2.1.2植物细胞工程的应用课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

2-1-2 植物细胞工程的应用 知识梳理 一、植物繁殖的新途径 （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。 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。 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。 2. 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）不受季节限制，培养周期短，可实现产业化。 2 知识梳理 一、植物繁殖的新途径 （一）快速繁殖 ▲图2-5 铁皮石斛的产业化育苗 3 知识梳理 一、植物繁殖的新途径 （二）作物脱毒 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 1. 作物体内病毒积累的原因 4 知识梳理 一、植物繁殖的新途径 （二）作物脱毒 2. 作物脱毒的方法 外植体：顶端分生区（如茎尖、根尖： 病毒极少，甚至无毒） 组培 脱毒苗 注意：①脱毒苗不等于抗毒苗。 ②与快速繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。 ▲图2-6 脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片 3. 优点： 明显提高作物的产量和品质。 5 知识梳理 一、植物繁殖的新途径 （二）作物脱毒 4. 应用： 在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。 6 知识梳理 一、植物繁殖的新途径 （三）人工种子 1. 概念： 将植物离体培养产生的体细胞胚、芽等包埋在含有营养成分和保护功能的物质中而制成的。在条件适宜时，它同普通种子一样可以发芽成苗。 通常人工种子包括体细胞胚、人工胚乳和人工种皮三部分。其最外层为有机的薄膜包裹 （人工种皮），中间含有体细胞胚萌发所需要的营养成分和植物激素 （人工胚乳），最里面是体细胞胚等。 2. 优点： 人工种子的生产过程不受季节限制，可以大量、快速繁殖优良品种，对于生育周期长、育性不良且难于有性繁殖的植物，具有更重要的意义。 7 （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）脱毒草莓能明显提高产量，但品质没有发生变化 （　 　） （4）作物脱毒所培养材料常选自顶端分生组织 （　 　） （5）快速繁殖本质上是一种无性繁殖 （　　 ） 判断常考语句，澄清易混易错 知识梳理 知识梳理 二、作物新品种的培育 （一）单倍体育种 1. 单倍体 （1）概念： （2）成因： 体细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同的个体。 由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而来的个体。 （3）实例： ①动物：蜜蜂中的雄蜂 9 知识梳理 二、作物新品种的培育 （一）单倍体育种 1. 单倍体 （1）概念： （2）成因： 体细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同的个体。 由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而来的个体。 （3）实例： ①动物：蜜蜂中的雄蜂 ②植物： 在自然条件下，玉米、高粱、水稻、番茄等二倍体植物，偶尔也会出现单倍体植株。与正常植株相比，单倍体植株长得弱小，而且高度不育（减数分裂时没有同源染色体的联会）。 10 知识梳理 二、作物新品种的培育 （一）单倍体育种 2. 单倍体育种 离体花药 组织 培养 单倍体植株 秋水仙素 染色体加倍 正常植株 DdTt DT dt dT Dt 花药离 体培养 减数 分裂 单倍体植株 花粉 DT dt dT Dt 秋水仙素 处理幼苗 DDTT ddtt ddTT DDtt 纯合子植株 人工选育 筛选 优良品种 （1）过程： 11 知识梳理 二、作物新品种的培育 （一）单倍体育种 2. 单倍体育种 离体花药 组织 培养 单倍体植株 秋水仙素 染色体加倍 正常植株 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 玉米（2n)单倍体育种 筛选 优良品种 （1）过程： 12 知识梳理 二、作物新品种的培育 （一）单倍体育种 2. 单倍体育种 （1）过程： （2）原理： ①植物细胞的全能性 ②染色体变异 （3）优点： （4）缺点： 明显缩短育种年限，节约了大量的人力和物力 技术复杂 ②由于大多数单倍体植株的细胞中只有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐形性状容易显现，因此也是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。 （5）应用： ①作物育种 13 知识梳理 二、作物新品种的培育 （一）单倍体育种 2. 单倍体育种 （5）实例： ①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。 ②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。 14 知识梳理 二、作物新品种的培育 （二）突变体的利用 1. 产生的原理 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（基因突变或染色体变异）。 