2.1.1 植物细胞工程的基本技术-2024-2025学年高二生物同步高效教学课件（人教版2019选择性必修3）

照片中两只可爱的小孩，分别叫“中中”和“华华”，它们于2017年诞生于中国，是世界首例体细胞克隆猴，轰动全世界！ 1 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。 一.细胞工程 概念： 分类： 植物细胞工程和动物细胞工程 植物体细胞杂交 植物组织培养 动物细胞培养、动物细胞融合、动物细胞核移植、单克隆抗体 哈伯兰特提出细胞全能性的理论，但相关实验尝试没有成功。 斯图尔德等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。 科金用真菌的纤维素酶分解番茄根的细胞壁，成功获得了原生质体。 古哈等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉粒发育而来的胚。 卡尔森诱导烟草种间原生质体融合，获得了第一株体细胞种间杂种植株。 土壤农杆菌的Ti质粒被发现。之后，该质粒应用于植物分子生物学领域，促进了植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合。 1902年 1958年 1960年 1964年 1971年 1974年 植物细胞工程的发展历程 动物细胞工程的发展历程 1907年，哈里森用一滴淋巴液成功培养了蝌蚪的神经元，首创了动物组织体外培养法。 1951年，张明觉等发现了哺乳动物精子获能现象。 1959年，试管家兔诞生。之后，多种试管动物相继出生。 1958年，格登用非洲爪蟾进行体细胞核移植实验，同期，我国科学家童第周开展了鱼 类细胞核移植工作。 1975年，米尔斯坦和科勒等创立了单克隆抗体技术。 1978年，小鼠的桑椹胚被成功分割。次年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵羔羊。 1981年，埃文斯等成功分离和培养了小鼠的胚胎干细胞。 2006年，山中伸弥等获得了诱导多能干细胞。我国科学家用这种细胞培育了小鼠。 2014年，世界上第一个用单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿在我国诞生。 2017年，我国科学家首次培育了体细胞克隆猴。 植物组织培养技术 高贵、典雅的兰花颇受人爱，但自然繁育率低，价格不菲。如何让它大量、快速的繁殖呢？ 问题探讨： 兰花的细胞或组织 愈伤组织 根、芽等 （胚状体） ① ② 脱分化 再分化 幼苗 所采用技术的理论基础 植物细胞工程 通常采用的技术手段 一、植物组织培养技术 二、植物体细胞杂交技术 植物细胞的全能性 第2章 第1节植物细胞工程 一、植物组织培养技术 1.细胞全能性 细胞内含有本物种的全部遗传信息 （全部基因） 生物体内细胞并不都表现全能性 原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性表达 体现全能性的标志 细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。 （1）原理： （2）比较： 分化程度低的 分化程度高的 分裂能力强的 分裂能力弱的 不同类型细胞的全能性: 受精卵 生殖细胞 体细胞 不同生物细胞的全能性: 植物细胞 动物细胞 > > ＞ ＞ ＞ 1958年，Steward利用胡萝卜韧皮部诱导分化产生了胚状体，这是人类第一次获得了人工胚状体，并获得个体植株。 植物细胞表现出全能性的条件： 1 离体 2 一定的营养物质、植物激素 3 适宜的温度、pH、无菌等外界条件 （必修1 P118-121） 思考：种子萌发成幼苗，能否体现细胞的全能性？ （3）体现全能性的标志： 细胞→ 完整个体或其他各种细胞 实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株 受精卵发育成个体（动植物） 蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰 用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株 注意：植物的种子发育成完整植株，不能体现细胞的全能性。因为种子的胚已完成了早期发育，相当于新植物体的幼体，没有体现出细胞具有发育成完整植株的潜能。 例1. 有关全能性的叙述，不正确的是（ ） A．受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高 B．生物体内细胞由于分化，全能性不能表达 C．卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高 D．植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性 C 卵细胞是有全能性的，只不过是已经分化的细胞全能性相对受精卵小 外植体 有丝分裂 植物细胞的全能性 是指将 的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成 的技术。 （2）生殖方式： 无性生殖 （3）分裂方式： （4）原理： 无菌操作——植物组织培养成功的关键。 （1）概念： 2.植物组织培养技术 离体 完整植株 脱分化 再分化 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 移栽成活 （5）植物组织培养的流程 探究： 1、植物组织培养的方法步骤？ 2、什么是脱分化？愈伤组织？再分化？什么激素作用至关重要？ 3、同一株植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同吗？ 4、在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？ 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 幼苗 完整植株 移栽成活 （5）植物组织培养的流程 脱分化： 已分化细胞，失去其特有结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。 愈伤组织： 细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、不定形的薄壁组织团块。 再分化： 愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。 思考：脱分化和再分化中，涉及细胞增殖、细胞分化的过程分别有哪些？ 需要光照的过程有哪些？再分化的实质？ 一定的光照 基因的选择性表达 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照 如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药… 拓展：植物组织培养常用的培养基配方 P116 ⑴培养基名称： ； ⑵物理性质： ； ⑶碳源： 。 培养条件： ①无菌 ②包括无机营养成分(水和无机盐)、有机营养成分(蔗糖、氨基酸、维生素等) ③适宜环境（温度、PH、光等） ④特定浓度和比例的植物激素(主要是生长素和细胞分裂素)。 作为碳源， 提供能量 植物可少量吸收 调节渗透压 生根分芽中愈伤（1:1） 葡萄糖和果糖在与蔗糖提供相同数量碳源的前提下，其造成的渗透压可能过高。 探究·实践 菊花的组织培养 1.材料用具： 材料：幼嫩的菊花茎段、培养基、体积分数70%的酒精，质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液和无菌水和培养基等。 用具：50mL锥形瓶、烧杯、酒精灯、超净工作台（或接种箱）、高压蒸汽灭菌锅、培养箱、封口膜、滤纸、标签、消毒用酒精棉球、培养皿、解剖刀和镊子等。 菊花的组织培养 【探究•实践】菊花的组织培养 流水冲洗→70%酒精→无菌水→次氯酸钠溶液→无菌水 外植体的制备 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽生根 移栽 幼嫩的菊花茎段 30s 30min 消毒 切段 无菌 取材 一般选用 细胞或组织块 形成层 形成层细胞由于分裂旺盛，全能性高，容易诱导形成愈伤组织 2. 操作流程 防止杂菌生长。 一方面与培养物竞争营养； 另一方面产生有害物质危害培养物。 →用无菌滤纸吸去表面的水分 →用解剖刀将外植体切成0.5～1cm长的小段。 接种时注意外植体的方向， 不要倒插！ 外植体的制备 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽生根 移栽 一般不需要光： 培养条件及培养基： 提供营养、调节渗透压 （将“形态学上端”朝上，下端朝下） 有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。 ①培养温度：18-220C ②一般不需要光照 ③激素比例1：1、 ④提供有机碳源（蔗糖） 【探究•实践】菊花的组织培养 在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记。 先诱导生芽，再诱导生根 Why？ 外植体的制备 接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽生根 移栽 【炼苗】移栽前，先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日 将试管苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，长壮后再移栽入土 【探究•实践】 培养15~20天后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上。长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。 ∴ 置于光照！ 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照！ (6)特殊的植物组织培养——花药离体培养 生殖方式为特殊的 生殖，培养过程中 分裂 花药 试管苗 脱分化 再分化 愈伤组织 单倍体：植株矮小、高度不育 秋水仙素 诱导 纯合品种 有性 只涉及有丝 思考： 经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为 ，一定吗？ 