高中生物 專題二 細(xì)胞工程 2.1.2 植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用課件 新人教版選修3.ppt

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2.1.2 植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用,目標(biāo)導(dǎo)航 1.舉例說(shuō)明植物細(xì)胞工程在植物繁殖方面的應(yīng)用。 2.列舉植物細(xì)胞工程在作物新品種培育方面的應(yīng)用。 3.概述細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)的原理。,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 挑戰(zhàn)自我，點(diǎn)點(diǎn)落實(shí),一、植物繁殖的新途徑(閱讀P38－39),1.微型繁殖 (1)概念：用于快速繁殖優(yōu)良品種的 技術(shù)。 (2)屬于 (填有性、無(wú)性)繁殖，能夠保持優(yōu)良品種的遺傳性狀。 2.作物脫毒 (1)選材部位：植物 附近的部位，因?yàn)? 。 (2)優(yōu)點(diǎn)：提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。,植物組織培養(yǎng),無(wú)性,分生區(qū),此處細(xì)胞內(nèi)病毒,極少，甚至無(wú)病毒,3.人工種子 (1)組成：由 、不定芽、頂芽和腋芽作為保護(hù)性外殼的 和提供胚狀體進(jìn)一步發(fā)育所需營(yíng)養(yǎng)的 。如 下圖：,胚狀體,人工種皮,人工胚乳,人工種皮,胚狀體,人工胚乳,(2)特點(diǎn)：后代無(wú) ，不受季節(jié)、 和 的限制。,性狀分離,氣候,地域,二、作物新品種的培育及細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)(閱讀P40－41),單倍體,穩(wěn)定遺傳,(2)優(yōu)點(diǎn)：①后代是純合子，能 。 ②可明顯縮短 。 (3)實(shí)例：煙草、小麥等。,穩(wěn)定遺傳,育種年限,2．突變體的利用 (1)過(guò)程：在植物的組織培養(yǎng)過(guò)程中，由于培養(yǎng)細(xì)胞一直處于 ，因此容易受到培養(yǎng)條件和 的影響而產(chǎn)生 ，從中篩選出對(duì)人們有用的 ，進(jìn)而培育成新品種。 (2)優(yōu)點(diǎn)：可以得到 (抗鹽、抗病和抗除草劑等)品種和含有 的植株。 (3)實(shí)例：抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的野生煙草、抗除草劑的白三葉草等。,不,斷的分生狀態(tài),外界壓力,突變體,突變,抗逆性,高蛋白,3．細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn) (1)種類：蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、 、 、生物堿等。 (2)技術(shù)： 技術(shù)。 (3)實(shí)例：人參、三七、紫草和銀杏的細(xì)胞產(chǎn)物都已實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)。,植物組織培養(yǎng),藥物,香料,預(yù)習(xí)診斷,判斷正誤： (1)植物組織培養(yǎng)技術(shù)不僅可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性，還可以高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖。( ) (2)人工種子就是以植物種子的胚等為材料，經(jīng)過(guò)人工薄膜包裝得到的種子。( ) (3)單倍體育種通過(guò)花藥離體培養(yǎng)獲得單倍體植株，染色體加倍后兩年便可獲得穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良品種，極大地縮短了育種年限。( ),,√,,(4)在植物的組織培養(yǎng)過(guò)程中，由于所培養(yǎng)的細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂，所以不會(huì)發(fā)生突變。( ) (5)利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)可獲得的細(xì)胞產(chǎn)物包括蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。( ) (6)單倍體育種的目的是獲得單倍體本身。( ) (7)細(xì)胞產(chǎn)物的生產(chǎn)是將植物細(xì)胞培養(yǎng)到愈傷組織。( ),,√,√,,一、植物繁殖的新途徑,課堂講義 重點(diǎn)難點(diǎn)，個(gè)個(gè)擊破,1．微型繁殖 (1)本質(zhì)：微型繁殖實(shí)際上是一種無(wú)性繁殖，能保持親本的一切優(yōu)良性狀，這項(xiàng)技術(shù)只運(yùn)用了植物組織培養(yǎng)技術(shù)，因此該過(guò)程只涉及有絲分裂，不涉及減數(shù)分裂。 (2)優(yōu)點(diǎn)：使用材料少，培養(yǎng)周期短，繁殖率高，便于自動(dòng)化管理，有利于進(jìn)行工廠化培養(yǎng)。,2．作物脫毒 (1)病毒的特點(diǎn)：病毒是寄生生物，在用種子繁殖或用植物根、莖的無(wú)性繁殖過(guò)程中，種子、根、莖的細(xì)胞中可能攜帶著病毒并傳給下一代，使其繁殖的子代感染病毒。 (2)材料的選?。簱?jù)檢測(cè)，植物的分生區(qū)附近的病毒極少，甚至無(wú)病毒。如果將未被病毒感染的植株的分生組織用植物組織培養(yǎng)的方法培育幼苗用于生產(chǎn)，可以避免病毒對(duì)作物的影響，大大提高作物的產(chǎn)量。,3．人工種子 (1)人工種皮的要求： ①能保持胚狀體的活力，即要能透氣、透水，含有胚狀體發(fā)芽所需要的各種營(yíng)養(yǎng)成分等。 ②有利于貯藏、運(yùn)輸和萌發(fā)，選取的材料要有韌性、耐壓、對(duì)胚狀體無(wú)毒害。 ③還應(yīng)含有農(nóng)藥和殺菌劑，以防播種后害蟲(chóng)及微生物的侵害。 ④還要加入能促進(jìn)胚狀體生長(zhǎng)和發(fā)育的一些植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、有益菌等。,(2)胚狀體的要求：①播種后能快速出苗；②根和芽同步生長(zhǎng)，活力強(qiáng)；③形成的幼苗的形態(tài)與生長(zhǎng)要正常。 (3)制備流程：誘導(dǎo)植物愈傷組織的形成→體細(xì)胞胚的誘導(dǎo)→體細(xì)胞胚的成熟→機(jī)械化包裝→儲(chǔ)藏或種植。,1．作物培養(yǎng)過(guò)程中為什么要進(jìn)行作物脫毒，如何進(jìn)行作物脫毒？ 答案 對(duì)于無(wú)性繁殖的作物，病毒在作物體內(nèi)逐年積累，就會(huì)導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差。而植物分生區(qū)附近的病毒極少，甚至無(wú)病毒，因此切取一定大小的莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)，再生的植物就有可能不帶病毒，從而獲得脫毒苗。,思維激活,2．脫毒苗與抗毒苗有何區(qū)別？ 答案 脫毒苗：是選擇植物的莖尖(剛形成，不含有病毒)進(jìn)行組織培養(yǎng)而獲得的，屬于細(xì)胞工程的范疇。抗毒苗：是把某抗病基因?qū)氲绞荏w植株中，并通過(guò)一定的方法培育形成的，屬于基因工程的范疇。,3．根據(jù)種子發(fā)育所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，分析人工種皮內(nèi)應(yīng)含有哪些有效成分？ 答案 適宜的養(yǎng)分、無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)碳源以及農(nóng)藥、抗生素、有益菌等。 4．人工種子和天然種子的區(qū)別：人工種子是通過(guò) 培養(yǎng)產(chǎn)生的，屬于 繁殖，可保持 的優(yōu)良性狀。自然種子是通過(guò) 生殖產(chǎn)生的，可表現(xiàn)出 的遺傳性狀。,無(wú)性,植物組織,親本,有性,雙親,5．獲取人工種子胚狀體的途徑有哪些呢？ 