2.1 植物细胞工程（第3课时）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 照片中两只可爱的小猴，分别叫“中中”和“华华”，它们诞生于2017年，一出生就轰动了全世界，这是我国科学家的研究成果。你知道它们是如何培育出来的吗？在这之前，科学家培育了胚胎细胞克隆猴，你知道两者有什么不同吗？其实，自1996年首个体细胞克隆动物多莉羊诞生以来，人类已经成功克隆了马、牛和猪等大型家畜，但为什么体细胞克隆猴的诞生能轰动世界呢？ 上面这些成果的取得都有赖于细胞工程的发展，培养克隆动物只是细胞工程的一个方面。近年来，细胞工程领域成果跌出，方兴未艾。 第1节 植物细胞工程 （第3课时） 02 举例说明植物细胞工程的应用有效提高了 生产效率。 尝试进行植物组织培养。 概述植物组织培养和植物体细胞杂交的原理和 过程。 目标 01 03 学习目标 3 概念 植物细胞融合 原生质体制备 过程 变异类型 植物组织培养 原生质体融合 原理 育种类型 原理 过程 细胞全能性 操作步骤 脱分化 再分化 外植体 根、芽、胚状体 愈伤组织 外植体消毒 接种 切块 形成愈伤组织 诱导生芽生根 植物体细胞杂交 植物组织培养 植物细胞工程 优缺点 温故知新：植物细胞工程 植物细胞工程在农业、医药工业等方面有哪些应用？ 花药离体培养 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，每年为荷兰创造了巨额的外汇收入。在我国，组织培养技术也已经广泛应用于兰花种苗的规模化繁殖，这使得名贵兰花的价格大幅下降，普通百姓也能购买和观赏。 运用组织培养的途径，一个单株一年可以繁殖几万到几百万个 植株，而且均来自单一的个体，可以保持优良品种的遗传特性。 例如：1株葡萄一年可繁殖3万多株，1株兰花一年可繁殖400万株。 5 (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)原理： 植物细胞的全能性 (3)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。 三、植物细胞工程的应用 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。 (4)实例： 相关信息： 铁皮石斛，兰科石斛属植物，茎直立、圆柱形，花期3～6月，生长于海拔1600m左右的山地半阴湿的岩石上。铁皮石斛富含某些糖类和生物碱，可以用来提取药物。 铁皮石斛的产业化育苗 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 巩固练习 2、作物脱毒： (1)作物脱毒的原因： (一)植物繁殖的新途径 三、植物细胞工程的应用 马铃薯 草莓 香蕉 无性繁殖 病毒在作物体内逐年积累 作物产量降低品质变差 感染的病毒很容易传给后代 2、作物脱毒： (2)选材部位： 植物顶端分生区附近（如茎尖） 选材原因：分生区附近的　　　 　 　　。 病毒极少，甚至无病毒 (3)方法： (4)优点： 脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物 与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。 (一)植物繁殖的新途径 三、植物细胞工程的应用 分生区（如茎尖：病毒极少，甚至无病毒） (植物组织培养) 脱毒苗 马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。 2、作物脱毒： (一)植物繁殖的新途径 三、植物细胞工程的应用 (5)实例： 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 巩固练习 3.下列关于农作物脱毒苗的制备和应用的叙述，错误的( )。 A.长期进行有性繁殖的作物易感染和积累病毒 B.制备作物脱毒苗的原理是植物细胞具有全能性 C.取顶端分生组织进行组织培养可制备脱毒苗 D.脱毒苗的使用可显著提高作物的产量和品质 A 巩固练习 5.下列有关植物细胞工程应用的叙述，不正确的是（ ） A.利用组织培养技术培养脱毒苗，获得具有抗病毒的新品种 B.利用组织培养技术获得人工种子，能保持亲本的优良性状 C.利用细胞培养技术获得紫草素，实现了细胞产物的工厂化生产 D.利用体细胞杂交技术获得“白菜-甘蓝”，克服生物远缘杂交 不亲和障碍 A 巩固练习 单倍体育种则极大地缩短了 育种的年限。 现有高杆抗病水稻(基因型DDTT)和矮杆感病水稻(基因型ddtt)，如何获得纯种的矮杆抗病水稻(基因型ddTT),你可以想到几种育种方法？ 常规杂交育种选育出一个可以稳定遗传的作物优良品种，一般要经过5～6年的连续筛选。 (植物组织培养) (秋水仙素处理) 1、单倍体育种： (1)过程: 优良品种 花药 花粉 离体培养 单倍体 纯合二倍体 人工诱导 染色体加倍 选择 (二)作物新品种的培育 三、植物细胞工程的应用 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） 1、单倍体育种： (2)原理： (二)作物新品种的培育 三、植物细胞工程的应用 （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 (3)优点： ① 明显缩短育种年限。 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。 ② 后代大都是纯合子，能稳定遗传。 由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。 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，育成了水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。 1、单倍体育种： (4)实例： (二)作物新品种的培育 三、植物细胞工程的应用 6.下图表示玉米 (2n=20)的花药离体培养及单倍体育种的大致过程。 下列叙述错误是（ ） A.过程①是脱分化，形成的愈伤组织细胞处于未分化状态 B.过程②进行的是有丝分裂，植株A是从试管苗中筛选出的可育二倍体 C.过程①和②均要使用生长素和细胞分裂素，但两种激素的比例不同 D.可用体积分数为70%的酒精对花药进行消毒处理 B 巩固练习 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。 筛选 诱变处理 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。 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。 2、突变体的利用： (二)作物新品种的培育 三、植物细胞工程的应用 (1)产生原因： (2)过程： 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 试管苗 植株 有用的突变体 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，有些 已经用于生产，如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。 提高变异的频率，加速育种进程；大幅度地改良某些性状。 2、突变体的利用： (二)作物新品种的培育 三、植物细胞工程的应用 (3)原理： (4)优点： (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。 (6)实例： 红豆杉 紫杉醇是什么？能不能运用植物细胞工程技术来生产紫杉醇？ 三、植物细胞工程的应用 产物 次生代谢物 初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行着。 次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在 一定的环境和时间条件下才进行。 1.植物的代谢及代谢产物 初生代谢 次生代谢 产物 初生代谢物 有糖类、脂质、蛋白质和 核酸等 (三)细胞产物的工厂化生产 三、植物细胞工程的应用 次生代谢物 1.植物的代谢及代谢产物 (三)细胞产物的工厂化生产 ①含义： ②化学本质： ③作用： ④缺点： 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）。 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。 植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本生命活动所必需的产物——次生代谢物。 是指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。 (1)过程： 外植体 愈伤组织 细胞悬液 脱分化 振荡分散 细胞悬浮培养 细胞产物 提取 (2)优点： 快速高效，不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制。 (3)意义： 对于社会、经济、环境保护具有重要意义。 三、植物细胞工程的应用 2.概念： (三)细胞产物的工厂化生产 利用植物细胞培养来获得目标产物的过程。 3.植物细胞培养： 红豆杉→紫杉醇 紫草→紫草宁 人参→人参皂苷 三、植物细胞工程的应用 4.实例： (三)细胞产物的工厂化生产 紫草宁： 紫杉醇： 人参皂苷： 是从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。是世界上首例药用植物细胞工程产品。 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。 利用人参细胞培养生产的人参中重要的活性成分。 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。 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 练习与应用 29 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。（ ） √ × 一、概念检测 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 一、概念检测 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。 提示：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 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。 二、拓展应用 谢谢聆听! 同学们辛苦啦！ 34 Lavf58.51.100 FormatFactory : www.pcfreetime.com Lavf58.51.100 Lavf58.33.100 $