2019-2020学年 人教版 选修3 植物细胞工程的实际应用
学案
[学习目标] 1.说明植物细胞工程在植物繁殖方面的应用。2.列举植物细胞工程在作物新品种培育方面的应用。3.概述细胞产物的工厂化生产的原理。
方式一 拯救国家极危植物——虎颜花
虎颜花为野牡丹科单种属植物，原产广东，为罕见的野生观赏植物，有重要的科研价值。虎颜花叶片基生，叶形巨大、美丽，呈心形，上有老虎斑纹，故称虎颜花。国际自然保护联盟已将虎颜花列为极危物种。为拯救虎颜花，我国华南植物园的科学家对虎颜花进行了组织培养，获得1万株试管苗，又利用生态恢复技术，使虎颜花成功回归野外。这体现了植物细胞工程的实际应用。那么植物细胞工程技术在生产生活中还有哪些方面的应用呢？让我们进入本节的学习，一起来了解吧！
方式二 具有小灵芝草之称的金钗石斛是一种名贵的中草药，它具有生津益胃、润肺止咳之功效。金钗石斛的有效化学成分为大黄酚和β－谷甾醇。那么我们能否在工厂内大量生产这两种物质呢？
能！取金钗石斛的茎尖或根尖组织，并培养为愈伤组织再放入液体培养基中进行悬浮培养，获得大量的金钗石斛细胞，从混合液中分离纯化大黄酚和β－谷甾醇即可。
这是植物细胞工程实际应用的一个实例，要了解更多这方面的信息，请跟随教材一起来学习吧。
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。 ①无性繁殖，保持优良品种的遗传特性??
(2)特点?②高效快速地实现种苗的大量繁殖
??③可实现产业化生产2．作物脱毒
(1)选材部位：无病毒的植物分生区附近的部位。 (2)优点：提高作物的产量和品质。
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(3)实例：脱毒马铃薯的培育。
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、气候和地域的限制，并可节约土地。 归纳总结 关于人工种子 (1)各部分的功能
针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂(人工种皮)中应具有适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。
(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)两个误区
①人工种子不是有性生殖，而是无性繁殖，可以完全保持优良品种的遗传特性。
②人工种子萌发的植株不一定都可育，茎尖、芽尖、花粉等细胞都可以培育成胚状体，制作人工种子，若是用花粉发育来的胚状体制备人工种子，则其萌发的植株一般不可育。 例1 如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( )
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
2
D．培养基A、B中生长素和细胞分裂素的含量和比例不同 答案 C
解析 ③④过程中基因的选择性表达导致了细胞再分化，C错误。
例2 某种极具观赏价值的兰科珍稀花卉很难获得成熟种子。为尽快推广种植，可应用多种技术获得大量优质苗，下列技术中不能选用的是( ) A．利用茎段扦插诱导生根技术快速育苗 B．采用花粉粒组织培养获得单倍体苗 C．采集幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上 D．采用幼叶、茎尖等部位的组织进行组织培养 答案 B
解析 为了使优质苗的生物性状不发生性状分离，可采用茎段扦插诱导生根技术快速育苗，也可采用将幼芽嫁接到合适的其他种类植物体上的方法或用茎尖、幼叶等部位的组织进行植物组织培养获得大量优质苗；花粉粒是减数分裂的产物，利用花粉粒离体培养得到的是单倍体苗，其高度不育，且会发生性状分离，因此B项方案不能选用。 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：细胞的全能性和染色体变异。
离体培养人工诱导
(2)过程：花药――→单倍体植株染色体加倍――→稳定遗传的优良品种。 (3)优点
①子代是能稳定遗传的纯合子。 ②明显缩短育种年限。 2．突变体的利用 (1)原理
①基因突变(用射线或诱变剂处理分生细胞，主要是指愈伤组织细胞)。 ②植物细胞的全能性(由突变细胞培育得到突变体植株)。 (2)过程
(3)利用：筛选出有用的突变体，培育新品种。如培育抗病、抗盐、含高蛋白、高产的新品种植物。
(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)种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。
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(2)技术：植物组织培养技术。 (3)过程
脱分化分散开发酵
外植体――→愈伤组织――→细胞悬液――→细胞产物 提取(4)实例：人参、三七、紫草和银杏的细胞产物都已实现工厂化生产。 归纳总结
1．植物组织培养与植物细胞培养的比较
项目 目的 植物组织培养 获得植物体 植物细胞培养 获得细胞产物 过程 实例
2.几种育种方法的比较
项目 原理 优点 能克服不同生物远植物体细胞杂交 细胞的全能性和细胞膜的流动性 缘杂交不亲和的障碍，扩大了可用于杂交的亲本组合的范围 染色体变异和细胞全能性 一般情况下，所得品种能稳定遗传，明显缩短育种年限 缺点 不能让杂种植株完全按照人们的要求表现出亲代的性状 成果 获得脱毒苗 人参皂甙的生产 烟草—海岛烟草、胡萝卜—羊角芹、白菜—甘蓝等 单育1号烟草品技术复杂，操作困难 种、中花8号水稻、中花11号水稻和京花1号小麦等 基因突变具有不单倍体育种 体细胞诱变育种 基因突变和植物细胞的全能性 定向性和多害少可产生新基因，大利性，需要处理抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草等 幅度改良某些性状 大量的突变材料，才能筛选出目标品种 4
目的性强，育种周基因工 程育种 基因重组 期短，打破了物种界限，可以定向改技术复杂，转基因生物及其产物具有一定的安全抗虫棉、产人胰岛素的大肠杆菌等 造生物的遗传性状 隐患 例3 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( )
①②
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 答案 B
解析 该过程是单倍体育种过程，所以过程①是花药离体培养，获得的是单倍体，基因型为AB、Ab、aB、ab 4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属于植物的组织培养，需要生长素和细胞分裂素的诱导。 例4 下列生物工程技术的实际应用过程中，能形成愈伤组织的是( ) ①作物脱毒 ②细胞产物的工厂化生产 ③生产人工种子 ④转基因植物的培养 A．①②③ C．①③④ 答案 D
解析 作物脱毒、细胞产物的工厂化生产、生产人工种子都是植物细胞工程的实际应用，其技术基础是植物的组织培养技术，都有脱分化形成愈伤组织的过程。转基因植物的培养利用的是基因工程技术和植物组织培养技术，该过程中也要形成愈伤组织。
B．①②④ D．①②③④
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植物细胞工程的实际应用?单倍体育种
作物新品种的培育?突变体的利用 ?细胞产物的工厂化生产
微型繁殖??
植物繁殖的新途径?作物脱毒
??制造人工种子
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