【课件】植物细胞工程的应用课件高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

温故知新：植物组织培养技术移栽成活分化状态未分化状态脱分化再分化A细胞B细胞A原生质体B原生质体杂种细胞愈伤组织杂种植株移栽后的植株①去壁②诱导融合③细胞壁再生④脱分化⑤再分化⑥移栽植物细胞融合植物组织培养植物细胞的全能性细胞膜的流动性植物体细胞杂交技术总结①去壁2.1.2植物细胞工程的应用资料1：兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的常规繁殖中，遇到的难题是：用分根法繁殖速度缓慢，不利于新品种的推广;用种子繁殖又很困难，因为兰花的种子十分微小，胚很纤弱，种子几乎没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。实际问题：经济苗木、名贵花卉、珍稀植物等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持……如何解决？01植物繁殖的新途径作物新品种的培育微生物的纯培养细胞产物的工厂化生产植物细胞工程的应用01植物繁殖的新途径02作物新品种的培育03细胞产物的工厂化生产6阅读教材P39，思考以下问题：1、什么是快速繁殖技术？2、快速繁殖技术有哪些特点？3、快速繁殖技术用于产业化生产的实例有哪些？（1）概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫作微型繁殖技术。外植体脱分化愈伤组织再分化根、芽试管苗（2）原理：①高效、快速地实现种苗的大量繁殖②无性繁殖，可以保持优良品种的遗传特性③不受自然生长季节的限制，培养周期短（3）优点：植物细胞的全能性④选材少，繁殖率高，便于自动化管理。试管苗大规模培养1.快速繁殖

一植物繁殖的新途径无性生殖其细胞分裂方式是有丝分裂，亲、子代细胞DNA相同，所以可以保持亲代优良的遗传特性。【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？

植物组织培养到愈伤组织阶段，细胞进行旺盛、快速的有丝分裂，从而获得大量的组织细胞。不断地对愈伤组织进行分割、移瓶、诱导再分化就可以形成大量的新植株。另外，植物组织培养在实验室进行，一般不受季节、气候等条件的限制。01（5）实例：甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。铁皮石斛的工厂化生产（4）应用：快速繁殖优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等。1.快速繁殖

一植物繁殖的新途径10阅读教材P40“作物脱毒”，思考以下问题：1、作物为什么要进行脱毒？2、应该选择植物的什么部位培育脱毒苗？为什么要选择该部位？3、培育脱毒作物的流程是怎样的？4、脱毒作物有何优点？5、你还知道哪些作物脱毒的实例？植物组织培养脱毒苗顶端分生区（如茎尖、芽尖、根尖）：马铃薯草莓香蕉感染的病毒很容易传给后代无性繁殖病毒在作物体内积累作物产量降低品质变差（1）脱毒原因（2）脱毒方法及部位病毒极少，甚至无病毒注：脱毒苗不等于抗毒苗。

2、作物脱毒

一植物繁殖的新途径与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同（3）脱毒过程：无病毒组织（切取茎尖组织）脱分化愈伤组织再分化根、芽幼苗完整植株移栽成活（4）优点：明显提高农作物的产量和品质

2、作物脱毒

一植物繁殖的新途径（5）实例：在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。脱毒草莓普通草莓脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片脱毒苗不等于抗毒苗。脱毒苗是选择植物的茎尖进行组织培养而获得的，只是体内不含病毒，不能抵抗病毒侵染，属于细胞工程的范畴；抗毒苗是把某抗病基因导入植物细胞，属于基因工程的范畴；脱毒草莓未脱毒草莓脱毒产品甘蔗香蕉菠萝①树木需生长数年才能结出种子④优良杂交种后代会因发生性状分离而丧失优良特性②受季节、气候和地域的限制③制种时需要占用大量土地如何克服缺陷？常规种子植物生产的不足：

3、人工种子

一植物繁殖的新途径人工种子概念：通过植物组织培养的方法获得的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料外面包被着人工薄膜，在适宜的条件下可以发芽成幼苗的种子。

胚状体人工胚乳（提供发育所需的营养）人工种皮

3、人工种子

一植物繁殖的新途径过程：外植体愈伤组织脱分化胚状体再分化完整植物体制成人工种子种下去包裹人工种皮问：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?问：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?适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。植物生长调节剂。人工种子来自有性生殖？无性生殖？

