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

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目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,一、植物繁殖的新途徑 1.微型繁殖 (1)概念:用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)。 (2)特點:可保持優(yōu)良品種的遺傳特性,高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖。 2.作物脫毒 (1)病毒危害:作物感染的病毒很容易通過扦插、嫁接等無性繁殖方式傳播給后代。病毒在作物體內(nèi)逐年積累,就會導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低,品質(zhì)變差。 (2)方法:選擇植物無毒的莖尖組織培養(yǎng)獲得脫毒苗。原因是分生區(qū)附近的病毒極少,甚至無病毒。,,,,,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,3.神奇的人工種子 (1)概念:以植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料,經(jīng)過人工薄膜包裝得到的種子。 (2)優(yōu)點:①后代無性狀分離,可以保持種苗的優(yōu)良遺傳特性;②不受季節(jié)、氣候和地域的限制。,,,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,(1)什么是胚狀體? 提示胚狀體是指在組織培養(yǎng)過程中,在植物組織塊或愈傷組織上產(chǎn)生的一種結(jié)構(gòu),它與正常受精卵發(fā)育形成的胚有類似的結(jié)構(gòu)和發(fā)育過程。 (2)人工種皮應(yīng)含有哪些物質(zhì)? 提示適量的養(yǎng)分、無機鹽、有機碳源以及抗生素等。為了促進胚狀體的生長發(fā)育,還可以向人工種皮中加入一些植物激素。 (3)人工種子萌發(fā)形成的幼苗有什么優(yōu)點? 提示①不發(fā)生性狀分離。 ②不受季節(jié)、氣候和地域的限制。,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,二、作物新品種的培育 1.單倍體育種 (1)方法:花藥離體培養(yǎng)→單倍體植株→染色體加倍(秋水仙素處理)→純合子植株。 (2)優(yōu)點:①后代是純合子(填“純合子”或“雜合子”),能穩(wěn)定遺傳。 ②明顯縮短了育種的年限。 2.突變體的利用 (1)產(chǎn)生原因:在植物組織培養(yǎng)過程中,易受到培養(yǎng)條件和外界壓力(如射線、化學(xué)物質(zhì)等)的影響而產(chǎn)生突變。 (2)利用:篩選出對人們有用的突變體,進而培育成新品種。,,,,,,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,為什么在植物組織培養(yǎng)過程中,較易發(fā)生突變?這實際上是哪一種突變? 提示在植物的組織培養(yǎng)過程中,由于培養(yǎng)的細(xì)胞一直處于不斷的分裂狀態(tài),易受外界條件的影響而發(fā)生突變。體細(xì)胞突變。,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn) 1.細(xì)胞產(chǎn)物的種類:蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。 2.技術(shù):植物組織培養(yǎng)技術(shù)。 3.實例:我國利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)實現(xiàn)了大量生產(chǎn)人參皂甙干粉;另外三七、紫草和銀杏的細(xì)胞產(chǎn)物也都已實現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)。 細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)中只需要將外植體培養(yǎng)到哪個階段即可? 提示愈傷組織階段。,,,,,,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一、植物繁殖的新途徑 1.