高中生物 2.1.2 植物细胞工程的实际应用课件 新人教版选修3.ppt

2 1 2植物细胞工程的实际应用 兰花 课程标准列举植物细胞工程的应用案例 课标解读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 1 微型繁殖 1 概念 用于快速繁殖优良品种的技术 2 属于 填有性 无性 繁殖 能够保持优良品种的遗传性状 2 作物脱毒 1 选材部位 植物附近的部位 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 植物繁殖的新途径 植物组织培养 无性 分生区 思维激活1 脱毒苗与抗毒苗有何区别 提示脱毒苗 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养形成的 属于基因工程的范畴 1 微型繁殖 1 本质 微型繁殖实际上是一种无性繁殖 能保持亲本的一切优良性状 这项技术只运用了植物组织培养技术 因此该过程只涉及有丝分裂 不涉及减数分裂 2 优点 使用材料少 培养周期短 繁殖率高 便于自动化管理 有利于进行工厂化培养 2 作物脱毒 1 病毒的特点 病毒是寄生生物 在用种子繁殖或用植物根 茎的无性繁殖过程中 种子 根 茎的细胞中可能携带着病毒并传给下一代 使其繁殖的子代感染病毒 2 材料的选取 据检测 植物的分生组织细胞中一般是不含病毒的 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 组成 人工种子是由胚状体 作为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三部分组成的 如图 2 优点 解决了有些作物品种繁殖能力差 结子困难或发芽率低等问题 人工种子可以工业化生产 提高农业的自动化程度 人工胚乳中除含有胚状体发育所需的营养物质外 还可以添加各种附加成分 如固氮细菌 防病虫农药 除草剂和植物激素类似物等 有利于幼苗茁壮成长 提高作物产量 用人工种子播种可以节约粮食 例如 一个12l的发酵罐在20d内生产的胡萝卜胚状体 可以制成1000万粒人工种子 满足几千公顷农田的种植需要 特别提醒 1 组织培养 微型繁殖 主要是一种无性生殖 如果培养的是体细胞 得到的植株同亲代基因型完全相同 所得个体能保持母体的一切性状 但如果培养的是生殖细胞 如花药 得到的植株是单倍体 应为有性生殖中的单性生殖 2 人工种子和天然种子不同 用人工种子繁殖属于无性繁殖 子代保持亲本性状 不发生性状分离 而用天然种子繁殖属于有性生殖 子代可能发生性状分离 a b c过程中植物激素发挥了重要作用 d表示给胚状体包上人工胚乳和人工种皮b 再分化发生在d步骤 是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程c 人工种子的培育是植物组织培养技术的重要用途之一d 人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差 结子困难或发芽率低等问题 解析人工种子培养过程中a表示获得外植体 b表示脱分化 c是再分化 d则表示给胚状体包裹上人工胚乳和人工种皮 e表示将人工种子种植获得种苗的过程 再分化发生在c步骤 是愈伤组织重新分化的过程 答案b 作物新品种的培育及细胞产物的工厂化生产 单倍体 稳定遗传 稳定遗传 育种年限 2 突变体的利用 1 过程 植物组织培养过程中 由于培养细胞一直处于 易受培养条件和的影响而产生 从中筛选出对人们有用的 进而培养成新品种 2 优点 可以得到 抗盐 抗病和抗除草剂等 品种和含有的植株 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 不断的分生状态 外界压力 突变 突变体 抗逆性 高蛋白 3 细胞产物的工厂化生产 1 种类 蛋白质 脂肪 糖类 生物碱等 2 技术 技术 3 实例 人参 三七 紫草和银杏的细胞产物都已实现工厂化生产 药物 香料 植物组织培养 思维激活2 单倍体育种中为何要进行人工诱导染色体加倍 常用的诱导方法是什么 提示由于单倍体植株弱小 高度不育 因此可用秋水仙素处理单倍体的幼苗 来诱导其染色体加倍 人工诱导染色体加倍最常用的方法是用秋水仙素处理 用单倍体作为转基因的受体 获得的转基因材料经染色体加倍后基因即可纯合 避免了体细胞作为受体导致后代发生性状分离需要多代选择的麻烦 4 缺点 技术相当复杂 需要与杂交育种结合 其中的花药离体培养过程需要组织培养技术的支持 多限于植物 2 突变体的应用 1 原理 突变及植物细胞的全能性 突变包括基因突变和染色体变异两种 2 突变体 在植物组织培养过程中 处于分生状态的培养细胞 容易受到培养条件和外界压力 如射线 化学物质等 的影响而发生基因突变或染色体变异 由此发育而成的个体称为突变体 如图所示 3 体细胞诱变育种 人们从突变体中筛选出对人们有用的个体 进而培育成新品种 这种育种方式叫突变体育种 优点 提高愈伤组织的突变率 可以获得高抗 高产 优质 抗逆的新品种 加快了育种进程 缺点 a 突变不定向 需要处理大量突变材料 b 突变少利多害 符合人们需要 有利的品种比较少 3 工厂化生产人参皂苷的基本过程 选择人参根作为外植体进行培养 产生愈伤组织 经过培养选择增殖速度快而且细胞内人参皂苷含量高的细胞株作为种质 将第一步选择的细胞株放在发酵罐中的适当培养液中进行液体培养 增加细胞数量 将发酵罐中培养的细胞进行破碎 从中提取人参皂苷 特别提醒 1 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 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 2 单倍体育种的目的不是获得单倍体本身 因为单倍体是高度不育的 生产上没有实际价值 需诱导单倍体的染色体加倍 巩固2 下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 将外源基因导入受体植物细胞的方法 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 例1 右图是人工种子的结构简图 对其叙述不正确的是 a 人工种子的胚乳中含有胚状体发育所需要的营养物质 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粮食c 人工种子克服了有些作物品种繁殖能力差 结子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 植物繁殖的新途径 思维导图 深度剖析人工种子是在植物组织培养过程中 愈伤组织再分化发育到胚状体阶段 包上人工种皮而成 人工种子的胚状体已经分化出了胚芽 胚根和胚轴等结构 答案d 例2 某二倍体植物是杂合体 下图为其花药中未成熟花粉在适宜的培养基上培养产生完整植株的过程 据图回答 作物新品种的培育 1 图中 表示的是该花粉培养过程中的 过程 表示的是 过程 x代表的是 表示的是 过程 表示的是诱导 过程 2 图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条 具体通过哪一条途径主要取决于培养基成分中 的种类及其浓度配比 最后获得的来源于未成熟花粉的完整植株都称为 植株 甲 未成熟花粉经培养能形成完整植株 说明未成熟花粉具有 3 对植株甲进行 才能使其结实产生后代 乙 否则植株甲只有通过 的方式才能产生后代 丙 乙 丙两种植株中 能产生可育花粉的是 植株 该植株群体中每一植株产生可育花粉的基因组成种类数为 种 该群体植株产生可育花粉的基因组成种类数为 种 花药培养在育种上的特殊意义是 从而开辟育种新途径 思维导图 深度剖析由高度分化的植物器官 组织或细胞产生愈伤组织的过程为植物细胞的脱分化 愈伤组织继续培养 重新分化成根或芽等器官的过程为再分化 而植物激素是植物细胞脱分化 再分化不可缺少的调节物质 且不同激素的浓度比影响再分化过程 乙植株为纯合的二倍体 所以每一株乙植株产生可育花粉的基因组成种类为1种 该群体植株有多种基因型的纯合体 所以 该群体植物产生的可育花粉的基因组成种类为多种 答案 1 脱分化再分化胚状体分化 或发育 生根 2 激素单倍体细胞的全能性 3 染色体加倍无性繁殖乙 或经过染色体加倍 一多缩短育种周期归纳提升 1 单倍体育种与花药离体培养的比较花药离体培养是单倍体育种时常用的方法 但花药离体培养得到的植株一般是不可育的单倍体植株 而单倍体育种是在花药离体培养获得单倍体幼苗的基础上 用适当浓度的秋水仙素处理 获得的是纯合可育的植株 且自交后代不发生性状分离 2 体细胞诱变育种与诱变育种的比较体细胞诱变育种的原理为突变 基因突变或染色体变异 诱变育种的原理为基因突变 所以应注意两个概念间的区别和联系 诱变育种属于体细胞诱变育种的一种 例3 紫草素是紫草细胞的代谢产物 可作为生产治疗烫伤药物的原料 用组织培养技术可以在生物反应器中通过培养紫草细胞生产紫草素 下图记录了生物反应器中紫草细胞产量 紫草素产量随培养时间发生的变化 细胞产物的工厂化生产 1 在生产前 需先加入紫草细胞作为反应器中的 种子 这些 种子 是应用组织培养技术 将紫草叶肉细胞经过 而获得的 这项技术的理论基础是 2 从图中可以看出 反应器中紫草细胞的生长呈现 规律 影响紫草素产量的因素是 和 3 在培养过程中 要不断通入无菌空气并进行搅拌的目的是 和 4 要使紫草素持续高产 紫草细胞的产量 干重 应保持在什么数值左右 思维