高中生物新教材同步选择性必修第三册-第2章-第1节-第2课时-植物细胞工程的应用.docx

第2课时　植物细胞工程的应用
[学习目标]　1.通过对植物细胞工程应用实例的分析，了解这些应用涉及的技术流程和应用的优势。2.认同植物细胞工程在生产实践中具有重要的应用价值。
一、植物繁殖的新途径

1．快速繁殖

2．作物脱毒

判断正误
(1)作物脱毒后不再感染病毒(　　)
(2)脱毒草莓能明显提高产量，但品质没有发生变化(　　)
(3)作物脱毒所培养的材料常选自顶端分生组织(　　)
(4)快速繁殖本质上是一种无性繁殖(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√
解析　(1)作物脱毒后病毒很少甚至不含病毒，而不是不再感染病毒。(2)脱毒草莓能明显提高产量，品质也优于普通草莓。

任务一：快速繁殖和作物脱毒
1．植物组织培养之所以可以进行快速繁殖，是因为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。并且，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．快速繁殖中能否用花粉作为外植体？为什么？
提示　不能；因为用花粉作外植体会出现性状分离。
3．经植物组织培养技术培育出的脱毒苗抗病毒吗？为什么？
提示　脱毒苗不抗病毒；“脱毒”与“抗毒”不同，前者指的是本身病毒少，甚至无病毒，受病毒感染的机会少，而后者指的是能抵抗病毒的感染。

1．某株名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离。为了防止性状分离并快速繁殖，可利用该植株的一部分器官或组织进行离体培养，培育出完整的植株。进行离体培养时不应采用该植株的(　　)
A．茎尖 B．子房壁 C．叶片 D．花粉粒
答案　D
解析　花粉粒是经减数分裂形成的，在此过程中发生了基因重组，因而不一定能保持亲本的优良性状，D符合题意。
2．为给工厂繁殖脱毒甘薯苗提供技术上的支持，科研人员利用植物组织培养技术研究甘薯茎尖(外植体)大小对诱导分化苗和脱毒苗的影响，结果如表所示。下列相关叙述正确的是(　　)
茎尖大小
外植体数/个
分化苗数/株
脱毒苗数/株
小于0.3 mm

20
1
1
0.3～0.5 mm
20
10
7
大于0.6 mm
20
13
4

A.在不同的培养阶段，培养基中的激素种类和比例不同
B．脱分化过程中应给予充足光照使其进行光合作用
C．培育脱毒苗时依据的原理有基因突变和细胞的全能性
D．0.3～0.5 mm大小的茎尖最有利于获得抗病毒的特性
答案　A
解析　在不同的培养阶段，培养基中的植物激素种类和比例不同，生长素和细胞分裂素的比值高，有利于根的分化，比值低有利于芽的分化，A正确；脱分化过程中不需要光照，不能进行光合作用，B错误；培育脱毒苗时依据的原理是植物细胞的全能性，C错误；0.3～0.5 mm大小的茎尖最有利于获得无病毒的特性，不是抗病毒的特性，D错误。
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

2．突变体的利用

3．细胞产物的工厂化生产

判断正误
(1)二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株(　　)
(2)突变体育种常用射线、化学物质处理愈伤组织(　　)
(3)紫杉醇存在于红豆杉属植物体内，是初生代谢物，具有高抗癌活性，现在已被广泛用于乳腺癌的治疗(　　)
(4)植物细胞培养的原理是利用了植物细胞的全能性(　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×
解析　(1)二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到的是单倍体植株，一般高度不育。(3)紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种次生代谢物。(4)植物细胞培养的原理是细胞增殖，未涉及植物细胞的全能性。

任务二：单倍体育种和突变体的利用
1．单倍体育种为什么能为体细胞诱变育种和研究遗传突变提供理想材料？
提示　由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体数目加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。
2．如图表示突变体的利用过程，请据图分析回答下列问题：

(1)突变体育种的原理是什么？
提示　基因突变和植物细胞的全能性。
(2)在培养至愈伤组织时进行诱变处理的原因是什么？
提示　愈伤组织细胞分裂旺盛，细胞要进行DNA分子复制，此时易发生基因突变。
(3)诱导分化得到的突变体都可以利用吗？为什么？
提示　大多数都不可以；因为基因突变可能破坏生物体与现有环境的协调关系，进而对生物体有害；还有些基因突变既无害也无益，是中性的。
3．植物细胞培养技术是工厂化生产相关代谢产物的一条有效途径，在生产中通常要培养到什么阶段？为什么？
提示　愈伤组织阶段；因为此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。
　植物组织培养和植物细胞培养的比较
比较项目
植物组织培养
植物细胞培养
目的
获得植物体
获得细胞产物
原理
植物细胞的全能性
细胞增殖
过程

应用
快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等
细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等

3．如图是利用某种植物(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，下列叙述错误的是(　　)
花粉幼苗A植株B
A．过程②通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为细胞有丝分裂前期
B．通过过程①②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或植物生长调节剂
D．与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种的年限
答案　B
解析　过程②通常使用的试剂是秋水仙素，其原理是抑制纺锤体的形成，作用的时期是细胞有丝分裂前期，A正确；过程①是花药离体培养，获得单倍体幼苗A，其基因型有AB、Ab、aB、ab四种，过程②经过诱导染色体数目加倍，获得纯合的植株B，B错误。
4．(2023·江西南昌高二期末)大黄素是虎杖细胞产生的一种次生代谢物，它可用于医疗、保健和日用化工品中，利用愈伤组织培养可以实现大黄素的工厂化生产。为了确定大黄素的最佳收获时机，某科研小组进行了相关研究，结果如图所示。下列分析正确的是(　　)

A．愈伤组织是外植体经过再分化形成的不定形的薄壁组织团块
B．大黄素是虎杖细胞在整个生命进程中一直合成且必需的物质，所以可以从愈伤组织中获取
C．12 d左右时，大黄素含量较低可能是愈伤组织生长缓慢导致
D．30 d左右时，愈伤组织干重下降可能与愈伤组织中生长素和细胞分裂素大量合成有关
答案　C
解析　次生代谢物不是植物生长所必需的产物，一般需要在特定的组织和时间条件下进行，不是一直生成的，B错误；12 d左右时，愈伤组织干重变化量小，所以大黄素含量较低可能是愈伤组织生长缓慢导致，C正确；激素有微量高效的特点，不会大量合成，D错误。

题组一　植物繁殖的新途径
1．下列属于植物的快速繁殖技术的是(　　)
A．兰花的茎尖组织培育成兰花幼苗
B．水稻种子萌发并长成新个体
C．扦插的葡萄枝长成新个体
D．柳树芽发育成枝条
答案　A
解析　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部分；扦插的葡萄枝长成新个体属于无性繁殖中的营养繁殖。
2．利用马铃薯的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会因感染病毒而减产，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．利用芽尖进行组织培养
D．人工诱导基因突变
答案　C
解析　芽尖组织分生能力旺盛，几乎不含病毒，可以通过芽尖组织培养获得脱毒苗。
3．(2023·河北石家庄高二期末)如图为培育甘蔗脱毒苗的两条途径，研究发现经过过程②获得的幼苗脱毒效果更好。下列叙述正确的是(　　)

A．带叶原基的芽与植物体其他组织中的病毒含量相同
B．可推测过程②的温度处理有利于组织中的病毒失去活性
C．过程③④均属于再分化，所以培养基A和B各成分含量相同
D．图中获得的脱毒苗与原甘蔗苗相比细胞核遗传物质发生了改变
答案　B
解析　带叶原基的芽病毒很少，甚至无病毒，故与植物体其他组织中的病毒含量不同，A错误；过程③④所用培养基中生长素和细胞分裂素的含量和比例不同，C错误；题图中脱毒苗的培育过程采用了植物组织培养技术，其体现了植物细胞的全能性，遗传物质不会改变，D错误。
题组二　作物新品种的培育
4．(2023·山东青岛高二质检)利用基因型为HhRr的玉米(2n＝20)的幼苗茎尖细胞进行如图实验，下列相关分析错误的是(　　)

A．植株A的体细胞内最多有4个染色体组
B．植株A和植株B的基因型相同
C．获得植株B的过程为单倍体育种，该过程涉及染色体变异和基因重组
D．获得幼苗的①②过程都应用了植物组织培养技术
答案　B
解析　植株B是经单倍体育种获得的纯合子，与植株A的基因型不同，B错误。
5．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增殖的状态
B．培养基营养丰富，易于植物生长
C．纺锤体的形成容易受抑制
D．DNA复制容易受抑制
答案　A
解析　在植物组织培养过程中，细胞一直处于不断增殖的状态，即细胞的分裂能力很强，细胞在分裂过程中，容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而发生突变。
6．如图表示利用棉花叶肉细胞原生质体培养进行遗传改良的过程。据图分析，下列叙述错误的是(　　)

