人教版 (2019)选择性必修3二 胚胎工程技术及其应用第2课时学案及答案

这是一份人教版 (2019)选择性必修3二 胚胎工程技术及其应用第2课时学案及答案，共10页。



[理清主干知识]
一、植物繁殖的新途径
1．快速繁殖
(1)快速繁殖技术：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫作微型繁殖技术。
(2)优点：①高效、快速地实现种苗的大量繁殖；②保持优良品种的遗传特性。
(3)实例：兰花、甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产。
2．作物脱毒
(1)选材部位：植物的顶端分生区附近，因为此处细胞内的病毒极少，甚至无病毒。
(2)优点：提高作物的产量和品质。
(3)实例：脱毒马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等作物的培育。
二、作物新品种的培育
1．单倍体育种
(1)过程
eq \x(花药)eq \(――→,\s\up7(离体),\s\d5(培养))eq \x(单倍体植株)eq \(――→,\s\up7(人工诱导),\s\d5(染色体加倍))eq \x(纯合植株)eq \(――→,\s\up7(选择))eq \x(优良品种)
(2)优点eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(后代是纯合子，能稳定遗传,明显缩短育种年限))
2．突变体的利用
(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增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。
(2)利用：从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。
(3)实例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。
三、细胞产物的工厂化生产
1．次生代谢物：是一类小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等)，在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
2．技术基础：植物细胞培养技术，即在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。
3．实例：紫草宁、紫杉醇和人参皂苷等的生产。
[诊断自学效果]
1．判断下列叙述的正误
(1)植物微型繁殖运用了植物组织培养技术，可快速繁殖良种植物(√)
(2)利用组织培养技术培育脱毒苗，获得抗病毒的新物种(×)
(3)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(×)
(4)利用组织培养技术产生突变体，可直接培育出具有优良性状新品种(×)
(5)在植物组织培养过程中，容易获得突变体的主要原因是DNA复制容易受到抑制(×)
(6)获得细胞产物只需要通过植物组织培养培养到愈伤组织阶段即可(√)
2．草莓主要利用茎进行无性繁殖，世代多了会因病毒的积累而减产，在短时间内获得大量无病毒幼苗的最佳方法是( )
A．花药离体培养
B．利用茎尖进行组织培养
C．选取成熟组织进行培养
D．人工诱导基因突变
解析：选B 进行植物微型繁殖时常采用茎尖作为外植体，原因是茎尖病毒极少，因此切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就可能不带病毒。
3．通过植物组织培养技术繁育农作物，其优点不包括( )
A．加快繁育速度 B．保持亲本优良性状
C．培育出无病毒植株 D．改变植物的基因型
解析：选D 植物组织培养取材少，繁殖速度快；植物组织培养属于无性生殖，能保持亲本优良性状；植物的根尖、茎尖几乎没有病毒，故利用植物的根尖、茎尖进行组织培养可以获得脱毒植株；植物组织培养属于无性生殖，一般不能改变植物的基因型。
4．植物细胞工程的应用不包括( )
A．获得突变体培育新品种
B．培育无子西瓜试管苗
C．人参皂苷的工厂化生产
D．培育高产青霉菌株
解析：选D 利用突变体培育新品种、无子西瓜试管苗的培育、人参皂苷的工厂化生产都属于植物细胞工程的应用；培育高产青霉菌株的方法是诱变育种，不是植物细胞工程的应用。

eq \a\vs4\al(新知探究一 植物繁殖的新途径)
[在探究中学明]
植物细胞工程作为一门新兴的生物技术，已经普遍应用于社会生产的方方面面。下图都利用了植物组织培养，观察并回答问题：
1．植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？
提示：植物组织培养到愈伤组织的阶段，细胞进行有丝分裂，细胞分裂速度较快，从而可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。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．微型繁殖技术有哪些优点？
