2.1植物细胞工程（第2课时）2025-2026学年高二生物同步备课优质课件（人教版2019选择性必修3）

指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法,通过细胞器、细胞或组织水平上的操作,有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。 细胞工程： 操作水平 目的 分类：植物细胞工程和动物细胞工程 原理和方法 第1节 植物细胞工程 第2章 细胞工程 2 教学目标 TEACHING OBJECTIVES 学习目标： 1.概述植物组织培养和植物体细胞杂交技术的原理和过程。 2.举例说明植物细胞工程的应用有效提高了生产效率。 重难点： 1.植物组织培养的原理和过程。 2.植物体细胞杂交技术的原理。 3.植物细胞工程应用的实例。 4.植物组织培养的实验。 植物细胞工程的应用 2 植物细胞工程的基本技术 1 目录 CONTENT 植物组织培养 植物体细胞杂交技术 原理 步骤 意义 共同点 联系 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 植物细胞的全能性 离体的植物器官、组织或细胞 愈伤组织 脱分化 再分化 根、芽或胚状体 植物体 生长发育 植物细胞A 植物细胞B 原生质体A 去壁 原生质体B 去壁 人工诱导 融合的原生质体AB 杂种细胞AB 愈伤组织 脱分化 再生细胞壁 杂种植株 再分化 保持优良性状，繁殖速度快 植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术 打破生殖隔离， 克服不同种生物远缘杂交的障碍 都属于无性生殖；最终结果都是培育出植物体 回顾练习 1.过程：①为 ，②为 ，③为 ，④为 ， ⑤为 。 2④过程一般 光照；⑤过程 光照，因为 。 影响④、⑤过程的关键因素是 ，主要是 和 ， 二者添加的 会影响脱分化和再分化过程。 3.细胞融合成功的标志是 ，植物体细胞杂交技术成功的标志是 。植物体细胞杂交技术的原理是 。 去除细胞壁 诱导细胞融合 再生出新的细胞壁 脱分化 再分化 再生出新的细胞壁 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 形成杂种植株 需要 植物激素 细胞分裂素 生长素 浓度及比例 不需要 叶绿素的合成需要光照 6 3 植物细胞工程的应用 1.植物繁殖新途径——快速繁殖 （也叫微型繁殖） 原理： 植物细胞的全能性 生殖方式： 一般为无性生殖（有丝分裂，亲、子代细胞DNA相同，可以保持亲代优良的遗传特性） 问：为什么植物组织培养可以进行快速繁殖？ 植物组织培养到愈伤组织阶段，细胞进行旺盛、快速的有丝分裂，从而获得大量的组织细胞。不断地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。另外，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。 实际应用： 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。 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。 2.作物脱毒 传统农业生产中，无性繁殖的方式进行繁殖的作物，感染的病毒很容易传给后代，并在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低、品质变差。 为什么？ 连翘：清热解毒、消肿散结、消炎 普通草莓 脱毒草莓 ①脱毒苗≠抗毒苗 脱毒苗：是选择植物的茎尖进行组织培养获得的，只是体内不含病毒， 但不能抵抗病毒侵染，属于细胞工程的范畴； 抗毒苗：是把某抗病基因导入植物细胞，属于基因工程的范畴。 ②作物脱毒与快速繁殖相比，二者无本质区别，只是取材部位不同。 脱毒方法： 顶端分生区如茎尖、根尖 脱毒苗 组织培养 试管苗 移栽 病毒极少，甚至无病毒 优点： 脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物。 P： 杂交育种 紫色非甜玉米 AASS × 白色甜玉米 aass F1： 紫色非甜玉米 AaSs 第1年 × F2： A_S_ A_ss aaS_ aass 第2年 选育出紫甜的纯种 AAss 紫甜 第3年 × 生长 A_ss F3： 第4年 问：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）？ 传统育种方法： 原理： 缺点： 通过杂交把两亲本的优良性状组合在同一后代中(基因重组) 杂交育种 多年纯化和选择，才得到符合理想要求的新品种。 如何解决育种时间过长的问题？ 2.作物新品种的培育——单倍体育种 （1）什么是单倍体？ （2）单倍体生物体细胞中一定只含1个染色体组吗？ 由生殖细胞（配子）直接发育而来的生物。 卵细胞 → 雄蜂 不一定，如四倍体（4N=48)马铃薯的配子中有2个染色体组，由其发育而来的单倍体植株含2个染色体组。 （3）特点： 枝叶茎杆弱小，果实多而小，一般高度不育。 含偶数个染色体组：可育 含奇数个染色体组：高度不育（联会时紊乱） 如何解决单倍体植株高度不育的问题？ 低温等极端环境或用秋水仙素处理→ 能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞的两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。 