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1节 第2课时 植物细胞工程的应用 SW生老师 SW生老师 1. 快速繁殖（微型繁殖） （1）概念： 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。 （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。 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 芽、根 试管苗 植株 移栽 （3）过程： （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的苗木。 实质： 植物组织培养 一、植物繁殖的新途径 SW生老师 铁皮石斛的试管苗工厂化生产 SW生老师 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，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%。 病毒引起的植物病害有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。 SW生老师 2. 作物脱毒 （1）为什么要进行脱毒？ 无性繁殖的作物，感染的病毒容易传给后代。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 （2）作物脱毒选用什么材料？选择该种材料的理由是？ SW生老师 2. 作物脱毒 （3）脱毒过程： （4）实例： 马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。 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。 茎尖 脱分化 愈伤组织 再分化 芽、根 试管苗 脱毒苗 移栽 病毒极少，甚至无病毒 SW生老师 脱毒产品 香蕉 脱毒草莓 普通草莓 甘蔗 菠萝 SW生老师 1. 单倍体育种 （1）过程 （2）原理： （其中花药离体培养利用了植物细胞的全能性） 染色体数目变异 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） 单倍体育种包括哪些主要步骤？ 二、作物新品种的培育 SW生老师 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 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 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 单倍体育种举例：培育矮杆抗病( ddTT )小麦 缺点：耗时长 优点：操作简单 SW生老师 （3）优点： ①极大地缩短了育种的年限。 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。 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，进而能明显缩短育种年限。 （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 为什么？ ②后代大是纯合子，能稳定遗传。 SW生老师 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。 2. 突变体的利用 （1）产生原因： 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 诱变处理的对象？为什么？产生的变异一定符合需要吗？ 不一定，因为突变是不定向的。 SW生老师 2. 突变体的利用 （5）实例： （3）原理： 突变(基因突变和染色体变异）和植物细胞的全能性。 已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体，如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草。 （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。 SW生老师 1. 植物的代谢产物 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， 如糖类、脂质、蛋白质、核酸等。 次生代谢物： 次生代谢不是生物生长所必需的，在特定条件下进行；如一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）。 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。 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。 SW生老师 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。 过程： 外植体 脱分化 愈伤组织 细胞产物 培养、提取 2. 细胞产物的工厂化生产 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。 植物细胞培养： 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。 实例： 紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品 原理：细胞增殖 SW生老师 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 已用于乳腺癌等癌症的治疗 红豆杉(濒危植物） （世上首例药用植物细胞工程产品） SW生老师 人参皂苷 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。 人参皂苷工厂化生产的基本流程： 人参根 　 愈伤组织 　　 增长速度快、细胞内人参皂苷干粉含量高的细胞 大量细胞　　 提取人参皂苷干粉 脱分化 培养选择 破碎细胞 放入发酵罐 细胞增殖 SW生老师 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。 【提示】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，在培养基中加人适量的色素或者荧光剂，使“手指植物”更具有观赏价值。 SW生老师 课堂总结 （一）植物繁殖的新途径 （二）作物新品种的培育 （三）细胞产物的工厂化生产 1.单倍体育种 2.突变体的利用 药物、香料、蛋白质等 2.作物脱毒 1.微型繁殖 原理：染色体数目变异 原理：突变（基因突变和染色体变异） SW生老师 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 × SW生老师 1．快速繁殖是无性生殖吗？ 快速繁殖实际是一种无性生殖，繁殖过程中细胞的分裂方式是有丝分裂，亲、子代细胞内遗传物质相同，因此能保证亲、子代遗传特性不变。 2．为什么要进行作物脱毒？ 马铃薯、草莓和香蕉等通常是用无性繁殖的方式进行繁殖的，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 3．为何植物分生区附近病毒少？ 植物分生区附近，细胞分裂十分迅速，病毒来不及侵入，因此就成为植物体相对无病毒的特殊区域。 深入思考 SW生老师 4．单倍体育种中为何要进行人工诱导染色体加倍？常用的诱导方法是什么？ 单倍体植株弱小，高度不育。通常用秋水仙素或低温处理单倍体幼苗，诱导其染色体加倍。 5．二倍体的单倍体育种和花药离体培养获得的植株有什么区别？ 花药离体培养得到的植株是单倍体，表现为高度不育；单倍体育种是在花药离体培养的基础上，用适当浓度的秋水仙素或低温处理，获得纯合的二倍体植株是可育的。 SW生老师 6．单倍体幼苗经秋水仙素诱导处理后得到的都是纯合子吗？试分析原因。 不一定。对二倍体植物形成的单倍体，这句话是对的。对多倍体，这句话不对。例如，四倍体植物(AAaa)形成的单倍体幼苗(基因型有AA、Aa、aa三种)，经秋水仙素诱导后形成的仍然是四倍体，基因型分别为AAAA、AAaa、aaaa，其中AAaa是杂合子。 7．单倍体育种与多倍体育种的异同。 单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素或低温诱导染色体数目加倍。单倍体育种需要植物组织培养先形成单倍体幼苗，但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。 SW生老师 8．诱导分化得到的突变体都可以利用吗？为什么？ 大多数都不可以。因为基因突变可能破坏生物体与现有环境的协调关系，而对生物体有害；还有些基因突变既无害也无益，是中性的。 SW生老师 $$