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1节 植物细胞工程 第2章 细胞工程 （二）植物细胞工程的应用 植物细胞工程在生产实践中有哪些应用？ 植物细胞工程应用于生产实践主要优势是什么？ 本节聚焦 1 2 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。 问题探讨 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？ 石斛： 驱解虚热，养胃生津、提高免疫力、延年益寿等疗效、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 20世纪60年代，荷兰科学家成功地利用组织培养技术来培育兰花。目前，荷兰的兰花生产已经发展成为举世闻名的兰花产业。 我国组织培养技术已经广泛应用于兰花种苗的规模化繁殖，使得名贵的兰花价格大幅下降,普通百姓也能购买和观赏。 一、植物繁殖的新途径 1.快速繁殖 一、植物繁殖的新途径 (1) 定义： 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，被人们称为植物的快速繁殖技术，也叫微型繁殖技术。 1.快速繁殖 (2) 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； 植物组织培养到愈伤组织阶段，细胞进行旺盛、快速有丝分裂，获得大量组织细胞。不断地对愈伤组织进行分割、移瓶、诱导再分化就可形成大量新植株。另外，植物组织培养在实验室进行，一般不受季节、气候等条件限制。 (3) 原因： ③不受自然生长季节的限制； ④培养周期短。 *扦插、压条、嫁接等是营养繁殖不属于微型繁殖技术 压条 嫁接 属无性繁殖，过程中未经过脱分化、再分化等，不属于植物组织培养 扦插 (4) 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。 生菜 无籽西瓜 蝴蝶兰 甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。 一、植物繁殖的新途径 1.快速繁殖 一个单株一年可繁殖几万到几百万植株，且均来自单一个体，可保持优良品种遗传特性。 金钗石斛 桉树 生姜是药食两用的经济作物，在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%-50%。 病毒引起植物病害有500多种。 受害植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉等。而且没有有效防治办法，只能拔除，造成经济损失。病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几乎不含病毒。 一、植物繁殖的新途径 2.作物脱毒 (1) 脱毒原因 9 马铃薯 草莓 香蕉 组培 脱毒苗 顶端分生区（如茎尖、根尖）：病毒极少，甚至无毒 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）优点： 明显提高农作物的产量和品质 感染的病毒很容易传给后代 无性繁殖 病毒在作物体内积累 作物产量降低品质变差 （2）脱毒方法 抗毒苗： 抗病基因 导入 植物细胞 植物组织培养 完整植株 一、植物繁殖的新途径 2.作物脱毒 (4) 实例 在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物获得成功。 脱毒草莓 未脱毒草莓 植物细胞工程不仅开辟了植物繁殖新途径，在作物新品种的培育方面也有重要贡献。 二、作物新品种的培育 ①传统方法：杂交育种 把两亲本优良性状组合在同一后代中(基因重组) 现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何获得纯种紫色甜玉米（基因型AAss）？ 你可以想到几种育种方法?请设计相关实验思路。 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 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： 如何解决育种时间过长的问题？ 二、作物新品种的培育 现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何获得纯种紫色甜玉米（基因型AAss）？ 你可以想到几种育种方法?请设计相关实验思路。 ①传统方法：杂交育种 把两亲本优良性状组合在同一后代中(基因重组) 缺点：不断进行(多年)纯化和选择，才得到符合理想要求的新品种。 ②单倍体育种 单倍体育种的流程是怎样的?它有什么优点? 二、作物新品种的培育 1.单倍体育种 (1) 过程: 枝叶茎杆弱小，果实多而小，一般高度不育。 特点： 由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成的个体。 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 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: (3) 优点: ③是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。 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 ，奇数个染色体组：高度不育（联会时紊乱） 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。 （自然界中单倍体生物） 卵细胞 → 雄蜂 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。 ②后代一般都是纯合子，能稳定遗传。 ①极大地缩短了育种的年限，节约人力物力。 大多数单倍体植株细胞中只含一套染色体，染色体加倍后得到植株的隐性性状容易显现。 