人教版高中生物选修3专题2细胞工程 植物细胞工程 教案.docx

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人教版高中生物选修3专题2细胞工程植物细胞工程教案

2.2　植物细胞工程

编写人王志杰

教学目标　

1.掌握植物组织培养的原理、过程及其特点。

2.理解人工种子的制备方法、过程及其意义。

3.理解植物细胞培养的方法、过程。

4.举例说出植物细胞工程的应用。

一、植物组织培养

1．细胞的全能性

（1）概念：

生物体细胞在________________上存在很大差异，但每一个细胞都具有该物种的__________________________，都具有____________________________________，也就是说，每个细胞都具有________________________的潜能。

（2）证据：

植物的体细胞在适宜的条件下可培养成________________。

2．植物组织培养

（1）概念：

是指依据______________原理，在________条件下，分离植物的____________________________（外植体），并在培养基上培养，在适宜的条件下使其长成________________的技术。

（2）培养材料：

________________________等。

（3）培养过程

离体的植物器官、组织或细胞或原生质体

____________

______或________―→试管苗

①愈伤组织：

是一团没有__________________并处于____________状态的______细胞。

②脱分化：

指____________的植物细胞形成______________________的过程。

③再分化：

____________重新被诱导分化形成______等器官的过程。

（4）人工种子

①概念：

是指在________________中得到的________________，包埋在含有营养和保护物质的包被中，在适宜条件下能够____________的颗粒体。

②结构：

________外包裹__________和__________。

二、植物细胞培养

1．概念：

将组织培养过程中形成的____________或其他易分散的组织置于__________中，进行__________，得到分散游离的悬浮细胞，通过____________使细胞增殖，从而获得大量的____________的一种技术。

2．与组织培养的关系

（1）____________是基础。

（2）细胞培养的目的：

通过大规模的____________以获得人类所需的________________。

3．应用：

生产细胞的________________，如紫杉醇。

三、利用植物体细胞杂交技术培育新品种

1．原生质体：

是指去除____________后获得的裸露的植物细胞结构。

2．原生质体的各种植物的____________等部位或组织培养产生的____________。

3．原生质体的制备过程：

先利用______的方法（__________________等）去除细胞壁，然后利用__________或采用________________对原生质体进行分离纯化并鉴定其______，再用于细胞培养或体细胞杂交。

4．原生质体的特点：

具有____________，即具有____________、进行__________并长成__________的能力。

5．应用

（1）可用于诱导______。

（2）能摄入DNA、质粒、病毒、细菌、细胞器等外源物质，是植物细胞工程进行____________如基因转移的良好材料。

课时训练

基础落实

1．下列关于运用植物组织培养技术产生新个体的叙述，错误的是（　　）

A．属于无性生殖

B．主要理论依据是植物细胞具有全能性

C．培养过程中由于人工培养基含大量营养，不需光照就能发育成完整植株

D．人工培养基中含植物生长发育所需的全部营养物质，包括矿质元素、糖、维生素等

2．将花药离体培养，形成完整的植株，通常需要经过的两个阶段是（　　）

A．脱分化形成愈伤组织，再分化形成根、芽

B．分化形成愈伤组织，进一步分化形成根、芽

C．通过减数分裂形成配子，配子再发育形成根、芽

D．先用秋水仙素处理花粉，再进行花药离体培养

3．下列关于植物组织培养的表述，错误的是（　　）

A．外植体可以来自于植物的任何细胞

B．培养应在无菌条件下进行

C．以花粉作为外植体可得到单倍体植株

D．不同阶段的培养基中细胞分裂素和生长素的比例不同

4．“白菜－甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长期短和耐储藏等优点。

下图是“白菜－甘蓝”的培育过程示意图，下列描述错误的是（　　）

A．培育过程中，实现①②过程常用的物质为纤维素酶和果胶酶

B．过程③的诱导方法有物理法和化学法两种

C．⑤过程中进行的细胞分裂方式是减数分裂，形成的杂种植物幼苗遗传物质发生改变

D．植物体细胞杂交方法的优点是克服远缘杂交不亲和的障碍

5．将无根的非洲菊幼苗转入无植物激素的培养基中，在适宜的温度和光照等条件下培养一段时间后，应出现的现象是（　　）

6．下列关于植物细胞培养的叙述，不正确的是（　　）

A．植物细胞培养是指在实验室工厂化生产的条件下，进行悬浮培养，从而获得大量细胞群体的一种技术

B．在植物细胞培养的基础上发展出了植物组织培养技术

C．植物细胞培养的培养基主要由水、无机营养、有机营养、天然附加物和生长物质等组成

D．植物细胞培养的最重要目的是获得植物次生代谢产物

7．人参皂甙粉是人参中重要的药用成分，以前只能从人参中提取，产量极低，因而价格较贵，目前可通过下列哪项技术迅速大量获取（　　）

A．基因工程B．植物细胞培养

C．植物体细胞杂交D．发酵工程

能力提升

8．下列关于植物细胞培养的说法错误的是（　　）

A．植物细胞培养的原理是植物细胞的全能性

B．植物细胞培养的对象分散得到的悬浮细胞

C．植物细胞培养的目的是获得大量细胞或细胞次生代谢产物

D．培养过程中需要筛选出次生代谢产量高、生长迅速的单细胞无性繁殖系

9．如图是人工种子的结构简图，对其叙述不正确的是（　　）

A．人工种子的胚乳中含有胚状体发育所需要的营养物质，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地粮食

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

10．明党参是我国珍稀药用植物，对其进行保护性开发利用的方法有（多选）（　　）

A．设计细胞培养反应器，实现药用成分的工厂化生产

B．大量培养愈伤组织，直接提取药用成分

C．大规模栽培组织培养苗，获取药用成分

D．利用组织培养获得胚状体，制成人工种子

11．下列没有采用植物组织培养技术的一项是（　　）

A．利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，得到多倍体植株

B．利用花药离体培养得到单倍体植株

C．利用基因工程培育抗虫棉

D．利用细胞工程培育“番茄－马铃薯”杂种植株

12.如图所示为农作物新品种的育种方式：

（1）图示育种方式涉及到的生物工程技术有：

________、________、________。

（2）②③过程分别为________、________。

（3）⑤过程中常用的载体是________；⑤过程表示的基因操作步骤是________________________________________________________________________。

（4）上述育种与传统杂交育种相比，突出优点是___________________________________

________________________________________________________________________。

13．医学研究发现紫杉醇能有效治疗某些癌症。

获得紫杉醇的传统方法是从红豆杉属植物的树皮中提取，但产量有限，也不利于濒危的红豆杉的保护。

研究发现，红豆杉的其他组织细胞也能生产紫杉醇，有人尝试用细胞工程技术生产。

如图为三种红豆杉细胞培养过程中细胞数量与紫杉醇产量的数据图。

请回答：

（1）据图分析，获得高产紫杉醇应选________红豆杉为原料，培养后期紫杉醇产量出现下降的原因包括____________________________________等。

（2）将红豆杉细胞经组织培养形成____________方可接种到培养基中。

（3）在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌的目的是________________和________________。

（4）利用组织培养技术生产与传统方法提取紫杉醇相比，前者具有___________________

（至少答出两点）等优点。

综合拓展

14．传统农作物育种途径往往是通过杂交获得，随着生物工程技术的不断发展，新品种的培育途径逐渐被扩宽。

目前至少有7种培育农作物新品种的途径被广泛应用。

如图为水稻的几种不同的育种方法示意图。

请据图回答：

（1）图中A、D方向所示的途径表示________育种方式，A→B→C的途径表示____________育种方式。

两个亲本的基因型分别为AAbb和aaBB，这两对基因按自由组合定律遗传，要培育出基因型为aabb的新品种，最简捷的途径是________________。

这两种育种方式相比较，后者优越性主要表现在____________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）G所示过程可以采用花粉管通道法，这是基因工程操作的__________________环节。

检测目的基因是否表达的方法有___________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）科学家从悬浮培养的单细胞或胚囊中，通过植物组织培养技术获得胚状体，并将其包埋在一个能提供营养的胶质中，外包裹上人工种皮，制成人工种子。

目前，我国科学家利用植物组织培养技术已在烟草、水稻、小麦和玉米等植物上成功诱导出胚状体，而美、日等国正着手将人工种子商品化。

离体细胞进行植物组织培养获得胚状体需要通过__________、________过程。

人工种子中包埋胚状体的胶质可看作玉米种子的________结构。

（4）由人工种子萌发出的植株与天然种子萌发出的植株有何区别？

_________________

________________________________________________________________________。

[答案]

一、1.

（1）形态、结构和功能　全套遗传物质　发育成完整个体所必需的全部基因　发育成一个新的生物个体　

（2）完整的正常植株　2.

（1）细胞全能性　无菌　器官、组织、细胞或原生质体　部分或完整植株　

（2）茎尖、根尖、叶片和花药　（3）愈伤组织　根、芽　胚状体　①特定结构和功能　旺盛分裂　薄壁　②已经分化　愈伤组织　③愈伤组织　根、芽　（4）①植物组织培养　体细胞胚状体　发芽出苗　②胚状体　人工胚乳　人工种皮

二、1.愈伤组织　液体培养基　悬浮培养　继代培养　细胞群体　2.

（1）组织培养　

（2）细胞培养　细胞次生代谢产物　3.次生代谢产物

三、1.植物细胞壁　2.叶片、根尖　愈伤组织　3.酶解　纤维素酶、果胶酶　低速离心　相对密度漂浮法　活性　4.细胞全能性　再生细胞壁　连续分裂　完整植株　5.

（1）融合　

（2）遗传操作

课时训练

1．C　[植物组织培养是根据植物细胞具有全能性的理论，利用植物离体的器官、组织或细胞，在无菌和适宜的人工培养条件下，诱导出愈伤组织、不定芽、不定根，最后形成完整的植株，属于无性生殖。

人工培养基中虽含有植物生长发育所需的全部营养物质，但仍需光照、温度等条件。

]

2．A　[花药离体培养应用了植物的组织培养技术，植物的组织培养包括脱分化和再分化两个过程。

]

3．A　[外植体指植物离体的器官、组织、细胞或原生质体。

利用外植体进行植物组织培养的原理是细胞的全能性。

导管、筛管细胞就不能充当外植体，A错误。

]

4．C　[根据植物体细胞杂交技术可以确定①②是利用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁得到原生质体，③是原生质体融合形成融合的原生质体，遗传物质发生了改变，是白菜细胞和甘蓝细胞遗传物质的集合，通过有丝分裂增加细胞数目；植物体细胞杂交克服了远缘杂交不亲和的障碍。

]

5．B　[细胞分裂素促进细胞分裂，诱导芽的分化；生长素可以促进不定根、侧根的形成；此题中虽然培养基中没有植物激素，但是植物幼苗叶片本身可以产生生长素，而细胞分裂素的产生部位是根尖，细胞分裂素不能产生，所以植物能够在一段时间后长出少量的根而没有出芽。

]

6．B　[植物细胞培养是在植物组织培养技术的基础上发展起来的。

]

7．B　[人参皂甙粉是利用人参细胞经植物细胞培养而获得的。

]

8．A　[植物细胞培养是将组织培养过程中形成的愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中，进行悬浮培养，得到分散游离的悬浮细胞，通过继代培养使细胞增殖，从而获得大量的细胞群体的一种技术，利用的原理是细胞增殖。

]

9．D　[人工种子是经植物组织培养获得具有生根、发芽能力的胚状体结构后，包裹上人工种皮而形成的。

在人工种子胚乳中除了添加种子萌发所需的营养物质外，还可以添加农药、植物激素、固氮菌等。

]

10．ABCD　[所谓保护性开发利用是指在保持现有野生个体数量的前提下，合理利用现有资源，或通过开辟新的途径或手段以达到获取资源为目的的开发方式。

A、B、C三个选项中，均是通过生物技术手段，实现了获得药用成分的目的，D项通过合成人工种子，增加了个体数量，从而获得了充足的药用资源。

]

11．A　[花药离体培养属于植物组织培养。

基因工程培育抗虫棉时将编码毒蛋白基因与质粒重组，然后导入农杆菌细胞，用该细菌感染棉的体细胞，之后进行组织培养。

而植物体细胞杂交技术先进行细胞融合得到杂种细胞再进行植物组织培养得到杂种植株。

多倍体育种过程中未采用植物组织培养。

]

12．

（1）基因工程　植物组织培养　植物体细胞杂交（细胞融合）　

（2）脱分化　再分化　（3）质粒　将目的基因导入受体细胞　（4）打破生殖隔离、实现遗传物质的定向改变、克服了远缘杂交不亲和的障碍、周期短

[解析]　

（1）图中⑤过程涉及到基因工程，①过程为植物体细胞杂交，两者都需要植物组织培养技术的支持。

（2）图中②为脱分化的过程，可获得愈伤组织，然后经过③再分化而得到胚状体。

（3）基因工程中常用的载体为质粒，⑤过程是将目的基因导入到某种植物受体细胞中。

（4）不管是基因工程育种还是植物体细胞杂交育种，都会打破物种的界限——生殖隔离，实现生物性状的定向改变。

13．

（1）云南　活细胞数量减少，某些代谢产物的积累

（2）愈伤组织　（3）保证氧气供应充足　使细胞与培养液及氧气充分接触　（4）产量高、节约资源、保护环境

[解析]　

（1）由紫杉醇含量数据图可知云南红豆杉产量最高，随着培养时间的加长，培养基中营养物质减少，某些有害代谢产物积累，使活细胞数量减少，从而紫杉醇产量下降。

（2）培养是为了获得细胞产物，所以培养到愈伤组织即可。

（3）通入无菌空气是保证氧气的供应，而搅拌是为了让细胞与培养液及氧气充分接触。

（4）组织培养到愈伤组织时，这些细胞产量高，耗材少，且不会对环境造成污染。

14．

（1）杂交　单倍体　A→B→C　能较快得到纯合子，缩短育种年限　

（2）转化受体细胞　分子杂交技术和抗原—抗体杂交等　（3）脱分化　再分化　胚乳　（4）天然种子萌发出的植株属于有性生殖，可能因性状分离而丧失其优良特性

[解析]　

（1）A、D途径是将两株植株的优良性状集中到一株植株的身上，属于杂交育种；获得纯种植物的最快捷方式是单倍体育种，该育种方式可明显缩短育种年限。

（2）将目的基因导入受体细胞的方法主要有农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法，检测目的基因是否表达可用分子杂交技术和抗原—抗体杂交。

（3）植物组织培养时脱分化形成愈伤组织，再分化形成胚状体，人工种子的种皮中含有养分、无机盐、有机碳源等物质，相当于种子的胚乳。

（4）人工种子发育成植株属于无性繁殖，天然种子发育成植株属于有性繁殖，有性繁殖可能因性状分离而丧失其优良特性。