2. 突变体育种的原理： 突变+植物细胞的全能性 外植体 愈伤组织 试管苗 脱分化 再分化 植株 培养条件和诱变因素 筛选 有用的突变体 3. 应用： 培育抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体。 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。 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。 5. 缺点： 15 知识梳理 项目 原理 优点 一般流程 单倍体育种 ①植物细胞的全能性 ②染色体变异 极大地缩短了育种年限 突变体育种 ①突变 ②植物细胞的全能性 产生新性状 单倍体育种和突变体育种的比较 知识梳理 三、细胞产物的工厂化生产 （一）初生代谢物 1. 初生代谢：是生物生长和生存所必需的代谢活动； 2. 初生代谢物：有糖类、脂质、蛋白质、核酸等。 1. 次生代谢： （二）次生代谢物： 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进行的代谢活动。 2. 次生代谢物： ①概念：一般认为不是植物基本生命活动所必需的产物。 ②本质：一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等） ③作用：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特点：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。 17 知识梳理 三、细胞产物的工厂化生产 （三）细胞产物的工厂化生产 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 4. 优势： 不占用耕地、不受季节、天气的限制。 1. 概念： 3. 过程： 利用植物细胞培养来获得目标产物。 2. 植物细胞培养： 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。 18 知识梳理 三、细胞产物的工厂化生产 （三）细胞产物的工厂化生产的过程 5. 实例： 紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。 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 19 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 获得植物体 原理 培养基     过程 应用 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 获得细胞产物 植物细胞的全能性 细胞增殖 知识梳理 固体培养基 液体培养基 典例 2.（2025湖北）5．水母雪莲是我国的一种名贵药材，主要活性成分为次生代谢产物黄酮。水母雪莲生长缓慢，长期的掠夺性采挖导致该药材资源严重匮乏。研究人员开展了悬浮培养水母雪莲细胞合成黄酮的工程技术研究，结果如表所示。下列叙述错误的是（　　） B 转速（r/min） 55 65 75 85 相对生长速率 0.21 0.25 0.26 0.25 细胞干重（g/L） 7.5 9.7 11.4 9.5 黄酮产量（g/L） 0.2 0.27 0.32 0.25 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75r/min时既利于细胞分裂，又利于黄酮的积累 （1）单倍体育种的过程就是花药离体培养的过程（　　） （2）突变体育种常用射线、化学物质处理愈伤组织（　　） （3）次生代谢物在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源 （　　） （4）紫杉醇存在于红豆杉属植物体内，是初生代谢物，具有高抗癌活性，现在已被广泛用于乳腺癌的治疗 （　　 ） （5）植物细胞培养的原理是利用了植物细胞的全能性 （　　） 判断常考语句，澄清易混易错 知识梳理 知识梳理 “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 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。（ ） 练习与应用 一、概念检测 ✔ ✘ 25 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 一、概念检测 D 26 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。 练习与应用 一、概念检测 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。 27 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 一、概念检测 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。 28 【归纳总结2】四种育种方法的比较 育种方法 原理 过程 优点 快速繁殖   脱分化、再分化 保持优良品种的遗传特性 突变体 的利用 基因突变、 细胞的 ; 对愈伤组织进行诱变处理后再筛选 提高 ，获得优良性状 单倍体 育种 细胞的 、 ; 、 诱导染色体数目加倍 明显缩短？ 植物体细 胞杂交 细胞膜的 、 细胞的 ; 融合、 杂种细胞组织培养 打破 ， 实现 。 细胞的全能性 全能性 突变率 全能性 染色体变异 先花药离体培养 再秋水仙素 育种年限 流动性 全能性 植物细胞 生殖隔离 远缘杂交 $