2.1 植物细胞工程（第2课时）-【备课一点通】2024-2025学年高二生物下学期同步特色课件（人教版2019选择性必修3）

第2章 细胞工程 第1节 植物细胞工程的应用 01 植物繁殖的新途径 一、植物繁殖的新途径—快速繁殖 20世纪60年代，荷兰科学家成功地利用植物组织培养技术来培育兰花。目前，荷兰的兰花生产已发展成举世闻名的兰花产业。 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，使得名贵兰花的价格大幅下降，普通百姓也能购买和观赏。 【资料一】 结合上述资料和阅读教材39页，回答以下问题： 1.资料中的兰花繁殖利用了什么技术大量规模化生产？ 2.什么是快速繁殖技术？ 3.快速繁殖技术有哪些优点？ 4.快速繁殖技术用于产业化生产的实例有哪些？ 一、植物繁殖的新途径—快速繁殖 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，称为快速繁殖技术，也叫微型繁殖技术。 1.概念： 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可实现产业化生产。 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都实现了利用快速繁殖技术来提供苗木。 3.实例： 铁皮石斛 甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的产生已形成一定规模。 思考：1.快速繁殖中能否用花粉作为外植体？ 不能，因为用花粉作外植体会出现性状分离。 一、植物繁殖的新途径—快速繁殖 　思考：2.快速繁殖得到的产物会不会出现性状分离？为什么？ 不会。快速繁殖利用的是植物组织培养技术，属于无性繁殖，可以保持亲本的优良性状。 一、植物繁殖的新途径—作物脱毒 马铃薯、草莓和香蕉等通常是用无性繁殖的方式进行繁殖的，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，就会导致作物产量降低，品质变差。采取怎样的措施能避免这些情况发生? 脱毒马铃薯田和被病毒感染的未脱毒的马铃薯叶片（左上） 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。你有什么启发？ 【资料二】 选材原因：_________________________________ 1.选用材料：___________________________________________ 该部位的病毒极少，甚至无病毒 植物顶端分生区附近（如茎尖、芽尖、根尖） 2.脱毒过程： 茎尖 脱分化 愈伤组织 再分化 芽、根 脱毒苗 3.实例： 马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。 一、植物繁殖的新途径—作物脱毒 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； 　　 脱毒苗≠抗毒苗 一、植物繁殖的新途径—作物脱毒 思考：经植物组织培养培育出的脱毒苗抗病毒吗？为什么? 8 以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。 人工种皮：保持胚状体的活力和有利于人工种子萌发。 胚状体：相当于天然种子的胚，是有生命的物质结构。 人工胚乳：供胚状体维持生命力、保证其在适宜的环境条件下生长发育。 概念： 组成及作用： 一、植物繁殖的新途径—人工种子 人工种子 不少植物需要生长数年才能结出种子；优良杂种的后代因发生性状分离而丧失其优良特性；种子的生产受季节、气候和地域的限制；制种需要占用大量土地 9 外植体 愈伤组织 胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等 包裹人工 种皮和胚乳 人工种子 脱分化 再分化 ①繁殖周期短。 ②后代不发生性状分离，能够保持亲本的优良性状。 ③不受季节、气候和地域的限制，并可节约土地。 芹菜、花椰菜、桉树、水稻。 制备过程： 优点 实例： 一、植物繁殖的新途径—人工种子 人工种子 1960年，荷兰科学家通过对兰花茎尖进行培养，获得了快速繁殖的脱毒兰花，随后在国内外进行了“兰花试管苗产业化”。 10 02 作物新品种的培育 P DDBB ddbb F1 DdBb F2 D_B_ D_bb ddB_ ddbb 高茎抗病 矮茎不抗病 F3 连续的自交直至不发生性状分离 选出ddBB 用高杆抗病（DDTT）和矮杆不抗病（ddtt）小麦品种培育矮杆抗病小麦（ddTT），如果要筛选出纯合的矮茎抗病的优良性状的小麦，你可以想到几种育种方法？ 杂交育种 缺点： 获得新品种的周期长 选育出需要的矮抗纯种 生长 F4 缺点： 不定向性 二、作物新品种的培育 诱变育种 P DDTT × ddtt F1 DdTt DdTt DT Dt dT dt DT Dt dT dt DDTT DDtt ddTT ddtt （种子） 第 一 年 （植物体） 减数分裂 （花粉） 花药离体培养 （单倍体幼苗） 秋水仙素处理 （二倍体纯合植株） 第 二 年 播种 单倍体育种: 花药的离体培养获得单倍体植株，染色体加倍选择优良品种 二、作物新品种的培育—单倍体育种 二、作物新品种的培育—单倍体育种 1.过程： 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 （花粉） 染色体 数目加倍 脱分化 再分化 秋水仙素处理 花药离体培养 （原理：植物细胞的全能性） （原理：染色体数目变异） 选择 单倍体育种: 整个单倍体育种过程的原理是染色体变异 明显缩短育种年限，节约大量人力物力； 可获得纯合子，后代不发生性状分离，能稳定遗传。 技术相对比较复杂，需要与杂交育种结合，其中的花药培养需要组织培养技术的支持。 2.优点： 3.缺点： 是作物育种的有效途径； 为体细胞诱变育种和研究遗传突变提供理想材料。 4.应用： 二、作物新品种的培育—单倍体育种 单倍体育种: 因为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。 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。 5.实例： 把单倍体育种与常规育种结合起来，培育成了水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。 二、作物新品种的培育—单倍体育种 单倍体育种: 二、作物新品种的培育—突变体的利用 彩色马铃薯不仅营养成分高，且含多酚类化合物，有较强的保健功能和药用价值。我国通过品种引进等方式获得的彩色马铃薯品种数量有限，且多为晚熟品种，产量和品质较低。所以通过诱变途径获得新的彩色马铃薯品种可以丰富马铃薯市场，满足人们的需要。 【资料三】 突变体的利用 1.来源： 在植物的组织培养过程中， 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（射线、化学物质等）的影响而产生突变，从产生突变的个体中可以筛选出人们有用的突变体，进而培育成新品种。 3.原理： 基因突变和植物细胞的全能性 2.过程： 外植体 突变体 新品种 筛选 培育 脱分化 愈伤组织 再分化 诱变处理 二、作物新品种的培育—突变体的利用 可产生新基因，大幅度改良某些性状。 基因突变具有不定向性和多害少利性，需要处理大量的突变材料。 4.优点： 5.缺点： 抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草等。 6.实例： 二、作物新品种的培育—突变体的利用 抗花叶病毒的甘蔗 抗盐碱的烟草 03 细胞产物的工厂化生产 三、细胞产物的工厂化生产 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。2000年国际市场上优质紫杉醇的售价已高达每千克18万美元。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，躺满了被剥光树皮的裸树，溪河里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，这种方法不利于对它们的保护。 【资料四】 能不能运用植物细胞工程技术来生产紫杉醇？ 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。 红豆杉→紫杉醇 紫草→紫草宁 （1）初生代谢： （2）次生代谢物： 三、细胞产物的工厂化生产 植物的代谢产物 ①植物次生代谢物含量很低； ②从植物组织提取会大量破坏植物资源； ③有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到。 因此，人们期望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。 植物细胞培养反应器 三、细胞产物的工厂化生产 思考：为什么要进行细胞产物工厂化生产？ 细胞产物的工厂化生产的流程： 外植体 细胞悬浮 细胞产物 培养 提取 脱分化 愈伤组织 分散开 细胞产物的工厂化生产的优点和意义： 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。 三、细胞产物的工厂化生产 植物细胞培养 是指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。 原理：细胞增殖 该过程不能体现植物细胞的全能性 世界上首例药用植物细胞工程新产品 紫草 → 紫草宁（具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性） 三、细胞产物的工厂化生产 实例 人参 → 人参皂苷 25 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 三、细胞产物的工厂化生产 课堂小结 练一练 P42【练习与应用】 $$