高中生物第2章基因工程第2节基因工程的应用学案苏教版3Word文档下载推荐.docx
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②繁殖速度快,可短时间内提供大量种苗;
③有利于保存该品系的优良性状。
[合作探讨]
资料1目前,一些优良的观赏植物、经济林木等都已经实现了利用微型繁殖技术来提供苗木。
兰花、生菜、杨树以及无子西瓜的试管苗,都已形成一定规模的产业化生产。
资料2作物感染病毒后,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。
20世纪50年代,科学家切取一定大小的植物分生区(如茎尖进行组织培养,再生的植株就有可能不带病毒,从而获得脱毒苗。
资料320世纪80年代,科学家利用植物的组织培养技术制造出了神奇的人工种子。
目前,我国的科学工作者已经成功地把芹菜、花椰菜、桉树和水稻的胚状体制备成了人工种子,并得到了较高的发芽率。
探讨1:
从所需条件上来看,微型繁殖与传统育种方法相比有哪些优点?
提示:
微型繁殖是在具有一定人工设施的室内生产,可以不受季节、气候等自然条件的限制。
探讨2:
对作物脱毒,选择分生区的原因是什么?
植物的分生区一般不会感染病毒,用分生区的细胞进行组织培养,就能得到大量的脱毒苗。
探讨3:
人工种子的胚状体和植物种子的胚在来源上有何区别?
人工种子的胚状体是无性生殖的结果,种子中的胚是有性生殖的结果。
探讨4:
人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分。
人工种皮中应该具有的有效成分是什么?
为了促进胚状体的生长发育,我们还可以向人工种皮中加入哪些物质?
(1针对植物种类和土壤等条件,在人工种子的包裹剂(人工种皮中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。
(2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。
[思维升华]
1.微型繁殖技术
(1优点
①植物组织培养技术是无性繁殖技术,新植株含有的遗传物质与亲本一样,因而能保持亲本的优良性状。
②利用这种技术可以迅速大量地培育新个体,有利于进行工厂化生产。
③选材少、培养周期短、繁殖率高,便于自动化管理。
(2获取方法:
植物组织培养。
(3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。
(4实例:
优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物。
(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原理:
生产上许多无性繁殖作物均受到病毒的侵染,从而导致品种的严重退化、减产和品质降低。
利用植物分生组织(刚刚产生,病毒很少甚至无病毒进行植物组织培养可以使新长成的植株脱去病毒。
(3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和品质。
(4优点:
获得高产、优质的无病毒植株。
(5获取方法:
(6实例:
脱毒马铃薯比未经脱毒的马铃薯增产50%以上。
(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。
③人工胚乳的要求。
主要成分应该含有无机盐、糖类和蛋白质等营养物质。
(2优点。
①解决了某些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。
②固定杂种优势。
天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象,因而会造成
某些遗传性状的改变,而人工种子则可以完全保持优良品种的遗传特性。
③快捷高效的繁殖方式。
天然种子在生产上受季节的限制,一般每年只能繁殖1~2次,有些甚至十几年才繁殖一次,而人工种子生产不受季节限制,且快捷高效。
④可控制植物的生长发育与抗逆性。
针对植物种类和土壤条件,在人工种子的包裹剂中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等,可控制植物的生长发育和增强抗逆性。
(3获取方法:
已成功把芹菜、花椰菜、桉树和水稻的胚状体制备成了人工种子,并得到了较高的发芽率。
特别提醒]
(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.下面为人工种子图示,下列与其培育过程有关的叙述中,错误的是(
A.人工种子一般用离体的植物细胞通过组织培养技术获得
B.胚状体是由愈伤组织分化而成,离体细胞只有形成愈伤组织才能表现出全能性
C.同一批次的人工种子可以保证具有相同的基因型
D.胚状体是由未分化的、具有分裂能力的细胞构成的
【解析】人工种子是通过植物组织培养到胚状体阶段,再经过人工薄膜包装得到的。
由于植物组织培养属于无性繁殖,因此同一批次生产的人工种子基因型相同。
胚状体已具有根、芽的分化,但仍具有分裂能力。
【答案】D
2.下面为番茄植物组织培养过程的流程图解。
以下相关叙述不正确的是(植物叶片――→a叶组织块――→b愈伤组织――→c有生根发芽能力的胚状体――→
d
人工种子――→e
种苗
A.脱分化发生在b步骤,形成愈伤组织,在此过程中植物激素发挥了重要作用
B.再分化发生在d步骤,是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程
C.从叶组织块到种苗形成的过程说明番茄叶片细胞具有全能性
D.人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题
【解析】从图中分析可知,b代表的是脱分化,在此过程中发挥作用的植物激素有生长素和细胞分裂素,A正确;
c表示再分化,即由愈伤组织形成胚状体,B错误;
由体细胞形成完整的植株,体现了植物细胞的全能性,因为其具有本物种全部的遗传信息,C正确;
人工种子是一种人工制造的代替天然种子的颗粒体,可以直接播种于田间。
特点:
周期短,易储存和运输,完全保持优良品种的遗传特性,不受气候和地域的限制。
D正确。
【答案】B
植物细胞培养技术的应用
1.植物细胞代谢产物的工厂化生产
(1植物细胞在生命活动中产生的多种代谢产物是植物生长到一定阶段产生的化学物质,也称次生代谢产物。
(2细胞代谢产物包括药用原料、食品添加剂、保健食品。
2.单倍体育种
(1方法:
花药离体培养→单倍体植株→秋水仙素处理→纯合子植株。
(2优点:
①后代是纯系(填“纯系”或“杂合系”,能稳定遗传。
②明显缩短了育种周期。
资料1常规选育出一个可以稳定遗传的农作物优良品种,一般要经过5~6年的连续筛选。
而单倍体育种极大地缩短了育种的年限,节约了大量的人力物力。
单倍体育种已成为作物育种的一条新途径。
资料2在植物的组织培养过程中,由于培养细胞一直处于不断的分生状态,因此容易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变。
突变体的利用过程如图所示:
外植体――→脱分化愈伤组织
诱变处理诱导分化突变体――→筛选培育
新品种探讨1:
请以流程图的形式表示出单倍体育种过程。
亲本――→⊗F1―→花药――→离体培养单倍体幼苗――→秋水仙素
处理
纯合子→选择所需类型。
单倍体育种过程所依据的原理和涉及的生物学技术分别是什么?
原理是染色体变异和细胞的全能性,该过程主要利用植物组织培养技术。
探讨3:
为什么在培养至愈伤组织时进行诱变处理?
愈伤组织细胞分裂旺盛,不断进行DNA分子的复制,此时易发生基因突变。
探讨4:
诱导分化得到的突变体都是有用的吗?
为什么?
多数有害,少数有利。
因为基因突变具有多害少利性。
探讨5:
单倍体育种和突变体育种的原理相同吗?
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。
1.植物组织培养与植物细胞培养的比较
(1细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱、食品添加剂、保健食品等。
(2过程
外植体――→脱分化愈伤组织――→分散开细胞悬液――→发酵提取
细胞产物
(3举例:
工厂化生产人参皂苷。
①过程:
人参根――→脱分化愈伤组织――→培养
选择增殖速度快且细胞内人参皂苷含量高的细胞――→继续培养分裂出更多的细胞――→提取
人参皂苷
②优点:
提高生产速度、便于操作管理。
(4其他实例:
三七、紫草和银杏的细胞产物的工厂化生产。
3.单倍体诱导与利用
(1单倍体植株的特点:
叶小、株矮、生活力弱且高度不育。
(2技术:
花药离体培养和秋水仙素处理。
(3原理:
细胞的全能性和染色体变异。
(4过程:
花粉囊中
的花粉―――→诱导去分化单倍体胚或愈伤组织――→再分化花粉植株(单倍体植株
―――――――→秋水仙素处理二倍体植株
(染色体数目加倍后能开花、结果
(5秋水仙素的作用:
抑制纺锤体的形成,着丝点分裂形成的子染色体不能分配到两极
形成2个细胞,从而染色体加倍。
(6优点:
①单倍体经过染色体加倍,获得的后代为纯合子,可明显缩短育种年限(一般为2年。
②用单倍体作为转基因的受体,获得的转基因材料经染色体加倍后基因即可纯合,避免了体细胞作为受体导致后代发生性状分离需要多代选择的麻烦。
1.(2016·
陕西西安期中下面的简式表示植物组织培养的大致过程,据此判断不正确的是(
①――→脱分化②――→再分化
③―→④
A.若①是具有杂种优势的农作物细胞,则用③进行繁育会发生性状分离
B.若①是花粉,则④是单倍体植株,经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种
C.若①是人参细胞,对②进行扩大培养可提高细胞产物人参皂苷的产量
D.若①是来自不同植物体细胞融合的杂种细胞,则④可能有不同植物的遗传特性
【解析】图示表示植物组织培养过程,其中①是外植体、②是脱分化形成的愈伤组织(高度液泡化,无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松、无规则的组织、③是再分化形成的胚状体、④是新植体。
只有杂合子才会发生性状分离,而具有杂种优势的农作物细胞也可能是纯合子,所以用③进行繁育不一定会发生性状分离,A错误;
若①是花粉,则④是花药离体培养形成的单倍体植株,其高度不育,但经染色体加倍后可得到稳定遗传的品种,B正确;
若①是人参细胞,则将其脱分化形成②愈伤组织,再进行扩大培养可提高细胞产物人参皂苷的产量,C正确;
若①是来自不同植物体细胞融合的杂种细胞,则其含有两个亲本的遗传物质,所以④可能出现不同植物的遗传特性,D正确。
【答案】A
2.下面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为“胡萝卜—羊角芹”,②过程常用的物理方法有________________等;
经融合处理后,含有的细胞类型有________种(若融合的细胞只考虑两两融合。
【解析】
(1单倍体育种包括花药离体培养和秋水仙素处理幼苗两个阶段。
秋水仙素可抑制纺锤体的形成,诱导染色体数目加倍。
(2图中B表示通过胚状体分化为幼苗,C表示通过愈伤组织形成丛芽再形成幼苗,这两种途径主要取决于培养基中激素的种类及浓度配比。
(3诱变育种处理的材料为分裂活动旺盛的部位,如愈伤组织、芽等。
(4人工种子是在胚状体外包装上人工种皮制得的。
(5诱导原生质体融合的方法有物理法和化学法,物理法电场诱导融合等。
【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
(2B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电场诱导融合3
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】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】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.工厂化生产人参皂苷干粉,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】对人参皂苷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苷含量高的细胞株,然后进行大规模发酵生产。
4.将一粒花粉培育成幼苗,将它的茎尖用秋水仙素处理,长大后该植物正常开花结果。
该植株中哪一部位细胞的染色体数目与其他部位不同?
(
A.根细胞
B.叶细胞
C.茎细胞
D.子房壁细胞
【解析】茎尖用秋水仙素处理后染色体数目加倍,由茎尖发育的细胞(叶、茎、子房壁细胞染色体数目都加倍,而根的染色体数目则无变化。
5.马铃薯利用块茎进行无性生殖,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.利用茎尖进行组织培养
D.人工诱导基因突变
【解析】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。
【答案】C
课堂小结:
网络构建
核心回扣
1.植物组织培养技术不仅可以保持优良品种的遗传特性,还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖。
2.植物分生区附近(如茎尖的病毒极少,甚至无病毒,因此用分生区组织进行组织培养,再生的植株就不会或极少感染病毒。
3.人工种子就是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。
4.单倍体育种通过花药培养获得单倍体植株,染色体加倍后当年便可获得稳定遗传的优良品种,极大地缩短了育种年限。
5.利用植物细胞培养技术可以生产具有生理活性的植物细胞次生代谢产物。
学业分层测评(六
(建议用时:
45分钟
学业达标]
1.红江橙种植多年后易积累病毒而导致品种退化。
目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗,以保证该品种的品质和产量水平。
这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的(
A.有丝分裂
B.分化
C.减数分裂
D.全能性
【解析】采用茎尖分生组织细胞离体培养获得脱毒种苗的技术是植物的组织培养,整个过程中植物细胞的分裂方式都是有丝分裂,不涉及减数分裂,植物组织培养技术的原理是植物细胞的全能性。
2.下列有关植物细胞工程在生产上的应用,不正确的是(
A.利用植物茎尖进行组织培养,可以获得脱毒苗
B.用人工薄膜将愈伤组织包装可制成人工种子
C.利用细胞培养工业化生产人参皂苷,提高产量
D.对愈伤组织进行诱变处理,从分化的植株中筛选新品种
【解析】本题考查植物细胞工程的应用。
植物的茎尖不含病毒或含病毒较少,可用于培养脱毒苗,A对;
人工种子中包埋的是胚状体而不是愈伤组织,B错;
应用植物细胞培养技术培养人参细胞,从中提取人参皂苷,C对;
愈伤组织的分裂能力较强,此时进行诱变处理,可获得突变的新品种,D对。
3.下列各项培育植物新品种的过程中,不经过愈伤组织阶段的是(
A.通过植物体细胞杂交培育白菜—甘蓝杂种植株
B.通过多倍体育种培育无子西瓜
C.通过单倍体育种培育优质小麦
D.通过基因工程培育转基因抗虫水稻
【解析】植物体细胞杂交、单倍体育种、基因工程育种均经过植物组织培养过程,所以需脱分化形成愈伤组织。
