2.1 植物细胞工程的应用课件（第2课时）课件高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

第2章细胞工程第1节植物细胞工程第2课时植物细胞工程的应用次位概念4.1.3举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种等方式有效提高了生产效率1.利用组织培养技术培育脱毒苗，获得抗病毒的新物种（

）

2.二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株（

）

3.利用组织培养技术产生突变体，可直接培育出具有优良性状的新品种（

）

4.单倍体育种是通过培养花药或花粉获得植株的育种方法（

）

5.紫草宁是从紫草细胞中提取的一种药物和色素，具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性（

）××××√课前小热身20世纪60年代，荷兰科学家成功地利用组织培养技术来培育兰花。目前，荷兰的兰花生产已经发展成为举世闻名的兰花产业。我国组织培养技术已经广泛应用于兰花种苗的规模化繁殖，使得名贵的兰花价格大幅下降。鬼兰1500万每株铁皮石斛一、植物繁殖的新途径（一）快速繁殖：1.概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫微型繁殖2.生殖方式：植物细胞的全能性3.分裂方式：外植体脱分化愈伤组织再分化根、芽试管苗一般为无性生殖4.原理：有丝分裂5.特点：(1)高效、快速地实现种苗的大量繁殖。(2)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。(4)选材少，繁殖率高，便于自动化管理。一、植物繁殖的新途径（一）快速繁殖：思考1：思考2：为什么植物组织培养可以进行快速繁殖？为什么快速繁殖技术可以保持优良品种的遗传特性？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。该技术属于无性繁殖，培养过程中细胞有丝分裂、分化过程遗传物质保持不变，所获得的品种保持原优良品种的遗传特性。一、植物繁殖的新途径（一）快速繁殖：6.应用：快速繁殖经济林木、名贵花卉、珍稀濒危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的植物。运用组织培养的途径，一个单株一年可以繁殖几万到几百万个植株，而且均来自单一的个体，可以保持优良品种的遗传特性。例如一株葡萄一年繁殖到3万多株，一株兰花一年繁殖到400万株。铁皮石斛君子兰金花茶扦插、压条、嫁接属于快速繁殖吗？扦插、压条、嫁接等是营养繁殖，属于无性繁殖，但不属于微型繁殖技术。一、植物繁殖的新途径马铃薯草莓香蕉无性繁殖病毒在作物体内积累作物产量降低品质变差2.作物脱毒1.作物脱毒的原因：作物病毒积累感染的病毒很容易传给后代普通草莓脱毒草莓在传统农业生产中，用无性繁殖方式繁殖的作物，它们感染的病毒很容易传给后代，病毒在作物体内逐年积累，导致作物产量降低、品质变差。（二）作物脱毒：一、植物繁殖的新途径1.作物脱毒选用什么材料？选择该种材料的理由是？植物分生区细胞病毒少，甚至没有病毒分生区（如茎尖）的细胞2.脱毒过程：脱毒苗与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。茎尖脱分化愈伤组织再分化芽、根试管苗脱毒苗移栽抗毒苗：抗病基因导入植物细胞植物组织培养完整植株（植物分生区细胞繁殖快速，病毒来不及侵入）脱毒苗=抗毒苗？（二）作物脱毒：一、植物繁殖的新途径（二）作物脱毒：3.优点：脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物

脱毒产品脱毒草莓普通草莓未脱毒马铃薯脱毒马铃薯脱毒马铃薯在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。1.为给工厂繁殖脱毒甘薯苗提供技术上的支持，科研人员利用植物组织培养技术研究甘薯茎尖(外植体)大小对诱导分化苗和脱毒苗的影响，结果如表所示，下列相关叙述正确的是茎尖大小外植体数/个分化苗数/株脱毒苗数/株小于0.3mm20110.3～0.5mm20107大于0.6mm20134A.在不同的培养阶段，培养基

中的激素种类和比例不同B.脱分化过程中应给予充足光

照使其进行光合作用C.培育脱毒苗时依据的原理有

基因突变和细胞的全能性D.0.3～0.5mm大小的茎尖最有利于获得抗病毒的特性√2.某株名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离。为了防止性状分离并快速繁殖，可利用该植株的一部分器官或组织进行离体培养，培育出完整的植株。进行离体培养时不应采用该植株的A.茎尖

B.子房壁

C.叶片

D.花粉粒√茎尖一般没有病毒积累，分裂能力强，可作为植物组织培养的材料，A不符合题意；子房壁细胞属于体细胞，可作为植物组织培养的材料，B不符合题意；叶片细胞属于体细胞，可作为植物组织培养的材料，C不符合题意；花粉粒是经减数分裂形成的，在此过程中发生了基因重组，因而不一定能保持亲本的优良性状，D符合题意。二、作物新品种的培育现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何获得纯种的紫色甜玉米（基因型AAss）？实际问题：传统的育种方法：原理：缺点：通过杂交把两亲本的优良性状组合在同一后代中(基因重组)杂交育种多年纯化和选择，才得到符合理想要求的新品种。如何解决育种时间过长的问题？

设计筛选纯合的紫色甜玉米的实验思路。(1)杂交育种(2)单倍体育种传统方法：杂交育种单倍体育种P：紫色非甜玉米

AASS×白色甜玉米

aass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: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）？P：紫色非甜玉米