微型繁殖 (1)本質(zhì):微型繁殖只運用了植物組織培養(yǎng)技術(shù),該過程只涉及有絲分裂,沒有減數(shù)分裂,因而屬于無性繁殖。 (2)優(yōu)點:能保持親本的優(yōu)良性狀,使用材料少,培養(yǎng)周期短,繁殖率高,便于自動化管理,有利于進行工廠化培養(yǎng)。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,2.作物脫毒 (1)原理:病毒是寄生性生物,在用種子繁殖或用植物根、莖無性繁殖過程中,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。從而導(dǎo)致作物品種的嚴(yán)重退化、減產(chǎn)和品質(zhì)降低。據(jù)檢測,植物的分生組織細(xì)胞中一般不含病毒或病毒很少,利用植物分生組織進行培養(yǎng)可以使新長成的植株脫去病毒。 (2)選材:無病毒或病毒極少的莖尖或根尖。 (3)優(yōu)點:獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的無病毒植株。 (4)用到的現(xiàn)代生物技術(shù):植物組織培養(yǎng)。 (5)實例:脫毒馬鈴薯比未經(jīng)脫毒的馬鈴薯增產(chǎn)約50%以上。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,3.人工種子 (1)組成圖示: 人工種子的結(jié)構(gòu)示意圖 (2)胚狀體:人工種子的主要成分,也可以是不定芽、頂芽和腋芽等。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,(3)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)芽所需要的各種營養(yǎng)成分等。 ②有利于貯藏、運輸和萌發(fā),選取的材料要有韌性,耐壓,對胚狀體無毒害。 ③應(yīng)含有農(nóng)藥和殺菌劑,以防播種后害蟲及微生物的侵害。 ④還要加入能促進胚狀體生長和發(fā)育的一些植物生長調(diào)節(jié)劑、有益菌等。 (4)用到的現(xiàn)代生物技術(shù):植物組織培養(yǎng)。 (5)繁殖方式:無性繁殖。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例1】 人工種子是人們模仿天然種子的結(jié)構(gòu)制造出來的生命有機體,它能像種子一樣萌發(fā)生長,長成植物。人工種子的核心部件是個被外層物包埋的具有類似于胚功能的胚狀體。將胚狀體包埋在一個能提供營養(yǎng)的膠質(zhì)中,便成了所謂的“人工種子”。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,請回答下列問題。 (1)制作人工種子依據(jù)的原理是 ,經(jīng)過 技術(shù)培育而成。 (2)包埋胚狀體的膠質(zhì)可以看作種子的哪部分結(jié)構(gòu)? 。 (3)某二倍體植物基因型為DdTt,采用花藥離體培養(yǎng)的方法,可將該植物的花粉培育成“花粉胚”,也可制成人工種子,這種種子萌發(fā)形成的個體為 ,基因型為 。 (4)如果外植體為植物的莖尖,通過①的處理可使細(xì)胞彼此分離,可加入 。 A.15%的鹽酸 B.淀粉酶 C.果膠酶 D.胰蛋白酶 (5)②表示脫分化過程,其實質(zhì)是 ;③表示再分化過程,其實質(zhì)是 。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,解析(1)制作人工種子依據(jù)的原理是植物細(xì)胞的全能性,經(jīng)過植物組織培養(yǎng)技術(shù)培育而成。(2)包埋胚狀體的膠質(zhì)可以看作是提供營養(yǎng)的胚乳或子葉。(3)某二倍體植物基因型為DdTt,采用花藥離體培養(yǎng)的方法,可培育成“花粉胚”,也可制成人工種子,該種子萌發(fā)形成的個體為單倍體,其基因型有DT、Dt、dT、dt。(4)如果外植體為植物的莖尖,通過①的處理可使細(xì)胞彼此分離,可加入果膠酶使細(xì)胞間的物質(zhì)分解。(5)②表示脫分化過程,其實質(zhì)是使細(xì)胞恢復(fù)分裂;③表示再分化過程,其實質(zhì)是基因的選擇性表達,導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的改變。 