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

该高中生物学课件聚焦植物细胞工程的应用，涵盖植物繁殖新途径、作物新品种培育及细胞产物工厂化生产。通过荷兰兰花产业、“手指植物”等实例导入，以概念解析、原理阐释、实例应用及练习巩固为支架，衔接前后知识。 其亮点在于融合生命观念（如细胞全能性）、科学思维（对比传统与单倍体育种）和探究实践（脱毒苗流程设计）。采用表格对比（如组织培养与细胞培养）、实例分析（紫杉醇生产）等方法，帮助学生构建知识体系，教师可高效实现理论与实践结合，提升教学效果。

2.1.2 植物细胞工程的应用 目录 /CONTENTS 01 02 植物繁殖的新途径 作物新品种的培育 微生物的纯培养 03 细胞产物的工厂化生产 2 01 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。 蝴蝶兰 铁皮石斛 一、植物繁殖的新途径 01 （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。 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 试管苗 （2）优点： ①高效、快速地实现种苗的大量繁殖。 ②无性繁殖，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。 （3）应用： 一、植物繁殖的新途径 快速繁殖经济林木、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。 1. 快速繁殖 （4）实例： 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 无籽西瓜 一、植物繁殖的新途径 1. 快速繁殖 “手指植物”的制作方法用到了植物组 织培养技术。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。 【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？ 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、气候等条件的限制。 【到社会中去】 马铃薯病毒苗原因 1、马铃薯为什么要进行脱毒？ 2、应该选择马铃薯的什么部位培育脱毒苗？为什么选择该部位？ 3、你能否描述出培育脱毒马铃薯的流程吗？ 4、脱毒马铃薯有什么优点？ 5、你还知道哪些作物脱毒的实例？ 01 一、植物繁殖的新途径 01 马铃薯 草莓 香蕉 组培 脱毒苗 顶端分生区（如茎尖）：病毒极少，甚至无毒 注：脱毒苗不等于抗毒苗。 （3）优点： 明显提高农作物的产量和品质 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）脱毒原因 （2）脱毒方法 一、植物繁殖的新途径 2、作物脱毒 01 （5）实例： 脱毒草莓 普通草莓 脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片 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。 （4）脱毒过程： 无病毒组织 （切取茎尖组织） 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 幼苗 完整植株 移栽成活 注：与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。 一、植物繁殖的新途径 2、作物脱毒 1.某株名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离。为了防止性状分离并快速繁殖，可利用该植株的一部分器官或组织进行离体培养，培育出完整的植株。进行离体培养时不应采用该植株的 A.茎尖 B.子房壁 C.叶片 D.花粉粒 √ 茎尖一般没有病毒积累，分裂能力强，可作为植物组织培养的材料，A不符合题意； 子房壁细胞属于体细胞，可作为植物组织培养的材料，B不符合题意； 叶片细胞属于体细胞，可作为植物组织培养的材料，C不符合题意； 花粉粒是经减数分裂形成的，在此过程中发生了基因重组，因而不一定能保持亲本的优良性状，D符合题意。 随堂练习 In-class practice 2.为给工厂繁殖脱毒甘薯苗提供技术上的支持，科研人员利用植物组织培养技术研究甘薯茎尖(外植体)大小对诱导分化苗和脱毒苗的影响，结果如表所示，下列相关叙述正确的是 茎尖大小 外植体 数/个 分化苗 数/株 脱毒苗 数/株 小于0.3 mm 20 1 1 0.3～0.5 mm 20 10 7 大于0.6 mm 20 13 4 A.在不同的培养阶段，培养基 中的激素种类和比例不同 B.脱分化过程中应给予充足光 照使其进行光合作用 C.培育脱毒苗时依据的原理有 基因突变和细胞的全能性 D.0.3～0.5 mm大小的茎尖最有利于获得抗病毒的特性 √ 随堂练习 In-class practice 实际问题： 传统的育种方法： 原理： 缺点： 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 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）？ 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？ 随堂练习 In-class practice 02 （1）过程 （2）原理： （其中花药离体培养利用了植物细胞的全能性） 染色体数目变异 花药离体培养 诱导染色体加倍 二倍体植株 单倍体植株 二倍体植株（纯合子） （秋水仙素处理） 单倍体育种包括哪些主要步骤？ 二、作物新品种的培育 1、单倍体育种 02 传统方法： 杂交育种 单倍体育种 P： 紫色非甜玉米 AASS × 白色甜玉米 aass 紫色非甜玉米 AaSs ↓ 配子： AS As aS as 花药离体培养 单倍体幼苗： AS As aS as 纯合体: AASS AAss aaSS aass 选择紫甜玉米即为新品种 现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何短时间获得纯种的紫色 ？ 