AASS×白色甜玉米

aassF1紫色非甜玉米AaSs第1年×选育出紫甜的纯种F2A_S_A_ssaaS_aass紫甜第2年第3年×生长A_ssF3第4年二、作物新品种的培育（一）单倍体育种：单倍体：由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而来的个体。单倍体植株长得弱小，而且一般高度不育。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二、作物新品种的培育（一）单倍体育种：花药中的花粉单倍体幼苗秋水仙素处理纯合体筛选优良性状纯合体愈伤组织离体培养脱分化再分化花药离体培养(植物细胞的全能性)思考：单倍体育种的目的不是获得单倍体植株？育种原理？秋水仙素处理(染色体数目变异)能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞的两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。1.过程：二、作物新品种的培育（一）单倍体育种：①极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。杂交育种培育一个可以稳定遗传的作物优良品种，一般不断自交选优，常需5～6年。而单倍体育种当年就能培育出所需纯合体。②后代都是纯合子，能稳定遗传。③可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。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。2.优点：二、作物新品种的培育（一）单倍体育种：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。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。3.实例：二、作物新品种的培育（二）突变体的利用：1.原理：

组织培养时，由于培养的细胞一直处于不断的分生状态，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。3.原理：2.过程：外植体新品种筛选培育愈伤组织脱分化多种突变体诱导分化诱变处理突变(基因突变+染色体变异）和植物细胞的全能性。【思考】诱变处理的对象为什么要选择愈伤组织？产生的变异一定符合需要吗？愈伤组织细胞不断分裂，细胞要进行DNA分子复制，因此更易发生突变。不一定，因为突变是不定向的。二、作物新品种的培育（二）突变体的利用：通过人工诱变提高愈伤组织的突变率，加快育种进程，大幅度地改良某些性状。突变具有不定向性、多害少利和低频性，因此需要处理大量突变材料，并从中筛选出符合人们需要的品种。已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的新品种，如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。抗除草剂白三叶草抗花叶病毒的甘蔗抗盐碱的烟草4.优点：5.缺点：6.实例：育种方法原理主要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，实现远缘杂交四种育种方法的比较三、细胞产物的工厂化生产抗除草剂白三叶草抗花叶病毒的甘蔗植物代谢初生代谢：次生代谢：不是植物基本生命活动所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行产物如糖类、脂质、蛋白质、核酸等。产物应用一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）缺点a、在植物抗病、抗虫方面发挥作用b、也是很多药物、香料和色素等的重要来源应用多、产量低含量很低，从植物组织中提取会大量破坏植物资源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到。利用植物细胞培养来获得目标产物细胞产物的工厂化生产区别？（一）植物的代谢产物：生物生长生存所必需的代谢活动，整个生命过程一直进行。三、细胞产物的工厂化生产抗除草剂白三叶草抗花叶病毒的甘蔗三、细胞产物的工厂化生产抗除草剂白三叶草抗花叶病毒的甘蔗（二）细胞产物的工厂化生产：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。植物细胞培养（细胞增殖）：利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。植物组织培养技术外植体脱分化愈伤组织细胞悬液细胞产物培养、提取、破碎分散开去壁（液体培养基）注意：①材料？②培养基？一般培养到愈伤组织即可。因为此时细胞分裂旺盛，代谢快，有利于产物生成。（液体培养液）有利于培养的细胞与营养物质充分接触。1.概念：2原理：3.过程：三、细胞产物的工厂化生产抗除草剂白三叶草抗花叶病毒的甘蔗脱分化培养选择破碎细胞放入发酵罐工厂化生产人参皂苷干粉的基本流程人参根愈伤组织增长速度快且人参皂苷含量高的细胞细胞增殖人参皂苷粉用于植物细胞培养的反应器4.实例：（二）细胞产物的工厂化生产：三、细胞产物的工厂化生产抗除草剂白三叶草抗花叶病毒的甘蔗紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。紫草宁——具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性紫杉醇——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→紫草宁人参→人参皂苷4.实例：（二）细胞产物的工厂化生产：三、细胞产物的工厂化生产抗除草剂白三叶草抗花叶病毒的甘蔗植物组织培养和植物细胞培养的比较比较项目植物组织培养植物细胞培养目的

原理

过程应用植物细胞的全能性细胞增殖获得植物体获得细胞产物快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等总结抗除草剂白三叶草抗花叶病毒的甘蔗外植体↓愈伤组织↓胚状体↓试管苗↓植株再分化+人工种皮+人工胚乳人工种子保持优良性状快速大量繁殖微型繁殖作物脱毒选择根尖茎尖、芽尖脱分化选择花粉培养单倍体纯合体加倍单倍体育种化学物理因素诱导筛选突变体利用培养、提取代谢产物③细胞产物的工厂化生产①植物繁殖新途径②作物新品种的培育3.如图是利用某种植物(基因型为AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示意图。据图判断，下列叙述错误的是A.过程②通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为细胞有丝分裂前期B.通过过程①②得到的植株既有纯合子又有杂合子C.过程①属于植物的组织培养，在此过程中必须使用一定量的植物激素

或植物生长调节剂D.与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种的年限√4.如图是通过植物细胞工程获得紫杉醇的途径，下列叙述不正确的是A.该生产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或植物生长调节剂的比例C.