答案(1)植物細(xì)胞的全能性 植物組織培養(yǎng) (2)胚乳或子葉 (3)單倍體 DT、Dt、dT、dt (4)C (5)使細(xì)胞恢復(fù)分裂 基因的選擇性表達,導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的改變,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,對人工種子正確的解釋是( ) A.通過科學(xué)手段人工合成的種子 B.種皮能夠自我生成 C.利用植物組織培養(yǎng)獲得的種子 D.人工種子發(fā)芽率低 解析人工種子是用植物組織培養(yǎng)的方法,誘導(dǎo)離體的植物組織形成具有生根發(fā)芽能力的胚狀體,經(jīng)過人工薄膜包裝得到的種子,是植物組織培養(yǎng)的一個應(yīng)用。 答案C,,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,(1)人工種子的優(yōu)點 ①可提高植物的繁殖能力:可使自然條件下不結(jié)實或種子昂貴的植物得以繁殖。 ②可固定雜種優(yōu)勢:對于具有雜種優(yōu)勢的個體進行植物組織培養(yǎng)獲得人工種子,可防止后代出現(xiàn)性狀分離。 ③可人為控制植物的生長發(fā)育與抗逆性:在人工胚乳中可加入除草劑、弱病毒、殺菌劑、農(nóng)藥、抑制休眠的物質(zhì)及對植物生長有益的細(xì)菌等,使其具備抗逆性和耐貯性等優(yōu)良特性,也可添加激素類等物質(zhì)調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育。 (2)人工種子存在的問題 ①植物產(chǎn)生胚狀體能力弱,難以形成同步化的有強活力的胚狀體。 ②成本較高,運輸、貯藏以及機械化播種問題也未解決。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,二、作物新品種的培育 1.單倍體育種 (1)原理:染色體變異。 (2)過程: (3)優(yōu)點:可明顯縮短育種年限。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,2.體細(xì)胞誘變育種 (1)過程: (2)原理:基因突變和植物細(xì)胞的全能性。 (3)優(yōu)點: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,加快了育種進程。 (4)缺點: ①突變不定向,需要處理大量材料; ②突變少利多害,符合人們需要、有利的品種比較少。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,3.突變體的利用 植物組織培養(yǎng)過程中,培養(yǎng)細(xì)胞一直處于不斷的分生狀態(tài),容易受到培養(yǎng)條件和外界壓力的影響而產(chǎn)生突變。從這些產(chǎn)生突變的個體中可以篩選出對人們有用的突變體,進而培育成新品種。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例2】 下圖為幾種育種方法示意圖,據(jù)圖回答下列問題。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,(1)①④方向所示的途徑表示 育種方法,⑦過程所示的育種方法叫 。 (2)②過程中常用的方法是 ,③⑦過程中最常采用的試劑是 。 (3)⑤過程發(fā)生在生物個體發(fā)育的 時期,但是一般發(fā)生在 細(xì)胞中才具有遺傳性。 (4)⑧→⑩的過程中涉及的生物技術(shù)有 。 (5)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)解決了育種過程中的 問題。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,解析本題中通過①④過程獲得新品種的方法是雜交育種;①②③過程是單倍體育種;⑤⑥過程是誘變育種;⑦過程是多倍體育種;⑧⑨⑩過程是利用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)和植物組織培養(yǎng)技術(shù)得到人工種子的育種方法。③⑦過程都要誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍,最常用的試劑是秋水仙素;⑤過程是基因突變,它發(fā)生在生物個體發(fā)育的各個時期,一般發(fā)生在生殖細(xì)胞中才具有遺傳性;體細(xì)胞雜交技術(shù)解決了育種過程中遠緣雜交不親和的問題。 答案(1)雜交 多倍體育種 (2)花藥離體培養(yǎng) 秋水仙素 (3)任何 生殖 (4)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)、植物組織培養(yǎng)技術(shù) (5)遠緣雜交不親和,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,對下列生產(chǎn)實踐中所利用的育種技術(shù)和原理對應(yīng)錯誤的是( ) ①水稻F1花藥經(jīng)培養(yǎng)和染色體加倍,獲得基因型純合新品種 ②抗蟲小麥與矮稈小麥雜交,獲得抗蟲矮稈小麥 ③將含抗病基因的重組DNA導(dǎo)入玉米細(xì)胞,經(jīng)組織培養(yǎng)獲得抗病植株 ④用射線照射大豆使其基因結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,獲得種子性狀發(fā)生變異的大豆 A.①屬于單倍體育種、原理是染色體變異 B.②屬于雜交育種、原理是基因重組 C.③屬于基因工程、原理是植物細(xì)胞全能性 D.④屬于誘變育種、原理是基因突變,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,解析水稻F1花藥經(jīng)培養(yǎng)獲得單倍體,用秋水仙素處理幼苗使染色體加倍,獲得基因型純合新品種,屬于單倍體育種,原理是染色體變異,A項正確;讓抗蟲小麥與矮稈小麥雜交,得F1再自交,從F2中選出抗蟲矮稈小麥,屬于雜交育種,原理是基因重組,B項正確;利用基因工程技術(shù)將含抗病基因的重組DNA導(dǎo)入玉米細(xì)胞,經(jīng)組織培養(yǎng)獲得抗病植株,屬于基因工程,原理是基因重組,C項錯誤;用射線照射大豆使其基因結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,產(chǎn)生新的基因,從而獲得種子性狀發(fā)生變異的大豆,屬于誘變育種,原理是基因突變,D項正確。 答案C,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,單倍體育種、基因工程育種和植物細(xì)胞工程育種的比較,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識精要,典題例解,遷移應(yīng)用,1.正確理解人工種子 誤以為人工種子所有部分都是植物組織培養(yǎng)的產(chǎn)物。人工種子中只有胚狀體(或不定芽、頂芽、腋芽)部分是植物組織培養(yǎng)的產(chǎn)物。天然種子會因有性生殖而引起基因重組,造成某些遺傳性狀的改變,而人工種子實際上是無性生殖,所以可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性。,【例1】 科學(xué)家從懸浮培養(yǎng)的單細(xì)胞、離體花粉或胚囊中,通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)獲得胚狀結(jié)構(gòu)(胚狀體),并將其包埋在一個能提供營養(yǎng)的膠質(zhì)中,外包裹上人造種皮,便制成了“人工種子”。 (1)簡要歸納“離體的細(xì)胞”進行植物組織培養(yǎng)獲得胚狀體的過程。 。 (2)“人工種子”可大體由 部分組成,包埋胚狀體的膠質(zhì)可看作玉米種子的 結(jié)構(gòu)?！叭斯しN皮”的制備是 結(jié)構(gòu)和功能的研究深入到分子水平的體現(xiàn)。 (3)由“人工種子”萌發(fā)出的植株是否可育?,解析(1)簡要歸納“離體的細(xì)胞”進行植物組織培養(yǎng)獲得胚狀體的過程:離體的細(xì)胞脫分化形成愈傷組織,再分化生根發(fā)芽形成胚狀體。(2)“人工種子”可大體由胚狀體、包埋胚狀體的膠質(zhì)以及人工種皮三部分組成。包埋胚狀體的膠質(zhì)為種子萌發(fā)時提供營養(yǎng),故可看作玉米種子的胚乳。“人造種皮”的制備是生物膜結(jié)構(gòu)和功能的研究深入到分子水平的體現(xiàn)。(3)由花粉培養(yǎng)發(fā)育成的植株一般不可育,由體細(xì)胞經(jīng)組織培養(yǎng)發(fā)育成的植株則是可育的。,,2.脫毒苗≠抗毒苗 脫毒苗是選擇植物的莖尖(剛形成,不含有病毒)進行組織培養(yǎng)而獲得的,屬于細(xì)胞工程范疇?？