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

接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 移栽成活 知识回顾：1.植物组织培养技术 A细胞 B细胞 A原生质体 B原生质体 正在融合的原生质体 杂种细胞 愈伤组织 杂种植株 移栽后的植株 去壁 去壁 融合 再生新壁 脱分化 再分化 移栽 知识回顾：2.植物体细胞杂交技术 第2章 细胞工程 第1节 植物细胞工程 1.2 植物细胞工程的应用 资料一： 从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征，很多人喜欢养兰花。但是，兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低；传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长、繁殖率低等问题，如果靠自然繁殖，兰花的价格可想而知了。 如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢? 植物组织培养。 阅读教材P39，思考以下问题： 什么是快速繁殖技术？ 快速繁殖技术有哪些特点？ 快速繁殖技术用于产业化生产的实例有哪些？ 过渡：植物细胞工程开辟了植物繁殖的新途径 一 (1)概念： 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。也叫微型繁殖技术。 (3)优点： (4)实例： 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。 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。 1.快速繁殖技术 一、植物繁殖的新途径 ① 高效、快速地实现种苗的大量繁殖; ② 无性繁殖，可以保持优良品种的遗传特性; ④过程： 愈伤组织 再分化 芽、根 试管苗 外植体 脱分化 植株 移栽 (2)原理： 植物细胞的全能性 ③ 不受自然生长季节的限制，培养周期短。 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： 便于自动化管理，可实现产业化生产 【思考1】为什么植物组织培养可以进行快速繁殖？ 愈伤组织细胞分裂旺盛、快速，有利于获得大量的组织细胞，然后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。 资料二： 如何才能让长期进行无性繁殖的作物脱毒？ 生姜是药食两用的经济作物，在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%-50%。 病毒引起的植物病害有500多种。受害植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉等。而且没有有效的防治办法，只能拔除，造成经济损失。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。 过渡： 阅读材料，结合所学的植物细胞工程的基本技术，说说你受到了什么启发？ 阅读教材P40“作物脱毒”，思考以下问题： 1、作物为什么要进行脱毒？ 2、应该选择植物的什么部位培育脱毒苗？为什么？ 3、培育脱毒作物的流程是怎样的？ 4、脱毒作物有何优点？ 5、你还知道哪些作物脱毒的实例？ 马铃薯 香蕉 长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低、品质变差。 （2）选材部位： 植物 。 顶端分生区附近（如茎尖） 选材原因： 分生区附近的病毒少，甚至是无病毒 切取一定大小的茎尖进行组织培养获得脱毒苗。（即：茎尖组织培养技术） 脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物。 （1）脱毒原因： 2.作物脱毒 一、植物繁殖的新途径 （3）方法： （4）优点： 脱毒苗 ≠ 抗毒苗 讨论：1、培育脱毒苗的流程的流程是怎样的？ 2、通过组织培养技术获得的脱毒苗是否具有抗病毒能力？ 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 (5)脱毒产品： 如 马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等 脱毒草莓 普通草莓 菠萝 香蕉 大蒜 甘蔗 现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如果运用传统的杂交育种方法，应该如何获得纯种的紫色甜玉米（基因型AAss）， 传统方法： 杂交育种 传统的育种缺点： 多年纯化和选择，才得到符合理想要求的新品种。 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 · · · 至第6年 多次自交选种 阅读教材P40“单倍体育种”思考： ①单倍体育种的流程是怎样的？ ② 它有什么优点？ 资料三： 如何运用植物组织培养技术筛选出纯合的紫色甜玉米，解决育种时间过长的问题？ 单倍体育种 请你设计相关实验的思路，并写出相关的遗传图解。 花药 花粉 单倍体 离体培养 纯合二倍体 人工诱导 染色体加倍 优良品种 选择 二 (1)方法： 1.单倍体育种 二、作物新品种的培育 花药（花粉）离体培养 、 人工诱导染色体加倍 (2)过程： 离体培养 花药中的花粉 单倍体植株 纯合子 秋水仙素处理 有丝分裂前期 抑制纺锤体的形成 单倍体： 由配子直接发育而来的个体 单倍体植株长得弱小，而且一般高度不育。 秋水仙素 / 低温 植物组织培养技术 筛选 优良品种 配子（如卵细胞、花粉等） (3)原理： 1.单倍体育种 植物细胞的全能性 、 染色体数目加倍 (4)优点： ①缩短育种年限 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。 ②子代全为纯合子，自交后代不发生性状分离，能稳定遗传 P： 紫色非甜玉米 AASS × 白色甜玉米 aass 遗传图解 AAss 紫色非甜玉米 AaSs 第 1 年 第 2 年 A S A s a S a s 减数分裂 花药离体培养 A S A s a S a s AASS aaSS aass 人工诱导 染色体加倍 配子 单倍体 二倍体 自然界中，大多数的生物都使二倍体，因此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。 二 (4)实例： 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。 （1）突变体的来源： 基因突变和植物细胞的全能性。 植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，容易受到培养条件和外界压力（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人们有用的突变体，进而培育成新品种。 （2）过程： 诱变处理 新品种 愈伤组织 再分化 突变体 外植体 脱分化 筛选 培育 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。 【思考1】诱变处理的对象？为什么？ 2.突变体的利用 二、作物新品种的培育 （3）原理： （4）优点： 通过人工诱变提高愈伤组织的突变率，加快育种进程。 突变具有不定向性、多害少利性，因此需要处理大量突变材料。 已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的新品种，如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。 大幅度地改良某些性状。 2.突变体的利用 二、作物新品种的培育 （5）缺点： 【思考2】产生的变异一定是人们需要的吗，为什么？ （6）实例 ： 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，现在已被广泛的应用于乳腺癌等癌症的治疗。 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。 如何才能实现紫杉醇的规模化生产，又不造成资源破坏呢？ 三、细胞产物的工厂化生产 阅读教材P41“细胞产物的工厂化生产”，思考以下问题： 次生代谢物的本质是什么？有什么作用？有什么缺点？ 什么是细胞产物工业化生产？ 利用细胞产物工厂化生产获得的细胞代谢物的种类有哪些？ 细胞产物工业化生产的实例还有哪些？ 过渡：植物细胞工程还广泛应用于细胞产物的工厂化生产 红豆杉，又名紫杉。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。距《人民日报》2001年10月17日报道，2000年国际上优质紫杉醇的售价已高达每千克18万美元。1994—1996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。 初生代谢 次生代谢 三、细胞产物的工厂化生产 1.植物的代谢 指生物生长和生存所必需的 代谢活动 ①概念： ②产物： 比如：糖类、脂质、蛋白质、核酸等 ①概念： ②产物： 不是生物生长所必须的，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能进行 不是植物基本的生命活动所必需的产物——次生代谢物 植物基本的生命活动所必需的产物——初生代谢物 本质 作用 缺点 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。 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。 应用多、产量低 2.次生代谢产物 三、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，这个过程就是细胞产物的工业化生产 植物细胞培养 ①概念： 是指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。 ③材料： 最好是愈伤组织 ④培养基： 液体培养基（培养液） 植物细胞培养反应器 3.细胞产物工业化生产 ②原理： 细胞增殖 使培养物与营养物质充分接触 （4）优点和意义： （3）实例： 优点：不占用耕地、几乎不受季节、天气等的限制。 意义：对于社会、经济、环境保护具有重要意义。 红豆杉 → 紫杉醇 紫草 → 紫草宁 人参 → 人参皂苷 愈伤组织 振荡分散 细胞悬液 细胞 悬浮培养 外植体 脱分化 细胞产物 提取 （2）过程： 3.细胞产物工业化生产 “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”。 到社会中去 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。 植物细胞 工程的应用 快速繁殖 作物脱毒 植物繁育的新途径 细胞产物的工厂化生产 单倍体育种 突变体的利用 作物新品种的培育 农业 医药工业 课堂小结 ——植物细胞培养 植物组织培养和植物细胞培养的比较 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 四种育种方法的比较 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 植物细胞的全能性、染色体变异 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 随堂检测 下列有关植物细胞工程应用的叙述，不正确的是（ ） A．利用组织培养技术培养脱毒苗，获得具有抗病毒的新品种 B．利用组织培养技术获得人工种子，能保持亲本的优良性状 C．利用细胞培养技术获得紫草素，实现了细胞产物的工厂化生产 D．利用体细胞杂交技术获得“白菜-甘蓝”，克服生物远缘杂交不 亲和障碍 A 人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工种皮包装，在适宜条件下可以萌发长成幼苗的种子。 $