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（2019）选择性必修3

第二课时 植物细胞工程的应用 第二章 第1节 本节聚焦 1.通过对植物细胞工程应用实例的分析，了解这些应用涉及的技术流程和应用的优势。 2.认同植物细胞工程在生产实践中具有重要的应用价值。 知识回顾 1.植物组织培养概念： 指离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工控制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其分化为完整植株的技术。 2.植物组织培养原理： 植物细胞具有全能性 3.植物组织培养基本过程： 外植体→脱分化→愈伤组织→再分化→试管苗 4.植物组织培养过程中植物激素对植物细胞发育方向的影响： 生长素与细胞分裂素的比值高 有利于根的分化，抑制芽的形成 生长素与细胞分裂素的比值低 有利于芽的分化，抑制根的形成 生长素与细胞分裂素的比值适中 促进愈伤组织的形成 知识回顾 1.植物体细胞杂交的概念： 植物体细胞杂交是指将不同来源的植物体细胞，在一定条件 下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。 2.遵循原理：细胞膜具有流动性；细胞的全能性 3.两个标志： （1）植物细胞融合完成的标志：再生出新的细胞壁 （2）植物体细胞杂交完成的标志：培育成新植物体 4.优点： 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。 从社会中来 石斛：驱解虚热，益精强阴等疗效、观赏价值。 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？ 连翘：清热解毒、消肿散结、消炎 一、植物繁殖的新途径 1.快速繁殖的概念： 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。 2.技术：植物组织培养 3.生殖方式：无性生殖 4.优点： 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不受自然生长季节的限制 ④培养周期短,便于自动化管理,有利于进行工厂化培养。 5.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。 一、植物繁殖的新途径 运用组织培养的途径，一个单株一年可以繁殖几万到几百万个植株，而且均来自单一的个体，可以保持优良品种的遗传特性。例如一株葡萄一年繁殖到3万多株，一株兰花一年繁殖到400万株。 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”。 一、植物繁殖的新途径 2.作物脱毒 （1）作物脱毒原因：用无性繁殖的方式进行繁殖的作物，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。 脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物。 普通草莓 脱毒草莓 脱毒马铃薯田与被病毒感染的未脱毒马铃薯叶片(左上)。 (2)选材部位： 植物的顶端分生区附近(如茎尖和根尖)。 原因：植物分生区细胞病毒少，甚至没有病毒 一、植物繁殖的新途径 注：脱毒苗不等于抗毒苗。 与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。 （3）.脱毒过程 4.脱毒产品：马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。 现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何获得纯种的紫色甜玉米（基因型AAss）？ 实际问题：传统的育种方法是通过杂交把两亲本的优良性状组合在同一后代中。 但缺点是：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。如何解决育种时间过长的问题？ 二、作物新品种的培育 1、单倍体育种 （1）方法：花药的离体培养获得单倍体植株，染色体加倍,选择稳定遗传优良品种 选择亲本 F1代 有性杂交 单倍体植株 花药离体培养 染色体加倍 人工诱导 可育纯合子 选择所需类型 （2）.原理：染色体变异、植物细胞的全能性。 （3）.优点：①后代都是纯合子，能稳定遗传②明显缩短育种年限，加速育种进程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。 二、作物新品种的培育 （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 水稻 二、作物新品种的培育 2.突变体的应用： （1）原理：对植物组织培养过程中得愈伤组织进行诱变处理，促其发生突变，诱导分化成植株，筛选对人们有利突变体,进而培育新品种 （2）过程： （3）原理：基因突变和植物细胞的全能性。 （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。 （5）缺点：难以控制突变方向，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。 （6）实例： 抗花叶病毒的甘蔗、 抗盐碱的烟草等。 三、细胞产物的工长化生产 1.植物的代谢产物 （1）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 ①概念：不是植物基本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。次生代谢物是一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）。 ②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。 ③含量很低，从植物组织中提取会大量破坏植物资源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到。 三、细胞产物的工长化生产 2.细胞产物的工厂化生产 （1）概念: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。 （2）生产过程: （3）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。 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、细胞产物的工长化生产 （4）实例：紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。 世界首例药用植物细胞工程产品 —— 紫草宁 来源：紫草细胞中提取的一种药物和色素 作用：抗菌、消炎、抗肿瘤 紫草 紫草宁 紫杉醇 红豆杉 我国科学家筛选出高产紫杉醇细胞 来源：红豆杉属植物体内产生一种次生代谢 产物。 作用：具有高抗癌活性，已广泛用于乳腺癌 等癌症的治疗 传统生产方法：从红豆杉树皮和树叶中提取。 三、细胞产物的工长化生产 （4）实例：紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。 我国科学家早在1963年就成功地培育了人参的组织。近年来又实现了利用组织培养技术来大量生产人参皂苷干粉。 我国在人参、三七等植物细胞的大规模培养领域取得了很大的进展。 总结 ~~~~~练习与应用~~~~~ 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 1．甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。为保证甘薯的品质和产量，目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒种苗。通常情况下与这一过程无关的是(　　) ①有丝分裂　②减数分裂　③全能性　④分化　⑤基因突变　⑥染色体变异 A．①②③　　　　　　 B．④⑤⑥ C．①③④ D．②⑤⑥ D 随堂演练 解析： 分生组织离体培养获得种苗的过程中细胞通过有丝分裂方式增殖，不会发生减数分裂，①不符合题意，②符合题意； 该过程采用了植物组织培养技术，其原理是植物细胞的全能性，③不符合题意； 再分化过程涉及细胞的分化，④不符合题意； 通常情况下培育脱毒苗的过程没有涉及基因突变和染色体变异，⑤⑥符合题意。 随堂演练 2．通过植物组织培养技术繁育农作物，优点不包括(　　) A．加快繁育速度 B．保持亲本优良性状 C．培育出无病毒植株 D．改变植物的基因型 D 随堂演练 解析： 植物组织培养技术不仅可以保持亲本优良的遗传特性，还可以高效快速地实现种苗的大量繁殖，A、B不符合题意； 利用该技术还可以培育脱毒苗，因为选材部位是植物顶端分生区附近新产生的组织，病毒极少甚至无病毒，所以由此培育的脱毒苗长成的植株是无病毒植株，C不符合题意； 经该技术培育的植株与亲本基因型相同，D符合题意。 随堂演练 3．植物细胞工程的应用取得了显著的社会效益和经济效益，以下技术和相应优点的对应关系中，正确的是(　　) A．微型繁殖技术——打破生殖隔离 B．单倍体育种技术——有利于获得突变体 C．植物体细胞杂交技术——精准控制成体性状 D．植物组织培养技术——不占用耕地，几乎不受季节限制 D 随堂演练 解析：植物微型繁殖技术能保持植物原有的优良的遗传特性，繁殖速度快，不受季节、气候和地域的限制等，但不能打破生殖隔离，A错误；单倍体育种可以快速获得具有优良性状的纯合子，缩短育种年限，而非有利于获得突变体，B错误；植物体细胞杂交技术的优点是克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍(或克服生殖隔离)，该技术培育的成体可能不会按照人们的意愿表达出双亲的优良性状，其原因可能是不同物种的基因在表达时相互干扰，从而不能有序表达，C错误；植物组织培养技术是在无菌和人工控制的条件下，让离体的组织和细胞在特定培养基上先脱分化得到愈伤组织，经再分化得到胚状体、丛芽等，进而得到新植株，该技术可实现作物的工厂化生产，且不占用耕地，几乎不受季节限制，D正确。 随堂演练 4．甘草是一种常见的中草药，其药用成分具有抗菌、抗病毒、调节免疫功能等作用，全国50%以上的药用甘草产自新疆。由于人们长期不合理地利用及采挖，野生甘草资源已面临枯竭。科研人员研究采用植物细胞培养的方法来生产和提取甘草的药用成分，实验流程是甘草外植体→愈伤组织→愈伤组织扩大培养→提取细胞产物。回答下列问题。 (1)甘草细胞代谢产生的一些酚类、萜类等小分子化合物，一般不是其基本生命活动所必需的，这些化合物称为________________。 次生代谢物 随堂演练 (2)外植体形成愈伤组织的过程称为____________。在诱导甘草细胞形成愈伤组织的过程中，用甘草种子萌发后的胚根(分生组织)作为外植体发育成完整植株的比例比用子叶(营养组织)的高，原因是_____________。 (3)将颜色发黑、坚硬的愈伤组织剔除，其余正常的愈伤组织在相同的培养基上进行扩大培养，保持细胞分裂能力，并避免愈伤组织进行____________过程，以获得更多的愈伤组织。 (4)扩大培养后，可从愈伤组织细胞中提取、提纯甘草药用成分。与直接从植物组织中提取相比，利用植物细胞培养获得药用成分的优势是_____________________________________________ 脱分化　 胚根细胞的分化程度低、分裂能力强，表现全能性相对容易 再分化 利于对野生甘草资源的保护，不占用耕地，几乎不受季节、 天气等的限制 随堂演练 $$