2.1.2 植物细胞工程的实际应用
目标导航 1.举例说明植物细胞工程在植物繁殖方面的应用。2.列举植物细胞工程在作物新品种培育方面的应用。3.概述细胞产物的工厂化生产的原理。
重难点击 1.植物繁殖的新途径。2.作物新品种的培育及细胞产物的工厂化生产。
课堂导入
方式一：拯救国家极危植物——虎颜花
虎颜花为野牡丹科单种属植物，原产广东，为罕见的野生观赏植物，有重要的科研价值。虎颜花叶片基生，叶形巨大、美丽，呈心形，上有老虎斑纹，故称虎颜花。国际自然保护联盟已将虎颜花列为极危物种。为拯救虎颜花，我国华南植物园的科学家对虎颜花进行了组织培养，获得1万株试管苗，又利用生态恢复技术，使虎颜花成功回归野外。这体现了植物细胞工程的实际应用。那么植物细胞工程技术在生产生活中还有哪些方面的应用呢？让我们进入本节的学习，一起来了解吧！
方法二：具有小灵芝草之称的金钗石斛是一种名贵的中草药，它具有生津益胃、润肺止咳之功效。金钗石斛的有效化学成分为大黄酚和β－谷甾醇。那么我们能否在工厂内大量生产这两种物质呢？
能！取金钗石斛的茎尖或根尖组织，并培养为愈伤组织再放入液体培养基中进行悬浮培养，获得大量的金钗石斛细胞，从混合液中分离纯化大黄酚和β－谷甾醇即可。
这是植物细胞工程实际应用的一个实例，要了解更多这方面的信息，请跟随教材一起来学习吧。
一、植物繁殖的新途径
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。 ①无性繁殖，保持优良品种的遗传特性??
(2)特点?②高效快速地实现种苗的大量繁殖
??③可实现产业化生产2.作物脱毒
(1)选材部位：植物分生区附近的部位，因为此处细胞内病毒极少，甚至无病毒。 (2)优点：提高作物的产量和品质。 (3)实例：脱毒马铃薯的培育。 3.人工种子
(1)组成：作为胚状体、不定芽、顶芽和腋芽的保护性外壳的人工种皮和提供胚状体进一步发育所需营养的人工胚乳。如下图：
(2)特点：后代无性状分离，不受季节、气候和地域的限制。 合作探究
1.从繁殖类型看，微型繁殖的优点是什么？从所需条件看，微型繁殖与传统育种方法相比有哪些优点？
答案 微型繁殖属于无性繁殖，可以保持所繁殖品种的一切性状，因为植物组织培养过程中细胞进行的是有丝分裂，此过程中细胞内的遗传物质不发生改变。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。 2.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？
答案 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。植物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。 3.脱毒苗与抗毒苗有何区别？
答案 脱毒苗：是选择植物的茎尖(刚形成，不含有病毒)进行组织培养而获得的，属于细胞工程的范畴。抗毒苗：是把某抗病基因导入到受体植株中，并通过一定的方法培育形成的，属于基因工程的范畴。 4.关于人工种子的思考：
(1)常规的种子繁殖存在哪些缺陷？
答案 ①周期长；②发生性状分离而丧失其优良特性；③受到季节、气候和地域的限制。 (2)常规种子包括哪几部分结构？各有什么作用？
答案 ①常规种子包括种皮、胚和胚乳，双子叶植物没有胚乳，但有肥厚的子叶。②种皮具有保护功能，胚乳或肥厚的子叶为种子的萌发提供营养物质。 (3)分析下图，回答问题：
①人工种子的胚状体和常规种子的胚在来源上有何区别？
答案 人工种子的胚状体是无性繁殖的结果，常规种子中的胚是有性繁殖的结果。 ②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？
答案 a.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)中应具有适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。
b.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。
1.判断正误
(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)人工种子就是以植物种子的胚等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子( ) (3)茎尖经植物组织培养技术得到的脱毒苗抗病毒( )
(4)从植物体上获取的任何细胞，经组织培养得到的植株与亲本性状都完全一致( ) 答案 (1)√ (2)× (3)× (4)×
解析 (3)“脱毒”与“抗毒”不同，前者指的是本身无病毒，受病毒感染的机会少，而后者指的是能抵抗病毒的感染。(4)若培养植物的花粉细胞，得到的是单倍体，与亲本性状不完全一致。
2.人工种子是人们模仿天然种子的结构制造出来的生命有机体，它能像种子一样萌发生长，长成植物。人工种子的核心部位是个被外层物包埋的具有类似于胚功能的胚状体。将胚状体包埋在一个能提供营养的胶质中，便成了所谓的“人工种子”。根据材料分析回答下列问题：
(1)人工种子依据的原理是______________________，培育胚状体利用了______________________技术。
(2)包埋胚状体的胶质可看作自然种子的哪部分结构？
________________________________________________________________________。 (3)如果外植体是植物的茎尖，通过①过程的处理可使细胞彼此分离，①过程中可加入( ) A.蛋白酶 B.淀粉酶
C.纤维素酶和果胶酶 D.胰蛋白酶
(4)②过程表示脱分化过程，其实质是__________________________；③表示再分化过程，其实质是____________________________________。
(5)由人工种子萌发成的植株是否可育？_____________________________________。
答案 (1)植物细胞的全能性 植物组织培养 (2)种皮及提供营养的胚乳或子叶 (3)C (4)使细胞恢复分裂能力 基因的选择性表达 (5)不一定
解析 (1)人工种子能发育成完整植株，说明其细胞内含有个体发育所需要的全套遗传物质，因此依据的原理是细胞的全能性，人工种子是经过植物组织培养技术得到的。(2)包裹胚状体的胶质有保护胚状体的作用，同时又可以为胚状体提供营养物质，所以可看成种皮及胚乳或子叶。(3)使植物细胞彼此分离可以使用纤维素酶和果胶酶，因为植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶。(4)脱分化的实质是使细胞恢复分裂能力，而再分化的实质是基因的选择性表达。(5)人工种子是否可育取决于培育胚状体所用的材料。 一题多变
(1)经图示过程得到的人工种子基因型是否相同？ 答案 相同。
(2)若题图中植物体的基因型为DdTt，利用花药离体培养得到的“花粉胚”长成的植株可育吗？为什么？
答案 不可育。若植物体的基因型为DdTt，利用花药离体培养得到的“花粉胚”长成的植株的基因型可能为DT、Dt、dT、dt，均属于单倍体，因此不可育。
二、作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产
1.单倍体育种
(1)原理：细胞的全能性和染色体变异。
离体培养人工诱导(2)过程：花药――→单倍体植株染色体加倍――→稳定遗传的优良品种。 (3)优点
①子代是能稳定遗传的纯合子。 ②明显缩短育种年限。 2.突变体的利用 (1)原理
①基因突变(用射线或诱变剂处理分生细胞，主要是指愈伤组织细胞)。 ②植物细胞的全能性(由突变细胞培育到突变体植株)。
(2)利用：筛选出有用的突变体，培育新品种。如培育抗病、抗盐、含高蛋白、高产的新品种植物。
(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。 3.细胞产物的工厂化生产
(1)种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。 (2)技术：植物组织培养技术。