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

第二章 细胞工程 第一节 植物细胞工程 2.1.2植物细胞工程的应用 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 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？ 可入药，名为石斛，对人体有驱解虚热，益精强阴等疗效。随着花卉产业的兴起，石斛兰也成为了一种观赏植物。石斛兰的栽培方式一般为盆栽。由于石斛兰具有秉性刚强、祥和可亲的气质，被誉为父亲之花。流苏树（学名：Chionanthus retusus Lindl.et Paxt.）：由于流苏树的小花含苞待放时，其外形、大小、颜色均与糯米相似，花和嫩叶又能泡茶，故也称作糯米花、糯米茶。适宜植于建筑物四周，或公园中池畔和行道旁。可盆栽，制作桩景。嫩叶可代茶叶作饮料。果实含油丰富，可榨油，供工业用。木材坚重细致，可制作器具。也是名贵花金桂的砧木。流苏树的芽、叶亦有药用价值。连翘:清热解毒、消肿散结、消炎 2 一、植物繁殖的新途径 1.快速繁殖 （1）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）生殖方式： （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。 一般为无性生殖 （3）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不受季节、天气等的限制 ④培养周期短 植物组织培养到愈伤组织阶段，细胞进行有丝分裂，细胞分裂速度较快，从而获得大量的组织细胞，然后不断地分割、移瓶、诱导再分化形成新植株。 铁皮石斛的试管苗工厂化生产 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 俞奕 实际问题： 生姜是药食两用的经济作物，在生产上长期采用无性繁殖，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，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%-50%，而且没有有效的防治办法，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。 2.作物脱毒 （1）作物脱毒的原因： 。 （2）作物脱毒的材料： 。选择该种细胞更易获得脱毒苗的理由是 。 （3）脱毒过程： 无性繁殖的作物，容易将病毒传染给后代。病毒积累，导致作物产量降低、品质变差。 分生区（如茎尖）的细胞 植物分生区细胞病毒少，甚至没有病毒 无病毒组织 （切取茎尖组织） 脱分化 愈伤组织 再分化 芽、根 幼苗 完整植株 移栽成活 一、植物繁殖的新途径 脱毒苗 ≠ 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。 植物分生区病毒极少，切取茎尖进行组织培养，可获得脱毒苗。 6 （4）脱毒产品 马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。 脱毒草莓 普通草莓 香蕉 菠萝 甘蔗 实际问题：如何解决育种时间过长的问题？ P 高杆抗病 DDTT × 矮杆感病 ddtt F1 高杆抗病 DdTt F2 D_T_ D_tt ddT_ ddtt ddTT 杂交育种 矮抗 ⊗ 需要的纯合矮抗品种 连续自交多代 第1年 第2年 第3-6年 花药离体培养 P F1 配子 DDTT DDtt ddTT ddtt 正常植株（纯合） 秋水仙素诱导 单倍体育种 高杆抗病 DDTT × 矮杆感病 ddtt 高杆抗病 DdTt DT Dt dT dt 单倍体植株 第1年 第2年 DT Dt dT dt 需要的纯合矮抗品种 1.单倍体育种 二、作物新品种的培育 （1）过程 （2）原理： （其中花药离体培养利用了__________________） 染色体数目变异 植物细胞的全能性 花药离体培养 诱导染色体加倍 二倍体植株 单倍体植株 二倍体植株（纯合子） （秋水仙素处理） 原理还有基因重组 9 （3）优点： ①极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。 ②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。 1.单倍体育种 二、作物新品种的培育 ③后代大是纯合子，能稳定遗传。 （1）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。 （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： 基因突变（或染色体变异）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。 （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。 2.突变体的利用 二、作物新品种的培育 （6）实例： 白三叶草（抗病、抗盐、 含高蛋白、高产） 2.突变体的利用 二、作物新品种的培育 3.转基因作物新品种 4.植物体细胞杂交技术培育新品种 12 三、细胞产物的工厂化生产 1.植物细胞的产物 （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： ①次生代谢不是生物生长所必需的，在特定组织或器官中， 并在特定条件下进行。 ②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）。 ③在植物的抗虫、抗病等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。 ④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。 2.细胞产物的工厂化生产的概念 利用植物细胞培养来获得目标产物（相应的次生代谢物），这个过程就是细胞产物的工厂化生产。 三、细胞产物的工厂化生产 3.植物细胞培养的概念 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。 外植体 脱分化 愈伤组织 细胞产物 培养、提取 4.细胞产物的工厂化生产的过程 一般组织培养到愈伤组织（薄壁细胞阶段）即可。 因为此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。 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。 5.特点： 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。 6.实例： 紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。 三、细胞产物的工厂化生产 紫草 紫草宁具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性 （世上首例药用植物细胞工程产品） 紫杉醇具有高抗癌活性 已用于乳腺癌等癌症的治疗 红豆杉(濒危植物） 15 人参皂苷（ɡān） 工厂化生产人参皂甙干粉的基本流程： 人参根 　 愈伤组织 　　 增长速度快而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 放入培养罐 湖南长郡卫星远程学校 录制 2021年下学期 制作 05 长沙市长郡中学 俞奕 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，6年才能生成10g左右(干重)人参根。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。 16 到社会中去 “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。 【课堂小结】 植物细胞工程的应用 植物繁殖的新途径 快速繁殖 作物脱毒 作物新品种的培育 单倍体育种 突变体的利用 细胞产物的工业化生产 药物、香料、色素等 (1)快速繁殖不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性。( ) (2)作物脱毒后不再感染病毒。( ) (3)单倍体育种只是为了获得单倍体。( ) (4)突变体育种常用射线、化学物质处理愈伤组织。( ) (5)快速繁殖本质上是一种无性繁殖。( ) √ × × √ √ 【基础过关】 (6)植物的次生代谢物主要是酚类、萜类和含氮化合物等小分子有机物，是其基本生命活动所必需的物质。( ) 解析：一般认为次生代谢物是植物基本生命活动非必需的物质。 (7)植物细胞培养的原理主要是植物细胞的全能性。( ) 解析：细胞全能性不是植物细胞培养的原理，植物细胞培养的原理主要是细胞增殖。 (8)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。( ) × × √ 1.下列属于植物的快速繁殖技术的是(　　) A.用兰花的芽尖组织培育兰花幼苗 B.水稻种子萌发并长成新个体 C.扦插的葡萄枝长成新个体 D.柳树芽发育成枝条 A 【当堂检测】 2.利用马铃薯的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会因感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是(　　) A.选择优良品种进行杂交 B.在田间喷洒消毒剂 C.利用茎尖进行组织培养 D.人工诱导基因突变 C 解析　将兰花的芽尖组织经植物组织培养技术培育成兰花幼苗，可以达到快速繁殖的目的，属于快速繁殖，A正确；水稻种子萌发并长成新个体、扦插的葡萄枝长成新个体均没有使用植物组织培养技术，不属于快速繁殖，B、C错误；柳树芽发育成枝条，没有发育成新植株，不属于快速繁殖，D错误。 解析　 进行作物脱毒时常采用茎尖作为外植体，原因是茎尖病毒极少，切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就可能不带病毒，C符合题意。 21 3.将紫草细胞进行细胞培养，诱导其脱分化产生愈伤组织，再对愈伤组织进行悬浮培养使其大量增殖，以获取大量的紫草宁。下列关于紫草宁的工厂化生产的叙述，错误的是(　　) A.细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一 B.培养过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞 C.培养的愈伤组织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.培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分 C 解析　细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一，A正确；培养过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞，B正确；培养的愈伤组织不需要再分化就能产生特定的细胞产物，C错误；培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分，D正确。 22 一、概念检测 1.1.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 √ 练习与应用（P42） × D 二.拓展应用 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F（AaSusu）再进行自交，F，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。 练习与应用（P42） 二.拓展应用 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。 练习与应用（P42） 积极探索其他的繁育途径。例如，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。 $$