P： 单倍体育种 紫色非甜玉米 AASS × 白色甜玉米 aass F1： 紫色非甜玉米 AaSs 配子（花药） AS As aS as 减数分裂 第1年 第2年 选育出紫甜的纯种新品种 花药离体培养 组织培养 AASS AAss aaSS aass 单倍体幼苗 AS As aS as 秋水仙素处理 正常植株 优点： 缺点： 操作复杂 ①能明显缩短育种的年限。 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。 ②后代大都是纯合子，能稳定遗传。 注：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。 （4）过程 脱分化→再分化 花药离体培养 秋水仙素处理 原理：_______________ 原理：_______________ 植物细胞的全能性 染色体数目变异 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 2.作物新品种的培育——突变体的利用 （1）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，因此容易受到培养条件和诱变因素（如射线、化学物质等）影响产生突变。这对育种有何启发？ 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 试管苗 筛选 培育 新品种 突变体 诱变处理 突变(基因突变+染色体变异） 植物细胞的全能性 【思考】诱变处理的对象为什么要选择愈伤组织？ 【思考】产生的变异一定符合需要吗？ 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。 2.作物新品种的培育——突变体的利用 提高愈伤组织的突变率，加快育种进程，大幅度地改良某些性状。 突变具有不定向性和低频性，需要处理并筛选大量突变材料。 已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的新品种。 （2）优点： （3）缺点： （4）实例： 抗花叶病毒的甘蔗 抗盐碱的烟草 紫草宁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。20世纪80年代，利用植物细胞培养生产的紫草宁投入市场，成为世界首例药用植物细胞工程产品。 紫草 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,现在已被广泛用于乳腺癌等癌症的治疗。生产紫杉醇的传统方法是从红豆杉的树皮和树叶中提取,但野生红豆杉是濒危植物，这种方法不利于对它们的保护。我国科学家经过多年研究，筛选出了高产紫杉醇的细胞。 红豆杉 我国科学家早在1963年就成功地培育了人参的组织；后来又实现了利用人参细胞培养来生产人参中重要的活性成分— 人参皂苷。 3.细胞产物的工厂化生产 · 方法：植物细胞培养→获得目标产物 ·原理： 细胞增殖 植物细胞培养：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 外植体 愈伤组织 单个细胞 脱分化 振荡 分散 细胞悬浮培养 细胞产物 破碎 提取 液体培养液（有利于培养的细胞与营养物质充分接触） 问：培养细胞获得目标产物用液体还是固体培养基？ 问：用这种培养方法获得细胞产物，需要培养到完整植株吗？ 一般培养到愈伤组织即可。此时细胞分裂旺盛，代谢快，有利于产物生成。 注意：植物细胞培养没有体现细胞的全能性。 不占用耕地；不受季节、天气的限制；对社会、经济、环保具有重要意义。 · 优点： 补充——植物的代谢产物 1.初生代谢物： 2.次生代谢物： 初生代谢指生物生长生存所必需的代谢活动，整个生命过程一直进行。 初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质、核酸等。 次生代谢不是植物基本的生命活动所必需的产物，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。 产物：一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等） 缺点：①含量很低； ②从植物组织提取会大量破坏植物资源； ③有些产物不能或难以通过化学合成途径得到。 应用：在植物抗病、抗虫方面发挥作用； 很多药物、香料和色素等的重要来源。 1．植物细胞工程的应用取得了显著的社会效益和经济效益，以下对应正确的是(　　) A．植物快速繁殖技术——打破生殖隔离 B．单倍体——体细胞诱变育种的材料 C．植物体细胞杂交技术——精准控制成体性状 D．细胞产物的工厂化生产——体现了植物细胞全能性 B 习题检测 2.下图表示植物细胞工程中利用愈伤组织培育植株或得到细胞产物的过程。下列叙述正确的是(　　) A．利用花粉通过②⑤过程获得植株B的育种方法称为单倍体育种 B．植物的快速繁殖技术和脱毒苗的获得均需通过①④过程 C．可通过⑧过程获得人参皂苷，该过程体现了植物细胞的全能性 D．③⑦过程可用于突变体的获取，原因是诱变剂使细胞发生了定向突变 B 感谢观看! 2019人教版·生物·选择性必修3 21 EVCapture4.1.9软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $