2.1.2 植物细胞工程的实际应用一、植物繁殖的新途径(阅读教材P38～40)1．微型繁殖(1)概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。

(2)优点⎩⎪⎨⎪⎧ ①保持优良品种的遗传特性②高效快速地实现种苗的大量繁殖③可实现工厂化生产(3)实例：兰花、生菜、杨树以及无子西瓜试管苗的产业化生产。

2．作物脱毒(1)取材：无病毒的茎尖组织。

(2)优点：提高作物产量和品质。

(3)实例：脱毒马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝和香蕉等的培育。

3．人工种子(1)概念：以植物组织培养获得的胚状体、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。

(2)人工种子在适宜条件下可萌发长成幼苗。

(3)实例：将芹菜、花椰菜、桉树和水稻等的胚状体制成人工种子。

二、作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产(阅读教材P40～41)1．作物新品种的培育(1)单倍体育种 ①原理：细胞的全能性和染色体变异。

②过程：花药――→离体培养单倍体植株――→人工诱导染色体加倍纯合子植株。

③优点：a ．后代是纯合子，能稳定遗传。

b ．明显缩短了育种年限。

④实例：单育1号烟草、京花1号小麦等。

(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的分生状态，因此容易受培养条件和外界压力(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。

②利用：从产生突变的个体中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、抗盐碱的野生烟草、抗除草剂的白三叶草等。

2．细胞产物的工厂化生产(1)细胞产物的种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。

(2)技术基础：植物组织培养技术。

(3)实例：我国利用植物组织培养技术实现了大量生产人参皂甙干粉；另外，三七、紫草和银杏的细胞产物也都已经实现了工厂化生产。

[共研探究]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。

下面图示都利用了植物组织培养，观察并回答问题。

1．微型繁殖(图1)(1)概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。

(2)特点：①无性繁殖，能够保持种苗的优良遗传特性。

②选取材料少。

③繁殖速度快，周期短。

④不受季节、气候、自然灾害等因素的影响。

⑤可实现工厂化生产。

2．作物脱毒(图2)(1)取材：无病毒的茎尖组织。

因为在植物分生区附近，细胞分裂十分迅速，病毒来不及侵入。

(2)图2所示脱毒草莓产品品质优良，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)概念：以通过植物组织培养的方法获得的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，外面包被上人工薄膜，在适宜的条件下可以发芽长成幼苗的种子。

(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。

[总结升华]1．作物脱毒、人工种子(1)作物脱毒主要是强调组织培养的取材一定是无毒的(如茎尖、根尖)，这样才能繁殖出无毒的幼苗。

(2)人工种子①人工种子的培育也是采用组织培养技术，但是只需培育得到胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料，包上人工种皮就可形成人工种子。

②人工种皮含有胚状体发芽所需要的营养成分或植物激素，还应含有杀菌剂，以防播种后微生物的侵害，相当于种子的子叶或胚乳。

③人工种子发芽得到的幼苗能保持亲本的优良性状，另外还不受气候、季节和地域的限制。

2．人工种子与天然种子的区别(1)人工种子是通过植物组织培养产生的，属于无性繁殖，可保持亲本的优良性状。

(2)自然种子是通过有性生殖产生的，可表现出双亲的遗传性状。

[对点演练]1．下面对人工种子的叙述不正确的是()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的粮食C．人工种子克服了有些作物品种繁殖能力差，结种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、胚轴和胚根等结构解析：选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结构后，包裹人工种皮而形成的。

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

[共研探究]1．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)中花11号水稻是单倍体育种的成就，其育种原理是染色体变异。

(2)单倍体育种过程中，用秋水仙素诱导染色体加倍，原理为秋水仙素抑制纺锤体的形成，细胞不能正常分裂，从而使染色体数目加倍。

(3)请用箭头和文字表达单倍体育种的过程。

提示：花药离体培养――→脱分化愈伤组织――→再分化单倍体植株――→染色体加倍正常植株(4)在植物组织培养过程中，愈伤组织阶段容易发生突变得到突变体。

(5)突变体育种的原理是基因突变或染色体变异，诱变育种的原理为基因突变。

诱变育种属于突变体育种的一种。

2．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。

这些细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。

观察下图回答相关问题：(1)完善细胞产物工厂化生产流程外植体(离体的植物器官、组织或细胞)――→脱分化愈伤组织――→分散开细胞悬液――→发酵、提取细胞产物(2)思考工厂化生产人参皂甙的基本过程，回答相关问题。