二、作物新品种的培育 1.单倍体育种 (4) 成果: 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。 后来把单倍体育种与常规育种结合起来，培育成水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等新品种。 二、作物新品种的培育 2.突变体的利用 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，因此它们易受到培养条件和诱变因素（如射线、化学物质等）影响而产生突变。 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。 愈伤组织、单倍体育种获得的隐性纯合体 外植体 新品种 筛选培育 愈伤组织 脱分化 多种突变体　 诱导分化 诱变处理 突变是不定向的 (1) 原因: (2) 对象: 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。 二、作物新品种的培育 2.突变体的利用 (3) 原理: 基因突变(基因突变+染色体变异）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，获得高产、优质、抗逆新品种。 含量高的突变体，如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草。已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质 (5) 缺点: 突变具有不定向性和低频性，难以控制突变方向，突变少利多害，有利性状较少，需大量处理实验材料。 (6) 实例: 植物代谢 初生代谢： 生物生长生存所必需的代谢活动，一直进行 非生物生长所必需，在特定条件下进行 次生代谢： 缺点：①植物细胞的次生代谢物含量很低。 ②有些产物不能或难以通过化学途径得到。 一类小分子有机化合物 (如酚类、萜类和含氮化合物等) 产物: 如糖类、脂质、蛋白质、核酸等 产物： 三、细胞产物的工厂化生产 应用多、产量低 三、细胞产物的工厂化生产 (1) 概念: 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。 外植体 愈伤组织 细胞悬液 振荡分散 细胞悬浮培养 细胞产物 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、环保具有重要意义。 植物细胞培养（原理：细胞增殖） (2) 技术: (3) 过程: 植物组织培养技术 培养、 破碎、提取 去壁 （液体培养基） 一般培养到愈伤组织阶段，从愈伤组织细胞中获得细胞产物； 也可再分化成胚状体获得植株，从体细胞内提取细胞产物。 (4) 优势: 紫草→紫草宁 三、细胞产物的工厂化生产 (5) 实例: 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。 三、细胞产物的工厂化生产 (5) 实例: 红豆杉→紫杉醇 紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种次生代谢物，具有高抗癌活性。现已被广泛用于乳腺癌等癌症的治疗。 人参→人参皂苷 三、细胞产物的工厂化生产 (5) 实例: 用组织培养技术的生长速度比栽培人参约快100倍以上 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。 工厂化生产人参皂苷干粉基本流程： 人参根 　 愈伤组织 　　 增长速度快且细胞内人参皂苷干粉含量高的细胞 细胞增殖　　 提取人参皂苷干粉 脱分化 培养选择 破碎细胞 放入发酵罐 用于植物细胞培养的反应器 几种育种方法的比较 原理 优点 缺点 诱变育种 基因突变或染色体变异和植物细胞的全能性 提高生物变异的频率，可产生新基因，大幅度改良某些性状，缩短育种年限 盲目性大，需大量的突变材料 杂交育种 基因重组 使存在于不同个体的优良性状集中于一个个体上 周期长，难以克服远缘杂交不亲和的障碍 单倍体育种 染色体变异和植物细胞的全能性 获得的个体均为纯种，明显缩短育种年限 技术复杂，多用于植物 多倍体育种 染色体变异 可提高产量和某些营养成分，增大果实 只适用于某些植物，在动物中难以开展，且植物结实率低 植物体细胞杂交育种 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 克服了远缘杂交不亲和的障碍，扩大了用于杂交的亲本组合范围，定向改变生物的遗传性状 不能完全按人们的需要表现出亲代的优良性状 “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。 “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。 手指植物 到社会中去 外植体 愈伤组织 试管苗 脱分化 再分化 植株 作物脱毒 选择顶端分生组织 快速繁殖 单倍体育种 选择花药 进行诱变 突变体的利用 分散后 悬浮培养 3.细胞产物的工厂化生产 2.植物新品质的培育 1.植物繁殖的新途径 筛选 课堂小结 一、概念检测 练习与应用 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 二、拓展应用 练习与应用 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。 二、拓展应用 练习与应用 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。 提示：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。 FormatFactory : www.pcfreetime.com 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 Lavf58.33.100 Lavf58.20.100 $$