2.1 植物细胞工程（第二课时）（教学课件）-【上好课】2024-2025学年高二生物同步精品课堂（人教版2019选择性必修3）

选择性必修三《生物技术与工程》 第2章 细胞工程 第1节 植物细胞工程 植物细胞工程的应用（第二课时） 脱毒草莓 工厂化生产 红豆杉→紫杉醇 目录 课堂小结 探究新知 04 情境导入 03 02 01 课堂练习 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 情境导入 铁皮石斛的工厂化生产 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？ 思考 石斛：驱解虚热，养胃生津、提高免疫力、延年益寿等疗效、观赏价值。 快速繁殖 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 愈伤组织 人工胚状体 (或根/芽) 幼苗 脱分化 再分化 完整植株 一般为无性生殖 植物细胞的全能性 （2) 生殖方式： （3) 原理： 一、植物繁殖的新途径 (1) 概念： 快速繁殖 1 注意：扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖技术。 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。 试管苗大规模培养 （4）优点： （5）实例： ①无性繁殖，保持优良品种的遗传特性 ②高效快速地实现种苗的大量繁殖 ③保持优良品种的遗传特性，可实现产业化生产 思考：植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？ 愈伤组织细胞分裂旺盛、快速，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。植物组织培养在实验室进行，一般不受季节、气候等限制。 一、植物繁殖的新途径 快速繁殖 1 马铃薯 草莓 香蕉 脱分化 愈伤组织 顶端分生区（如茎尖）：病毒极少，甚至无毒 注：脱毒苗不等于抗毒苗。 （3）优点： 明显提高农作物的产量和品质 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 再分化 脱毒苗 一、植物繁殖的新途径 作物脱毒 2 经水浴处理后，再组织培养效果更好： 因水浴处理可延缓病毒增殖和扩散速度。 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； （4）脱毒产品 甘蔗 香蕉 马铃薯 菠萝 脱毒草莓 一、植物繁殖的新途径 作物脱毒 2 1.葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于微型繁殖。( ) 2.脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位。( ) 3.取茎尖分生组织进行组织培养，可获得抗毒苗。( ) 4.作物脱毒与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。（ ） 5.从植物体上获取任何细胞，经组织培养得到的植株与亲本性状一定都完全一致。（ ） × × × × √ [注意] 脱毒苗 ≠ 抗毒苗 体细胞 VS 花粉（生殖细胞） 没有经过组织培养 顶端分生区附近（如茎尖） 当以花粉为外植体进行植物组织培养时，得到的植株与亲本性状还一致吗？ 一、植物繁殖的新途径 及时巩固 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 ↓ × F2 A_S_ A_ss aaS_ aass 紫甜 第2年 第3年 × 生长 A_ss F3 第4年 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？ 二、作物新品种的培育 选育出需要的纯种 （2）过程: （3）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 诱导染色体加倍 二倍体植株 单倍体植株 二倍体植株（纯合子） （秋水仙素处理） （1）单倍体： 由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成的个体。 二、作物新品种的培育 单倍体育种 1 （4）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。 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。 （5）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 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。 二、作物新品种的培育 单倍体育种 1 愈伤组织细胞不断分裂，细胞要进行DNA分子复制，更易发生突变。 （1）产生原因： 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。 （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 诱变处理的对象？为什么？产生的变异一定符合需要吗？ 不一定，因为突变是不定向的。 二、作物新品种的培育 突变体的利用 2 （5）实例： （3）原理： 突变(基因突变和染色体变异）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。 抗花叶病毒的甘蔗 抗盐碱的烟草 二、作物新品种的培育 突变体的利用 2 ①是生物生长和生存所必需的代谢活动； ②在整个生命过程中一直进行； ③初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质、核酸等。 ①概念：植物代谢产生的，不是植物基本生命活动所必需的产物。 一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等） ②用途：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。 应用多、产量低、破坏植物资源 三、细胞产物的工厂化生产 红豆杉→紫杉醇 紫草→紫草宁 （1）初生代谢： （2）次生代谢物： 植物的代谢产物 1 初生代谢与次生代谢的区别 三、细胞产物的工厂化生产 植物的代谢产物 1 3.过程： 外植体 脱分化 愈伤组织 振荡分散 细胞悬液 细胞悬浮培养 提取 细胞产物 4.结果： 只培养到愈伤组织阶段 该过程不能体现植物细胞的全能性 三、细胞产物的工厂化生产 植物细胞培养 2.技术: 植物细胞培养：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 1.概念: 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 2 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。因为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 5.细胞产物工厂化生产实例 三、细胞产物的工厂化生产 细胞产物的工厂化生产 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 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 1．花药离体培养是重要的育种手段。下图是某二倍体植物花药育种过程的示意图，下列叙述正确的是(　　) A．为了防止微生物污染，过程①所用的花药需在体积分数为70%的乙醇溶液中浸泡30 min B．过程②的培养基中需添加较高浓度的细胞分裂素以利于根的分化 C．过程③逐步分化的植株中可筛选获得纯合的二倍体 D．过程④应将炼苗后的植株移栽到含有蔗糖和多种植物激素的基质上 C　 课堂练习 C　 30 s 芽的分化 炼苗后的植株应移栽到大田 2.运用植物悬浮细胞培养技术，可以大量生产药效成分。下面是获得植物悬浮细胞的操作流程图。相关叙述错误的是(　　) A．X为愈伤组织，过程①涉及的主要原理是植物细胞具有全能性 B．过程②通过振荡来分散细胞，是因为愈伤组织细胞壁薄、排列疏松 C．过程③中探究的培养条件可以是接种量、pH、温度、光照等 D．悬浮细胞培养生产药效成分可缓解药用植物资源紧缺等 A　 课堂练习 A　 没有涉及植物细胞的全能性 $$