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

根、芽 植物体 再分化 培养条件：①无菌②营养物质③适宜条件（温度、PH、光等） ④植物激素： 遮光 光照 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照 脱分化 愈伤组织 离体的植物器官、组织或细胞（外植体） 愈伤组织重新分化为芽、根等器官 失去特有结构和功能转变成未分化的细胞 生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键。生长素和细胞分裂素的比例和浓度会影响植物细胞的发育方向。 如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药… 排列不规则，高度液泡化，呈不定型状态的薄壁细胞 温故·知新 菊花的组织培养 ① ② ③ ④ ⑤ 融合的原生质体 原生质体B 原生质体A 去壁 去壁 植物A细胞 诱导融合 再生出细胞壁 杂种细胞 脱分化 （细胞分裂） 愈伤组织 再分化 杂种植株 植物 组织 培养 植物 细胞 融合 植 物 体 细 胞 杂 交 植物B细胞 温故·知新 第2章 细胞工程 第1节 植物细胞工程 二、植物细胞工程的应用 背景：兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的常规繁殖中，遇到的难题是：用分根法繁殖速度缓慢，不利于新品种的推广;用种子繁殖又很困难，因为兰花的种子十分微小，胚很纤弱，种子几乎没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。 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？ 【导】 【思】 一、快速繁殖概念、特点和实例 二、作物脱毒概念、作用对象、特点 三、单倍体育种的过程、特点和原理 四、产生突变体的原因 五、初生代谢物、次生代谢物含义 【议和展】 一、植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？ 二、作物培养过程中为什么要进行作物脱毒，如何进行作物脱毒？ 三、花药离体培养获得的单倍体幼苗如何诱导染色体加倍？原理是什么？ 四、为什么用物理或化学因素处理愈伤组织更易诱发突变？产生的变异一定符合需要吗？ 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”。 无籽西瓜 兰花、生菜、杨树以及无子西瓜试管苗的产业化生产。 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。 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。 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 芽、根 试管苗 植株 移栽 （2）过程： 【评】 （2）生殖方式： （3）原理： 一般为无性生殖 植物细胞的全能性 （4）优点： ①高效、快速地实现种苗的大量繁殖。 ②保持优良品种的遗传特性。 ③不受自然生长季节的限制，培养周期短。 ④选材少，繁殖率高，便于自动化管理。 其细胞分裂方式是有丝分裂，亲、子代细胞DNA相同，所以可以保持亲代优良的遗传特性。 一、植物繁殖的新途径 【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？ 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。另外，植物组织培养在实验室进行，一般不受季节、气候等条件的限制。 实际应用： 快速繁殖经济苗木、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。 一、植物繁殖的新途径——微型繁殖 1.作物脱毒的原因： 马铃薯 a.作物病毒积累 草莓 香蕉 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 一、植物繁殖的新途径——作物脱毒 通过组织培养技术获得的脱毒苗是否具有抗病毒能力 2.脱毒方法： 取材：分生区（如茎尖、根尖：病毒极少，甚至无毒） (植物组织培养) 脱毒苗 注：脱毒苗≠抗毒苗。与快速繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。 通过组织培养技术获得的脱毒苗是否具有抗病毒能力？ 抗毒苗： 基因工程范畴 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 ——作物脱毒 通过组织培养技术获得的脱毒苗是否具有抗病毒能力 马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。 茎尖 脱分化 愈伤组织 再分化 芽、根 试管苗 脱毒苗 移栽 一、植物繁殖的新途径——作物脱毒 3.脱毒过程： 4.原理： 植物组织培养（全能性） 5.优点： 提高农作物的产量和品质；获得高产优质的脱毒植株。 6.实例： 单倍体 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。 ①成因： ②代表生物： ③特点： 由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成。 蜜蜂中的雄蜂 枝叶茎杆弱小，果实多而小，一般高度不育（不是全部）。 ④应用： 单倍体育种 二、作物新品种的培育——单倍体育种 1.单倍体育种 DDtt Dt DdTt DDtt 自交 选择亲本 有性杂交 F1代 花粉离体培养 单倍体植株 染色体数目变异、植物细胞的全能性 (1)方法: (3)优点: 花药的离体培养获得单倍体植株,染色体加倍,选择优良品种. ①明显缩短育种年限; ②是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料；③后代大多都是纯合体，能稳定遗传。 (2)原理: 正常 植物 花药 愈伤 组织 单倍体幼苗　 脱分化 再分化 染色体加倍 秋水仙素处理 纯合 二倍体 优良品种 花药 花粉 脱分化 单倍体 纯合二倍体 秋水仙素 染色体加倍 选择 大多矮小，不育 再 分 化 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。 3.实例 我国科学家把单倍体育种与常规育种结合起来，育成水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。 P 高杆抗病 DDTT 矮杆感病 ddtt × F1 第1年 高杆抗病 DdTt DT Dt dT dt 配子 花药离体培养 DT Dt dT dt 单倍体幼苗 纯合体 DDTT DDtt ddTT ddtt 秋水仙素诱导 矮抗 选择矮秆抗病即为新品种 第2年 单倍体育种 注意①：单倍体育种的目的不是获得单倍体本身，因为单倍体是高度不育的，在生产上没有实际价值，需诱导单倍体的染色体数目加倍。 注意②：单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素诱导染色体数目加倍；单倍体育种需要先利用植物组织培养技术形成单倍体幼苗，但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。 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。从突变的个体中筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。 外植体 愈伤组织 试管苗 脱分化 再分化 植株 诱变 筛选 有用的突变体 突变体的利用 外植体 愈伤组织 试管苗 脱分化 再分化 植株 诱变 筛选 有用的突变体 突变体育种的原理是突变，诱变育种的原理是基因突变。 突变 = 基因突变 ＋ 染色体变异 2.实例 已经筛选到如下突变体 抗病 抗盐 高产 高蛋白 抗花叶毒病的甘蔗 抗盐碱的烟草 （6）实例： 抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。 （3）原理： （4）优点： 2.突变体的应用 提高突变率；获得高产、优质、抗逆的新品种；加速育种进程。 （5）缺点： 由于突变的不定向和低频性，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。 基因突变（或染色体变异）和植物细胞的全能性。 2.实例 白三叶草（抗病、抗盐、 含高蛋白、高产） 三、细胞产物的工厂化生产 植物的代谢产物 （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。 1.种类: 蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱(紫草素、人参皂甙、紫杉醇)等. 植物细胞培养----愈伤组织细胞培养 3.过程: 只培养到愈伤组织阶段 4.结果: 该过程不能体现植物细胞的全能性 外植体 愈伤组织 脱分化 细胞悬液 培养、提取、破碎 分散开 去壁 细胞产物 （液体培养基） 2.技术: 注意: 一般培养到愈伤组织阶段，从愈伤组织的细胞中获得细胞产物! 三、细胞产物的工厂化生产 1.种类: 3.过程: 4.结果: 2.技术: 在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 紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。 实例 紫草宁——具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性 紫杉醇——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 人参→ 人参皂苷 三、细胞产物的工厂化生产 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 5.优点: 【归纳总结1】植物组织培养和植物细胞培养的比较 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 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 四、课堂总结 拓展延伸 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 几种育种方法的比较 “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。 $$