答案 (1)由已脫分化的外植體直接產(chǎn)生。 (2)由愈傷組織產(chǎn)生。 (3)由懸浮細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)生。,應(yīng)用示例,1．下面為人工種子培養(yǎng)過(guò)程流程圖解，下列相關(guān)敘述不正確的( ),A．b、c過(guò)程中植物激素發(fā)揮了重要作用，d表示給胚狀體包上人工胚乳和人工種皮 B．再分化發(fā)生在d步驟，是愈傷組織重新分化成根或芽等器官的過(guò)程 C．人工種子的培育是植物組織培養(yǎng)技術(shù)的重要用途之一 D．人工種子可以解決有些作物品種繁殖能力差、結(jié)子困難或發(fā)芽率低等問(wèn)題,問(wèn)題導(dǎo)析 (1)a表示 ；b表示 。 (2)c表示 。 (3)d表示給 包裹上人工胚乳和人工種皮。 (4)e表示將人工種子種植獲得種苗的過(guò)程。 答案 B,獲得外植體,脫分化,再分化,胚狀體,一題多變 判斷正誤： (1)人工種子一般用離體的植物細(xì)胞通過(guò)組織培養(yǎng)技術(shù)獲得。( ) (2)胚狀體是由愈傷組織分化而成，離體細(xì)胞只有形成愈傷組織才能表現(xiàn)出全能性。( ) (3)同一批次的人工種子可以保證具有相同的基因型。( ) (4)胚狀體是由未分化的、具有分裂能力的細(xì)胞構(gòu)成的。( ),,√,√,√,二、作物新品種的培育及細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn),1．單倍體育種 (1)原理：染色體變異。,(3)優(yōu)點(diǎn) ①單倍體經(jīng)過(guò)染色體加倍，獲得的后代為純合子，可明顯縮短育種年限(一般為2年)。 ②用單倍體作為轉(zhuǎn)基因的受體，獲得的轉(zhuǎn)基因材料經(jīng)染色體加倍后基因即可純合，避免了體細(xì)胞作為受體導(dǎo)致后代發(fā)生性狀分離需要多代選擇的麻煩。 (4)缺點(diǎn)：技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜，需要與雜交育種結(jié)合，其中的花藥離體培養(yǎng)過(guò)程需要組織培養(yǎng)技術(shù)的支持，多限于植物。,2．突變體的應(yīng)用 (1)原理：突變及植物細(xì)胞的全能性，突變包括基因突變和染色體變異兩種。 (2)突變體：在植物組織培養(yǎng)過(guò)程中，處于分生狀態(tài)的培養(yǎng)細(xì)胞，容易受到培養(yǎng)條件和外界壓力(如射線、化學(xué)物質(zhì)等)的影響而發(fā)生基因突變或染色體變異，由此發(fā)育而成的個(gè)體稱為突變體(如圖所示)。,(3)體細(xì)胞誘變育種：人們從突變體中篩選出對(duì)人們有用的個(gè)體，進(jìn)而培育成新品種，這種育種方式叫突變體育種。 ①優(yōu)點(diǎn)：提高愈傷組織的突變率，可以獲得高抗、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆的新品種，加快了育種進(jìn)程。 ②缺點(diǎn)：a.突變不定向，需要處理大量突變材料；b.突變少利多害，符合人們需要、有利的品種比較少。,3．細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn) (1)原理：植物細(xì)胞在代謝過(guò)程中，能夠產(chǎn)生一些有機(jī)化合物，如人參皂甙、奎寧、紫杉醇，它們可以作為藥物、殺蟲(chóng)劑、香料、色素等的原料?？梢酝ㄟ^(guò)大規(guī)模培養(yǎng)植物細(xì)胞，從中提取這些物質(zhì)。 (2)技術(shù)：植物組織培養(yǎng)技術(shù),(3)工廠化生產(chǎn)人參皂甙的基本過(guò)程 ①選擇人參根作為外植體進(jìn)行培養(yǎng)，產(chǎn)生愈傷組織，經(jīng)過(guò)培養(yǎng)選擇增殖速度快而且細(xì)胞內(nèi)人參皂甙含量高的細(xì)胞株作為種質(zhì)。 ②將第一步選擇的細(xì)胞株放在發(fā)酵罐中的適當(dāng)培養(yǎng)液中進(jìn)行液體培養(yǎng)，增加細(xì)胞數(shù)量。 ③將發(fā)酵罐中培養(yǎng)的細(xì)胞進(jìn)行破碎，從中提取人參皂甙。,思維激活,1．