材时可选用兔眼蓝莓的芽尖等分生组织作为外植体
B．用体积分数为70%的酒精和质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液对外植体消毒时，要控制好时间，以避免造成伤害
C．对分化培养基灭菌前需添加生长素类、细胞分裂素类和赤霉素类等生长调节剂
D．脱毒后的兔眼蓝莓果实体积更大，产量更高，后代个体更不易被病毒感染
解析：芽尖等分生组织细胞分裂旺盛，且含病毒少，取材时常选用其作为外植体，A项正确；消毒时间不宜过长，否则容易对外植体造成伤害，B项正确；生长调节剂应该在分化培养基灭菌后添加，C项错误；脱毒后的兔眼蓝莓果实体积更大，产量更高，后代个体含病毒少，但不是不易被病毒感染，D项错误。
知识点
单倍体育种和突变体育种的比较
┃┃典例剖析__■
典例2 在植物组织培养过程中，容易获得突变体的主要原因是( B )
A．培养基营养丰富，易于植物生长
B．培养的细胞一直处于不断增殖的状态
C．纺锤丝的形成容易受抑制
D．DNA复制容易受抑制
解析：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的影响而产生突变，B正确。
┃┃变式训练__■
2．如图是某二倍体植物通过花药进行单倍体育种的过程示意图，下列叙述正确的是( C )
A．图中过程②涉及细胞的分裂和分化，细胞进行有丝分裂
B．秋水仙素能促进着丝粒分裂，导致细胞染色体数目加倍
C．图中③过程为了促进生芽，可增加培养基中细胞分裂素的比例
D．过程④应将炼苗后的试管苗移栽到含有蔗糖和多种植物激素的基质上
解析：图中过程②是脱分化，细胞通过有丝分裂实现细胞增殖，无分化过程，A错误；秋水仙素能抑制纺锤体的形成，在着丝粒分裂后，不能将染色体移向细胞的两极，导致细胞染色体数目加倍，B错误；植物组织培养过程中需要添加生长素和细胞分裂素，其中生长素和细胞分裂素的比值高时促进根的分化，比值低时促进芽的分化，C正确；过程④炼苗时将试管苗移植到含蛭石或珍珠岩的基质上培养，待其长壮后移栽到普通土壤即可，D错误。
指点迷津·拨云见日
植物组织培养各阶段的应用
注意：愈伤组织是已分化的细胞经过激素的诱导，脱分化形成的排列疏松、高度液泡化的具有分生能力的薄壁细胞团。
1．为了获得突变体，可以对愈伤组织进行物理或化学方法的诱变处理。
2．一般利用愈伤组织的分生能力，产生更多的子细胞，获得较多的细胞产物。
┃┃典例剖析__■
典例3 下列有关植物细胞工程应用的叙述，不正确的是( A )
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
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，可保持亲本的优良性状；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；利用植物体细胞杂交技术，可克服远缘杂交不亲和障碍。
解疑答惑
到社会中去⇨P42
提示：制作的关键是选择合适的培养基与植株。价格主要由材料成本、培养基、植株培养难度等多种因素决定。
练习与应用⇨P42
一、概念检测
1．(1)√
(2)× 提示：细胞产物的工厂化生产只是提高了细胞的数量，没有提高单个细胞中次生代谢产物的含量。
2．D 提示：作物脱毒常用的方法为取茎尖分生组织进行组织培养。
二、拓展应用
1．提示：F2中紫色甜玉米的基因型可能为Aasusu或AAsusu。如果运用常规育种方法，将F2中的紫色甜玉米与白色甜玉米(aasusu)进行测交，可以选择出基因型为AAsusu的纯种紫色甜玉米。但这种方法比较烦琐，耗时也较长，需要至少三年的选种和育种时间。其实在F1产生的花粉中就可能有Asu的组合，如果利用花药培养的技术获得单倍体植株，再经过诱导染色体加倍，就可以直接得到紫色甜玉米的纯合体。这种方法可以大大缩短育种周期。
2．提示：积极探索其他的繁育途径。例如，研究如何利用植物组织培养技术繁育甜叶菊，研究内容涉及植物组织培养材料的选择，培养基配方的优化，提高试管苗移栽成活率的方法等，最终目的是建立一套利用植物组织培养技术繁育甜叶菊的标准技术体系，实现甜叶菊种苗的产业化生产。
训练巩固·课堂达标
1．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( C )
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：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。
2．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，据图判断下列说法错误的是( B )
花粉植株A植株B
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，在此过程中需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
解析：过程②常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，使后期染色单体分开后不能向细胞两极移动，A正确；题图过程是单倍体育种过程，所以过程①是花药培养，获得的是单倍体，基因型为AB、Ab、aB、ab4种，经染色体数目加倍后得到的植株B都为纯合子，B错误；过程①属于植物的组织培养，需要生长素和细胞分裂素的诱导，C正确；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，D正确。
3．紫草宁具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。在工厂化生产中，取紫草植株部分组织诱导形成紫草愈伤组织，再转入紫草宁形成培养基，然后再将细胞破碎后提取出紫草宁。下列相关叙述中，不正确的是( D )
A．工厂化生产过程包括细胞的脱分化
B．在紫草宁生产过程中，不必将愈伤组织培养出根、芽等器官
C．紫草的愈伤组织细胞在低渗溶液中不会涨破
D．紫草宁在细胞内合成后被分泌到细胞外
解析：根据题意可知，工厂化生产过程中有利用紫草植株部分组织诱导形成紫草愈伤组织的过程，该过程为细胞的脱分化，A正确；题中显示工厂化生产的流程为“取紫草植株部分组织诱导形成紫草愈伤组织，再转入紫草宁形成培养基，然后再将细胞破碎后提取出紫草宁”，显然该过程中不必将愈伤组织培养出根、芽等器官，B正确；紫草的愈伤组织细胞含有细胞壁，因此其在低渗溶液中不会涨破，C正确；需要将紫草细胞破碎后提取出紫草宁，显然紫草宁在细胞内合成后不会被分泌到细胞外，D错误。
4．下图为培育甘蔗脱毒苗的两条途径，研究发现经②过程获得的幼苗脱毒效果更好。下列相关叙述错误的是( C )
A．①过程所取茎尖中的叶原基具有较高的分裂、分化能力
B．②过程的作用可能是阻碍病毒等进入茎尖分生组织
C．③④过程中基因的选择性表达导致了细胞脱分化
D．培养基A、B中生长素和细胞分裂素的含量和比例不同
解析：茎尖中的叶原基具有较高的分裂和分化能力，全能性较高，A项正确；由题意可知，经②过程获得的幼苗脱毒效果更好，故②过程的作用可能是阻碍病毒等进入茎尖分生组织，B项正确；图中③诱导生芽和④诱导生根为再分化过程，存在着细胞分化，细胞分化的实质是基因的选择性表达，C项错误；诱导生芽和诱导生根的分化培养基中生长素和细胞分裂素的含量和比例是不同的，D项正确。
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
项目
原理
优点
一般流程
单倍体
育种
染色体
变异
极大地缩短了育种年限
亲本F1―→花药花粉细胞培养愈伤组织分化出小植物单倍体植株正常植株
基因
突变
产生新基因，大幅度改良某些性状