2.1 植物细胞工程——植物细胞工程的应用-【省心备课】2024-2025学年高二生物同步教学精优课件（人教版2019选择性必修3）

第1节 植物细胞工程 植物细胞工程的应用 贺老师 第2章 细胞工程 1 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 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？ 问题探讨 你可不可以利用我么你最近所学的知识解决这个问题？ 2 植物繁殖的新途径：快速繁殖 （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 芽、根 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： 用于快速繁殖优良品种的 ，被人们形象称为快速繁殖技术，也叫作微型繁殖。 植物组织培养技术 3 ①高效、快速地实现种苗的大量繁殖； ②不受自然生长季节的限制，培养周期短； ③选材少，繁殖率高，便于自动化管理，实现产业化生产； （6）优点： ④无性繁殖，亲、子代细胞DNA相同，所以可以 。 （7）应用： 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。 铁皮石斛 红豆杉 君子兰 金花茶 植物繁殖的新途径：快速繁殖 保持优良的遗传特性 例：甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。 该技术属于无性繁殖，培养过程中细胞有丝分裂、分化过程遗传物质保持不变，所获得的品种保持原优良品种的遗传特性。 4 问题 1：植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？ ①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。 植物繁殖的新途径：快速繁殖 ②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。 5 问题 2：多肉是如何繁殖的？是否属于微型繁殖技术？ 压条 嫁接 扦插、压条、嫁接等过程属于无性繁殖。 植物繁殖的新途径：快速繁殖 但过程中未经过脱分化、再分化等，不属于植物组织培养，因此不属于微型繁殖技术。 6 植物繁殖的新途径：作物脱毒 视频：种薯脱毒 7 马铃薯 香蕉 草莓 无性繁殖 感染的病毒很容易传给后代 病毒在作物体内积累 作物产量降低品质变差 (1)脱毒原因: 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） (2)选材部位: (3)原因: 植物顶端分生区附近（如茎尖、芽尖、根尖） 植物繁殖的新途径：作物脱毒 在生产上由于长期采用无性繁殖，马铃薯等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%。 8 辨析：脱毒苗 = 抗毒苗？ (4)过程: 作物脱毒与微型繁殖相比较， 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 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，但不能抵抗病毒侵染，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。 抗病基因 导入 植物细胞 植物组织培养 抗毒苗 植物繁殖的新途径：作物脱毒 二者无本质区别，只是取材部位不同。 9 (6)实例: 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。 (5)优点: 脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物 未脱毒 草莓 未脱毒马铃薯 脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片 脱毒草莓 植物繁殖的新途径：作物脱毒 10 问题探讨 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： 第2年 第3年 选育出需要的 紫色甜玉米（AAss） 生长 紫甜（AAss、Aass） × A_ss F3 第4年 问题：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？ 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) 11 杂交育种 单倍体育种 紫色非甜玉米 × 白色甜玉米 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 P： 问题探讨 P： AASS × aass F1 AaSs AaSs AS As aS as AS As aS as AASS AAss aaSS aass （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 12 作物新品种的培育：单倍体育种 单倍体植株特点 植株长得弱小 一般高度不育 含偶数个染色体组：可育 含奇数个染色体组：高度不育（联会时紊乱） 单倍体： 单倍体生物的体细胞中一定只含有一个染色体组吗？ 不一定，如四倍体（4N=48)马铃薯的配子中有2个染色体组，由其发育而来的单倍体植株含2个染色体组。 （自然界中的单倍体生物） 卵细胞 → 雄蜂 由 直接发育而成的个体。 配子（如卵细胞、花粉等） 如何解决单倍体植株高度不育的问题？ 1、低温等极端环境 2、秋水仙素 能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞的两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。 13 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 （1）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 （2）原理： 作物新品种的培育：单倍体育种 单倍体育种的目的是不是获得单倍体植株？ 14 作物新品种的培育：单倍体育种 （3）优势： ①极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。 ②后代一般都是纯合子，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。 （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 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。 由生殖细胞直接发育而来，无论体细胞中含有几个染色体组一律称为单倍体 在体细胞诱变育种中，隐性性状的显现有助于育种者从大量突变体中筛选出具有优良隐性性状的个体，进而通过杂交等手段将这些优良性状导入到其他品种中。在体细胞诱变育种中，隐性性状的显现有助于育种者从大量突变体中筛选出具有优良隐性性状的个体，进而通过杂交等手段将这些优良性状导入到其他品种中。 15 资料1：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。 作物新品种的培育：突变体的利用 从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。 问题1：这对你有什么启发？ 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。 不一定，因为突变是不定向的。 问题2：诱变处理的对象？为什么？产生的变异一定符合需要吗？ 16 作物新品种的培育：突变体的利用 （1）过程： 突变(基因突变+染色体变异） 植物细胞的全能性 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 诱变处理（紫外线，辐射） （2）原理： 提高愈伤组织的突变率，加快育种进程，大幅度地改良某些性状。 突变具有不定向性和低频性，需要处理并筛选大量突变材料。 已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的新品种。 抗除草剂白三叶草 抗花叶病毒的甘蔗 抗盐碱的烟草 （3）优点： （4）缺点： （5）实例： 由生殖细胞直接发育而来，无论体细胞中含有几个染色体组一律称为单倍体 17 育种方法 原理 主要过程 优点 快速繁殖 突变体 的利用 单倍体 育种 植物体细 胞杂交 植物细胞的全能性 脱分化、再分化 保持优良品种的遗传特性 基因突变、 植物细胞的全能性 对愈伤组织进行诱变处理后再筛选 提高突变率，获得优良性状 染色体变异、 植物细胞的全能性 花药离体培养、秋水仙素诱导染色体数目加倍 明显缩短育种年限 细胞膜的流动性、 植物细胞的全能性 原生质体融合、 杂种细胞组织培养 打破生殖隔离，实现远缘杂交 四种育种方法的比较 18 能不能运用植物细胞工程技术来工业化生产紫杉醇？你的思路是？ 细胞产物的工业化生产 紫杉醇是植物产生的物质 19 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 细胞产物的工业化生产 为什么要进行细胞产物工厂化生产？ 20 【任务一】请写出一条获得次生代谢物的有效途径。 细胞产物的工业化生产 一种用于植物细胞培养的发生器 2、细胞产物的工厂化生产 利用植物细胞培养来获得 ，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。 目标产物 21 3、植物细胞培养 细胞产物的工业化生产 在 条件下对 或 进行培养使其增殖的技术。 离体 单个植物细胞 细胞团 6、过程 5、培养基： 4、选材： 一般培养到 即可。 液体培养液（有利于培养的细胞与营养物质充分接触） 愈伤组织 此时细胞分裂旺盛，代谢快，有利于产物生成。 7、原理： 细胞增殖 外植体 愈伤组织 细胞悬液 脱分化 振荡分散 细胞悬浮培养 细胞产物 提取 如果目的是获得植物的代谢物，有没有必要培养出整株植物？ 22 细胞产物的工业化生产 9、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 23 用于植物细胞培养的反应器 工厂化生产人参皂苷干粉过程： 　 　　 　　 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 胞内人参皂苷干粉含量高的细胞 大量细胞 提取人参皂苷干粉 细胞产物的工业化生产 10、优点： 不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制。 24 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 植物细胞培养 vs 植物组织培养 25 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 26 27 EVCapture4.1.9软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn Lavf58.20.100 $$