2.1.2植物细胞工程的应用-中华九大仙草之首——铁皮石斛的培育（情境课件）生物人教版选择性必修3

人教版选择性必修3 中华九大仙草之首—— 铁皮石斛的培育 目录 生命观念 1.会用生命观念解释植物细胞工程给人们带来的影响。 科学思维 1.基于生产和生活需要，通过查阅相关资料，设计并实施恰当可行的实验方案。 社会责任 1.举植物组织培养技术在生产实践中的应用，说明植物细胞工程对生产的影响。 素 养 目 标 情境导入 中华九大仙草之首——铁皮石斛的培育 情境启思 中华九大仙草之首——铁皮石斛的培育 视频中铁皮石斛利用了什么技术大量规模化生产？ 可以进行快速繁殖的原因是什么？ 还有哪些应用呢？ 情境串讲 一、植物繁殖的新途径 请同学们阅读教材P39，思考回答下列问题： 1.什么是快速繁殖技术?该技术原理是什么？有哪些优点？ 2.快速繁殖技术有哪些特点? 3.快速繁殖技术用于产业化生产的实例有哪些? （一）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： 培养 接种 例如一株葡萄一年繁殖到3万多株，一株兰花一年繁殖到400万株。 情境串讲 一、植物繁殖的新途径 *扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖技术 植物细胞的全能性 3.特点： 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。 石斛 连翘 （一）快速繁殖： 情境串讲 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？ 愈伤组织细胞分裂旺盛、快速，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。 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。 4.实例： 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。 石斛：驱解虚热，益精强阴等疗效、观赏价值。 兰花：名贵花卉，具有极高的观赏价值，入药。 情境串讲 一、植物繁殖的新途径 （一）快速繁殖： 脱毒马铃薯（视频） 情境串讲 一、植物繁殖的新途径 （二）作物脱毒： 请同学们自主阅读教材P40，思考回答下列问题： 情境串讲 一、植物繁殖的新途径 （二）作物脱毒： 1.马铃薯为什么要进行脱毒? 2.应该选择马铃薯的什么部位培育脱毒苗? 3.为什么要选择该部位? 4.培育脱毒马铃薯的流程是怎样的? 5.脱毒马铃薯有何优点? 6.你还知道哪些作物脱毒的实例? 马铃薯 草莓 香蕉 无性繁殖 病毒在作物体内积累 作物产量降低品质变差 1.作物脱毒的原因： 作物病毒积累 感染的病毒很容易传给后代 普通草莓 脱毒草莓 情境串讲 一、植物繁殖的新途径 （二）作物脱毒： 植物 。 顶端分生区附近（如茎尖） 　　　 　的病毒极少，甚至　 　。 分生区附近 无病毒 部位： 原因： 脱毒苗 根冠 分生区 伸长区 成熟区 （如茎尖、根尖：病毒极少，甚至无毒） 4.优点： 脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物 2.脱毒选材部位及原因： 3.方法： 分生区 组织培养 情境串讲 一、植物繁殖的新途径 （二）作物脱毒： 与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。 5.脱毒作物实例： 马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。 情境串讲 一、植物繁殖的新途径 （二）作物脱毒： 脱毒苗不等于抗毒苗。与快速繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。 抗毒苗： 抗病基因 导入 植物细胞 植物组织培养 完整植株 植物细胞工程不仅开辟了植物繁殖的新途径，在作物新品种的培育方面也有重要贡献。 【思考】 脱毒苗等于抗毒苗吗？ 情境串讲 一、植物繁殖的新途径 （二）作物脱毒： 阅读教材第40—41页“作物新品种的培育”小组讨论、回答以下问题，并展示交流设计的思路 现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何获得纯种的紫色甜玉米（基因型AAss）？ 