提示：①高效、快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性；②使用材料少，培养周期短，繁殖率高；③不受季节、气候、自然灾害等因素的影响；④便于自动化管理，可实现工厂化生产。
3．作物培养过程中为什么要进行作物脱毒，如何进行作物脱毒？
提示：对于无性繁殖的作物，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。而植物顶端分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植物就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。
[在深化中提能]
神奇的人工种子
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。人工种子在适宜条件下同样能够萌发长成幼苗。
2．结构：由胚状体、作为保护性外壳的人工种皮和提供发育所需营养的人工胚乳组成，如图所示。
3．在人工种子中，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。针对植物种类和土壤等条件，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。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。
4．优点
(1)属于无性生殖，无天然种子因有性生殖引起的基因重组而发生性状分离的现象。
(2)生产上不受季节、气候和地域的限制。
(3)提高植物的繁殖能力。
(4)可人为控制植物的生长发育与抗逆性。
(5)便于贮存和运输。
eq \a\vs4\al([典例]) 植物细胞工程作为一门新兴的生物技术，被广泛应用于社会生产的方方面面，下列相关说法错误的是( )
A．人工种子通常由人工薄膜作为种皮包被植物愈伤组织制作而成
B．植物微型繁殖运用了植物组织培养技术，可快速繁殖优良品种
C．作物脱毒常选取植物的茎尖，因为该部分病毒较少或无病毒
D．植物原生质体融合过程中常用的融合手段有离心、电激和PEG处理等
[解析] 人工种子通常由人工薄膜作为种皮包被胚状体等制作而成。植物微型繁殖利用的是植物组织培养技术，能快速繁殖且保持植物的优良性状。植物的茎尖细胞中病毒较少，甚至无病毒，可经植物组织培养获得脱毒苗。可用物理法(离心、振动、电激等)和化学法(如PEG处理)诱导植物原生质体融合。
[答案] A
[在应用中落实]
1．(2020·济南期末)病毒感染蔬菜、花卉、果树后，会借助胞间连丝等结构扩散，导致其产量和品质退化。但是被感染的植株茎尖分生组织的细胞中通常不含病毒，可以利用这些部位的细胞进行组织培养，快速生产出脱毒苗。下列叙述错误的是( )
A．植株茎尖分生组织的细胞中不含病毒的原因可能是该组织细胞间胞间连丝不发达
B．细胞壁具有全透性，在抵御病原体侵害方面不起作用
C．胞间连丝是细胞间物质运输和信息交流的通道
D．分生组织细胞经组织培养生产出脱毒苗过程的原理是细胞的全能性
解析：选B 由题意“病毒能借助胞间连丝进行扩散”可知，植株茎尖分生组织的细胞中不含病毒的原因可能是该组织细胞间胞间连丝不发达，病毒未扩散到此部位，A正确；细胞壁具有全透性，在抵御病原体侵害方面有一定的作用，B错误；胞间连丝是细胞间物质运输和信息交流的通道，C正确；分生组织细胞经组织培养生产出脱毒苗过程的原理是细胞的全能性，D正确。
2．草莓生产上传统的繁殖方式易将所感染的病毒传播给后代，导致产量降低、品质变差。运用微型繁殖技术可以培育出无病毒幼苗。草莓微型繁殖的基本过程如图，请回答下列问题：
eq \x(外植体)eq \(――→,\s\up7(①))eq \x(愈伤组织)eq \(――→,\s\up7(②))eq \x(芽、根)―→eq \x(植株)
(1)微型繁殖培育无病毒草莓苗时，一般选取__________作为外植体，其依据是____________________________。
(2)与常规的种子繁殖方法相比，植物微型繁殖技术的特点有__________________________________(答出2点即可)。
(3)过程①中配制好的培养基中，常常需要添加________，以利于外植体启动细胞分裂形成愈伤组织。接种后2～5 d，若发现外植体边缘局部污染，原因可能是______________________。
(4)通过植物组织培养技术，可把植物组织细胞培养成胚状体，再通过________包装得到人工种子，这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。
解析：(1)微型繁殖培育无病毒草莓苗时，一般选取茎尖作为外植体，其依据是这些部位病毒极少，甚至无病毒。(2)与常规的种子繁殖方法相比，植物微型繁殖技术的特点有能保持植物原有的遗传特性，繁殖速度快。(3)过程①脱分化中配制好的培养基中，常常需要添加植物激素，有利于外植体启动细胞分裂形成愈伤组织。接种后2～5 d，若发现外植体边缘局部污染，原因可能是外植体消毒不彻底。(4)通过组织培养技术，可把植物组织细胞培养成胚状体，再通过人工种皮包装得到人工种子，这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。