。 纯合子 不一定 接种3~4d后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，试分析它们被污染的可能原因。 培养基、接种工具灭菌不彻底； 外植体消毒不彻底； 操作过程不符合无菌操作要求等。 被污染的外植体 结果分析与评价 根、芽 植物体 脱分化 再分化 培养条件： ①无菌 ②营养物质 ③适宜环境（温度、PH、光等） ④植物激素： 细胞分裂素 生长素 遮光 一定的光照 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照 排列不规则，高度液泡化，呈不定型状态的薄壁细胞 愈伤组织 外植体 愈伤组织重新分化为芽、根等器官，实质为 。 失去特有结构和功能，转变成未分化的细胞 植物激素中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都会影响植物细胞的发育方向。 基因的选择性表达 小结 如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药… 1.(2023·江苏南京调研)关于植物组织培养的再分化过程，说法错误的是(　　) A.再分化过程中，不同细胞内合成了功能不同的特异性蛋白质 B.脱分化与再分化过程所使用的培养基主要是激素浓度及用量比例的不同 C.再分化过程在实验室或植物组织培养车间进行，需要避光处理 D.再分化过程中，核遗传物质没有发生改变，但mRNA有变化 2.下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是（ ） A.培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压 B.培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化 C.离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织 D.同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因一定相同 C D 花药 3.(2022·北京延庆高二期中)下图为用取自基因型为AaBb的胡萝卜韧皮部细胞培育出胡萝卜小苗的过程，下列叙述中不正确的是（ ） A.a→b过程是通过细胞有丝分裂完成的 B.b→c→d过程发生了细胞分化 C.a→b过程中使用的培养基中应含有机碳源和氮源 D.杂合植株经上述过程获得的幼苗会出现性状分离 D 4.(2019·全国卷Ⅲ，38)培养胡萝卜根组织可获得试管苗，过程如图所示。 (1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有___________________________________ _________。 (2)步骤③切取的组织块中要带有形成层，原因是___________________________。 (3)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基，其原因是______________________ ___________________________________________________________________。 在新的培养基上愈伤组织通过细胞的____________________过程，最终可形成试管苗。 全能性(或答：形成完整植株所需的全 部基因) 形成层容易诱导形成愈伤组织　 诱导愈伤组织形成和诱 导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同 分化(或答：再分化)　 (4)步骤⑥要进行照光培养，其作用是____________________________________ ____________。 (5)经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的________，这种繁殖方式属于________繁殖。 诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行 光合作用 遗传特性 无性 讨论：欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你有什么好妙招？ 利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？ 不能。因为不同种生物之间存在着生殖隔离 于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。 26 将不同来源的植物细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。 1.概念： 思考1： 细胞融合依据的原理？若是植物体细胞杂交，应先做什么？ 2：得到杂种细胞后，培育成植株，依据的原理？ 二. 植物体细胞杂交技术 2.原理： 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 自主阅读课本P37—38内容，思考并小组讨论以下问题： 1、用什么方法可以温和地去除细胞壁而不伤害原生质体？ 2、诱导原生质体融合的方法有哪些？ 3、原生质体融合成功和植物体细胞杂交成功的标志分别是什么？ 27 3.过程 ① ① ② ③ ④ 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 二. 植物体细胞杂交技术 （植物细胞的全能性） （细胞膜的流动性） 质壁分离的“质”? 28 ① 去除细胞壁 去壁原因： 方法： 相关酶： 细胞壁阻碍着细胞间的杂交 酶解法 纤维素酶和果胶酶 指的是脱去细胞壁的细胞。动物细胞也可看做是原生质体 原生质体 成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质。 原生质层 二. 植物体细胞杂交技术 ②原生质体间融合 理论基础： 方法： 细胞膜具有流动性 物理方法：电融合法、离心法 化学方法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法 ③ 植物细胞融合完成的标志？： 再生出新的细胞壁 二. 植物体细胞杂交技术 高尔基体、线粒体 （植物细胞的全能性） （细胞膜的流动性） 二. 植物体细胞杂交技术 ④ 植物体细胞杂交完成的标志? 形成杂种植株 注意：植物体细胞杂交技术的结果形成杂种植株，而不只是杂种细胞 思考： (1)若番茄细胞内含A条染色体，马铃薯细胞内含B条染色体，将番茄和马铃薯采用杂交育种方法培育（假设能成功），得到的后代应含 条染色体，还必须用 来处理幼苗，才能得到可育的“番茄一马铃薯”植株，此时体细胞中含有 条染色体。 (2)若番茄是二倍体，马铃薯是四倍体，则杂种植株为 倍体。 (A+B)/2 秋水仙素 六 (A+B) （植物细胞的全能性） （细胞膜的流动性） 思考： (3)细胞融合后需要进行筛选。因为融合后的细胞染色体组成有 5 种类型，分别为 。所以体细胞杂交技术应用到遗传学原理为： ，生殖方式为 。 2A 2B A+B A B 染色体变异 二. 植物体细胞杂交技术 但细胞融合过程中往往会丢失染色体,且遗传物质的表达相互干扰 无性生殖 实例：白菜-甘蓝、 普通小麦-长穗偃麦草 4. 植物体细胞杂交实例 白菜-甘蓝 二. 植物体细胞杂交技术 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等 5. 意义： 1.(2023·湖北黄冈调研)下图是通过植物体细胞杂交技术获得“番茄—马铃薯”植株的技术流程图，下列说法正确的是(　　) D A.图中过程②表示再分化的过程 B.植物体细胞融合完成的标志是原生质体融合 C.已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，则“番茄—马铃薯”属于三倍体 D.该过程体现了植物细胞的全能性 2．下面是植物组织培养过程，相关说法正确的是(　 ) 外植体① → 愈伤组织② → 长出丛芽③ → 生根④ → 移栽成活 A.上述植物组织培养的过程依据的生物学原理是植物细胞具有全能性 B.需要对外植体进行严格的灭菌处理，以防止杂菌污染 C.外植体若是月季的花药，则图中的①过程需要光照 D.外植体若是菊花的根尖组织，因细胞中没有叶绿体，故培养成的新植株叶片无色 A 3．猕猴桃因貌似猕猴而得名，是一种品质鲜嫩、营养丰富的美味水果。我国研究人员利用“中华猕猴桃”和“美味猕猴桃”两个不同种培育出了更加优良的品种，其过程如下图所示。请分析并回答下列问题： (1)因“中华猕猴桃”和“美味猕猴桃”之间存在___________，所以用有性杂交方法很难得到可育后代，上述①～⑥培育优良品种H的过程所应用的技术是____________。 生殖隔离 植物体细胞杂交 (2)图中B、D是________；G是________；②过程需使用______________酶进行处理，该过程受处理时间、______、____等条件的影响。 (3)过程③使用的化学法包括：聚乙二醇（PEG）融合法和_________________等。 原生质体 愈伤组织 纤维素酶和果胶 温度 pH 高Ca2+—高pH融合法 一、概念检测 1.下图是利用甲、乙两种植物的各自优势，通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。下列相关叙述错误的是( ) A.进行a处理时能用胰蛋白酶 B.b是诱导融合后得到的杂种细胞 C.c是培养后得到的具有耐盐性状的幼芽 D.进行d选择时要将植株种在高盐环境中 练习与应用 A 2. 科学家在制备原生质体时，有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞的细胞壁。据此分析，蜗牛消化道提取液中可能含有什么成分？ 纤维素酶和果胶酶。 知识回顾： 1、细胞融合为什么去除细胞壁？去除细胞壁用到什么酶？ 2、诱导原生质体融合的方法？ 原生质体融合，与细胞膜什么特性有关？ 3、植物细胞融合和植物体细胞杂交完成的标志分别是什么？ 4、植物体细胞杂交原理？意义？ 二 植物细胞工程的应用 38 【任务一】 阅读教材P39，回答以下问题： 1.什么是快速繁殖技术？ 2.快速繁殖技术的原理是什么？属于有性生殖还是无性生殖？ 3.