2.1.2 植物细胞工程的应用-2024-2025学年高二生物同步备课课件（人教版2019选择性必修3）

2.1.2 植物细胞工程的应用 1.快速繁殖 （1）概念： （2）优点： 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。 繁殖方式？ 原理？ 植物细胞的全能性 无性生殖 ①可以高效、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几乎不受季节、气候等的限制，培养周期短； ④可实现产业化生产。 【问题探究1】快速繁殖得到的产品会不会出现性状分离？原因是什么？ 不会 快速繁殖技术属于无性繁殖，可以保持亲本的优良性状。 一、植物繁殖的新途径 （3）实例： 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。甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。 兰花 铁皮石斛 （做药材） 桉树 （做木材） 金钗石斛 马铃薯 草莓 香蕉 感染的病毒很容易传给后代 无性繁殖 病毒在作物体内逐年积累 作物产量降低品质变差 脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片 2.作物脱毒 （1）脱毒苗： 切取植物一定大小的茎尖，进行组织培养技术，再生植株有可能不带病毒，获得脱毒苗。 原因？ 植物顶端分生区附近（如：茎尖、根尖）的病毒极少，甚至无病毒。 （2）优点： （3）实例： 明显提高作物的产量和品质。 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。 【问题探究2】经植物组织培养技术培育出的脱毒苗抗病毒吗？为什么？ “脱毒”≠“抗毒” 前者指的是本身病毒少，甚至无病毒，受病毒感染的机会少，而后者指的是能抵抗病毒的感染。 2.作物脱毒 P DDBB ddbb F1 DdBb F2 D_B_ D_bb ddB_ ddbb 高茎抗病 矮茎不抗病 F3 连续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？ 选育出需要的矮抗纯种 生长 F4 二、作物新品种的培育 杂交育种 选育出一个可以稳定遗传的农作物优良品种，一般要经过5—6年的连续筛选。 1.单倍体育种 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 （1）过程 玉米（2n)单倍体育种 秋水仙素 单倍体幼苗 优良品种 愈伤组织 纯合二倍体植株 花药离体培养 染色体 数目加倍 脱分化 再分化 选择 二、作物新品种的培育 秋水仙素 单倍体幼苗 优良品种 愈伤组织 纯合二倍体植株 花药离体培养 染色体 数目加倍 脱分化 再分化 选择 （1）过程 花药离体培养 秋水仙素处理 （植物细胞的全能性） （染色体数目变异） （2）原理： 植物细胞的全能性、染色体数目变异 （3）优点： ① 子代是能稳定遗传的纯合子。 ② 极大地缩短了育种的年限。 1.单倍体育种 ③ 是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。 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。 （4）实例： 后来，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。 2.突变体的利用 （1）来源： （2）过程： （3）原理： 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。 诱变处理 愈伤组织细胞不断分裂，细胞要进行DNA分子复制，因此更易发生突变。 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 突变体 筛选 培育 新品种 筛选对人们有利的突变体,进而培育成新品种。 （4）优点： 基因突变和植物细胞的全能性。 （5）利用： 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：难以控制突变方向，有利性状少，需要大量的实验材料。 例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。 三、细胞产物的工厂化生产 (1)初生代谢物： 初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动。初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质、核酸等。 (2)次生代谢物： 植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物。 小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等) ②本质： ③作用： 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。 ①概念： 1.植物的代谢产物 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。 （2）过程： （1）概念： （4）优点： 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。 细胞增殖 大量细胞 细胞培养 外植体 脱分化 提取 细胞产物 愈伤组织 紫草宁、紫杉醇、人参皂苷等。 （5）实例： 2.植物细胞培养： （3）原理： 能否体现细胞的全能性？ 不能 红豆杉→紫杉醇 紫草→紫草宁 人参→人参皂苷 世界上首例药用植物细胞工程产品。 紫草细胞中提取的一种药物和色素；具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。 具有高抗癌性，广泛应用于乳腺癌等癌症的治疗。 应用人参细胞培养来生产人参中重要的活性成分→人参皂苷。 （5）实例： 紫草宁、紫杉醇、人参皂苷等。 【归纳总结】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 1.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(　　) A.培育脱毒苗的过程中涉及脱分化和再分化两个阶段 B.培育脱毒苗所依据的原理有基因突变和细胞全能性 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0.27 mm 【现学现用】 B 2．如图是对基因型为Aabb的玉米所作的处理，据图分析下列叙述错误的是（ ） A．过程a所采取的技术手段是花药离体培养 B．过程b用秋水仙素处理后可以得到4种基因型的玉米植株 C．c和d分别是脱分化和再分化过程 D．图中过程a或过程c、d能够说明植物细胞具有全能性 B 3.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(　　) 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 4. 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(　　) 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 $$