答案：(1)茎尖 这些部位病毒极少，甚至无病毒
(2)能保持植物原有的遗传特性，繁殖速度快
(3)植物激素 外植体消毒不彻底 (4)人工种皮
eq \a\vs4\al(新知探究二 作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产)
[在探究中学明]
1．作物新品种的培育
作物新品种的培育除传统的杂交育种外，还有单倍体育种、人工诱变育种、基因工程育种等。在单倍体育种领域，科学家成功地培育出中花8号、11号水稻和京花1号小麦等作物新品种。观察图示，回答相关问题：
(1)完善单倍体育种的流程：
eq \x(花药)eq \a\vs4\al(\(――→,\s\up7(脱分化),\s\d5( )))eq \x(愈伤组织)eq \a\vs4\al(\(――→,\s\up7(再分化),\s\d5( )))eq \x(单倍体植株)人工诱导,染色体加倍eq \x(纯合植株)eq \a\vs4\al(\(――→,\s\up7(选择)))eq \x(优良品种)
(2)单倍体育种的原理是什么？
提示：单倍体育种的原理是生殖细胞的全能性(花药离体培养得到单倍体植株)和染色体数目的变异(人工诱导单倍体幼苗染色体数目加倍)。
(3)单倍体育种过程中如何诱导染色体加倍？作用原理是什么？
提示：用秋水仙素处理，原理是秋水仙素抑制纺锤体的形成，使细胞不能正常分裂，从而使染色体数目加倍。
(4)完善突变体育种的流程
(5)突变体育种的原理是什么？
提示：突变体育种的原理是基因突变或染色体变异。
(6)在植物组织培养过程中，为什么培养的细胞容易产生突变？
提示：因为培养的细胞一直处于不断增殖的状态，容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变。
2．细胞产物的工厂化生产
植物组织培养技术除了在农业上的应用外，还广泛应用于细胞产物的工厂化生产。观察图示回答相关问题：
(1)完善细胞产物工厂化生产的流程：
eq \x(外植体)eq \a\vs4\al(\(――→,\s\up7(脱分化),\s\d5( )))eq \x(\a\al(愈伤,组织))eq \a\vs4\al(\(――→,\s\up7(分散开),\s\d5( )))eq \x(\a\al(细胞,悬液))eq \a\vs4\al(\(――→,\s\up7(培养、),\s\d5(提取)))eq \x(\a\al(细胞,产物))
(2)根据生产的目的不同，植物组织培养的阶段也不同。若要培养新个体、获得人工种子和提取细胞产物，应分别培养到什么阶段？
提示：若要培养新个体，应培育到试管苗阶段；若要获得人工种子，则应培养到胚状体阶段；若要提取细胞产物，则应培养到愈伤组织阶段。
[在深化中提能]
植物组织培养与植物细胞培养的比较
eq \a\vs4\al([典例]) 下列有关植物细胞工程应用实例的叙述，正确的是( )
A．脱毒苗是利用茎尖进行组织培养而获得的抗病毒植株
B．人工种子是植物组织培养得到愈伤组织再包裹人工薄膜后获得
C．突变体的利用是对愈伤组织进行定向诱变，进而培育新品种
D．单倍体育种可获得稳定遗传的优良品种，缩短育种年限
[解析] 植物茎尖没有病毒，脱毒苗是利用茎尖进行组织培养而获得的无病毒植株，而非抗病毒植株，A错误；人工种子是将植物组织培养得到的胚状体包裹人工薄膜后获得的，B错误；诱变是不定向的，C错误；单倍体育种最终获得的是纯合子，可获得稳定遗传的优良品种，缩短育种年限，D正确。
[答案] D
[在应用中落实]
1．下面的图示表示植物组织培养的大致过程，据此判断有关说法正确的是( )
①eq \(――→,\s\up7(脱分化),\s\d5( ))②eq \(――→,\s\up7(再分化),\s\d5( ))③―→④
A．对叶肉细胞进行组织培养时获得了愈伤组织，说明高度分化的植物细胞具有全能性
B．若①是具有杂种优势的农作物细胞，则用③进行直接繁育会发生性状分离
C．若要提高细胞产物紫杉醇的产量，可取红豆杉细胞对获得的③进行扩大培养
D．若①是番茄茎尖细胞，则④能获得无病毒植株
解析：选D 叶肉细胞进行组织培养时获得了愈伤组织，不能说明植物细胞具有全能性，因为全能性是由细胞发育为完整个体，A错误；③表示根、芽或胚状体，用③进行直接繁育是无性生殖，不会发生性状分离，B错误；若要提高细胞产物紫杉醇的产量，可取红豆杉细胞对获得的②(愈伤组织)进行扩大培养，C错误；若①是番茄茎尖细胞，因含病毒较少或不含病毒，因此通过植物组织培养，可得到无病毒植株④，D正确。
2．如图列举了几种植物的育种方式，请据图回答相关问题：
(1)甲所用的技术是______________。
(2)通过丁方式可以获得脱毒苗，培养过程中c常常取用茎尖的原因是________________________________________________________________________。