你可以想到几种育种方法?请你设计相关实验思路。 设计筛选纯合的紫色甜玉米的实验思路。 (1)杂交育种 (2)单倍体育种 情境串讲 二、作物新品种的培育 即学即练 植物繁殖的新途径 1.马铃薯普通栽培种是同源四倍体，这使得马铃薯的杂交育种变得十分困难。若要通过二倍体马铃薯杂交来改良品种，则必须破解马铃薯单倍体、二倍体和四倍体的基因组，实现难度同样很大。但植物细胞工程技术为马铃薯育种提供了可行的育种方案。下列相关植物细胞工程的说法，不合理的是(　　) A．利用组织培养可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖 B．利用茎尖分生组织培育脱毒苗，使植株具备抗病毒的能力，产品质量得到提高 C．利用原生质体融合实现体细胞杂交，可以克服远缘杂交不亲和的障碍，充分利用遗传资源 D．利用培养的愈伤组织进行诱变育种，可以显著提高变异频率，获得有用的突变体 因为茎尖分生组织细胞中病毒极少甚至无病毒 即学即练 植物繁殖的新途径 2.茎尖超低温疗法是一种马铃薯脱毒方法。科学家以单病毒PLRV(马铃薯卷叶病毒)、PVS(马铃薯S病毒)感染的马铃薯试管苗为实验材料，对不同大小的茎尖超低温处理后，再生培养，选取培养18周的20棵植株进行检测以获得病毒保存率，实验结果如表所示。 病毒感染 类型 茎尖大小 (mm) 病毒保存率 (%) PLRV 0.5 0(0/20) 1.5 35(7/20) PVS 0.5 100(20/20) 1.5 100(20/20) 注：括号内数字表示检测阳性样本量/检测总样本量。 结合以上实验结果，下列分析不正确的是(　　) A．超低温处理后的再生培养利用了植物组织培养技术 B．可以利用PCR技术检测马铃薯植株中的病毒保存率 C．1.5 mm的茎尖超低温脱毒效果优于0.5 mm的茎尖 D．应设置一组未受病毒感染的马铃薯试管苗作对照组 PLRV感染的试管苗经超低温处理后，1.5 mm的茎尖超低温脱毒效果不如0.5 mm的茎尖 杂交育种 单倍体育种 紫色非甜玉米 AASS × 白色甜玉米 aass 紫色非甜玉米 AaSs ↓ AS As aS as 花药离体培养 单倍体幼苗： AS As aS as 纯合体: 秋水仙素处理 染色体加倍 AASS AAss aaSS aass 选择紫甜玉米即为新品种 P： 紫色非甜玉米 AASS × 白色甜玉米 aass F1 紫色非甜玉米 AaSs 第1年 × 选育出紫甜的纯种 F2 A_S_ A_ss aaS_ aass 紫甜 第2年 第3年 × 生长 A_ss F3 第4年 你可以想到几种育种方法?请你设计相关实验思路。 配子： P： 情境串讲 二、作物新品种的培育 单倍体植株矮小，且多为不育 单倍体育种的流程是怎样的?它有什么优点? （一）单倍体育种： 1.过程： 情境串讲 二、作物新品种的培育 2.方法: 1.过程: 选择亲本 有性杂交 F1代 花粉离体培养 单倍体幼苗 正常 植物 花药 愈伤 组织 单倍体幼苗　 脱分化 再分化 秋水仙素处理 纯合 二倍体 花药离体培养得到单倍体幼苗，秋水仙素处理抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，染色体加倍得到稳定遗传（纯合子）的优良品种。 （一）单倍体育种： 情境串讲 二、作物新品种的培育 （一）单倍体育种： 情境串讲 二、作物新品种的培育 染色体（数目）变异、植物细胞的全能性。 3.原理: 4.优点: 杂交育种培育一个可以稳定遗传的作物优良品种，一般不断自交选优，常需5～6年。 而单倍体育种当年就能培育出所需纯合体。 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。 极大地缩短了育种的年限，节约了人力和物力。 作为体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。 5.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 （一）单倍体育种： 情境串讲 二、作物新品种的培育 （二）突变体的利用： 阅读课本41页第2-3段， 明确产生突变体的诱变处理对象是什么？ 对突变体的利用、原理和优缺点有哪些？ 情境串讲 二、作物新品种的培育 1.产生原因： 植物组织培养中由于培养的细胞一直处于不断的增值的状态，易受培养条件和外界压力（如射线，化学物质等）的影响而产生突变。 3.诱变处理对象： 2.过程： 外植体 新品种 筛选培育 愈伤组织 脱分化 多种突变体　 诱导分化 诱变处理 愈伤组织、单倍体育种获得的隐性纯合体 （二）突变体的利用： 情境串讲 二、作物新品种的培育 5.优点： 6.缺点： 提高变异的频率，加速育种进程。大幅度地改良某些性状。 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。 7.实例： 抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。 4.原理： 基因突变和植物细胞的全能性。 （二）突变体的利用： 情境串讲 二、作物新品种的培育 即学即练 作物新品种的培育 1.现有甲、乙两种二倍体纯种植物，甲植物的光合产量高于乙植物，但乙植物更适宜在盐碱地种植(相关性状均由核基因控制)。现要利用甲、乙两种植物培育出高产、耐盐的植株。下列技术不可行的是(　　) A．利用植物体细胞杂交技术，可以获得符合要求的四倍体杂种植株 B．将乙植物耐盐基因导入甲植物的体细胞中，可培育出所需植株 C．两种植物杂交后，得到的子代再利用单倍体育种，可较快获得所需植株 D．诱导两种植物的花粉融合后培育成幼苗，再用秋水仙素处理可培育出所需植株 甲、乙为不同物种，二者之间存在生殖隔离，一般不能杂交，即使能杂交，形成的后代也是不可育的 情境串讲 三、细胞产物的工厂化生产 能不能运用植物细胞工程技术来生产紫杉醇？紫杉醇是什么？ 情境串讲 三、细胞产物的工厂化生产 阅读课本41页第4-6段和相关信息， 明确植物代谢产物的分类、特点。 明确工厂化生产的细胞产物类型有哪些？ 细胞产物生产过程是怎样的？有哪些实例？ 情境串讲 三、细胞产物的工厂化生产 1.植物的代谢产物 初生代谢物 次生代谢物 生物生长生存所必需的代谢活动如糖类、脂质、蛋白质、核酸等 非生物生长所必需，在特定条件下进行 一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等） 红豆杉→紫杉醇 紫草→紫草宁 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。 应用多、产量低 利用植物细胞培养来获得目标产物的过程 2.细胞产物的工厂化生产 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 植物组织培养技术 外植体 愈伤组织 细胞悬液 细胞产物 培养、提取、破碎 分散开 去壁 （液体培养基） 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! (1)原理： (3)优点： (2)过程: 它不占用耕地，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。 植物细胞培养 概念： 情境串讲 三、细胞产物的工厂化生产 外植体 脱分化 愈伤组织 细胞产物 培养、提取 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。 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甙干粉含量高的细胞 细胞增殖　　 提取人参皂甙干粉 脱分化 培养选择 破碎细胞 放入发酵罐 3.细胞产物工厂化生产实例 情境串讲 三、细胞产物的工厂化生产 即学即练 细胞产物的工厂化生产 1.紫杉醇具有良好的抗癌作用。科研人员用植物外植体获得愈伤组织，然后在液体培养基中进行细胞悬浮培养，以获得更多紫杉醇。下列叙述错误的是(　　) A．诱导愈伤组织需要考虑外植体的取材部位、培养基组成和激素种类等 B．由愈伤组织得到悬浮细胞可以使用纤维素酶和果胶酶进行处理 C．使用液体培养基并振荡有利于细胞获取氧气和营养物质，促进细胞生长 D．利用植物细胞培养技术获得初生代谢物紫杉醇能避免大量破坏野生红豆杉种群 紫杉醇属于次生代谢物 即学即练 细胞产物的工厂化生产 1．(2023·河北选择考)植物细胞悬浮培养是将单个细胞或细胞团进行液体培养增殖的技术。下列叙述错误的是(　　) A．植物细胞悬浮培养的培养基须经无菌处理 B．经纤维素酶和果胶酶充分处理后，植物细胞团分散为单个完整的悬浮细胞 C．为使悬浮细胞正常生长，培养基须保持适当的温度、pH和渗透压 D．