2.1.2植物细胞工程（第2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2章 细胞工程 第1节 植物细胞工程（2） 植物细胞工程的应用 铁皮石斛：兰科石斛属植物，茎直立、圆柱形， 花期3-6月，生长在于海拔1600m左右 的山地半阴湿岩石上。 具有滋阴清热、益胃生津的功效，常用于治疗热病伤津、口干烦渴、病后虚热等症状。 由于铁皮石斛种子微小且不含胚乳，无法独立萌发，必须与特定真菌共生才能发芽，自然萌发率不足4%‌，且繁殖依赖特定条件‌，所以铁皮石斛自然繁殖产量极低‌，远不能满足市场需求。 如何能让铁皮石斛大量、快速地繁殖呢？ 1 植物繁殖的新途径 【自主学习】阅读教材P39，思考下列问题： 1.什么是快速繁殖技术？ 2.快速繁殖技术有哪些特点？ 3.作物为什么要进行脱毒？应该选择植物的什么部位培育脱毒苗？为什么要选择该部位？ 4.培育脱毒作物的流程是怎样的？有何优点？ （一）快速繁殖（微型繁殖） 1.概念： 2.优点： 3.过程： 4.实例： 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。 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。 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 芽、根 试管苗 植株 移栽 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的苗木。 原理：植物细胞具有全能性 植物繁殖的新途径 注意：扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖技术。 （没有经过组织培养） 思考：为什么植物微型繁殖技术可以保持优良品种的遗传特性？ 思考：为什么马铃薯、草莓和香蕉的产量会越来越低，品质会越来越差？ 植物组织培养过程中细胞只进行有丝分裂，因此是一种无性生殖的技术，无性生殖的后代其遗传物质组成与亲代一致。 ①这些作物通常是使用无性生殖的方式进行繁殖的，它们感染的病毒很容易传给后代； ②病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低，品质变差。 （二）作物脱毒 1.原因： 3.特点： 4.实例： 无性繁殖的作物，感染的病毒容易传给后代。病毒积累，导致作物产量降低、品质变差。 明显提高农作物的产量和品质 脱毒草莓 普通草莓 脱毒苗 ≠ 抗毒苗 2.方法： 顶端分生区（如茎尖） 组织培养 脱毒苗 作物脱毒应选用植物分生区的细胞，因为该部位病毒极少，甚至无病毒 2 作物新品种的培育 【自主学习】阅读教材P40，描述单倍体育种、杂交育种及植物体细胞杂交的过程，比较其区别： （一）单倍体育种 1.方法： 2.优点： 花药的离体培养获得单倍体植株 染色体加倍 选择性状相对稳定遗传优良品种 a.后代都是纯合子，能稳定遗传； b.明显缩短育种年限，加速育种进程； c.是体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。 4.原理： 染色体数目变异 3.过程： 主要包括花药离体培养和人工诱导染色体加倍两个过程。 优良品种 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 花药 植物细胞的全能性（花药离体培养） 缺点：操作复杂 秋水仙素处理 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。 5.实例： 还有其他育种方式吗？ 9 紫色非甜玉米（基因型为AASS ）和白色甜玉米（基因型为aass ）杂交,得到的F1（ AaSs ）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。 植物的不同育种方式 科学思维 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 的紫甜纯种 F2 A_S_ A_ss aaS_ aass 紫甜 传统方法： 杂交育种 第2年 第3年 × 生长 A_ss F3 第4年 配子： AS As aS as AS As aS as 秋水 仙素 AAss aaSS aass AASS 紫甜 P 紫色非甜 AASS × 白色甜 aass F1 紫色非甜 AaSs 第1年 单倍体幼苗： 纯合体: 单倍体育种 第2年 单倍体育种 植物体细胞杂交育种 花药 离体培养 单倍体幼苗 秋水仙素诱导 纯合二倍体植株 选择 优良品种 花药离体培养 人工诱导染色体加倍 A细胞 B细胞 A原生质体 B原生质体 杂种细胞 愈伤组织 试管苗 杂种植株 植物细胞融合 植物组织培养 传统杂交育种 甲品种 乙品种 × F1(丙品种) ⊗ F2(丁品种) ⊗ … 新品种 人工杂交 筛选 均为有性生殖 单倍体育种与杂交育种比较 杂交育种 单倍体育种 流程不同 亲本不同 子代不同 周期不同 优点不同 原理不同 杂交+筛选 花药离体培养+诱导染色体加倍 同一物种的两性亲本 只需要雄性亲本的花药 通常杂合子和纯合子均存在 均为纯合子 一般需要5~6年 当年就可获得 操作较为简单 大大缩短育种年限 基因重组 植物细胞全能性、染色体数目变异 均为染色体变异 单倍体育种与植物体细胞杂交育种比较 植物体细胞杂交育种 单倍体育种 流程不同 起点不同 终点不同 优点不同 原生质体融合+植物组织培养 花药离体培养+诱导染色体加倍 体细胞 花粉 一般为四倍体杂种植株 一般为二倍体纯合子 打破种间生殖隔离 实现远缘杂交 大大缩短育种年限 后代一般为纯合子 植物体细胞杂交育种与传统杂交育种比较 杂交育种 植物体细胞杂交育种 流程不同 亲本不同 子代不同 周期不同 优点不同 原理不同 杂交+筛选 原生质体融合+植物组织培养 同一物种的两性亲本 可以为不同植物的体细胞 一般为二倍体 一般为四倍体杂种植株 一般需要5~6年 当年就可获得 操作较为简单 可以实现种间杂交 基因重组 植物细胞全能性、染色体数目变异 1.填一填 1.