2.1.2 植物细胞工程的实际应用

学习 目标 1.了解植物繁殖的新途径及原理。(重、难点) 2.区别人工种子与自然状态下的种子。(重点) 3.了解作物新品种培育的方法和原理。 4.了解细胞产物的工厂化生产的方法、原理。

一、植物繁殖的新途径 1.微型繁殖： (1)概念：用于_________优良品种的植物组织培养技术。 (2)特点。 ①保持优良品种的_________。 ②_________地实现种苗的大量繁殖。 2.作物脱毒： (1)选材部位：植物_______附近的部位。 (2)优点：提高作物的产量和品质。 快速繁殖 遗传特性 高效快速 分生区

3.人工种子： (1)概念：以_____________得到的_______、不定芽、顶芽 和腋芽等为材料，经过_________包装得到的种子。 (2)优点。 ①后代无_________。 ②不受季节、_____和_____的限制。 植物组织培养 胚状体 人工薄膜 性状分离 气候 地域

花药 _______植株 _______植株。 (3)优点。 ①后代是纯合子，能_________。 ②明显_____了育种年限。 二、作物新品种的培育 1.单倍体育种： (1)方法：_____________。 (2)过程： 花药 _______植株 _______植株。 (3)优点。 ①后代是纯合子，能_________。 ②明显_____了育种年限。 花药离体培养 单倍体 纯合子 人工诱导 染色体加倍 离体培养 稳定遗传 缩短

2.突变体的产生和利用： (1)产生：在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于 不断的_____状态而易受培养条件和外界压力(如射线、化学 物质等)的影响而产生_____。 (2)利用：筛选出对人们有用的_______，进而培育成新品种。 分生 突变 突变体

三、细胞产物的工厂化生产 1.细胞产物种类：包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、 生物碱等。 2.生产的技术手段：_________________。 3.实例：人参、三七、紫草和银杏的细胞产物都已实现了 工厂化生产。 植物组织培养技术

【微点拨】 1.为什么微型繁殖技术可以保持优良品种的遗传特性？ 提示：植物的体细胞含有相同的遗传物质；植物组织培养过程中通过有丝分裂增加细胞数目，分裂过程中遗传物质保持不变。 2.通过“人工种子”繁殖后代属于什么生殖方式？ 提示：无性繁殖。 3.人工种子萌发长成的植物是否可育？ 提示：若是由花粉(或者三倍体植物的营养器官)发育来的植株是不可育的；若是由茎尖、根尖等营养器官发育来的则可育。

4.在植物组织培养过程中，为什么培养细胞容易在培养条件和外界压力改变的条件下产生突变？ 提示：因为培养细胞一直处于不断的分生状态。 5.单倍体育种和突变体育种的原理相同吗？为什么？ 提示：不相同。单倍体育种的原理是染色体变异，而突变体育种的原理是基因突变。 6.细胞产物的生产是将植物细胞培养到什么环节？ 提示：愈伤组织。

1.植物的微型繁殖技术是指(　　) A.植物体细胞杂交技术　　　　B.嫁接 C.营养繁殖　　　　　　　　　D.植物组织培养 【解析】选D。植物的微型繁殖技术是指快速高效繁殖优良品种的植物组织培养技术。

2.用植物组织培养技术，可以培养或生产出(　　) A.食品添加剂　　　　　B.无病毒植物 C.人工种子　　　　　　D.前三项都是 【解析】选D。通过植物组织培养技术，可以工厂化生产食品添加剂等细胞产物，也可以生产人工种子和培育脱毒苗。

3.对人工种子正确的解释是(　　) A.通过科技手段人工合成的种子 B.利用植物组织培养技术获得的种子 C.种皮能够自我生成的种子 D.人工种子发芽率低 【解析】选B。人工种子是经组织培养获得的胚状体、不定芽等，经人工薄膜包装得到的种子，人工种子发芽率较高。

4.马铃薯利用它的块茎进行无性生殖，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(　　) 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】选C。马铃薯种植世代多了以后往往因感染病毒而减产，而不是遗传物质变化造成的，因此不需要考虑根据遗传变异的原理进行育种。其茎尖几乎不含病毒，可以通过组织培养获得脱毒苗。

5.人参皂甙干粉工厂化生产，下列哪种技术是必需的(　　) A.杂交育种　　　　　B.植物组织培养 C.多倍体育种　　　　D.单倍体育种 【解析】选B。对人参皂甙干粉进行工厂化生产，必须先通过植物组织培养获得人参皂甙含量高的细胞株，然后进行大规模发酵生产。

6.下列育种措施，可以增加植物突变体出现的是(　　) A.采用嫁接方法培育苹果新品种 B.将鱼的抗冻蛋白基因导入烟草受精卵中，培育抗冻烟草 C.用紫外线对组织培养中的愈伤组织进行照射 D.使用秋水仙素对棉花植株进行处理