植物多倍体育种通常是用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗,所以B选项符合题意。
4.下列关于植物细胞工程在生产应用上的叙述,正确的是(
A.切取一定大小的草莓茎尖进行组织培养,可获得抗病毒新品种
B.对马铃薯愈伤组织进行人工诱变,可获得能分泌乳腺蛋白的新品种
C.在组织培养获得的楸树胚状体外包裹上人工胚乳、种皮制成人工种子
D.在发酵罐中培养人参的胚状体细胞,大量生产人参皂苷粉
【解析】通过植物组织培养可以获得脱毒植物,但不能培养出抗病毒的新品种;
人工诱变并不能产生非本物种的基因,对马铃薯愈伤组织进行人工诱变,不可能获得能分泌乳腺蛋白的新品种;
人工种子是在植物组织培养获得的胚状体外包裹人工胚乳和人工种皮制成的;
获取细胞产物,应将植物细胞培养到愈伤组织阶段。
5.下列有关植物细胞工程的叙述,错误的是(
A.通过培养植物细胞,可获取大量的细胞代谢产物
B.在培养基中加入不同浓度的氯化钠溶液,可筛选出抗盐植株
C.原生质体培养结合基因工程技术,可获得具有特定性状的新植株
D.由于植物细胞具有全能性,同种植物的不同基因型个体,它们的细胞全能性的表达程度不同
【解析】植物细胞工程中培养特定细胞系,实现产生次生代谢产物的克隆和产物的工
业化生产,故A正确;
在培养基中加入不同浓度的NaCl能筛选抗盐植株,故B正确;
去掉细胞壁后的植物细胞叫原生质体,比较容易摄取外来的遗传物质,如DNA,因而原生质体培养结合基因工程技术,可获得具有特定性状的新植株,故C正确;
不同种类的植物或同种植物不同基因型个体之间遗传性有差异,细胞全能性的表达程度大不相同。
6.人工种子的核心部分胚状体可以由悬浮培养的芽尖细胞得到,也可以通过试管培养的花粉或胚囊获得,由此人们把胚状体分为“体细胞胚”和“花粉胚”。
请据此判断下列说法中不正确的是(
A.人工种子的胚状体已经分化出胚芽、胚轴和胚根
B.培育胚状体利用了植物组织培养技术
C.同一种植物“体细胞胚”和“花粉胚”的染色体组的数目相同
D.该项技术的成功应用反映了细胞的全能性
【解析】人工种子的培育利用了植物组织培养技术,获得具有胚芽、胚根、胚轴等结构的胚状体,在胚状体、不定芽等外部包上人工种皮得到,其原理是植物细胞的全能性。
“体细胞胚”是由植物的体细胞经过脱分化和再分化形成的,“花粉胚”是由花粉经过脱分化和再分化形成的,因此同一种植物“体细胞胚”和“花粉胚”的染色体组的数目比为2∶1。
7.利用植物的茎尖或叶片、茎段、花药、花粉等,在无菌条件下,培养在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(
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.①②③
D.①②③④
【解析】植物体细胞都含有该物种的全套遗传信息,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。
植物组织培养就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。
因为没有生殖细胞的结合,所以属于无性生殖方式。
8.下图是四倍体兰花的叶片通过植物组织培养形成植株的示意图,相关叙述中正确的是(
四倍体兰花叶片――→(1愈伤组织――→(2胚状体――→(3
植株
A.(2阶段会发生减数分裂过程
B.(1阶段需生长素而(3阶段需细胞分裂素
C.此过程体现植物细胞具有全能性
D.此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体
【解析】愈伤组织只能进行有丝分裂,不能进行减数分裂;
脱分化和再分化过程都需要生长素和细胞分裂素;
植物组织培养体现了植物细胞具有全能性;
花药离体培养所得的植株是单倍体。
9.(2016·
天津六校联考用植物组织培养方法诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状体结构,若包裹上人造种皮,制成人工种子。
其过程如下图所示。
下列相关叙述,错误的是(
A.从植物体细胞到种苗形成的过程说明植物细胞具有全能性
B.进行②过程时,不需要用纤维素酶和果胶酶去掉植物细胞的细胞壁
C.再分化发生在④步骤,是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程
D.需细胞分裂素和生长素的诱导,能刺激愈伤组织的形成
【解析】从植物体细胞到种苗形成的过程说明植物细胞具有全能性,A正确;
进行②脱分化过程时,不需要用纤维素酶和果胶酶去掉植物细胞的细胞壁,B正确;
再分化发生在③步骤,是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程,C错误;
脱分化形成愈伤组织的过程,需要细胞分裂素和生长素的诱导刺激,D正确。
10.植物组织培养的过程如下图所示。
请分析并回答问题。
离体的组织或器官
――→A愈伤组织――→B胚状体――→C植株(1愈伤组织是由离体的组织或器官通过A__________过程获得的
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