2.1.2植物细胞工程的应用课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第2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 高中生物选择性必修3 生物技术与工程 1 举例说明植物细胞工程在生产实际中的应用 2 结合具体实验，说明植物细胞工程的应用。 3 阐述植物细胞工程应用于生产实践的主要优势。 说明植物细胞工程对生产的影响。 4 学习目标 兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的常规繁殖中，遇到的难题是：用分根法繁殖速度缓慢，不利于新品种的推广;用种子繁殖又很困难，因为兰花的种子十分微小，胚很纤弱，种子几乎没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。 石斛：驱解虚热，益精强阴等疗效、观赏价值。 连翘：清热解毒、消肿散结、消炎 兰花：名贵花卉，具有极高的观赏价值，能食用，入药 实际问题：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？ 情境导入 SZ-LWH 植物繁殖的新途径 作物新品种的培育 细胞产物的工厂化生产 第2课时 植物细胞工程的应用 1 2 3 目 录 SZ-LWH 植物常见的无性繁殖方式——营养繁殖（利用营养器官：根、叶、茎等繁殖后代） 扦插 压条 嫁接 一、植物繁殖的新途径 SZ-LWH 1.快速繁殖 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。也叫微型繁殖。 (★扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖技术属于营养繁殖) （2）生殖方式： 一般为无性生殖 （3）过程： 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 完整植株 试管苗 （5）原理： 植物细胞的全能性 （4）细胞分裂方式： 有丝分裂 （1）概念： 一、植物繁殖的新途径 SZ-LWH ①高效、快速地实现种苗的大量繁殖； ②无性繁殖，亲、子代细胞DNA相同，所以可以保持优良的遗传特性； ③不受自然生长季节的限制，培养周期短； （6）优点： ④选材少，繁殖率高，便于自动化管理，实现产业化生产。 （7）应用： 植物细胞工程在农业、医药工业等方面有着广泛的应用，并且取得了显著的社会效益和经济效益。 铁皮石斛 例：甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。 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。 一、植物繁殖的新途径 SZ-LWH 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。 一、植物繁殖的新途径 SZ-LWH 背景: 生姜是药食两用的经济作物，在生产上由于长期采用无性繁殖，生姜容易感染多种病毒病，病毒在作物体内逐年积累，且很容易传递给后代，就会导致作物产量降低，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%-50%。采取怎样的措施能避免这些情况发生? 植物顶端分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒。（植物分生区细胞繁殖较快，无维管束，病毒难以进入） 可通过引进优良品种或培育脱毒苗来避免这些情况发生。 情境导入 SZ-LWH 无性繁殖 病毒在作物体内积累 作物产量降低品质变差 2.作物脱毒 （2）作物脱毒的原因： 作物病毒积累 感染的病毒很容易传给后代 切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。 无性繁殖的作物。 （1）概念： 原理： 植物组织培养（植物细胞的全能性） 作用对象： 一、植物繁殖的新途径 SZ-LWH 思考：作物脱毒选用什么材料？选择该种材料的理由是？ 部位： 。 植物顶端分生区附近（如茎尖、芽尖、根尖） 选材原因：_________________________________ 该部位的病毒极少，甚至无病毒 （4）脱毒过程： 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。 茎尖 脱分化 愈伤组织 再分化 芽、根 试管苗 脱毒苗 移栽 病毒极少，甚至无病毒 分生区 植物组织培养 脱毒苗 （3）脱毒部位及方法 （5）脱毒苗优点： 脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物 一、植物繁殖的新途径 SZ-LWH 12 （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。 一、植物繁殖的新途径 SZ-LWH 脱毒苗不等于抗毒苗。 抗毒苗 抗病基因 导入 植物细胞 植物组织培养 完整植株 思考: 脱毒苗等于抗毒苗吗？ 抗毒苗：是把某抗病基因导入到受体植株中，并通过一定的方法培养 形成的，属于基因工程的范畴。 脱毒苗：是选择植物的茎尖(刚形成，不含有病毒)进行组织培养而获 得的，属于细胞工程的范畴。 一、植物繁殖的新途径 SZ-LWH 1. 快速繁殖不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良的品种的遗传特性。（ ） 2. 作物脱毒后不再感染病毒。（ ） 3. 脱毒草莓能明显提高产量，但品质没有发生改变。（ ） 4.作物脱毒所培养材料常选自顶端分生组织（ ） 5.快速繁殖本质上是一种无性繁殖（ ） √ × × √ √ 正误判断 一、植物繁殖的新途径 SZ-LWH 植物繁殖的新途径 作物新品种的培育 细胞产物的工厂化生产 第2课时 植物细胞工程的应用 1 2 3 目 录 SZ-LWH 缺点：要不断进行(多年)纯化和选择，才得到一种符合理想要求的新品种。 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 传统方法： 杂交育种 (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)) 第2年 第3年 选育出需要的 紫色甜玉米（AAss） 生长 紫甜 × A_ss F3 第4年 现有：紫色非甜玉米（基因型AASS）、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）？ 如何解决育种时间过长的问题？ 二、作物新品种的培育 SZ-LWH 16 杂交育种 单倍体育种 紫色非甜玉米 AASS × 白色甜玉米 aass 紫色非甜玉米 AaSs ↓ AS As aS as 花药离体培养 单倍体 幼苗： AS As aS as 纯合体: 秋水仙素处理 染色体加倍 AASS AAss aaSS aass 选择紫甜玉米即为新品种(一年) 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 配子： P： 二、作物新品种的培育 SZ-LWH 1.单倍体育种 单倍体： 由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而来的个体。 单倍体植株长得弱小，而且一般高度不育。 优良品种 花药 花粉 离体培养 单倍体 纯合二倍体 人工诱导 染色体加倍 选择 二、作物新品种的培育 SZ-LWH 1. 单倍体育种 （1）方法： 花药（花粉）离体培养 + 人工诱导染色体加倍 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） （2）过程： 花药中的花粉 单倍体 幼苗 秋水仙素 染色体加倍 纯合体 二倍体 筛选 优良性状 纯合体 愈伤组织 离体培养 脱分化 再分化 （3）原理： (其中花药培养的原理是植物细胞的全能性) 染色体数目变异 二、作物新品种的培育 SZ-LWH （4）优点： ①极大地缩短了育种的年限。 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。 技术相当复杂 缺点： 1.单倍体育种 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隐性性状容易出现。 思考：单倍体育种为什么能为体细胞诱变育种 和研究遗传突变提供理想材料？ 二、作物新品种的培育 SZ-LWH 21 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 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。 二、作物新品种的培育 SZ-LWH 2.突变体的利用 （1）方法： 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。 （2）原理： 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 试管苗 植株 筛选 有用的突变体 诱变 突变(基因突变和染色体变异）和植物细胞的全能性。 （3）过程： 二、作物新品种的培育 SZ-LWH （5）实例： 已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体， 抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。 （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。 缺点： 由于突变的不定向和低频性，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。 抗花叶病毒的甘蔗 2.突变体的利用 抗除草剂白三叶草 抗盐碱的烟草 二、作物新品种的培育 SZ-LWH 1.葡萄的扦插、桃树的嫁接都属于微型繁殖。（ ） 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.人工种子长成的植株性状不分离。（ ） × × √ 正误判断 二、作物新品种的培育 SZ-LWH 植物繁殖的新途径 作物新品种的培育 细胞产物的工厂化生产 第2课时 植物细胞工程的应用 1 2 3 目 录 SZ-LWH 1.植物的代谢产物 植物代谢 初生代谢： 次生代谢： 生物生长生存所必需的代谢活动，整个生命过程一直进行。 不是植物基本的生命活动所必需的产物，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。 产物 如糖类、脂质、蛋白质、核酸等 产物 应用 一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等） 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。 缺点 a.在植物抗病、抗虫方面发挥作用 b.也是很多药物、香料和色素等的重要来源。 应用多、产量低 三、细胞产物的工厂化生产 SZ-LWH 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。（植物组织培养技术） 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。 2.技术： 3.特点： 4.过程： 外植体 愈伤组织 脱分化 细胞悬液 振荡分散 细胞悬浮培养 5.原理： 细胞增殖 细胞产物 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。 三、细胞产物的工厂化生产 SZ-LWH 6.实例 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 工厂化生产人参皂甙干粉过程： 　 　　 　　 脱分化 培养选择 破碎细胞 放入发酵罐 细胞增殖 人参根 愈伤组织 增长速度快、细 胞内人参皂甙干粉含量高的细胞 大量细胞 提取人参皂甙干粉 三、细胞产物的工厂化生产 SZ-LWH 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 SZ-LWH (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)植物茎尖分生区没有维管束，病毒难以进入，因此这些部位病毒浓度很低甚至无 病毒(　　) (4)植物细胞、组织等在超低温保存过程中不会引起遗传性状的改变，也不会丧失形 态发生的潜能(　　) (5)单倍体育种的过程就是花药离体培养的过程(　　) (6)植物细胞培养的原理利用了植物细胞的全能性(　　) √ × √ √ × × 正误判断 第2课时 植物细胞工程的应用 SZ-LWH “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和营养物质，它们就能在玻璃瓶中生长三四个月之久。 P42 从社会中来 “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，在培养基中加入适量的色素或者荧光剂，使“手指植物”更具有观赏价值。 第2课时 植物细胞工程的应用 SZ-LWH 保持优良性状 快速大量繁殖 快速 繁殖 作物 脱毒 选择根尖 茎尖、芽尖 选择花粉培养 单倍体 染色体加倍 单倍体育种 化学物理因素诱导筛选 突变体利用 植物繁殖新途径 作物新品种的培育 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 胚状体 试管苗 移栽 细胞产物的 工厂化生产 课堂小结 SZ-LWH 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。（ ） × √ 教材P42 D 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 练习与应用 SZ-LWH 二、拓展应用 1.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。 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。 教材P42 练习与应用 SZ-LWH 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。 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。 教材P42 练习与应用 SZ-LWH Lavf58.51.100 Lavf58.51.100 $$