2.1.2 植物细胞工程的应用 课件高二下学期生物人教版选择性必修3

DNA是主要遗传物质

第二章细胞工程第1节植物细胞工程第2课时

植物细胞工程的应用选必三RENJIAOBANGAOZHONGSHENGWUXUANBISAN根、芽植物体再分化培养条件：①无菌②营养物质③适宜条件（温度、PH、光等）④植物激素：遮光光照芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照脱分化愈伤组织离体的植物器官、组织或细胞（外植体）愈伤组织重新分化为芽、根等器官失去特有结构和功能转变成未分化的细胞生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键。生长素和细胞分裂素的比例和浓度会影响植物细胞的发育方向。如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…排列不规则，高度液泡化，呈不定型状态的薄壁细胞植物组织培养技术去壁①去壁①融合

②再生新壁③脱分化④再分化⑤移栽植物细胞融合植物组织培养植物体细胞杂交马铃薯细胞番茄细胞马铃薯原生质体番茄原生质体杂种细胞杂种植株植物体细胞杂交技术

植物细胞工程应用植物繁殖的新途径细胞产物的工厂化生产作物新品种的培育你知道植物繁殖的途径有哪些吗？

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。蝴蝶兰铁皮石斛植物繁殖的新途径快速繁殖作物脱毒7（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。1.

快速繁殖外植体脱分化愈伤组织再分化根、芽试管苗（2）优点：①高效、快速地实现种苗的大量繁殖。②无性繁殖，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）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。（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。1.

快速繁殖外植体脱分化愈伤组织再分化根、芽试管苗（2）原理：植物细胞的全能性（3）过程：1.

快速繁殖（5）优点：①高效、快速地实现种苗的大量繁殖。②无性繁殖，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）生殖方式：一般为无性生殖

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。④选材少，繁殖率高，便于自动化管理。1.

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。【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、气候等条件的限制或受限制较小。*扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖技术1.

快速繁殖（7）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马铃薯作物病毒积累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

无性繁殖的方式进行繁殖的作物，感染的病毒很容易传给后代，并在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低、品质变差。（1）作物脱毒的原因：

2、作物脱毒取材：

原因：

(植物组织培养)脱毒苗注：脱毒苗≠抗毒苗。与快速繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。通过组织培养技术获得的脱毒苗是否具有抗病毒能力？抗毒苗：基因工程范畴抗病基因导入植物细胞植物组织培养完整植株（2）脱毒方法：植物顶端分生区附近（如茎尖、根尖）分生区附近病毒极少，甚至无毒细胞工程范畴

2、作物脱毒茎尖脱分化愈伤组织再分化芽、根试管苗脱毒苗移栽（3）脱毒过程：（4）原理：植物组织培养（植物细胞的全能性）（5）优点：提高农作物的产量和品质；获得高产优质的脱毒植株。

2、作物脱毒（6）实例：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。

2、作物脱毒拓展：人工种子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：拓展：人工种子人工种子概念：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。

胚状体人工胚乳人工种皮拓展：人工种子过程：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无性生殖人工种子来自有性生殖？无性生殖？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、抗生素等。植物生长调节剂。拓展：人工种子

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＋人工胚乳拓展：人工种子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、气候和地域的限制拓展：人工种子【注意】若是由二倍体植物的花粉或者三倍体植物的营养器官培养得到的人工种子发育来的植株是不可育的，若是由二倍体植物的茎尖、根尖等营养器官培养得到的人工种子发育来的植株是可育的人工种子的结构（1）单倍体：1、单倍体育种

由生殖细胞直接发育而来，无论体细胞中含有几个染色体组一律称为单倍体。①成因：②代表生物：③特点：由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成。蜜蜂中的雄蜂枝叶茎杆弱小，果实多而小，一般高度不育（不是全部）。④应用：单倍体育种（2）过程：1、单倍体育种即植物组织培养植株矮小，且高度不育秋水仙素处理秋水仙素单倍体幼苗优良品种愈伤组织纯合二倍体植株花药染色体数目加倍脱分化再分化选择秋水仙素处理花药离体培养（植物细胞的全能性）（染色体数目变异）（3）原理：植物细胞的全能性、染色体（数目）变异秋水仙素处理抑制有丝分裂前期纺锤体的形成（2）过程：1、单倍体育种AABBAAbbaaBBaabbABAbaBab减数分裂花药（花粉）离体培养aaBBAAbb×AaBbABAbaBab人工诱导染色体加倍单倍体育种体细胞诱变育种杂交育种第一年第二年aaBBAAbb×AaBbA_B_淘汰自交AA