①选择人参根作为外植体进行培养，产生愈伤组织，经过培养选择找到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株作为种子。

②将第一步选择的细胞株放在发酵罐中的适合培养液中进行液体(填“液体”或“固体”)培养，增加细胞数量。

③将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。

(3)根据生产的目的不同，植物组织培养的阶段不同：①若获得人工种子，则培养到胚状体阶段。

②若提取细胞产物，则培养到愈伤组织阶段。

③若培养新个体，则培育到试管苗阶段。

(4)我国利用植物组织培养技术实现了细胞产物的工厂化生产，如人参皂甙、三七、紫草和银杏。

[总结升华]2．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。

3．植物组织培养与植物细胞培养的区别(1)含义不同：植物组织培养是指在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，把植物离体的器官、组织或细胞培养成完整的植物体。

而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。

(2)目的不同：植物组织培养的目的是得到更多的植物体，而植物细胞培养的目的是获得人类所需要的细胞代谢产物。

[对点演练]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)甲育种方式称为________。

(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________。

(4)丙方式将外源目的基因导入受体植物细胞，最常采用的方法是________。

(5)甲、丙两种育种方式与传统杂交育种相比，其优点是________。

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，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。

(4)将外源基因导入植物受体细胞中，最常用的是农杆菌转化法。

(5)植物体细胞杂交和基因工程都能克服不同物种间远缘杂交不亲和的障碍，而传统杂交育种由于生殖隔离而不能实现种间杂交。

答案：(1)植物体细胞杂交(2)茎尖所含病毒较少，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(4)农杆菌转化法(5)能克服不同物种间远缘杂交不亲和的障碍1．下列属于植物的微型繁殖技术的是()A．兰花的茎尖组织培育成兰花幼苗B．水稻种子萌发并长成新个体C．扦插的葡萄枝长成新个体D．柳树芽发育成枝条解析：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个体发育部分；扦插的葡萄枝长成新个体属于无性生殖中的营养生殖。

2．下列有关植物细胞工程应用的叙述，不正确的是()A．利用植物组织培养技术培育脱毒苗，获得抗病毒的新品种B．利用组织培养技术获得人工种子，能保持亲本的优良性状C．利用细胞培养技术获得紫草素，实现了细胞产物的工厂化生产D．利用植物体细胞杂交技术获得“萝卜—甘蓝”，克服了不同生物远缘杂交不亲和的障碍解析：选A脱毒苗的含义是脱掉病毒或者基本上不带病毒，而不是产生抗病毒能力。

产生抗病毒能力一般需要使用转基因技术。

3．下列哪种生物不能通过突变体的利用而获得()A．抗除草剂的白三叶草B．生产胰岛素的大肠杆菌C．高产水稻D．蛋白质含量高的小麦解析：选B基因突变能产生新的基因，从而产生新的性状，A、C、D选项中的生物均能通过基因突变产生；胰岛素是高等动物的蛋白质，一般通过转基因技术获得能够生产胰岛素的大肠杆菌。

4．(2014·江苏高考)为了获得植物次生代谢产物，先用植物外植体获得愈伤组织，然后在液体培养基中悬浮培养。

请回答下列问题：(1)外植体经诱导后形成愈伤组织的过程称为________________________________________________________________________。

(2)在愈伤组织悬浮培养时，细胞干重、蔗糖浓度和pH的变化如图所示。

细胞干重在12 d后下降的原因有__________________________；培养液中蔗糖的作用是____________、____________。

(3)多倍体愈伤组织细胞产生的次生代谢产物量常高于二倍体。

二倍体愈伤组织细胞经________处理，会产生染色体加倍的细胞。