【解析】选C。突变体的利用是植物组织培养的用途之一，增加突变体可应用物理、化学、生物等因素去诱发突变，如用紫外线进行处理等。而A选项中嫁接属于无性生殖，B选项为基因工程，二者均不会产生新的基因；秋水仙素能诱导棉花出现染色体变异。

一、植物繁殖的新途径 1.微型繁殖： (1)本质：微型繁殖只运用了植物组织培养技术，该过程只涉及有丝分裂，没有减数分裂，因而属于无性繁殖。 (2)优点：使用材料少，培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理，有利于进行工厂化培养。

2.作物脱毒： (1)病毒的特点：病毒是寄生性生物，在用种子繁殖或用植物根、茎无性繁殖过程中，种子、根、茎的细胞中可能携带着病毒并传给下一代，使其繁殖的子代感染病毒。 (2)材料的选取：据检测，植物的分生组织细胞中一般不含病毒或病毒极少。如果将未被病毒感染的植株的分生组织用植物组织培养的方法培育幼苗，用于生产，可以避免病毒对作物的影响，大大提高作物的产量。

3.人工种子： (1)组成图示：

①胚状体：人工种子的主要成分，也可以是不定芽、顶芽和腋芽等。 ②人工种皮的要求。 a.能保持胚状体的活力，即要能透气、透水，含有胚状体发芽所需要的各种营养成分等。 b.有利于贮藏、运输和萌发，选取的材料要有韧性，耐压，对胚状体无毒害。 c.应含有农药和杀菌剂，以防播种后害虫及微生物的侵害。 d.还要加入能促进胚状体生长和发育的一些植物生长调节剂、有益菌等。

(2)优点。 ①提高植物的繁殖能力：可使自然条件下不结实或种子昂贵的植物得以繁殖。 ②可人为控制植物的生长发育与抗逆性。 ③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。 ④用人工种子播种可以大大节约粮食。

【易错提醒】 (1)人工种子中，只有胚状体(或不定芽、顶芽、腋芽)部分是植物组织培养的产物。 (2)天然种子会因有性生殖而引起基因重组，造成某些遗传性状的改变，而人工种子实际是无性繁殖，所以可以保持优良品种的遗传特性。

1.下列属于微型繁殖技术的是(　　) A.兰花的芽尖组织培育成兰花幼苗 B.水稻种子萌发并长成新个体 C.扦插的葡萄枝条长成新个体 D.柳树芽发育成枝条

【解题关键】首先明确微型繁殖的基础是植物组织培养技术，植物组织培养是将已分化的器官、组织或细胞培育成完整个体的技术。 【解析】选A。水稻种子萌发并长成新个体、柳树芽发育成枝条均属于生物的个体发育，扦插的葡萄枝条长成新个体属于营养繁殖，只有A属于组织培养范畴。

2.(2014·长春模拟)人工种子是人们模仿天然种子的结构制造出来的生命有机体，它能像种子一样萌发生长，长成植物。人工种子的核心部件是个被外层物包埋的具有类似于胚功能的胚状体。将胚状体包埋在一个能提供营养的胶质中，便成了所谓的“人工种子”。

(1)人工种子依据的原理是　 ， 培育胚状体利用了　 技术。 (2)包埋胚状体的胶质可看作自然种子的哪部分结构？   　。 (3)如果外植体是植物的茎尖，通过①的处理可使细胞彼此分离，①过程中可加入(　　) A.蛋白酶　　B.淀粉酶　　C.果胶酶　　D.胰蛋白酶 (4)②过程表示脱分化过程，其实质是　　　　　　　　　；③表示再分化过程，其实质是　　　　　　　　　　　　。 (5)由人工种子萌发成的植株是否可育？　　　　　　　　。

【解题关键】解答本题的突破点： (1)明确种子的结构。 (2)明确人工种子的形成，以及得到的人工种子的基因型。

【解析】(1)人工种子能发育成完整植株，说明其细胞内含有个体发育所需要的全部遗传物质，因此依据的原理是细胞的全能性，人工种子是经过植物组织培养技术得到的。 (2)包裹胚状体的胶质有保护胚状体的作用，同时又可以为胚状体提供营养物质，所以可看成种皮及胚乳或子叶。 (3)使植物细胞彼此分离可以使用纤维素酶和果胶酶，因为植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。 (4)脱分化的实质是使细胞恢复分裂能力，而再分化的实质是基因的选择性表达。 (5)人工种子是否可育取决于培育胚状体所用的材料。

答案：(1)植物细胞的全能性　植物组织培养 (2)种皮及提供营养的胚乳或子叶　(3)C (4)使细胞恢复分裂能力　基因的选择性表达 (5)不一定

【互动探究】 (1)题2中如果经过①过程得到的细胞的基因型为DdTt，经图示过程得到的人工种子是否可育？为什么？ 提示：可育。若经过①过程得到的细胞的基因型为DdTt，则胚状体的基因型为DdTt，属于二倍体，因此可育。