操作简便的育种方法： 2.能产生新性状的育种方法： 3.能打破生殖隔离的育种方法： 4.显著缩短育种周期的育种方法： 5.能产生无子果实的育种方法： 杂交育种 诱变育种 植物体细胞杂交育种 单倍体育种 多倍体育种 课 堂 检 测 2.用基因型分别为AABBDD、aabbdd(三对基因独立遗传)的甲、乙两个品种进行如图212所示的育种，下列相关叙述正确的是（ ） 甲品种 乙品种 × ① F1(丙品种) ② ⊗ F2(丁品种) ⊗ … 新品种 ③ 花药 戊幼苗 己植株 新品种 ④ ⑤ A.③④⑤培育新品种的过程中，戊、己的染色体数目相同 B.②过程获得的丁植株中不能稳定遗传的个体占总数的7/8 C.⑤过程中可用秋水仙素处理戊萌发的种子获得己植株 D.④过程使用的花药在甲、乙两个品种的植株上都可以采集到 B 戊为单倍体植株，高度不育，几乎不结种子，只能处理幼苗 课 堂 检 测 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。 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。 18 （二）突变体的利用 1.原因： 2.过程： 3.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）的影响而产生突变。 诱变处理 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。 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 突变体 筛选培育 新品种 筛选对人们有利的突变体,进而培育成新品种。 4.优点： 基因突变和植物细胞的全能性。 5.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。 缺点：难以控制突变方向，有利性状少，需要大量实验材料。 例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。 6.意义： 3 细胞产物的工厂化生产 【自主学习】阅读教材P41，回答下列问题： 1.植物的代谢产物类型有哪些？有何区别？ 2.什么是植物细胞培养? 3.细胞产物的工厂化生产生产过程是怎样的？有哪些优点？实例？ （一）植物的代谢 1.初生代谢： 2.次生代谢： 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。 次生代谢物的作用： 次生代谢物的缺点： 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) a.植物的抗虫、抗病等方面； b.很多药物、香料和色素等的重要来源。 ①植物细胞的次生代谢物含量很低。 ②有些产物不能或难以通过化学途径得到。 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。 （二）细胞产物的工厂化生产 1.概念： 利用植物细胞培养来获得目标产物的过程。 2.过程： 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 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。原理：细胞增殖 注意： 1.一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； 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。 快速高效，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。 3.优点： 4.意义： 5.实例： （1）工厂化生产人参皂甙干粉 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 （2）工厂化生产紫杉醇 离体植物组织 脱分化 愈伤组织 从愈伤组织中提取紫杉醇 23 A.该生产途径依据的原理是植物细胞具有全能性 B.过程①需控制好培养基中植物激素或植物生长调节剂的比例 C.经过过程①，细胞的形态和结构发生变化 D.过程③需使用液体培养基，有利于细胞增殖 3.如图是通过植物细胞工程获得紫杉醇的途径，下列叙述不正确的是（ ） A 细胞增殖 课 堂 检 测 24 外植体 愈伤组织 试管苗 脱分化 再分化 植株 作物脱毒 选择顶端分生组织 快速繁殖 单倍体育种 选择花药 进行诱变 突变体的利用 分散后 悬浮培养 细胞产物的工厂化生产 植物新品质的培育 植物繁殖的新途径 筛选 课堂小结 4.育种工作者利用不同的方法进行了如图四组实验。请据图2-13回答下列问题： 番茄韧皮部细胞 组织培养 幼苗A 细胞分裂 细胞分化 植物体A Ⅰ （1）图Ⅰ过程由番茄韧皮部细胞形成幼苗A过程要经过 形成愈伤组织，再经过再分化形成幼苗，该过程依据的原理是 。 脱分化 植物细胞具有全能性 花粉 组织培养 幼苗B 秋水仙素 植物体B Ⅱ （2）已知番茄的红果（Y）对黄果（y）为显性，少室（M）对多室（m）为显性，控制两对性状的基因位于两对同源染色体上。用红果多室（Yymm）番茄植株的花粉进行Ⅰ、Ⅱ有关实验，则Ⅱ过程中，从花粉形成幼苗B所进行的细胞分裂方式是 。若Ⅲ过程的花粉来自Yymm，则植物C的基因型为 。 花粉 细胞A 组织培养 植物体C Ⅲ 花粉 有丝分裂 YYmm yymm Yymm 课 堂 检 测 （3）植物组织培养除了需要提供一定营养、 、温度和光照外，还必须再无菌的条件下进行。 植物激素 （4）若获得植株D首先需对马铃薯的韧皮部细胞用 处理以去除细胞壁，形成 。 （5）获得植株D的过程叫 ，该育种方式利用的原理是 ，该过程中诱导细胞融合的方法有 （写出一种），细胞B有 种类型。 番茄韧皮部细胞 细胞B 组织培养 植物体D Ⅳ 马铃薯韧皮部细胞 纤维素酶和果胶酶 原生质体 植物体细胞杂交 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 电融合法 5 课 堂 检 测 $