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

DNA是主要遗传物质 第二章 细胞工程 第1节 植物细胞工程 第2课时 植物细胞工程的应用 选必三 REN JIAO BAN GAO ZHONG SHENG WU XUAN BI SAN 根、芽 植物体 再分化 培养条件：①无菌②营养物质③适宜条件（温度、PH、光等） ④植物激素： 遮光 光照 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照 脱分化 愈伤组织 离体的植物器官、组织或细胞（外植体） 愈伤组织重新分化为芽、根等器官 失去特有结构和功能转变成未分化的细胞 生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键。生长素和细胞分裂素的比例和浓度会影响植物细胞的发育方向。 如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药… 排列不规则，高度液泡化，呈不定型状态的薄壁细胞 植物组织培养技术 温故知新 去壁 ① 去壁 ① 融合 ② 再生 新壁 ③ 脱分化 ④ 再分化 ⑤ 移栽 植物细胞融合 植物组织培养 植物体细胞杂交 马铃薯 细胞 番茄细胞 马铃薯 原生质体 番茄原生质体 杂种细胞 杂种植株 植物体细胞杂交技术 温故知新 植物细胞工程应用 植物繁殖的新途径 细胞产物的工厂化生产 作物新品种的培育 4 你知道植物繁殖的途径有哪些吗？ 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 植物繁殖的新途径 快速繁殖 作物脱毒 植物繁殖的新途径 01. 兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的常规繁殖中，遇到的难题是：用分根法繁殖速度缓慢，不利于新品种的推广;用种子繁殖又很困难，因为兰花的种子十分微小，胚很纤弱，种子几乎没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。实际问题：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？ 6 7 （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。 1. 快速繁殖 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： 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。 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。 1. 快速繁殖 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 试管苗 （2）原理： 植物细胞的全能性 （3）过程： 植物繁殖的新途径 01. ②快速繁殖的培养基中需加入细胞生命活动所需的水、矿质元素、小分子有机物以及植物激素等，培养基必须进行灭菌处理，操作过程必须在无菌条件下进行。 8 1. 快速繁殖 （5）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。 （4）生殖方式： 一般为无性生殖 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。 ④选材少，繁殖率高，便于自动化管理。 植物繁殖的新途径 01. 1. 快速繁殖 （6）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。 【思考】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、气候等条件的限制或受限制较小。 *扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖技术 植物繁殖的新途径 01. 1. 快速繁殖 （7）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 植物繁殖的新途径 01. 马铃薯 作物病毒积累 草莓 香蕉 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 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。 （1）作物脱毒的原因： 2、作物脱毒 植物繁殖的新途径 01. 病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几乎不含病毒。 12 取材： 原因： (植物组织培养) 脱毒苗 注：脱毒苗≠抗毒苗。与快速繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。 通过组织培养技术获得的脱毒苗是否具有抗病毒能力？ 抗毒苗： 基因工程范畴 抗病基因 导入 植物细胞 植物组织培养 完整植株 （2）脱毒方法： 植物顶端分生区附近（如茎尖、根尖） 分生区附近病毒极少，甚至无毒 细胞工程范畴 2、作物脱毒 植物繁殖的新途径 01. 茎尖 脱分化 愈伤组织 再分化 芽、根 试管苗 脱毒苗 移栽 （3）脱毒过程： （4）原理： 植物组织培养（植物细胞的全能性） （5）优点： 提高农作物的产量和品质；获得高产优质的脱毒植株。 2、作物脱毒 植物繁殖的新途径 01. （6）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。 2、作物脱毒 植物繁殖的新途径 01. 拓展：人工种子 ①树木需生长数年才能结出种子。 ④优良杂交种后代会因发生性状分离而丧失优良特性。 ②受季节、气候和地域的限制。 ③制种时需要占用大量土地。 如何克服缺陷？ 常规种子植物生产的不足： 拓展：人工种子 人工种子 概念：通过植物组织培养的方法获得的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料外面包被着人工薄膜，在适宜的条件下可以发芽成幼苗的种子。 胚状体 人工胚乳 人工种皮 拓展：人工种子 过程： 外植体 愈伤组织 脱分化 胚状体 再分化 完整植物体 制成人工种子 种下去 包裹人工种皮 无性生殖 人工种子来自有性生殖？无性生殖？ 问：人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分，人工种皮中应该具有的有效成分是什么? 问：为了促进胚状体的生长发育。我们还可以向人工种皮中加入哪些物质? 适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素等。 植物生长调节剂。 拓展：人工种子 人工薄膜，透气透水 种皮 胚状体（不定芽、顶芽和腋芽） 胚 营养物质+抗生素、 农药+有益菌+植物生长调节剂 胚乳 胚状体 人工胚乳 人工种皮 单子叶植物的种子 胚 种皮 胚乳 组成：胚状体＋人工种皮＋人工胚乳 拓展：人工种子 ⑤后代无性状分离，保持优良品种的遗传特性 ①易于储藏和运输 ④解决某些作物品种繁殖能力差、结子 困难或发芽率低等问题 ③避免占用大量土地制种，节约粮食 优点： ②不受季节、气候和地域的限制 拓展：人工种子 【注意】若是由二倍体植物的花粉或者三倍体植物的营养器官培养得到的人工种子发育来的植株是不可育的，若是由二倍体植物的茎尖、根尖等营养器官培养得到的人工种子发育来的植株是可育的 人工种子的结构 （1）单倍体： 1、单倍体育种 由生殖细胞直接发育而来，无论体细胞中含有几个染色体组一律称为单倍体。 ①成因： ②代表生物： ③特点： 由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成。 蜜蜂中的雄蜂 枝叶茎杆弱小，果实多而小，一般高度不育（不是全部）。 ④应用： 单倍体育种 作物新品种的选育 02. 由生殖细胞直接发育而来，无论体细胞中含有几个染色体组一律称为单倍体。 22 （2）过程： 1、单倍体育种 即植物组织培养 植株矮小，且高度不育 秋水仙素处理 作物新品种的选育 02. 秋水仙素 单倍体幼苗 优良品种 愈伤组织 纯合二倍体植株 花药 染色体 数目加倍 脱分化 再分化 选择 秋水仙素处理 花药离体培养 （植物细胞的全能性） （染色体数目变异） （3）原理： 植物细胞的全能性、染色体（数目）变异 秋水仙素处理抑制有丝分裂前期纺锤体的形成 （2）过程： 1、单倍体育种 作物新品种的选育 02. AA BB AA bb aa BB aa bb A B A b a B a b 减数分裂 花药（花粉）离体培养 aa BB AA bb × Aa Bb A B A b a B a b 人工诱导染色体加倍 单倍体育种 体细胞诱变育种 杂交育种 第一年 第二年 aa BB AA bb × Aa Bb A_B_ 淘汰 自交 AA BB 稳定 遗传 性状分离 淘汰 第一年 第二年 人工诱变 （一般两个基因同时突变概率较低，此处仅为方便示意） 连续自交多代，每株的种子单独收获在一起，种成株系 第三-六年 作物新品种的选育 02. (4)优点: ①明显缩短育种年限，节约大量人力和物力； 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; 1、单倍体育种 由于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 技术相当复杂 (5)缺点： 作物新品种的选育 02. Aa A a AA aa 单倍体(n) 纯合二倍体(2n) 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出现。 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。 作物新品种的选育 02. 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。 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。 (6)实例: 1、单倍体育种 作物新品种的选育 02. (1)突变体形成的原因： (2)过程： 外植体 新品种 筛选培育 愈伤组织 脱分化 多种突变体　 再分化 诱变处理（物化） 愈伤组织（细胞分裂旺盛，且一直处于不断增殖的状态，因此易发生突变） ①处理对象： ②原理： 突变(基因突变和染色体变异）和植物细胞的全能性。 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、化学物质等)的影响而产生突变 突变 = 基因突变 ＋ 染色体变异 作物新品种的选育 02. 抗病、抗盐、含高蛋白、高产诱变处理的对象？为什么？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。 29 (6)利用： 筛选对人们有利的突变体,进而培育成新品种。 提高变异的频率，加速育种进程；大幅度地改良某些性状。 产生的变异一定符合需要吗？ 不一定。因为突变是不定向的，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。 (4)优点： 2、突变体的利用 难以控制突变方向，需要大量处理实验材料。 (5)缺点： 作物新品种的选育 02. 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 (7)实例： 2、突变体的利用 作物新品种的选育 02. 