單倍體育種中為何要進(jìn)行人工誘導(dǎo)染色體加倍？常用的誘導(dǎo)方法是什么？ 答案 由于單倍體植株弱小，高度不育，因此可用秋水仙素處理單倍體的幼苗，來(lái)誘導(dǎo)其染色體加倍；人工誘導(dǎo)染色體加倍最常用的方法是用秋水仙素處理。,2．比較單倍體育種與花藥離體培養(yǎng) 是單倍體育種時(shí)常用的方法?；ㄋ庪x體培養(yǎng)得到的植株一般是 的單倍體植株，而單倍體育種是在花藥離體培養(yǎng)獲得 幼苗的基礎(chǔ)上，用適當(dāng)濃度的 處理，獲得的是 的植株，且一般自交后代不發(fā)生 。,花藥離體培養(yǎng),不可育,單倍體,秋水仙素,純合可育,性狀分離,3．根據(jù)生產(chǎn)的目的不同，植物組織培養(yǎng)的階段不同，如微型繁殖應(yīng)培養(yǎng)到試管苗階段。請(qǐng)分析要生產(chǎn)人參皂甙粉，應(yīng)培養(yǎng)到什么階段？ 答案 愈傷組織階段。 4．在植物組織培養(yǎng)過(guò)程中，為什么培養(yǎng)細(xì)胞容易在培養(yǎng)條件和外界壓力改變的條件下產(chǎn)生突變？ 答案 因?yàn)榕囵B(yǎng)細(xì)胞一直處于不斷的分生狀態(tài)。,應(yīng)用示例,2．下圖列舉了幾種植物的育種方式，請(qǐng)據(jù)圖回答相關(guān)問(wèn)題：,(1)甲育種方式稱為_(kāi)______________。 (2)通過(guò)丁方式可以獲得脫毒苗，培養(yǎng)過(guò)程中c常常取用莖尖的原因______________________________。,(3)乙方式通常用射線處理植物的愈傷組織能獲得較好效果，原因________________________________________________________________________。 (4)丙方式將外源目的基因?qū)胧荏w植物細(xì)胞，最常采用的方法是______________。 (5)甲、丙兩種育種方式與傳統(tǒng)雜交育種相比，其優(yōu)點(diǎn)是 _____________________________________。,問(wèn)題導(dǎo)析 (1)由a、b兩種細(xì)胞通過(guò)一定的技術(shù)手段獲得c，屬于 ，能 。 (2)植物 附近(如莖尖)的病毒極少，甚至沒(méi)有病毒，因此常用 組織培養(yǎng)技術(shù)獲得脫毒苗。 (3)由于 一直處于不斷分裂的狀態(tài)，容易受到培養(yǎng)條件和外界壓力的影響而發(fā)生 。,植物體細(xì)胞雜交,克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙,分生區(qū),莖尖,愈傷組織,突變,(4)將外源基因?qū)胧荏w植物細(xì)胞的方法，最常用的是 。 (5)植物體細(xì)胞雜交和基因工程都能 ，而傳統(tǒng)雜交育種由于 而不能實(shí)現(xiàn)種間雜交。,農(nóng)桿菌,轉(zhuǎn)化法,克服不同物種間遠(yuǎn)緣雜交,不親和的障礙,生殖隔離,答案 (1)植物體細(xì)胞雜交 (2)莖尖所含病毒極少，甚至不含病毒 (3)愈傷組織細(xì)胞處于不斷的分生狀態(tài)，易受到培養(yǎng)條件和外界壓力的影響而產(chǎn)生突變 (4)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 (5)能克服不同物種間遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙,一題多變 判斷正誤： (1)誘變育種處理的材料為分裂活動(dòng)旺盛的部位，如愈傷組織、芽等。( ) (2)單倍體育種是利用花藥離體培養(yǎng)和秋水仙素處理幼苗兩個(gè)階段得到單倍體。( ) (3)人工種子是通過(guò)植物組織培養(yǎng)產(chǎn)生的，屬于無(wú)性繁殖，可表現(xiàn)出雙親的遺傳性狀。( ) (4)細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)過(guò)程包括脫分化和再分化環(huán)節(jié)。( ),√,,,,,課堂 小結(jié),微型繁殖,作物脫毒,制造人工種子,突變體,,對(duì)點(diǎn)練習(xí),1,2,3,4,1．下列屬于植物的微型繁殖技術(shù)的是( ) A．蘭花的莖尖組織培育成蘭花幼苗 B．