3、人工种子

一植物繁殖的新途径无性生殖植物生长调节剂在组培过程中要灭菌后加入—（高温、强光下易挥发、分解）

人工薄膜，透气透水种皮

胚状体（不定芽、顶芽和腋芽）胚

营养物质+抗生素、农药+有益菌+植物生长调节剂胚乳胚状体人工胚乳人工种皮单子叶植物的种子胚种皮胚乳组成：胚状体＋人工种皮＋人工胚乳

3、人工种子

一植物繁殖的新途径⑤后代无性状分离，保持优良品种的遗传特性①易于储藏和运输④解决某些作物品种繁殖能力差、结子

困难或发芽率低等问题③避免占用大量土地制种，节约粮食优点：②不受季节、气候和地域的限制

3、人工种子

一植物繁殖的新途径人工种子应用花椰菜桉树水稻芹菜

3、人工种子

一植物繁殖的新途径20阅读教材P40”单倍体育种”，思考以下问题：1、单倍体育种的流程是怎样的？它有什么优点？2、已知紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass）杂交，得到的F1再进行自交，F2会有紫色甜玉米的表型产生。如果要筛选出纯合的紫色甜玉米（基因型AAss），你可以想到几种育种方法？请你提出相关实验设计思路。拓展应用（P42）1、单倍体：由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成的个体。1、单倍体育种

二作物新品种的培育

植株枝叶茎杆弱小，果实多而小，一般高度不育。特点：2、单倍体育种：（1）概念：通过花药(或花粉)培养获得单倍体植株，然后经过诱导染色体加倍，当年就能培育出遗传性状相对稳定的纯合二倍体植株;1、单倍体：由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成的个体。1、单倍体育种

二作物新品种的培育正常物种二倍体正常物种四倍体123451234512345123451234512345123451234512345单倍体（含1个染色体组）单倍体（含2个染色体组）

植株枝叶茎杆弱小，果实多而小，一般高度不育。特点：2、单倍体育种：（1）概念：通过花药(或花粉)培养获得单倍体植株，然后经过诱导染色体加倍，当年就能培育出遗传性状相对稳定的纯合二倍体植株;（2）单倍体育种原理：植物细胞的全能性染色体（数目）变异花药或花粉单倍体幼苗正常纯合二倍体人工诱导（染色体加倍）脱分化愈伤组织再分化1、单倍体育种

二作物新品种的培育优良品种花药花粉离体培养单倍体纯合二倍体人工诱导染色体加倍选择花药离体培养秋水仙素处理经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为_______，一定是吗？_______。纯合子不一定整个单倍体育种过程的原理是染色体变异传统方法：杂交育种

单倍体育种P：紫色非甜玉米

AASS×白色甜玉米

aassF1紫色非甜玉米AaSs↓配子：ASAsaSas花药离体培养单倍体幼苗：ASAsaSas纯合体:秋水仙素处理

染色体加倍AASSAAssaaSSaass选择紫甜玉米即为新品种现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何短时间获得纯种的紫色甜玉米（基因型AAss），思路？

多年自交纯化和选择，才得到符合理想要求的新品种很快就能培育出遗传性状相对稳定的纯合二倍体植株有性杂交第1年第2年缺点：耗时长优点：操作简单（常需5～6年）注意①：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，在生产上没有实际价值，需诱导单倍体的染色体数目加倍。注意②：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；单倍体育种需要先利用植物组织培养技术形成单倍体幼苗，但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。02（3）优点①极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力②后代一般都是纯合子，能稳定遗传③可作为体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。技术相当复杂（4）缺点：

二作物新品种的培育1、单倍体育种大多数单倍体植株的细胞中只含一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。02

我国科学家在1974年成功培育出世界上第一个单倍体作物新品种——单育1号烟草。(5)实例

我国科学家把单倍体育种与常规育种结合起来，育成水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。

二作物新品种的培育1、单倍体育种

在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，易受培养条件和诱变因素（如射线，化学物质等）的影响而产生突变。新品种筛选培育外植体愈伤组织脱分化多种突变体诱导分化诱变处理（1）原理（2）过程：（3）利用：筛选对人们有利的突变体,进而培育成新品种。（4）原理：突变和植物细胞的全能性突变体育种的原理是突变，诱变育种的原理是基因突变。突变=基因突变＋染色体变异2、突变体的利用

二作物新品种的培育（5）优点：提高变异的频率，加速育种进程。大幅度地改良某些性状。（6）缺点：白三叶草（7）实例：抗除草剂的白三叶草抗花叶病毒的甘蔗抗盐碱的野生烟草

二作物新品种的培育2、突变体的利用难以控制突变方向，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。1．如图为培育甘蔗脱毒苗的两条途径，研究发现经②过程获得的幼苗脱毒效果更好。下列相关叙述错误的是(

)A．①过程所取茎尖中的叶原基具有较高的分裂、分化能力B．②过程的作用可能是阻碍病毒等进入茎尖分生组织C．③④过程中基因的选择性表达导致了细胞脱分化D．培养基A、B中生长素和细胞分裂素的含量和比例不同C2．下列关于育种的说法，错误的是(

)A．杂交育种的原理是基因重组，基因重组发生在雌雄配子结合时B．单倍体育种的原理是花药离体培养，优点是能明显缩短育种年限C．多倍体育种中，秋水仙素和低温均作用于有丝分裂的后期使染色体数目加倍D．培育高产青霉素菌株的原理是基因突变，发生在分裂间期D31阅读教材P41“细胞产物的工厂化生产”，思考以下问题：1、利用细胞产物工厂化生产获得的细胞代谢物的种类