BB稳定遗传性状分离淘汰第一年第二年人工诱变（一般两个基因同时突变概率较低，此处仅为方便示意）连续自交多代，每株的种子单独收获在一起，种成株系第三-六年(4)优点:①明显缩短育种年限，节约大量人力和物力；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。②后代大都是纯合子，能稳定遗传;1、单倍体育种由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现技术相当复杂(5)缺点：AaAaAAaa单倍体(n)纯合二倍体(2n)大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易出现。因此它也是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。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。(6)实例:1、单倍体育种(1)突变体形成的原因：(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再分化诱变处理（物化）愈伤组织（细胞分裂旺盛，且一直处于不断增殖的状态，因此易发生突变）①处理对象：②原理：突变(基因突变和染色体变异）和植物细胞的全能性。2、突变体的利用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，因此它们容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变突变=基因突变＋染色体变异(6)利用：筛选对人们有利的突变体,进而培育成新品种。提高变异的频率，加速育种进程；大幅度地改良某些性状。产生的变异一定符合需要吗？不一定。因为突变是不定向的，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。(4)优点：2、突变体的利用难以控制突变方向，需要大量处理实验材料。(5)缺点：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(7)实例：2、突变体的利用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

红豆杉，是红豆杉属的植物的通称。该属约11种，分布于北半球。中国有4种1变种。红豆杉属于浅根植物，其主根不明显、侧根发达，是世界上公认濒临灭绝的天然珍稀抗癌植物，是经过了第四纪冰川遗留下来的古老孑遗树种，在地球上已有250万年的历史。由于在自然条件下红豆杉生长速度缓慢，再生能力差，所以很长时间以来，世界范围内还没有形成大规摸的红豆杉原料林基地。阅读课本41页回答：高效抗癌的药物紫杉醇，虽然能造福人类，但却为濒危的红豆杉带来了一场灭顶之灾。能否用植物组织培养技术生产紫杉醇？离体植物组织脱分化愈伤组织从愈伤组织中提取紫杉醇植物的代谢产物植物的代谢相关信息=====初生代谢：生物生长和生存所必需的代谢活动，在整个生命过程中一直进行着。次生代谢：不是生物生长所必需的，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。相关信息=====初生代谢物：如糖类、脂质、蛋白质、核酸等。次生代谢物：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。小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等)（1）本质：（2）作用：在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。（3）缺点：①含量很低，从植物组织提取会大量破坏植物资源；②有些产物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1.次生代谢产物2.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的过程指在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。(1)植物细胞培养：(3)过程：(2)原理：细胞增殖(4)特点：不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。外植体愈伤组织脱分化细胞悬液培养、提取、破碎分散开去壁细胞产物（液体培养基）有利于培养的细胞与营养物质充分接触(5)结果：只培养到愈伤组织阶段不能体现植物细胞的全能性因为此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成具有高抗癌活性，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10g左右(6)实例：紫杉醇、紫草宁、人参皂苷（ɡān）等。工厂化生产人参皂甙干粉的基本流程：人参根愈伤组织增长速度快而且细胞内人参皂甙干粉含量高的细胞细胞增殖提取人参皂甙干粉脱分化培养选择破碎细胞放入发酵罐市场上有一种叫作“手指植物“的工艺品受到很多人的欢迎这些“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或营养物质，它们就能在玻璃瓶中生长三四个月之久学习了本节课之后，你也可以尝试制作“手指植物”。如果有商店正在出售这种植物，你还可以做个市场调查，了解它们的销售情况和经济效益，分析它们为什么受欢迎，并写出调查报告。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，在培养基中加人适量的色素或者荧光剂，使“手指植物”更具有观赏价值。外植体↓愈伤组织↓胚状体↓试管苗↓植株再分化保持优良性状快速大量繁殖快速繁殖作物脱毒选择分生区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(1)快速繁殖不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖,还可以保持优良品种的遗传特性。(

)(2)作物脱毒后不再感染病毒。(

)(3)单倍体育种只是为了获得单倍体。(

)(4)突变体育种常用射线、化学物质处理愈伤组织。(

)(5)快速繁殖本质上是一种无性繁殖。(

)(6)植物的次生代谢物主要是酚类、萜类和含氮化合物等小分子有机物,是其基本生命活动所必需的物质。()(7)植物细胞培养的原理主要是植物细胞的全能性。()(8)紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种次生代谢物,具有高抗癌活性，现已被广泛用于乳腺癌等癌症的治疗。()√√√××××√1.运用植物细胞工程技术可以培育单倍体植株和进行细胞产物的工厂化生产。判断下列相关表述是否正确。（1）用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养技术。（

）（2）细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞生长的培养条件，提高了单个细胞中次生代谢物的含量。（

）2.生产中培育香蕉脱毒苗常用的方法是（

）A.人工诱导基因突变

B.选择优良品种进行杂交C.进行