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

第1节 植物细胞工程 第2章 细胞工程 第2课时 植物细胞工程的应用 实际问题：名贵花卉、珍稀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……，有没有一种能够快速，高保真的繁殖方法呢？ 微型繁殖 一、植物繁殖的新途径 一、植物繁殖的新途径 (1)概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，形象地称为植物的快速繁殖技术，也叫作微型繁殖技术。 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 (胚状体) 完整植株 (2)优点： ①可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖； ②可以保持优良品种的遗传特性。(无性繁殖) (3)过程：植物组织培养 1.快速繁殖/微型繁殖 扦插、压条、嫁接等属于微型繁殖技术吗？ 不属于 一、植物繁殖的新途径 2.作物脱毒 （1）脱毒原因： 无性繁殖 感染的病毒很容易传给后代 病毒在作物体内积累 作物产量降低品质变差 作物 （2）脱毒方法: 组织培养 脱毒苗 顶端分生区（如茎尖）： 作物脱毒材料 （病毒极少，甚至无病毒。） 注意：脱毒苗不等于抗毒苗，与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。 让植物获得抗病毒能力，它的本质是去除已感染的病毒，而不是让植物以后不再被病毒感染。 分生区细胞分裂十分迅速，形成大量新细胞，病毒来不及侵入，因此是无病毒的特殊区域。 二、作物新品种的培育 单倍体育种 P 高杆抗病 DDTT 矮杆感病 ddtt ddTT矮抗(纯合子) 杂交育种 × ⊗ F1 高杆抗病 DdTt F2 D_T_ D_tt ddT_ ddtt 矮抗 P F1 高杆抗病 DDTT × 矮杆感病 ddtt 高杆抗病 DdTt 第1年 第2年 第5-7年 配子 DT Dt dT dt 收集花粉 花药离体培养 DT Dt dT dt 单倍体(不育) 第1年 第2年 DDTT DDtt ddTT ddtt 人工诱导染色体加倍 筛选 秋水仙素或低温处理幼苗（无种子） 连续自交，逐代选优，至后代不再发生性状分离为止。 如何短时间获得纯种的矮杆抗病植株（基因型ddTT）？ 在幼苗期（细胞分裂旺盛的阶段）用秋水仙素或低温处理，抑制纺锤体形成，使染色体加倍。 二、作物新品种的培育 1.单倍体育种 (1)过程： ↓ 一般，秋水仙素或低温处理幼苗(单倍体N不育，无种子) 2N植株 (杂合体) 花药离体培养 单倍体植株 人工诱导染色体加倍 二倍体植株 （纯合子） 脱分化 再分化 二、作物新品种的培育 (2)原理： ①染色体（数目）变异、②植物细胞的全能性。 (3)优点： ①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。极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。 ②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。因此它也是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。 1.单倍体育种 二、作物新品种的培育 2.突变体的利用 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）的影响而产生突变，从而形成突变体。可不可以筛选有用的突变体，培育成新品种呢？ 基因突变、植物细胞的全能性。 （2）原理： （1）过程： （3）优缺点： 提高突变频率加速育种进程，大幅度改变某些性状。 突变具有不定向性和低频性，有利变异比较少，需大量处理实验材料。 三、细胞产物的工厂化生产 三、细胞产物的工厂化生产 1.植物的代谢物： 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。 初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质、核酸等。 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。 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。 应用多、产量低 三、细胞产物的工厂化生产 （1）过程 （2）结果：只培养到愈伤组织阶段（过程不能体现植物细胞的全能性） （3）优点：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 外植体 脱分化 愈伤组织 振荡分散 细胞悬液 细胞悬浮培养 提取 细胞产物 一般用液体培养基，有利于培养的细胞与营养物质充分接触。 植物细胞培养: 指在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养，使其增殖的技术。 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。因为此时细胞分裂能力强，代谢快，产物多 三、细胞产物的工厂化生产 （4）实例： 紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。 紫草——紫草宁：具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。 红豆杉——紫杉醇：具有高抗癌活性，已被利用于乳腺癌等癌症的治疗。 人参——人参皂苷。 世界上首例药用植物细胞工程新产品 紫草 → 紫草宁（具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性） 红豆杉 → 紫杉醇 比较项目 植物组织培养 植物细胞培养 目的 原理 过程 应用 获得植物体 获得细胞产物 植物细胞的全能性 细胞增殖 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 植物组织培养和植物细胞培养的比较 课堂小结 外植体 ↓ 愈伤组织 ↓ 胚状体（诱导生芽，生根） ↓ 试管苗 ↓ 植株 再分化 保持优良性状 快速大量繁殖 微型 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 筛选 课后习题 　　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。（　　） ✔ ✘ 课后习题 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 课后习题 　　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。但这种方法比较繁琐，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。 课后习题 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。 $