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 第二课时　植物细胞工程的应用 对生活中的生物学现象进行观察并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 市场上有一种叫作“手指植物”的工艺品受到很多人的欢迎。这些“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或营养物质,它们就能在玻璃瓶中生长三四个月之久。那么，“手指植物”是怎么来的呢？ 举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢产物生产、育种等方式有效提高了生产效率。 1.概述植物细胞工程在生产实践中有哪些应用。（生命观念） 2.简述植物细胞工程应用于生产实践的主要优势。（社会责任） 一、植物繁殖的新途径 1．快速繁殖 (1)概念:用于 优良品种的植物组织培养技术，也叫作微型繁殖技术。 (2)原理： 。 (3)过程： (4)优点: ① 地实现种苗的大量繁殖。 ②保持优良品种的 。 (5)应用：濒危植物、优良的品种、经济作物、无性繁殖作物，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 高效、快速 遗传特性 植物细胞的全能性 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 试管苗（芽、根） 移栽 植株 2．作物脱毒 (1)选材部位:植物 附近(如茎尖)。 (2)原理： 。 (3)操作过程: 顶端分生区 无病毒组织 （切取茎尖组织） 脱分化 再分化 愈伤组织 根、 芽 幼苗 移栽 成活 完整植株 植物细胞的全能性 脱毒草莓 普通草莓 (4)优点:再生的植株就有可能不带病毒。 (5)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。 快速繁殖是在具有一定人工设施的室内生产，可以不受季节、气候等自然条件的限制。 1.快速繁殖可以快速地实现种苗的大量繁殖，其技术手段是什么？依据什么原理？ 植物组织培养。植物细胞的全能性。 2.快速繁殖的优点是什么？这种繁殖方式属于哪一种？ 可以保持优良品种的遗传特性。无性生殖。 3.从所需条件上来看，快速繁殖与传统育种方法相比，有哪些优点？ 对快速繁殖技术进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 4.为什么许多通过无性生殖的作物繁殖多代之后产量会下降？ 作物感染的病毒可以传播给后代，并在作物体内逐年积累，影响产量和品质。 5.为什么作物脱毒苗培养时一般选取植物根尖或茎尖的分生区作为外植体？ 植物分生区一般不会感染病毒，用分生区作为外植体进行组织培养，能得到大量的脱毒苗。 【易错提醒】 1.脱毒与抗毒不同： （1）脱毒指的是本身病毒极少，甚至无病毒，受病毒感染的机会少。 （2）抗毒指的是能抵抗病毒的感染。 2.脱毒苗与抗毒苗不同： （1）脱毒苗是培养植物幼嫩芽等获得的小苗，新长的未受到母本病毒感染。 （2）抗毒苗是将抗毒基因导入植物细胞，经过组织培养获得完整的植株。 【归纳提升】 快速繁殖与作物脱毒比较 途径 快速繁殖 作物脱毒 取材部位 基本无限制 优势 ； 高效、快速地实现种苗的大量繁殖 提高作物产量和品质 应用 兰花、甘蔗、桉树、铁皮石斛等 马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝、香蕉等 注：二者无本质区别，只是取材部位不同。 分生区附近 保持优良品种的遗传特性 【例1】（2024·辽宁重点高中联考）病毒感染果蔬后，会借助胞间连丝等结构扩散，导致果蔬产量和品质退化。利用组织培养技术可以快速生产出脱毒苗。下列叙述错误的是（ ） A.获取的植株茎尖切段需用70%的酒精和5%的次氯酸钠进行消毒处理 B.脱毒苗培育过程需要更换培养基，提高生长素的比例有利于根的分化 C.形成愈伤组织的过程中，可能会发生染色体变异、基因突变及细胞分化 D.植株茎尖细胞中不含病毒的原因可能是该组织胞间连丝不发达 在植物组织培养过程中，常用70%的酒精和5%的次氯酸钠进行消毒处理，用无菌水冲洗，A正确；植物组织培养过程中，需要更换培养基，提高生长素的比例有利于生根，提高细胞分裂素的比例有利于芽的生长，B正确；形成愈伤组织过程是脱分化，不会发生细胞分化，C错误；根据题干信息“病毒感染果蔬后，会借助胞间连丝等结构扩散”，可知植株茎尖细胞中不含病毒的原因可能是该组织胞间连丝不发达，D正确。 C 二、作物新品种的培育及细胞产物的工厂化生产 1．作物新品种的培育 (1)单倍体育种 ①原理：细胞的 和 。 ②过程： 花药(或花粉)----------> 植株-------> 植株 ③优点：极大地缩短 。 ④实例：单育1号烟草、水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物。 全能性 染色体变异 离体培养 单倍体 诱导 纯合二倍体 育种年限 ①原因： 植物组织培养过程中培养细胞一直处于 的状态，因此容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变。 ②过程： 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 突变体 筛选 培育 新品种 诱变处理 ③原理： ④优点： 提高变异的频率，加速育种进程： （如射线、化学物质等） 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。 ⑤缺点： 植物细胞的全能性，突变(基因突变+染色体变异）。 不断增殖 ⑥实例： 抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。 (2)突变体的利用 大幅度地改良某些性状。 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。 (基因突变和染色体变异） 12 2．细胞产物的工厂化生产 (1)次生代谢物：不是植物基本的生命活动所 的产物，是一 类小分子有机化合物，如酚类、萜类和含氮化合物等。 (2)工厂化生产的原理： (3)基本过程： (4)工厂化生产的优点： 。 (5)工厂化生产的实例：人参、三七、紫草和红豆杉的细胞产物都已 实现了工厂化生产。 必需 外植体 脱分化 愈伤组织 培养、提取 细胞产物。 细胞增值。 生产速度快 用于植物细胞培养的反应器 人参皂甙工厂化生产的基本流程： 脱分化 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 细胞增殖 提取人参 皂甙干粉 放入发酵罐 培养选择 破碎细胞 人参为我国名贵药材，现今因野生资源缺少，多用人工栽培，但人工栽培生长缓慢，。我国科学家早在1963年就成功地培育了人参的组织。近年来，又实现了利用植物组织培养技术来大量生产人参皂苷干粉。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，其药用成分和药理活性与栽培人参相似，甚至更加优良。这项技术目前已经投人规模化生产。 1.单倍体育种的原理和优点是什么？有哪些实例？ 原理：染色体变异。 优点：缩短育种年限。 实例：单育1号烟草品种，水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等 2.利用突变体育种的原理和优点是什么？有哪些实例？ 原理：基因突变。 优点：产生新基因，大幅度改良某些性状。 实例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。 对不同育种方式进行分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。 ？ 3.细胞产物工厂化生产过程的实质是什么？在生产中通常 要培养到哪一阶段？ 植物细胞培养。愈伤组织。 4.与传统的从植物体内提取相比，工厂化生产细胞产物有 哪些优点？ 不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，克服了植物 体生长缓慢的缺点，提取方便等。 【归纳提升】 1.植物组织培养和植物细胞培养的比较 项目 植物组织培养 植物细胞培养 目的 原理 过程 应用 获得植物体 获得细胞产物 植物细胞的全能性 细胞增殖 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 2.四种育种方法的比较 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 突变、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 单倍体 育种 先花药离体培养，再秋水仙素，诱导染色体数目加倍 植物体细 胞杂交 细胞膜的流动性、 细胞的全能性 打破生殖隔离，实现远缘杂交 细胞的全能性 细胞的全能性、染色体变异 明显缩短育种年限 植物细胞融合、杂种 细胞组织培养 【例2】(2023·山东高考)利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖,可获得植物细胞的某些次生代谢物。下列说法正确的是(　　) A.利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物 B.植物细胞体积小,故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产 C.次生代谢物是植物所必需的,但含量少,应选择产量高的细胞进行培养 D.该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量 有些产物不能或难以通过化学合成途径得到,可利用该技术获得某些无法通过化学合成途径得到的产物,A正确;利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖,可大量获得植物细胞的某些次生代谢物,故可通过该技术进行植物细胞产物的工厂化生产,B错误;一般认为次生代谢物不是植物基本生命活动所必需的,虽然其含量少,但可以通过增加细胞的数量来增加次生代谢物的产量,C错误;细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞分裂的培养条件,提高多个细胞中次生代谢物的含量,不能提高单个细胞中次生代谢物的含量,D错误。 A 微型繁殖 植物细胞工程的应用 细胞产物的工厂化生产 作物脱毒 方法 生产技术手段 优点 植物繁殖新途径 作物新品种的培育 突变体的利用 单倍体育种 特点 方法 选材 方法 优点 1.