有哪些？2、细胞产物工厂化生产的实例有哪些？03是生物生长和生存所必需的代谢活动，一直进行植物代谢初生代谢：次生代谢：缺点：①植物细胞的次生代谢物含量很低。②有些产物不能或难以通过化学合成途径得到。一类小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等)产物：如糖类、脂质、蛋白质、核酸等产物：细胞产物的工厂化生产

三植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物——次生代谢物。抗虫、抗病等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。应用多、产量低利用植物细胞培养来获得目标产物红豆杉→紫杉醇紫草→紫草宁紫杉醇：具有高抗癌活性。紫草宁:具有抗菌、消炎、抗肿瘤等活性。

三细胞产物的工厂化生产利用植物细胞培养来获得目标产物，即目标次生代谢物的过程就是细胞产物的工厂化生产。031、概念：指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培

养使其增殖的技术。3、优势：不占用耕地、不受季节、天气的限制，对社会、经济、环保具有重要意义。03细胞产物的工厂化生产2、原理：细胞增殖植物细胞培养外植体愈伤组织细胞悬液脱分化振荡分散细胞悬浮培养细胞产物提取4、实例：具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的治疗。红豆杉→紫杉醇紫草→紫草宁抗菌、消炎和抗肿瘤，世界首例药用植物细胞工程产品。人参→人参皂苷用组织培养技术生产的人参，生长速度比栽培人参约快100倍以上。03细胞产物的工厂化生产

工厂化生产人参皂苷粉的基本流程：人参根

愈伤组织

增长速度快而且细胞内人参皂苷粉含量高的细胞细胞增殖

提取人参皂苷粉

细胞产物的工厂化生产的过程外植体脱分化愈伤组织细胞产物培养、提取脱分化培养选择破碎细胞放入发酵罐注意：①一般组织培养到愈伤组织即可。因为此时

细胞分裂能力强，代谢快，产物多。②液体培养基（培养液）有利于培养的细胞与营养物质充分接触。项目植物组织培养植物细胞培养目的获得植物体获得细胞产物原理植物细胞的全能性细胞增殖培养基固体培养基液体培养基过程

应用快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等细胞产物的工厂化生产，植物组织培养和植物细胞培养的比较特别提醒【归纳总结2】四种育种方法的比较育种方法原理过程优点快速繁殖

脱分化、再分化保持优良品种的遗传特性突变体的利用基因突变、细胞的

;

对愈伤组织进行诱变处理后再筛选提高

，获得优良性状单倍体育种细胞的

、

;

、

诱导染色体数目加倍明显缩短？

植物体细胞杂交细胞膜的

、细胞的

;

融合、杂种细胞组织培养打破

，实现

。

细胞的全能性全能性突变率全能性染色体变异先花药离体培养再秋水仙素育种年限流动性全能性植物细胞生殖隔离远缘杂交四种育种方法的比较核心归纳育种方法原理过程优点快速繁殖突变体的利用单倍体育种植物体细胞杂交植物细胞的全能性脱分化、再分化保持优良品种的遗传特性基因突变、植物细胞的全能性对愈伤组织进行诱变处理后再筛选提高突变率，获得优良性状植物细胞的全能性、染色体变异花药离体培养、秋水仙素诱导染色体数目加倍明显缩短育种年限细胞膜的流动性、植物细胞的全能性原生质体融合、杂种细胞组织培养打破生殖隔离，实现远缘杂交外植体愈伤组织试管苗脱分化再分化植株作物脱毒选择顶端分生组织快速繁殖单倍体育种选择花药进行诱变突变体的利用分散后悬浮培养3.细胞产物的工厂化生产2.植物新品质的培育1.植物繁殖的新途径筛选课堂小结到社会中去

“手指植物”通常培育在装有彩色固体培养基的小玻璃瓶中，只要保证充足的光照和适宜的温度，不需要额外补充水分和营养物质，它们就能在玻璃瓶中生长三四个月之久。

“手指植物”的制作方法用到了植物组织培养技术。在制作过程中，一定要注意做好灭菌和消毒工作，为了防止污染可在培养基中加入一定量的抑菌剂。另外，还可以根据个人喜好，在培养基中加入适量的色素或者荧光剂，使“手指植物”更具有观赏价值。1.将紫草细胞进行细胞培养，诱导其脱分化产生愈伤组织，再对愈伤组织进行悬浮培养使其大量增殖，以获取大量的紫草宁。下列关于紫草宁的工厂化生产的叙述，错误的是(

)A.细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一B.培养过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞C.培养的愈伤组织需要经过再分化产生特定的组织细胞

后才能产生特定的细胞产物D.培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分

2．如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，下列叙述正确的是()A．该途径依据的原理是植物细胞具有全能性B．过程①需控制好培养基中植物激素的比例C．经过程①细胞的