2.1植物细胞工程第二课时课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第1节 植物细胞工程 （第二课时） 第2章 细胞工程 植物细胞工程的应用 1 植物繁殖的新途径 01 探究新知 2 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，也叫微型繁殖技术。 2.过程 愈伤组织 再分化 芽、根 试管苗 外植体 脱分化 植株 移栽 3.生殖方式 一般为无性生殖 4.原理 植物细胞的全能性 5.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 (一) 快速繁殖 6.实例 为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提供苗木。甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。 铁皮石斛的工厂化生产 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、气候等限制。 思考：植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？ （学习讲义p37） 一、植物繁殖的新途径 (二) 作物脱毒 一、植物繁殖的新途径 (二) 作物脱毒 1.作物脱毒的原因 作物病毒积累 马铃薯 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 普通草莓 脱毒草莓 一、植物繁殖的新途径 (二) 作物脱毒 2.选材部位及原因 植物 。 顶端分生区附近（如茎尖、根尖） 　　　 　　的病毒极少，甚至　 　　。 分生区附近 无病毒 部位： 原因： 3. 脱毒方法 茎尖 脱分化 愈伤组织 再分化 芽、根 试管苗 脱毒苗 移栽 通过组织培养技术获得的脱毒苗是否具有抗病毒能力？ 与快速繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。 注：脱毒苗≠抗毒苗 抗毒苗 抗病基因 导入 植物细胞 植物组织培养 完整植株 基因工程范畴 一、植物繁殖的新途径 (二) 作物脱毒 4.原理 5.优点 6.实例 植物细胞的全能性 明显提高农作物的产量和品质 马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。 马铃薯 脱毒草莓 甘蔗 菠萝 香蕉 拓展延伸 人工种子 1.概念 2.过程 4.生殖方式 通过植物组织培养的方法获得的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料外面包被着人工薄膜，在适宜的条件下可以发芽成幼苗的种子。 外植体 愈伤组织 脱分化 胚状体 再分化 完整植物体 制成人工种子 种下去 包裹人工种皮 无性生殖 胚状体 人工胚乳 人工种皮 人工薄膜，透气透水 胚状体（不定芽、顶芽和腋芽） 营养物质+抗生素、 农药+有益菌+植物生长调节剂 3.组成 拓展延伸 人工种子 5.优点 ⑤后代无性状分离，保持优良品种的遗传特性 ①易于储藏和运输 ④解决某些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题 ③避免占用大量土地制种，节约粮食 ②不受季节、气候和地域的限制 作物新品种的培育 02 探究新知 11 情境材料 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？ 传统方法： 杂交育种 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 ↓ × 选育出需要 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 传统的育种缺点 多年纯化和选择，才得到符合理想要求的新品种。 问题:如何解决育种时间过长的问题？请你设计相关实验的思路，并写出相关的遗传图解。 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 × A_ss F3 第4-6年 配子： P： 二、作物新品种的培育 连续自交多代 第1年 第2年 二、作物新品种的培养 （一）单倍体育种： 1.过程： 有性 杂交 单倍体植株矮小且多为不育 花药离体培养 优良品种 花药 花粉 P 单倍体 纯合二倍体 诱导染 色体加倍 选择 F1 二、作物新品种的培养 （一）单倍体育种： 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。 1.过程: 后代都是纯合子，能稳定遗传 明显缩短育种年限，加速育种进程 作为体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料 3.优点: 染色体（数目）变异、植物细胞的全能性。 2.原理: 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。 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。 4.实例： 二、作物新品种的培养 （一）单倍体育种： 资料1：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。 作物新品种的培育：突变体的利用 从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。 问题1：这对你有什么启发？ 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。 不一定，因为突变是不定向的。 问题2：诱变处理的对象？为什么？产生的变异一定符合需要吗？ 17 二、作物新品种的培养 （二）突变体育种： 组织培养时，由于培养的细胞一直处于不断的分生状态，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。 2..原理： 1.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 基因突变和植物细胞的全能性。 二、作物新品种的培育 (二) 突变体的利用 4.优点 提高突变率；加速育种进程；产生新基因，大幅度改良某些性状。 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。 6.实例 抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。 细胞产物的工厂化生产 03 探究新知 20 三、细胞产物的工厂化生产 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 21 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 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。 （1）含义 22 次生代谢物 （2）化学本质 小分子有机物(酚类、萜类和含氮类) （3）作用 植物抗病、抗虫 （4）应用 药物、香料、色素 （5）缺点 ①直接获取困难 含量低、从植物组织提取会大量破坏植物资源 有些产物不能或难以通过化学合成途径得到 ②化学合成困难 利用植物细胞培养来获得目标产物 细胞产物的工厂化生产 23 植物细胞培养 ①概念： 指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。 ②原理： 细胞增殖 ③材料： 最好是愈伤组织。 三、细胞产物的工厂化生产 (二) 细胞产物的工厂化生产 1.概念 人们期望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。 植物细胞培养反应器 ④培养基： 液体培养基（培养液）。 细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。 有利于培养的细胞与营养物质充分接触。 三、细胞产物的工厂化生产 (二) 细胞产物的工厂化生产 2.过程 愈伤组织 振荡分散 细胞悬液 细胞 悬浮培养 外植体 脱分化 细胞产物 提取 3.优点 不占用耕地、几乎不受季节、天气等的限制；对于社会、经济、环境保护具有重要意义。 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! 4.实例 组培技术生产的人参，生长速度比栽培人参约快100倍以上。 红豆杉→紫杉醇 紫草→紫草宁 抗菌、消炎和抗肿瘤，世界首例药用植物细胞工程产品。 具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的治疗。 人参→人参皂苷 三、细胞产物的工厂化生产 4.实例： (1)工厂化生产人参皂甙干粉的基本流程： 脱分化 培养选择 破碎细胞 放入发酵罐 人参根 愈伤组织 增长速度快人参皂甙干粉含量高的细胞 愈伤组织 人参皂苷粉 三、细胞产物的工厂化生产 4.实例： (2)工厂化生产紫杉醇的基本流程： 离体植物组织 脱分化 愈伤组织 从愈伤组织中提取紫杉醇 红豆杉 紫杉醇 问题6:植物细胞培养与植物组织培养有什么区别? 核心归纳 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 培养基物理性质 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 固体培养基 液体培养基 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 核心归纳 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 植物细胞的 、 ; 、 诱导染色体数目加倍 明显缩短 . 植物体细 胞杂交 细胞膜的 、 植物细胞的 ; 融合、 杂种细胞组织培养 打破 ， 实现 。 植物细胞的全能性 全能性 突变率 全能性 染色体数目变异 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 “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 练习与应用 04 31 练习与应用 一、概念检测 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 练习与应用 二、拓展应用 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。 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。 练习与应用 【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。 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。 THANKS 35 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $