2.1 植物细胞工程课件-高二下学期生物人教版选择性必修3

利用植物细胞工程培育新植株第2章

细胞工程细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。第1节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，称为植物的快速繁殖技术，也叫作微型繁殖技术。（2）特点：可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖外植体愈伤组织根、芽试管苗脱分化再分化可以保持优良品种的遗传特性可以实现产业化生产（规模化）思考讨论：快速繁殖得到的作物会不会出现性状分离？为什么？植物繁殖的新途径一、快速繁殖（3）应用：利用快速繁殖技术对一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等来提供苗木。在我国，组织培养技术也已经广泛应用于兰花种苗的规模化繁殖，这使得名贵兰花的价格大幅下降，普通百姓也能购买和观赏。甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。桉树甘蔗铁皮石斛▲

铁皮石斛的产业化育苗植物繁殖的新途径铁皮石斛，兰科石斛属植物，茎直立、圆柱形，花期3-6月，生长于海拔1600m左右的山地半阴湿的岩石上。铁皮石斛富含某些糖类和生物碱，可以用来提取药物。野生的铁皮石斛植物繁殖的新途径二、作物脱毒（1）植物无性繁殖存在的问题：病毒感染后很容易传给后代无性繁殖获得的作物病毒在作物体内积累作物产量降低品质变差怎么办？科学家发现植物顶端分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒。★

该发现对你有什么启发？植物繁殖的新途径二、作物脱毒（2）解决之道：切取一定大小的珠心组织进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。★

此法已在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物▲

脱毒马铃薯田和被病毒感染的未脱毒的马铃薯叶片（左上）植物繁殖的新途径二、作物脱毒（3）思考讨论：采用组织培养技术获得的脱毒苗抗病毒吗？为什么？不抗病毒。“脱毒”与“抗病毒”的含义不同，前者为不含病毒或病毒含量很少，后者为能够抵抗病毒侵染。脱毒苗≠抗毒苗科研人员研究了马铃薯茎尖外植体大小对幼苗的成苗率和脱毒率的影响。结果见下图，下列相关叙述错误的是（

）趁热打铁植物繁殖的新途径A．培育脱毒苗所依据的原理有基因突变和细胞全能性

B．培育脱毒苗的过程中涉及脱分化和再分化两个阶段C．实验结果表明，茎尖越小，脱毒率越高，成苗率越低D．根据本实验，培养脱毒苗时茎尖的适宜大小为0.27mA作物新品种的培育PF1配子DDTTDDttddTTddtt正常植株（纯合）➋单倍体育种P高杆抗锈病DDTT矮杆不抗锈病ddttF1高杆抗锈病DdTtF2D_T_D_ttddT_ddttddTT➊

杂交育种矮抗⊗需要的纯合矮抗品种连续自交第1年高杆抗锈病DDTT矮杆不抗锈病ddtt高杆抗锈病DdTtDTDtdTdt花药离体培养单倍体植株秋水仙素DTDtdTdt需要的纯合矮抗品种X第2年第3至6年X第1年第2年作物新品种的培育★

玉米单倍体育种流程示意图离体培养单倍体纯合二倍体优良品种人工诱导染色体加倍选择一、单倍体育种作物新品种的培育一、单倍体育种（1）单倍体的概念：体细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同的个体。沪科版

必修2P37作物新品种的培育染色体数目变异，植物细胞的全能性。一、单倍体育种（2）单倍体育种的方法：花药（花粉）离体培养；人工诱导染色体加倍（如：秋水仙素处理）（3）单倍体育种的原理：后代全是纯合子，不发生性状分离，能稳定遗传。（4）单倍体育种的优点：极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。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，是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。作物新品种的培育一、单倍体育种（3）应用情况：1974年，我国科学家就成功地培育出世界上第一个单倍体作物新品种—单育1号烟草。单倍体育种与常规育种结合，育成了水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。紫色非甜玉米(基因型为AASuSu)和白色甜玉米(基因型为aasusu)杂交(Su和su代表一对等位基因)，得到的F1(AaSusu)再进行自交，F2会有紫色甜玉米的表型产生。如果运用常规育种方法，应该如何筛选出纯合的紫色甜玉米？如果利用花药培养的技术，又应该怎样做呢？请你提出相关实验的设计思路。拓展应用F2中的紫色甜玉米的基因型可能为Aasusu或Aasusu。如果运用常规育种方法，将F2中的紫色甜玉米与白色甜玉米（aasusu）进行测交，可以选择出基因型为AASUSU的纯种紫色甜玉米。但这种方法比较烦琐，耗时也较长，需要至少三年的选种和育种时间。其实在F1产生的花粉中就可能有Asu的组合，如果利用花药培养的技术获得单倍体植株，再经过诱导染色体加倍，就可以直接得到紫色甜玉米的纯合体。这种方法可以大大缩短育种周期。作物新品种的培育作物新品种的培育二、突变体的利用下图表示突变体的利用过程，请据图分析回答下列问题：外植体愈伤组织突变体新品种脱分化诱导分化诱变处理筛选培育思考讨论1：在培养至愈伤组织时进行诱变处理的原因是什么？愈伤组织细胞处于不断增殖的状态，细胞要进行DNA分子复制，更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。作物新品种的培育二、突变体的利用下图表示突变体的利用过程，请据图分析回答下列问题：外植体愈伤组织突变体新品种脱分化诱导分化诱变处理筛选培育思考讨论2：利用突变体育种的原理是什么？基因突变和植物细胞的全能性思考讨论3：诱导分化得到的突变体都可以利用吗？为什么？不一定。由于突变是不定向的，所以产生的变异不一定符合需要。抗盐碱的烟草抗花叶病毒的甘蔗作物新品种的培育二、突变体的利用20世纪70年代以来，世界各国的科学家用这种方法已经筛选到抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体，有些品种已经用于生产：下图是利用某植物(基因型为AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示意图，据图判断下列说法错误的是（

）趁热打铁A．过程②通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为有丝分裂前期B．通过过程①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，在此过程中需使用一定量的植物激素D．与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种年限B作物新品种的培育如图为利用体细胞诱变育种技术获得抗除草剂白三叶草新品种的过程。下列叙述不正确的是（

）趁热打铁A．该育种过程依据的原理有基因突变和植物细胞具有全能性B．过程①②培养基中，不同植物生长调节剂的浓度比例不同C．白三叶草愈伤组织和胚状体的细胞中DNA和RNA种类相同D．过程③通常采用的筛选方法是向白三叶草幼苗喷洒除草剂C作物新品种的培育作物新品种的培育★

比较“植物体细胞杂交、单倍体育种和突变体的利用”项目原理主要过程优点植物体细胞杂交单倍体育种突变体的利用染色体变异细胞的全能性花药离体培养、人工诱导染色体数目加倍基因突变细胞的全能性对愈伤组织进行诱变处理后再筛选所获植株遗传性状相对稳定，明显缩短育种年限提高突变率，可获得优良性状细胞膜的流动性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，培育植物新品种初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行着。初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等。细胞产物的工业化生产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。次生代谢物是一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等），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。植物细胞的次生代谢物含量很低，从植物组织提取会大量破坏植物资源有些次生代谢物又不能或难以通过化学合成途径得到怎么办？细胞产物的工业化生产细胞产物的工业化生产次生代谢物：紫杉醇。红豆杉细胞悬浮培养从中分离高纯度的紫杉醇。紫草宁具有抗菌、消炎等效果。在工厂化生产中，取紫草植株部分组织诱导形成紫草愈伤组织，再转入紫草宁形成培养基，然后再将细胞破碎后提取出紫草宁。下列相关叙述中，错误的是（

）趁热打铁A．在紫草宁的工厂化生产过程中，使用的是液体培养基B．愈伤组织无法进行光合作用，需从培养基中吸收有机物C．紫草植株组织诱导形成愈伤组织过程中遗传物质发生改变D．紫草的愈伤组织细胞在低渗溶液中不会涨破C细胞产物的工业化生产紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种次生代谢物，具有良好的抗肿瘤作用。科研人员采用植物细胞培养技术从红豆杉愈伤组织中提取到大量的紫杉醇。下列操作或叙述错误的是（

）趁热打铁A．通常选取红豆杉植株的茎尖或根尖组织作为外植体B．外植体脱分化成愈伤组织需要在适宜激素等条件下进行C．紫杉醇的生产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．高度液泡化、无定形状态的愈伤组织细胞经培养能合成紫杉醇C细胞产物的工业化生产甜叶菊是一种菊科植物，植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右，而它的热量却很低，所以它逐渐成为一些用糖行业欢迎的新糖源。甜叶菊的种子小，发芽率低，种子繁殖遗传性状不稳定；而扦插植株的根系弱，且需要原始材料多，这些都会限制甜叶菊的生产。假如你是某甜叶菊生产公司的项目负责人，该公司当前运行状况良好，但一直未能解决种子发芽率低的问题。为了提高公司的甜叶菊繁育效率，你应该如何作出决策，并请说出理由。拓展应用积极探索其他的繁育途径。例如，研究如何利用植物组织培养技术繁育甜叶菊，研究内容涉及植物组织培养材料的选择、培养基配方的优化、提高试管苗移栽成活率的方法等，最终目的是建立一套利用植物组织培养技术繁育甜叶菊的标准技术体系，实现甜叶菊种苗的产业化生产。细胞产物的工业化生产小试牛刀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．进行远缘植物体细胞杂交

D．取茎尖分生组织进行组织培养D小试牛刀3、辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域。辣椒素的获得途径如图，下列说法错误的是（

）A．过程①②分别表示脱分化和再分化过程B．获得辣椒素的两条途径都反映了植物细胞的全能性C．脱毒苗的获得利用了茎尖分生区无病毒感染的特点D．两条途径分别利用了植物组织培养和植物细胞培养技术B代后，T的基因频率和TT的基因型频率分别为__________、__________。（3）图中①需经过的生理过程是_________________________。（1）4种人工繁殖过程都用到的植物细胞工程技术是_______________技术。图中不同的方法都能获得子代植株，其根本原因是_____________________。（2）经过B过程获得的子代植株的基因型为______；子代再连续自交两4、下图中亲本植株的基因型为Tt（体细胞染色体数为2n），A、B、C、D表示以亲本植株为材料进行的4种人工繁殖过程。请据图回答下列问题：小试牛刀植物组织培养植物细胞具有全能性脱分化、再分化Tt1/23/8（4）植物细胞获得具有活力的原生质体需要用__________________处理，②过程表示将该植物的两个原生质体进行融合，融合前需用化学试剂______________________进行诱导；图中A、B、C、D过程都能得到一种高度液泡化的薄壁细胞组成的结构——____________，某同学取A过程的薄壁细胞制成临时装片进行观察，可观察到有丝分裂中期细胞中含有_____个染色体组。（5）通过D过程获得子代植株，用到的工程技术