A．①过程需用纤维素酶和果胶酶的混合物处理
B．②过程能定向诱导原生质体产生优良性状的突变
C．③过程中叶肉细胞失去了其特有的结构和功能
D．④过程需用适宜配比的生长素和细胞分裂素处理
答案　B
解析　②表示人工诱变过程，但基因突变是不定向的，B错误。
题组三　细胞产物的工厂化生产
7．(2023·湖南长沙高二期末)紫草细胞中富含紫草宁，科研人员利用紫草新生的营养芽进行培养获得愈伤组织，再进行细胞悬浮培养，以获得更多的紫草宁。下列叙述正确的是(　　)
A．紫草宁是紫草细胞生长和生存所必需的次生代谢物
B．愈伤组织是由高度分化的一团薄壁细胞组成，无特定形态
C．愈伤组织细胞可用于细胞产物的工厂化生产，利用了愈伤组织细胞分裂快、代谢旺盛的特点
D．愈伤组织的诱导受植物激素配比的影响，不受营养物质和光照等因素的影响
答案　C
解析　紫草宁是紫草细胞培养过程中产生的次生代谢物，不是紫草细胞生长和生存所必需的，A错误；愈伤组织分化程度很低，B错误；愈伤组织的诱导受植物激素配比的影响，也受营养物质和光照等因素的影响，D错误。
8．紫草宁具有抗菌、消炎的效果。在工业化生产中，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(　　)
A．工业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
答案　D
解析　由题意“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”可知，工业化生产过程包括细胞的脱分化，A正确；紫草的愈伤组织细胞有细胞壁，在低渗溶液中不会涨破，C正确；根据题意可知，需要将细胞破碎后提取出紫草宁，因此紫草宁在细胞内合成后不能分泌到细胞外，D错误。

9．(2022·山东新泰市高二期中)甲品种青花菜具有由核基因控制的多种优良性状，另一远缘植物乙的细胞质中存在抗除草剂基因，欲将乙细胞质中的抗性基因引入甲中。下列相关叙述错误的是(　　)

A．过程A中取顶芽细胞进行体细胞杂交有利于获得脱毒苗
B．过程B中常用PEG诱导原生质体融合
C．过程C中只有融合细胞活性部位互补，具有完整的细胞结构，才可以正常生长
D．操作过程中生物材料、培养基、培养环境都要严格地灭菌
答案　D
解析　顶端分生组织几乎不含病毒，因此过程A中取顶芽细胞进行体细胞杂交有利于获得脱毒苗，A正确；过程A可使用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞获得原生质体，过程B可使用PEG聚乙二醇)诱导原生质体融合，B正确；过程C中只有融合细胞活性部位互补，具有完整的细胞结构，才正常生长，然后将获得的杂种细胞进行植物组织培养获得杂种植株，C正确；操作过程中生物材料、培养环境都要严格地消毒，而培养基需要经过高压蒸汽灭菌，D错误。
10．(2023·江苏连云港高二质检)辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域，其获得途径如图所示。下列叙述不正确的是(　　)

A．图中愈伤组织、脱毒苗和高产细胞系的获得都体现了植物细胞的全能性
B．图中①和②分别表示辣椒组织培养中细胞的脱分化和再分化过程
C．②过程需要用适宜配比的生长素和细胞分裂素溶液处理
D．用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时，常用的酶是纤维素酶和果胶酶
答案　A
解析　图中愈伤组织和高产细胞系的获得没有体现植物细胞的全能性，A错误。
11．(2022·湖北宜昌高二月考)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，结果如图所示。下列相关叙述不正确的是(　　)

A．培育脱毒苗所依据的原理有基因突变和细胞的全能性
B．培育脱毒苗的过程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，成苗率越低
D．根据本实验可知，培养脱毒苗时茎尖的适宜大小为0.27 mm
答案　A
解析　植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无病毒，切取一定大小的茎尖进行植物组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗，因此培育脱毒苗所依据的原理是植物细胞的全能性，没有基因突变，A错误；培育脱毒苗的技术是植物组织培养，涉及脱分化和再分化两个阶段，B正确；由题图可知，在茎尖外植体大小为0.27 mm时，幼苗的脱毒率和成苗率均处于较高水平，因此培养脱毒苗时茎尖的适宜大小为0.27 mm，D正确。
12．(2023·河南郑州高二期末)植物细胞工程在农业、医药工业等方面有着广泛的应用，下列相关叙述正确的是(　　)
A．细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞生长的培养条件，提高单个细胞中次生代谢物的含量
B．人们常常利用茎尖进行植物组织培养获得抗病毒苗
C．利用花药离体培养获得玉米幼苗，直接从中选择出具有优良性状的个体，这样能够极大地缩短育种年限
D．快速繁殖花卉的过程中，诱导愈伤组织期间一般不需要光照，此时细胞代谢类型为异养需氧型
答案　D
解析　细胞产物的工厂化生产主要是利用植物细胞培养技术，通过促进细胞增殖，获得高产细胞系，A错误；茎尖的病毒极少，甚至无病毒，因此，切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗，B错误；利用花药离体培养可获得玉米幼苗的单倍体，再经过诱导染色体数目加倍后，从中选择出具有优良性状的个体，这样能够极大地缩短育种年限，C错误。
13．草莓是人们经常食用的一种水果，有较高的营养价值。草莓是无性繁殖的作物，长期种植会使病毒积累在体内，使其产量减少，品质下降。如图是利用植物组织培养技术培育脱毒草莓苗的过程，请据图回答下列问题：
外植体愈伤组织胚状体―→脱毒苗―→草莓植株
(1)培育脱毒苗时，一般选取 作为外植体，其依据是
。
(2)①是脱分化过程，细胞脱分化是指已经分化的细胞，经过诱导后，失去其 而转变为未分化细胞的过程。②是 过程。在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素及氨基酸外，还需要在培养基中加入 。
(3)研究表明，多倍体草莓产量高于二倍体，利用组织培养技术获得多倍体草莓的方法有两种：一是使用 (药剂)处理草莓的愈伤组织，再经培养获得多倍体植株；二是利用 (药剂)诱导草莓体细胞融合形成杂种细胞后，再经组织培养获得多倍体植株。
(4)在植物组织培养的过程中，可以对 进行化学或物理的诱变处理，促使其发生突变，再通过诱导分化形成植株，从中选育出优良品种。这种作物新品种的培育方法属于 。
答案　(1)茎尖　该部位病毒极少，甚至无病毒　(2)特有的结构和功能　再分化　植物激素(或植物生长调节剂)　(3)秋水仙素　聚乙二醇(PEG)　(4)愈伤组织　突变体的利用(或诱变育种)
14．(2023·广东中山高二期末)单倍体诱导技术对改良蔬菜品种、加速品种选育进程具有重要的意义。某研究所对蔬菜单倍体诱导的主要途径、影响因素、染色体加倍技术及其在遗传育种中的应用进行了研究。回答下列问题：
(1)蔬菜单倍体可通过 途径获得。经诱导获得的单倍体中 (填“不存在”“存在”或“不一定存在”)等位基因，原因是这与 有关。
(2)单倍体一般具有 的特点，因此要对其染色体进行加倍处理。在自然环境中，某些单倍体可出现自然加倍的现象，分析其出现的原因可能是 ，还可以采用 (写出使用的试剂以及处理的材料)的方法获得染色体数目加倍的蔬菜。
(3)已知栽培香蕉为三倍体，不能用于培养单倍体的原因是
。
(4)许多蔬菜的单倍体只含有一个染色体组，在诱变育种中易筛选出突变性状，其原因是
。
答案　(1)花药离体培养　不一定存在　体细胞中染色体组的多少　(2)高度不育　低温诱导其染色体数目加倍　秋水仙素处理幼苗　(3)体细胞中含有三个染色体组，减数分裂时联会紊乱，不能形成正常的配子　(4)由于没有同源染色体，染色体上无论是显性基因还是隐性基因都可以得到表达
解析　(1)单倍体育种是利用花药离体培养技术获得单倍体植株，再诱导其染色体加倍，从而获得所需要的纯系植株的育种方法。蔬菜单倍体可通过花药离体培养途径获得，经诱导获得的单倍体中不一定存在等位基因，这与体细胞中染色体组的多少有关，如AAaa个体获得的单倍体可能含有等位基因Aa。(4)许多蔬菜的单倍体只有一个染色体组，没有同源染色体，染色体上无论是显性基因还是隐性基因都可以得到表达，因此在诱变育种中易筛选出突变性状。