马铃薯是利用块茎进行无性生殖的，因为连续种植多代后往往会因感染病毒而减产，所以都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最优的方法是(　　) A．选择优良品种进行杂交 B．选择远缘植物体细胞进行杂交 C．利用芽体进行组织培养 D．人工诱导基因突变 C 一般作物脱毒时所用的材料是无病毒的茎尖、根尖等分生组织。因此，利用芽体进行组织培养可获得无病毒幼苗。 2.（多选）紫草素具有抗菌、消炎效果。在工业化生产中，取紫草植株部 分组织诱导形成紫草愈伤组织，再转入紫草素形成培养基，然后将细胞破 碎后提取出紫草素。下列相关叙述中，错误的是(　　) A．工业化生产过程包括细胞的脱分化和再分化 B．在紫草素生产过程中，不必将愈伤组织培养出根、芽等器官 C．紫草的愈伤组织细胞在低渗溶液中会胀破 D．紫草素在细胞内合成后被分泌到细胞外 CD 由题意“取紫草植株部分组织诱导形成紫草愈伤组织，再转入紫草素形成培养基”可知，工业化生产过程包括细胞的脱分化和再分化，A正确；在紫草素生产过程中，不必将愈伤组织培养出根、芽等器官，B正确；紫草的愈伤组织细胞有细胞壁，在低渗溶液中不会胀破，C错误；根据题意可知，需将细胞破碎后取出紫草素，因此紫草素在细胞内合成后不能分泌到细胞外，D错误。 3．（2024·吉林黑龙江适应性测试）《本草纲目》记载，樱桃具有利脾、止泻的功效。樱桃中的槲皮素等酚类化合物具有抗氧化活性。我国已经利用组织培养技术繁育樱桃优良品种，满足人们食用和药用需要。下列叙述错误的是（ ） A. 应用微型繁殖技术可获得大量樱桃脱毒苗 B. 可以选用樱桃幼嫩的芽原基和叶原基作外植体 C. 富含色氨酸的培养基有利于樱桃幼嫩的芽合成生长素 D. 应用樱桃细胞培养可工厂化生产初生代谢产物槲皮素 D 由于植物顶端分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒，所以应用微型繁殖技术采用茎尖作为外植体可获得大量樱桃脱毒苗，A正确；由于芽原基和叶原基分裂能力旺盛，可以选用樱桃幼嫩的芽原基和叶原基作外植体，B正确；生长素是由色氨酸经过一系列转变产生的，用富含色氨酸的培养基有利于樱桃幼嫩的芽合成生长素，C正确；由于槲皮素是次生代谢产物，应用樱桃细胞培养可工厂化生产不能获得初生代谢产物，D错误。 4．下图是植物组织培养的一般过程，相关说法正确的是(　 ) A．过程a指的是再分化，过程c指的是脱分化 B．此技术依据的原理是植物细胞的全能性 C．若用此技术进行细胞产物的工厂化生产，需将细胞培养到d阶段才行 D．生长素含量低时，有利于根原基的形成 B 据题意可知，过程a指的是脱分化，过程c指的是再分化，A错误；植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性，B正确；若用此技术进行细胞产物的工厂化生产，只需要将细胞培养到愈伤组织即b阶段即可，C错误；生长素含量高时，有利于诱导植物组织根原基的形成，D错误。 5.（2024·红河高二检测）紫杉醇是从红豆杉中提取的一种高效抗癌的药物，虽然能造福人类，但却为濒危的红豆杉带来灭顶之灾。为取代从天然植株中提取紫杉醇的方式，可进行细胞产物工程化生产，其过程为：获取红豆杉外植体→消毒→诱导愈伤组织→细胞培养→提取紫杉醇。请回答下列问题： （1）紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种_______（填“初生”或“次生”）代谢物，可利用______________技术实现其工业化生产。 （2）获得愈伤组织这一过程对光照的要求是_______。研究发现用幼嫩茎段比成年老枝更易产生愈伤组织，原因是幼嫩茎段________________。 植物细胞培养 次生 细胞分化程度低 避光 （1）紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种次生代谢物，主要存在于紫杉的树皮和树叶中，具有高抗癌活性，现在已被广泛应用于乳腺癌等癌症的治疗，可通过植物细胞工程技术（植物细胞培养技术）获得紫杉醇。（2）一般在遮光的条件下通过脱分化获得愈伤组织。幼嫩茎段细胞分化程度低，所以幼嫩茎段比成年老枝更易产生愈伤组织，且时间早，诱导率高。 （3）用少量果胶酶处理愈伤组织获取分散的细胞，在______（填“固体”“液体”或“半固体”）培养基中进行培养，可有效提高紫杉醇的产量。 （4）多倍体愈伤组织细胞产量常高于二倍体，若愈伤组织细胞（染色体数为12条）经诱导处理染色体加倍后，显微镜下观察细胞中染色体数最多可达到___条。 （5）与从天然植株中提取相比，利用上述技术生产紫杉醇的重要意义是_____________________________________（答出1点）。 液体 48 提高了紫杉醇的产量；保护了红豆杉资源 （3）可用少量纤维素（或果胶）酶处理愈伤组织，获取单细胞或小细胞团，在液体培养基中进行悬浮培养，可有效提高紫杉醇的产量。（4）若愈伤组织（染色体数为12条）细胞经诱导处理后染色体数为24，若细胞处于有丝分裂后期，则最多观察到染色体数为48。（5）利用植物细胞工程生产紫杉醇提高了紫杉醇的产量，同时还保护了红豆杉资源。 eq \x(\a\al(离体的植物,组织或细胞)) eq \o(――→,\s\up17(a)) eq \x(b) eq \o(――→,\s\up17(c)) eq \x(d)―→eq \x(完整的植物体) $$