利用悬浮培养技术生产次生代谢物，可减少植物资源的消耗 可去除植物细胞细胞壁，获得原生质体 即学即练 标记重捕法 2.(2025·湖北选择考)水母雪莲是我国的一种名贵药材,主要活性成分次生代谢产物黄酮。水母雪莲生长缓慢,长期的期夺性采挖导致该药材资源严重匮乏。研究人员展了悬浮培养水母雪莲细胞合成黄酮的工程技术下列叙述错误的是研究,结果如表所示。下列叙述错误的是（     ）  A.黄酮产量与细胞干重呈正相关 B.黄酮是水母雪莲细胞生存和生长所必需的 C.氧气供给对于水母雪莲细胞生长、分裂和代谢是必需的 D.转速为75 r/min 时既利于细胞分裂,又利于黄酮的积累 黄酮属于次生代谢产物,次生代谢产物不是细胞生存和生长所必需的 “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。 到社会中去 手指植物 外植体 ↓ 愈伤组织 ↓ 胚状体 ↓ 试管苗 ↓ 植株 再分化 保持优良性状 快速大量繁殖 快速 繁殖 作物 脱毒 选择根尖 茎尖、芽尖 脱分化 选择花粉 培养 单倍体 纯合体 加倍 单倍体育种 化学物理因素诱导筛选 突变体利用 培养、提取 代谢产物 细胞产物的工厂化生产 ③ ①植物繁殖新途径 ②作物新品种的培育 课堂小结 植物细胞工程的应用 1.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 课堂练习 能力提升 2.下列关于农作物脱毒苗的制备和应用的叙述，错误的是( ) 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 课堂练习 能力提升 3.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 课堂练习 能力提升 4.如图是利用某种植物(基因型为AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示意图。据图判断，下列叙述错误的是 A.过程②通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为细胞有丝分裂前期 B.通过过程①②得到的植株既有纯合子又有杂合子 C.过程①属于植物的组织培养，在此过程中必须使用一定量的植物激素 或植物生长调节剂 D.与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种的年限 课堂练习 能力提升 5.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 课堂练习 能力提升 6．下列关于细胞产物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．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，一般要破碎提取其有效成分 课堂练习 能力提升 7．植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物——次生代谢物。下列相关叙述错误的是(　　) A．次生代谢物是一类小分子有机物(如酚类、萜类和含氮化合物等) B．植物细胞的次生代谢物含量很低，有些产物不能或难以通过化学合成途径得到 C．细胞产物的工厂化生产是指利用植物组织培养来获得目标产物的过程 D．植物细胞培养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 课堂练习 能力提升 8.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 课堂练习 能力提升 9．紫草素是紫草细胞的次生代谢产物，可作为生产治疗烫伤药物的原料。研究人员欲通过植物细胞培养技术生产紫草素，下列相关操作不合适的是 (　　) A．对作为外植体的紫草叶片进行消毒处理既可保证细胞活性也可减轻污染 B．培养基中要加入植物激素保证已分化的植物细胞脱分化形成愈伤组织 C．调节植物激素的种类和比例以保证愈伤组织再分化并得到完整的植株 D．在培养细胞的过程中要不断通入无菌空气以保证氧气的充足供应 课堂练习 能力提升 人教版选择性必修3 感谢观看！ Lavf58.51.100 FormatFactory : www.pcfreetime.com Lavf58.33.100 花粉幼苗A植株B $