(3)乙方式通常用射线处理植物的愈伤组织能获得较好效果，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)由a、b两种细胞通过一定的技术手段获得c，属于植物体细胞杂交，该方法能克服远缘杂交不亲和的障碍。(2)植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至没有病毒，因此常用茎尖组织培养技术获得脱毒苗。(3)由于愈伤组织一直处于不断分裂的状态，容易受到培养条件和外界压力(如射线、化学物质等)的影响而发生突变。
答案：(1)植物体细胞杂交 (2)茎尖所含病毒极少，甚至不含病毒 (3)愈伤组织细胞处于不断分裂的状态，易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变
[课堂巩固落实]
1．下列有关植物细胞工程应用的分析，错误的是( )
A．愈伤组织细胞分裂旺盛，经诱变处理，易获得突变个体
B．利用茎尖进行组织培养，可以获得脱毒苗
C．利用同一株绿色开花植物不同部位的细胞，经培养获得的愈伤组织基因型完全相同
D．利用组织培养技术工业化生产人参皂苷，提高产量
解析：选C 愈伤组织细胞分裂旺盛，经诱变处理，易获得突变个体，A正确；茎尖几乎不含病毒，因此利用茎尖进行组织培养，可以获得脱毒苗，B正确；同一绿色开花植株不同细胞经培养获得的愈伤组织基因型不一定相同，如花粉细胞培养形成的愈伤组织细胞的细胞核中基因只有体细胞的一半，C错误；可利用组织培养技术工业化生产人参皂苷，提高产量，D正确。
2．如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，下列相关叙述正确的是( )
A．该途径依据的原理是植物细胞具有全能性
B．①过程中需控制好培养基中植物激素的比例
C．②过程需用一定浓度的胰蛋白酶处理愈伤组织
D．③过程需使用固体培养基，有利于细胞增殖及细胞分泌物提取
解析：选B 细胞的全能性是指细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能，而图示表示的是获得细胞产物，A错误；在植物组织培养各阶段中，需控制培养基中生长素和细胞分裂素的浓度、用量比例，B正确；胰蛋白酶是用于将动物组织分散成单个细胞的物质，C错误；③过程需使用液体培养基，有利于细胞增殖，D错误。
3．植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。回答下列问题。
(1)植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比，这种微型繁殖技术的特点有________________________________________(答出2点即可)。
(2)通过组织培养技术，可把植物组织细胞培养成胚状体，再通过人工种皮(人工薄膜)包装得到人工种子(如图所示)，这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。人工种皮具备透气性的作用是__________________________。人工胚乳能够为胚状体生长提供所需的物质，因此应含有植物激素、____________和________等几类物质。
(3)用脱毒苗进行繁殖，可以减少作物感染病毒。为了获得脱毒苗，可以选取植物的________进行组织培养。
解析：(1)植物微型繁殖属于植物组织培养技术，其优点是能保持植物原有的遗传特性、繁殖速度快等。(2)人工种皮具备透气性，使胚状体易获得氧气，有利于胚状体进行呼吸作用。植物的生长需要有机物和无机物等营养，人工胚乳中应含有植物激素、矿质元素和糖等几类物质，这些物质都是胚状体生长所必需的。(3)植物的茎尖含病毒较少，适合用其进行组织培养获得脱毒苗。
答案：(1)能保持植物原有的遗传特性，繁殖速度快 (2)有利于胚状体进行呼吸作用 矿质元素 糖
(3)茎尖
学有目标
——新课程标准必明
记在平时——核心语句必背
1.举例说明植物细胞工程在生产实践中的应用。
2．阐述植物细胞工程应用于生产实践的主要优势。
1.植物的快速繁殖技术不仅可以高效快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性。
2．植物顶端分生区附近(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，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。
3．单倍体育种先通过花药培养获得单倍体植株，然后经过诱导染色体加倍，当年就能培育出遗传性状相对稳定的纯合植株，极大地缩短了育种年限。
4．植物快速繁殖技术属于无性繁殖，细胞产物的工厂化生产培养到愈伤组织阶段即可。
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
培养基
固体培养基
液体培养基
过程
实例
各种转基因植物、脱毒苗
人参皂苷的生产