(2)若题2图中植物体的基因型为DdTt，利用花药离体培养得到的“花粉胚”长成的植株可育吗？为什么？ 提示：不可育。若植物体的基因型为DdTt，利用花药离体培养得到的“花粉胚”长成的植株的基因型为DT、Dt、dT、dt，均属于单倍体，因此不可育。

二、作物新品种的培育 1.单倍体育种： (1)原理：染色体变异。 (2)过程： (3)优点：可明显缩短育种年限。

2.体细胞诱变育种： (1)过程：

(2)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，加快了育种进程。 (4)缺点。 ①突变不定向，需要处理大量材料。 ②突变少利多害，符合人们需要、有利的品种比较少。

3.突变体的利用：植物组织培养过程中，培养细胞一直处于不断的分生状态，容易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变。从这些产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。

4.单倍体育种、基因工程育种和植物细胞工程育种的比较： 原 理 染色体变异、 组织培养 基因重组 细胞的 全能性 方 法 选择亲本→有性杂交→F1产生的花粉离体培养获得单倍体植株→诱导染色体加倍获得可育纯合子→选择所需要的类型 提取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→基因表达→筛选出符合要求的新品种 去细胞壁→细胞融合→组织培养

单倍体育种 基因工程育种 植物细胞 工程育种 优 点 明显缩短育种年限，加速育种进程 不受种属限制，可根据人们的需要，有目的地进行 克服远缘杂交的不亲和性，有目的地培育优良品种 缺 技术较复杂，需与杂交育种结合，多限于植物 可能会引起生态危机，技术难度大 技术复杂，难度大

【思维拓展】 单倍体育种与多倍体育种的异同 (1)相同点：单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素诱导染色体数目加倍。 (2)不同点：单倍体育种需要植物组织培养先形成单倍体幼苗，但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。

1.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，据图判断错误的是(　　) 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

【解题关键】明确单倍体育种的过程包括花药离体培养和染色体加倍两个环节。单倍体育种最大的优点是能缩短育种年限。 【解析】选B。该过程是单倍体育种过程，所以①是花药离体培养，获得的是单倍体，基因型为AB、Ab、aB、ab四种，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属于植物组织培养，需要生长素和细胞分裂素的诱导。

2.下图所示为植株繁殖的四种人工方式示意图，请据图回答：

(1)图中单倍体植株通常的获取方式是　 。 若图中单倍体细胞含2个染色体组，A有4个染色体组，则③过程所用化学试剂的作用是　　 　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)图中B和C过程的不同点是 　 　　　  　　　　　 　　　　 　　　　 ，这种不同主要的决定因素是　　　 　　 　　　　 　　。

(3)若想在C过程中获得突变体，进而培育成新品种植株，应用物理诱变或化学诱变的方法处理　　　　。 (4)若要获得水稻的“人工种子”，则应选用图中的 　　　  结构，该结构与正常受精卵形成的　　　　有类似的结构和发育过程。 (5)若D过程获得的是胡萝卜—羊角芹，②过程常用的物理方法有　　　　　　　　　　　　　　　等；经融合处理后，已经融合的细胞类型有　　　　　种(若融合的细胞只考虑两两融合)。

【解题关键】解答本题应注意以下两点： (1)明确植物组织培养的过程。 (2)明确愈伤组织和胚状体的重要应用。

【解析】本题主要考查植物细胞工程的原理和应用。 (1)图中A过程表示单倍体育种，获取单倍体时常用花药离体培养的方法。若要使单倍体的染色体加倍，变成A植株，则需要在③过程中用秋水仙素处理幼苗，以抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成。 (2)图中B和C过程都是体细胞的组织培养，其不同点是B过程中形成的是胚状体，而C过程形成的是丛芽，这种不同主要的决定因素是细胞分裂素与生长素的比值。

(3)在组织培养过程中获得突变体，一般用物理诱变或化学诱变的方法处理愈伤组织，再由愈伤组织经再分化形成突变植株。 (4)若要获得水稻的“人工种子”，则应选用图中的胚状体结构，该结构与正常受精卵形成的胚有类似的结构和发育过程。 (5)D为植物体细胞杂交的过程，②过程常用的物理方法有离心、振动、电激等；经融合处理后，已经融合的细胞类型有3种(只考虑两两融合)：胡萝卜—胡萝卜融合细胞、羊角芹—羊角芹融合细胞和胡萝卜—羊角芹融合细胞。

答案：(1)花药离体培养　抑制细胞有丝分裂过程中纺锤体的形成 (2)B过程中形成的是胚状体，而C过程形成的是丛芽 细胞分裂素与生长素的比值 (3)愈伤组织 (4)胚状体　胚 (5)离心、振动、电激　3