苟久缡前涯晨共』?qū)胧荏w細(xì)胞中,并通過一定的方法培養(yǎng)形成的,屬于基因工程的范疇。 【例2】 馬鈴薯是種植廣泛的農(nóng)作物,病毒侵染后導(dǎo)致產(chǎn)量大幅下降,培育脫毒和抗毒的馬鈴薯品種是提高產(chǎn)量的有效方法。請分析并回答下列問題。 (1)馬鈴薯莖尖病毒極少甚至無病毒,因此可將馬鈴薯莖尖接種在培養(yǎng)基中,經(jīng)過人工培養(yǎng)獲得脫毒苗。培養(yǎng)基中添加的生長素和細(xì)胞分裂素的作用是促進細(xì)胞進行 。誘導(dǎo)離體細(xì)胞經(jīng)過 完成組織培養(yǎng)過程,從而形成脫毒苗。為監(jiān)控脫毒苗的質(zhì)量,可采用 的方法檢測病毒的基因,也可采用 的方法檢測病毒的蛋白質(zhì)。,(2)研究人員研究了莖尖外植體大小對苗的成活率和脫毒率的影響,實驗結(jié)果如下圖: 實驗結(jié)果表明,莖尖越小, ,因此馬鈴薯脫毒培養(yǎng)中莖尖外植體的適宜大小為 。,(3)為獲得抗病毒的馬鈴薯植株,往往采用轉(zhuǎn)基因技術(shù),將病毒復(fù)制酶基因轉(zhuǎn)移到馬鈴薯體內(nèi),其過程大致如下圖所示。 圖示過程中,將目的基因?qū)腭R鈴薯細(xì)胞使用了 法。該方法先將目的基因插入到農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒的 上,然后通過農(nóng)桿菌的轉(zhuǎn)化作用,使目的基因進入植物細(xì)胞并插入到植物細(xì)胞的 上。導(dǎo)入農(nóng)桿菌時,首先要構(gòu)建基因表達載體,這里需要的工具酶有 ,還要用 處理土壤農(nóng)桿菌,,使之轉(zhuǎn)變?yōu)楦惺軕B(tài),然后將它們在緩沖液中混合培養(yǎng)以完成轉(zhuǎn)化過程。為了便于檢出轉(zhuǎn)化成功的農(nóng)桿菌,需要基因表達載體上含有 。目的基因在馬鈴薯體內(nèi)能否成功轉(zhuǎn)錄,可采用的檢測方法是 。該轉(zhuǎn)基因馬鈴薯產(chǎn)生的配子中 (填“一定”或“不一定”)含有目的基因。,解析(1)培養(yǎng)基中添加的生長素和細(xì)胞分裂素的作用是促進細(xì)胞進行有絲分裂,誘導(dǎo)離體的組織或細(xì)胞經(jīng)過脫分化形成愈傷組織,再經(jīng)過再分化形成幼苗;檢測脫毒苗質(zhì)量,從基因角度采用DNA分子雜交技術(shù)檢測,也可從蛋白質(zhì)分子角度采用抗原—抗體雜交技術(shù)。(2)由圖可知,莖尖越小,脫毒率越高,成苗率越低,在莖尖外植體的大小為0.27 mm時,脫毒率和成苗率均較高,因此馬鈴薯脫毒培養(yǎng)中莖尖外植體的適宜大小為0.27 mm。(3)圖示過程中,將目的基因?qū)腭R鈴薯細(xì)胞使用了農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,該方法先將目的基因插入到農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒的T-DNA上,然后通過農(nóng)桿菌的轉(zhuǎn)化作用,使目的基因進入植物細(xì)胞并插入到植物細(xì)胞的染色體上。導(dǎo)入農(nóng)桿菌時,首先要構(gòu)建基因表達載體,這里需要的工具酶有限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)和DNA連接酶,還要用Ca2+處理土壤農(nóng)桿菌,使之轉(zhuǎn)變?yōu)楦惺軕B(tài),,然后將它們在緩沖液中混合培養(yǎng)以完成轉(zhuǎn)化過程。為了便于檢出轉(zhuǎn)化成功的農(nóng)桿菌,需要基因表達載體上含有標(biāo)記基因。目的基因在馬鈴薯體內(nèi)能否成功轉(zhuǎn)錄,可采用的檢測方法是分子雜交。由于該轉(zhuǎn)基因馬鈴薯中可能只有一條染色體上含有目的基因,所以其產(chǎn)生的配子中不一定含有目的基因。,答案(1)有絲分裂 脫分化和再分化 DNA分子雜交 抗原—抗體雜交 (2)脫毒率越高,成苗率越低 0.27 mm (3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化 T-DNA 染色體 限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)和DNA連接酶 Ca2+ 標(biāo)記基因 分子雜交 不一定,,