四种育种方法的比较 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、 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 红豆杉，是红豆杉属的植物的通称。该属约11种，分布于北半球。中国有4种1变种。 红豆杉属于浅根植物，其主根不明显、侧根发达，是世界上公认濒临灭绝的天然珍稀抗癌植物，是经过了第四纪冰川遗留下来的古老孑遗树种，在地球上已有250万年的历史。由于在自然条件下红豆杉生长速度缓慢，再生能力差，所以很长时间以来，世界范围内还没有形成大规摸的红豆杉原料林基地。 细胞产物的工厂化生产 03. 阅读课本41页回答：高效抗癌的药物紫杉醇，虽然能造福人类，但却为濒危的红豆杉带来了一场灭顶之灾。能否用植物组织培养技术生产紫杉醇？ 离体植物组织 脱分化 愈伤组织 从愈伤组织中提取紫杉醇 细胞产物的工厂化生产 03. 植物的代谢产物 植物的代谢 相关信息===== 初生代谢：生物生长和生存所必需的代谢活动，在整个生命过程中一直进行着。 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。 相关信息===== 初生代谢物：如糖类、脂质、蛋白质、核酸等。 次生代谢物：植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物——次生代谢物。 细胞产物的工厂化生产 03. 小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等) （1）本质： （2）作用： 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。 （3）缺点： ①含量很低，从植物组织提取会大量破坏植物资源； ②有些产物不能或难以通过化学合成途径得到。 利用植物细胞培养来获得目标产物 细胞产物的工厂化生产 1.次生代谢产物 细胞产物的工厂化生产 03. 2.细胞产物的工厂化生产： 利用植物细胞培养来获得目标产物的过程 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。 (1)植物细胞培养： (3)过程： (2)原理： 细胞增殖 (4)特点： 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 愈伤组织 脱分化 细胞悬液 培养、提取、破碎 分散开 去壁 细胞产物 （液体培养基） 有利于培养的细胞与营养物质充分接触 (5)结果： 只培养到愈伤组织阶段 不能体现植物细胞的全能性 因为此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成 细胞产物的工厂化生产 03. 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 (6)实例： 紫杉醇、紫草宁、人参皂苷（ɡān）等。 微生物的纯培养 03. 工厂化生产人参皂甙干粉的基本流程： 人参根 　 愈伤组织 　　 增长速度快而且细胞内人参皂甙干粉含量高的细胞 细胞增殖　 提取人参皂甙干粉 脱分化 培养选择 破碎细胞 放入发酵罐 市场上有一种叫作“手指植物“的工艺品受到很多人的欢迎这些 “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或营养物质， 它们就能在玻璃瓶中生长三四个月之久学习了本节课之后，你也可以尝试制作“手指植物”。如果有商店正在出售这种植物，你还可以做个市场调查，了解它们的销售情况和经济效益，分析它们为什么受欢迎，并写出调查报告。 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，在培养基中加人适量的色素或者荧光剂，使“手指植物”更具有观赏价值。 与生活的联系 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 选择分生区 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 ③细胞产物的工厂化生产 ①植物繁殖新途径 ②作物新品种的培育 课堂小结 (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。 ( ) (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。( ) (7)植物细胞培养的原理主要是植物细胞的全能性。( ) (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。( ) √ √ √ × × × × √ 针对训练 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 √ × 一、概念检测 D 练习与应用 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，一般将获得的紫色甜玉米进行连续自交，即将每次自交后代中的紫色甜玉米选育后再进行自交，直至自交后代中不再出现白色甜玉米为止。但这种方法比较烦琐，耗时也较长。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 练习与应用 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。 甜叶菊 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。 练习与应用 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 $