水稻種子萌發(fā)并長(zhǎng)成新個(gè)體 C．扦插的葡萄枝長(zhǎng)成新個(gè)體 D．柳樹(shù)芽發(fā)育成枝條 解析 解答本題需要從兩個(gè)方面入手，首先，水稻種子萌發(fā)并長(zhǎng)成新個(gè)體、柳樹(shù)芽發(fā)育成枝條均屬于個(gè)體發(fā)育部分；其次，扦插的葡萄枝長(zhǎng)成新個(gè)體屬于無(wú)性生殖中的營(yíng)養(yǎng)生殖。,A,2．人工種子比天然種子有許多優(yōu)越性，下列對(duì)其優(yōu)越性的敘述不正確的是( ) A．可使自然狀態(tài)下不結(jié)子的植物得以繁殖 B．方便儲(chǔ)藏和運(yùn)輸 C．可以隨意改變植物的遺傳性狀 D．可快速、大量繁殖,1,2,3,4,解析 人工種子是通過(guò)細(xì)胞工程完成的，所以可使在自然條件下不結(jié)實(shí)或結(jié)實(shí)困難的植物得以繁殖。天然種子的大量?jī)?chǔ)藏和運(yùn)輸也是相當(dāng)困難的，人工種子則克服了這些缺點(diǎn)，人工種子外層是起保護(hù)作用的薄膜，類似天然種子的種皮，因此，可以很方便地儲(chǔ)藏和運(yùn)輸。天然種子在生產(chǎn)上受季節(jié)的限制，而人工種子的生產(chǎn)則不受季節(jié)限制，而且快捷高效。 答案 C,1,2,3,4,1,2,3,4,3．下列關(guān)于細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)的敘述，錯(cuò)誤的是( ) A．細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)是植物細(xì)胞工程的重要用途之一 B．培養(yǎng)過(guò)程中需要脫分化形成愈傷組織，然后懸浮培養(yǎng)愈傷組織細(xì)胞 C．培養(yǎng)的愈傷組織需要經(jīng)過(guò)再分化產(chǎn)生特定的組織細(xì)胞后才能產(chǎn)生特定的細(xì)胞產(chǎn)物 D．培養(yǎng)的細(xì)胞收集后一般要破碎提取有效成分,解析 在細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)過(guò)程中只需要懸浮培養(yǎng)愈傷組織細(xì)胞，利用愈傷組織細(xì)胞的分裂和代謝產(chǎn)生所需要的產(chǎn)物即可，不需要再分化。 答案 C,1,2,3,4,1,2,3,4,4．下圖所示為農(nóng)作物新品種的育種方式，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題：,(1)圖示育種方式涉及到的生物工程技術(shù)有：________、______________、________________________。,解析 (1)圖中⑤過(guò)程涉及到基因工程，①過(guò)程為植物體細(xì)胞雜交，兩者都需要植物組織培養(yǎng)技術(shù)的支持。,植物組織培養(yǎng) 植物體細(xì)胞雜交(細(xì)胞融合),基因工程,1,2,3,4,(2)②③過(guò)程分別為_(kāi)______、_______。 解析 圖中②為脫分化的過(guò)程，可獲得愈傷組織，然后經(jīng)過(guò)③再分化而得到胚狀體。,脫分化 再分化,(3)⑤過(guò)程中常用的載體是________；⑤過(guò)程表示的基因操作步驟_______________________。 解析 基因工程中常用的載體為質(zhì)粒。⑤過(guò)程是將目的基因?qū)氲侥撤N植物受體細(xì)胞中。,質(zhì)粒,將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,1,2,3,4,(4)上述育種與傳統(tǒng)雜交育種相比，突出優(yōu)點(diǎn)是_____________________________________________________________________________。 解析 不管是基因工程育種還是植物體細(xì)胞雜交育種，都會(huì)打破物種的界限——生殖隔離，實(shí)現(xiàn)生物性狀的定向改變。,打破生殖隔離、實(shí)現(xiàn)遺傳物質(zhì)的定向改變、克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，育種周期短,