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 × 生长 A_ss F3 第4年 二、作物新品种的培育 02 （3）优点： ①极大地缩短了育种的年限。 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。 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）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 为什么？ ②后代大是纯合子，能稳定遗传。 二、作物新品种的培育 02 （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 外植体 愈伤组织 试管苗 脱分化 再分化 植株 诱变 筛选 有用的突变体 突变 = 基因突变 ＋ 染色体变异 抗病、抗盐、含高蛋白、高产 突变体 [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。] 突变(基因突变和染色体变异） 植物细胞的全能性 二、作物新品种的培育 2、突变体的利用 02 （2）优点： 提高变异的频率，加速育种进程。 难以控制突变方向，需要大量处理实验材料。 （3）缺点： 白三叶草 （4）实例： 抗除草剂的白三叶草 抗花叶病毒的甘蔗 抗盐碱的野生烟草 二、作物新品种的培育 2、突变体的利用 红豆杉，又名紫衫。1971年，科学家从红豆杉树皮中分离出了紫杉醇，发现它具有独特的抗肿瘤作用。据《人民日报》2001年10月17日第5版报道，2000年国际市场上优质紫杉醇的售价已高达每千克18万美元。1994-1997年，在红豆杉分布最多、最集中的云南，红豆杉遭受了一场浩劫。盗伐者大量砍伐红豆杉，使大大小小的山沟里，到处都是被剥光树皮的裸树，溪河的水浸出鲜血般的红色树汁......野生红豆杉是濒危植物，直接从它的树皮和树叶中提取紫杉醇的传统生产方式，不仅产量低，还会对野生红豆杉资源造成严重破坏，而紫杉醇的化学全合成法尚不具备生产应用价值。 03 植物代谢 初生代谢： 生物生长生存所必需的代谢活动，一直进行 非生物生长所必需，在特定条件下进行 次生代谢： 缺点：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。 一类小分子有机化合物 (如酚类、萜类和含氮化合物等) 产物： 如糖类、脂质、蛋白质、核酸等 产物： 应用多、产量低 红豆杉→紫杉醇 紫草→紫草宁 三、细胞产物的工厂化生产 03 1.概念： 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 细胞悬液 脱分化 振荡分散 扩大培养 细胞产物 提取 2.优势 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。 植物细胞培养 选择快速增至且细胞内紫杉醇含量高的细胞 三、细胞产物的工厂化生产 03 3、实例： 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 抗菌、消炎和抗肿瘤，世界首例药用植物细胞工程产品 人参→人参皂苷 用组织培养技术生产的人参，生长速度比栽培人参约快100倍以上 10g左右 三、细胞产物的工厂化生产 外植体 ↓ 愈伤组织 ↓ 胚状体 ↓ 试管苗 ↓ 植株 再分化 保持优良性状 快速大量繁殖 快速 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 【总结】 项目 植物组织培养 植物细胞培养 利用原理 培养基（物理性质） 培养对象 培养过程 外植体→愈伤组织→芽、根→植物幼苗 愈伤组织→分散成悬浮细胞→继续培养→细胞次生代谢物 培养目的 二者关系 植物组织培养是植物细胞培养的基础；它们都属于植物细胞工程的范畴 细胞的全能性 细胞增殖 固体培养基 液体培养基 离体的植物器官、组织、细胞或原生质体 由愈伤组织分散得到的悬浮细胞 植物幼苗 细胞的次生代谢物 植物组织培养与植物细胞培养的比较 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、染色体变异 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 【四种育种方法比较】 (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)单倍体育种只是为了获得单倍体。( ) (4)突变体育种常用射线、化学物质处理愈伤组织。( ) (5)快速繁殖本质上是一种无性繁殖。( ) √ × × √ √ 随堂练习 In-class practice (6)植物的次生代谢物主要是酚类、萜类和含氮化合物等小分子有机物，是其基本生命活动所必需的物质。( ) 解析：一般认为次生代谢物是植物基本生命活动非必需的物质。 (7)植物细胞培养的原理主要是植物细胞的全能性。( ) 解析：细胞全能性不是植物细胞培养的原理，植物细胞培养的原理主要是细胞增殖。 (8)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，现已被广泛用于乳腺癌等癌症的治疗。( ) × × √ 随堂练习 In-class practice 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 随堂练习 In-class practice 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F（AaSusu）再进行自交，F，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。 提示：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。 二、拓展应用 随堂练习 In-class practice 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。 【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。 二、拓展应用 随堂练习 In-class practice FormatFactory : www.pcfreetime.com $