快速繁殖技术在繁殖速度、保持品种的特性和受限制的条件 方面有什么优点？ 4.有哪些应用实例？ 植物细胞工程的实际应用 （一）植物繁殖的新途径 （二）作物新品种的培育 （三）细胞产物的工厂化生产 1、单倍体育种； 2、突变体的利用 药物，香料，蛋白质等 1、快速繁殖；2、作物脱毒： 1.快速繁殖 （1）概念： （2）原理： （3）优点： 快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫微型繁殖，属于无性繁殖 植物细胞的全能性 ①高效、快速地实现种苗的大量繁殖； ②可以保持优良品种的遗传特性； ③使用材料少、培养周期短，不受自然生长季节的限制，便于自动化管理，有利于进行工业化生产。 【思考】扦插、压条、嫁接等属于微型繁殖技术吗？为什么？ 不属于。不断地对有丝分裂的愈伤组织进行分割、移瓶、诱导再分化就可以形成大量的新植株， 而扦插等没有经过脱分化等过程。 （一）植物繁殖的新途径 （2）选材部位： 植物 。 顶端分生区附近（如茎尖） （3）优点： 2.作物脱毒 选材原因：　　　 　　的病毒极少，甚至　 　　。 分生区附近 无病毒 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）培育脱毒苗的原因： 脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物 思考：1、脱毒苗=抵毒苗吗？ 2、作物脱毒与微型繁殖相比较，二者有何不同？ 脱毒苗不等于抗毒苗（基因工程） 二者无本质区别，只是取材部位不同。 （4）实例 脱毒草莓 普通草莓 实际问题： 传统的育种方法： 原理： 缺点： 传统方法： 杂交育种 P： 紫色非甜玉米 AASS × 白色甜玉米 aass F1 紫色非甜玉米 AaSs ↓ 第1年 ↓ × 选育出需要 的纯种 F2 A_S_ A_ss aaS_ aass 紫甜 第2年 第3年 × 生长 A_ss F3 第4年 问题：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）？ 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？ 1. 单倍体育种 （1）过程 （2）原理： （其中花药离体培养利用了植物细胞的全能性） 染色体数目变异 花药离体培养 人工诱导染色体加倍 花粉或花药 单倍体植株 二倍体植株（纯合子） 低温/秋水仙素 单倍体育种包括哪些主要步骤？ （二）作物新品种的培育 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： AS As aS as 花药离体培养 单倍体幼苗： AS As aS as 纯合体: AASS AAss aaSS aass 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 aass F1 紫色非甜玉米 AaSs 第1年 × 选育出紫甜的纯种 F2 A_S_ A_ss aaS_ aass 紫甜 第2年 第3年 × 生长 A_ss F3 第4年 （3）优点： ①明显缩短育种年限 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。 （4）实例： 单育1号烟草； 水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物。 我国培育的单育1号烟草是世界上第一个单倍体作物新品种 为什么？ ②后代大多是纯合子，能稳定遗传。 1. 单倍体育种 愈伤组织不断分裂，DNA分子复制更易发生突变 2. 突变体的利用 （1）产生原因： 植物组织培养过程中，培养细胞不断增殖，易受到培养条件和诱变因素（如射线、化学物质等）影响而产生突变。 （2）过程： 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 突变体 筛选培育 新品种 诱变处理 思考：诱变处理的对象一般为？为什么？产生的变异一定符合需要吗？ 基因突变具有不定向性，还需经过筛选。 （5）实例： （3）原理： 基因突变和植物细胞的全能性 已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体，如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草。 （4）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。 不定向、低频性、多害少利 红豆杉，又名紫杉。1971年，科学家从红豆杉树皮中分离出了紫杉醇，发现它具有独特的抗肿瘤作用。 1994-1996年，在红豆杉分布最多、最集中的云南，红豆杉遭受了一场浩劫。盗伐者大量砍伐红豆杉，使大大小小的山沟里，到处都是被剥光树皮的裸树，溪河的水浸出鲜血般的红色树汁...野生红豆杉是濒危植物，直接从它的树皮和树叶中提取紫杉醇的传统生产方式，不仅产量低，还会对野生红豆杉资源造成严重破坏，而紫杉醇的化学全合成法尚不具备生产应用价值。 能不能运用植物细胞工程技术来生产紫杉醇？ (1)植物的代谢产物分类 ①初生代谢物： ②次生代谢物： (2)细胞产物的工厂化生产的目标产物____________________ (3)技术: 次生代谢产物 三.细胞产物的工厂化生产 初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动； 产物: 糖类、脂质、蛋白质、核酸等 次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行； 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 植物细胞培养技术 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。 外植体 脱分化 愈伤组织 细胞产物 培养、提取 注意： ① 一般组织培养到愈伤组织即可。此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。 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。 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 三.细胞产物工厂化 (4)实例 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 突变、 植物细胞的 ; 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 植物细胞的 、 ; 、 诱导染色体数目加倍 明显缩短？ 植物体细 胞杂交 细胞膜的 、 植物细胞的 ; 融合、 杂种细胞组织培养 打破 ， 实现 。 植物细胞的全能性 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 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 细胞产物的工厂化生产 ③ ①植物繁殖新途径 ②作物新品种的培育 1.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 B (1)植物体细胞杂交利用了植物组织培养技术。( ) (2)植物体细胞杂交就是利用一定的方法将去除细胞壁的不同来源的植物 细胞融合为杂种细胞的过程。( ) 植物体细胞杂交包括原生质体制备、原生质体融合和植物组织培养等过程。 (3)若原生质体均为两两融合，则融合后的细胞有3种类型。( ) √ × √ 2.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.经过过程①，细胞的形态和结构发生变化 D.过程③需使用液体培养基，有利于细胞增殖 A 3.(2021·福建卷)科研人员利用植物体细胞杂交技术培育矮牵牛新品种，技术流程示意图如下。下列叙述正确的是(　　) A.愈伤组织是幼嫩叶片通过细胞分化形成的 B.获得的杂种植株都能表现双亲的优良性状 C.可用聚乙二醇诱导原生质体甲和乙的融合和细胞壁再生 D.用纤维素酶和果胶酶处理愈伤组织以获得原生质体 D 4.(2023·广东茂名调研)紫杉醇是从红豆杉树皮中提取的高效抗癌物质，细胞培养生产紫杉醇是扩大紫杉醇来源的重要途径。下图为三种红豆杉细胞培养过程中细胞数量与紫杉醇产量的数据图。 (1)以南方红豆杉叶为原料获得生产紫杉醇的愈伤组织需要通过细胞的________，愈伤组织细胞具有较强的___________能力。这一技术的成功实现了组织培养技术在一个重要领域的应用，即________________________。 (2)对比分析两个曲线图可知：培养后期紫杉醇产量出现下降的原因可能是________________________________________；在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌，目的是___________________________________________ (答三点)；与传统方法获得紫杉醇相比，利用植物组织培养技术生产紫杉醇，具有_____________________________等优点(答两点即可)。 脱分化 培养的细胞数量减少、某些代谢产物积累等　 分裂、分化 细胞产物的工厂化生产　 防止微生物污染，保证氧气供应充足，使细胞与培养液充分接触　 产量高、节约资源、保护环境 练习与应用 一、概念检测 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 二、拓展应用 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？请你设计相关实验的思路。 【答案】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。 【提示】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。 2. 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。 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 FormatFactory : www.pcfreetime.com 花粉幼苗A植株B $$