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

石斛 驱解虚热，益精强阴等疗效、观赏价值。 连翘 清热解毒、消肿散结、消炎 兰花 名贵花卉，具有极高的观赏价值，能食用，入药 经济苗木、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……如何解决？ 导入 第2章 细胞工程 一 植物细胞工程的基本技术 植物细胞工程的应用 一、植物繁殖的新途径——快速繁殖 1.快速繁殖 (2)生殖方式： 一般为无性生殖 (3)原理： 植物细胞的全能性 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。 (1)概念： 用于快速繁殖优良品种的 ，被人们形象称为快速繁殖技术，也叫作微型繁殖。 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； ③几乎不受自然生长季节的限制，培养周期短； (4)优点： ④选材少，繁殖率高，便于自动化管理，实现产业化生产。 (5)应用： 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。 铁皮石斛 金花茶 君子兰 红豆杉 一、植物繁殖的新途径 1、植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？ 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。 2、多肉是如何繁殖的？是否属于微型繁殖技术？ 【思考.讨论】 压条 嫁接 扦插、压条、嫁接等过程属于无性繁殖。 但过程中未经过脱分化、再分化等，不属于植物组织培养，因此不属于微型繁殖技术。 扦插 一、植物繁殖的新途径——作物脱毒 2.作物脱毒 马铃薯 香蕉 草莓 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 (1)脱毒原因: 植物顶端分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒。 （植物分生区细胞繁殖较快，无维管束，病毒难以进入） (2)脱毒方法: (3)选材原因: 切取植物一定大小的茎尖，进行组织培养技术，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。 (5)实例: 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)优点: 明显提高作物的产量和品质 未脱毒草莓 脱毒草莓 二、作物新品种的培育 缺点：选育出一个可以稳定遗传的优良品种，一般要经过5一6年的连续筛选。 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 × F2 A_S_ A_ss aaS_ aass 传统方法： 第2年 第3年 选育出需要的 紫色甜玉米（AAss） 生长 紫甜（AAss、Aass） × A_ss F3 第4年 (P42拓展应用1) 现有紫色非甜玉米(基因型AASS)、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)？ 【思考】如何解决育种时间过长的问题？ 杂交育种 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) 单倍体育种 二、作物新品种的培育——单倍体育种 1.单倍体育种 (1)举例： 紫色非甜玉米 × 白色甜玉米 P： P： AASS × aass F1 AaSs AaSs AS As aS as AS As aS as AASS AAss aaSS aass （种子） 第 一 年 （植物体） 减数 分裂 （花粉） 花药离体培养 （单倍体幼苗） 秋水仙素处理 （二倍体纯合植株） 第 二 年 播种 (2)单倍体育种的方法： 先 (所用技术 )获得单倍体幼苗；再经 处理诱导 加倍，当年就可以得到遗传性状相对稳定的纯合二倍体植株。 花药离体培养 植物组织培养 秋水仙素 染色体数 二、作物新品种的培育——单倍体育种 1.单倍体育种 植物细胞的全能性、染色体数目变异 (3)过程： 先花粉离体培养 单倍体 幼苗 纯合体 二倍体 筛选 优良性状 纯合体 愈伤组织 脱分化 再分化 (4)原理： 再人工诱导染色体数加倍 秋水仙素处理 二、作物新品种的培育——单倍体育种 1.单倍体育种 (5)单倍体育种优点： ①子代一般是能稳定遗传的纯合子，极大地缩短了育种的年限。 ②可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。 (6)实例： 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。 ①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。 大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。 抗盐碱的烟草 二、作物新品种的培育——突变体的利用 2.突变体的利用 (1)过程： 突变(基因突变+染色体变异） 植物细胞的全能性 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 试管苗 植株 筛选 有用的突变体 诱变处理（紫外线，辐射） (2)原理： 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。 抗花叶病毒的甘蔗 (3)优点： (4)缺点： (5)实例： 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。 抗除草剂白三叶草 育种方法 原理 主要过程 优点 快速繁殖 突变体 的利用 单倍体 育种 植物体细 胞杂交 植物细胞的全能性 脱分化、再分化 保持优良品种的遗传特性 基因突变、 植物细胞的全能性 对愈伤组织进行诱变处理后再筛选 提高突变率，获得优良性状 染色体变异、 植物细胞的全能性 花药离体培养、秋水仙素诱导染色体数目加倍 明显缩短育种年限 细胞膜的流动性、 植物细胞的全能性 原生质体融合、 杂种细胞组织培养 打破生殖隔离，实现远缘杂交 四种育种方法的比较 归纳.总结 阅读教材P41"细胞产物的工厂化生产"相关内容，回答以下问题： 1. 植物的代谢产物有哪些？ 2. 什么是植物细胞培养？ 3. 尝试以生产人参皂苷粉为例，写出植物细胞培养的流程。 4. 细胞产物的工厂化生产具有哪些应用优势？ 人参→人参皂苷 三、细胞产物的工厂化生产 三、细胞产物的工厂化生产 1.植物的代谢产物 植物代谢 初生代谢： 次生代谢： 生物生长生存所必需的代谢活动，整个生命过程一直进行。 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 如糖类、脂质、蛋白质、核酸等 产物 应用 一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等） ①植物次生代谢物含量很低； ②从植物组织提取会大量破坏植物资源； ③有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到。 缺点 a.在植物抗病、抗虫方面发挥作用 b.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 2.细胞产物的工厂化生产的过程 利用植物细胞培养来获得 ，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。 目标产物 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 3.细胞产物的工厂化生产所用的技术： 在 条件下对 或 进行培养使其增殖的技术。 离体 单个植物细胞 细胞团 植物细胞培养 （原理：细胞的增殖） 4.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。 [思考]有无体现细胞的全能性？ 三、细胞产物的工厂化生产 5.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 紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。 工厂化生产人参皂苷干粉过程： 脱分化 培养选择 破碎细胞 放入发酵罐 细胞增殖 人参根 愈伤组织 增长速度快、细胞内人参皂苷干粉含量高的细胞 大量细胞 提取人参皂苷干粉 人参→人参皂苷 比较项目 植物组织培养 植物细胞培养 目的 原理 过程 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 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 植物细胞培养 vs 植物组织培养 归纳.总结 到社会中 “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。 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 3.细胞产物的工厂化生产 2.植物新品质的培育 1.植物繁殖的新途径 筛选 本节小结 练习与应用P42 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P42 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。 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。 课堂检测 如图中亲本植株的基因型为Aa(体细胞染色体数为2n)，A、B、C、D表示以亲本植株为材料进行的四种人工繁殖过程，请据图回答下列问题： (1)四种人工繁殖过程都能获得子代植株，其原理是______________________。 (2)通过A途径育种获得的纯合二倍体植株的基因型是________，其育种特点是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 植物细胞具有全能性 AA、aa 快速获得纯合子，缩短育种年限； 排除显隐性干扰，便于选择优良性状 (4)与其他育种方式相比，通过D过程获得子代植株的优点是 ________________________________________________________________________________。 (5)该植物根富含单宁，单宁不是其生长和生存所必需的产物，属于____________(填“初生”或“次生”)代谢物。 课堂检测 如图中亲本植株的基因型为Aa(体细胞染色体数为2n)，A、B、C、D表示以亲本植株为材料进行的四种人工繁殖过程，请据图回答下列问题： 次生 (3)植物细胞获得具有活力的原生质体需要用_____________________处理，过程②表示将该植物的两个原生质体进行融合，融合前需用化学试剂___________________进行诱导，融合成杂种细胞的标志是_________________；杂种细胞再经___________________两个过程发育成完整植株。 纤维素酶和果胶酶 PEG(聚乙二醇 再生出细胞壁 脱分化和再分化 可克服远缘杂交不亲和的障碍，打破生殖隔离，实现远缘杂交 $