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

课前回顾 1.植物组织培养技术的一般流程和原理？（在草稿纸写出） 2.植物体细胞杂交技术的一般流程和原理？（在草稿纸写出） [资料1]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？ [资料2]铁皮石斛,兰科石斛属植物，茎直立、圆柱形，花期3- 6月，生于海拔1600m左右的山地半阴湿的岩石上。铁皮石斛富含某些糖类和生物碱，可以用来提取药物。驱解虚热，益精强阴等疗效，同时具有观赏价值。 铁皮石斛的工厂化生产 1.什么是快速繁殖技术？ 2.快速繁殖技术有什么优点？ 3.快速繁殖技术用于产业化生产的实例有哪些？ [学生活动1]阅读教材P39，思考以下问题 性味功效：味甘，性微寒。 生津养胃；滋阴清热；润肺益肾；明目强腰。 药理作用 生津作用：铁皮石斛石斛具有生津作用，主要表现为促进腺体分泌和脏器运动。 降血糖作用：铁皮石斛对可降低链脲霉素诱发糖尿血糖值。 [13-14] 增强机体免疫力：铁皮石斛颗粒（TPSH）可促进荷瘤动物巨噬细胞的吞噬功能，增强T淋巴细胞的增殖和分化及NK细胞的活性，并能明显提高荷瘤动物的血清溶血素值，提示TPSH无论是对非特异性免疫功能，或是特异性细胞免疫以及体液免疫功能，均有一定的提高作用。 [12] [15] 3 4 01 一、植物繁殖的新途径 （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。 原理： 植物细胞的全能性 铁皮石斛的产业化育苗 观赏植物、经济林木、濒危植物等都实现了快速繁殖技术 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。 性味功效：味甘，性微寒。 生津养胃；滋阴清热；润肺益肾；明目强腰。 药理作用 生津作用：铁皮石斛石斛具有生津作用，主要表现为促进腺体分泌和脏器运动。 降血糖作用：铁皮石斛对可降低链脲霉素诱发糖尿血糖值。 [13-14] 增强机体免疫力：铁皮石斛颗粒（TPSH）可促进荷瘤动物巨噬细胞的吞噬功能，增强T淋巴细胞的增殖和分化及NK细胞的活性，并能明显提高荷瘤动物的血清溶血素值，提示TPSH无论是对非特异性免疫功能，或是特异性细胞免疫以及体液免疫功能，均有一定的提高作用。 [12] [15] 5 【资料4】种植草莓一般要每年换一次苗，因为它的盛果期很短，只要一年时间，后期产会降低，所以想要保证产量，就要每年更换幼苗，特别是大规模种植时,每年换苗是必须的。在换苗时要选择相对健壮、无病害且根系完整的幼苗，它的生长能力强，存活率也就更高，以免种植幼苗后死亡。 【资料3】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。 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 1.马铃薯为什么要脱毒？ 2.应该选择马铃薯的什么部位培育脱毒苗？为什么？ 3.培育脱毒马铃薯的流程是怎样的？ 4.脱毒马铃薯有何优点？ 5.你还知道哪些作物脱毒的实例？ [学生活动2]阅读教材P40，思考以下问题 （2）选材部位：_________________________________ （3）过程： 顶端分生区附近（如茎尖） （4）优点： 一、植物繁殖的新途径 2、作物脱毒： 选材原因：　　　　　的病毒极少，甚至　　　 分生区附近 无病毒 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）培育脱毒苗的原因： 脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物 P40 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：脱毒苗不等于抗毒苗。 与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。 （5）脱毒产品： 马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。 金版P60 A B 传统的育种方法： 。 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 [学生活动3]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）？ 杂交育种 多年自交纯化和选择，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？ 实际问题（P42拓展应用） 阅读课本，思考： 1、单倍体育种包括哪些主要步骤？ 2、为什么单倍体育种能大大缩短育种的年限？ 花药离体培养和人工诱导染色体数目加倍。 提示：大多数单倍体植株的细胞只有一套染色体，染色体加倍后得到的植株隐性性状容易显现，进而缩短育种年限。 作物新品种的培育 二 单倍体育种 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 二、作物新品种的培育 1、单倍体育种 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 ↓ 配子 AS As aS as 第2年 紫色甜玉米 ↓ 单倍体幼苗 AS As aS as ↓ 纯合体植株 AASS AAss aaSS aass 花药离体培养 秋水仙素处理 1. 过程: 选择亲本 F1 单倍体植株 可育纯合子 选择所需类型 有性 杂交 ↓ 花药离 体培养 ↓ 诱导染色 体加倍 ↓ ↓ 二、作物新品种的培育 1、单倍体育种 （1） 过程: 选择亲本 F1 单倍体植株 可育纯合子 选择所需类型 有性 杂交 ↓ 花药离 体培养 ↓ 诱导染色 体加倍 ↓ ↓ （2） 原理： 染色体变异、 植物细胞的全能性。 （3） 优点： ①极大地缩短了育种的年限。 ②后代都是纯合子，能稳定遗传。 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。 （4） 实例： 单育1号烟草 水稻、 玉米、 油菜、 甘蓝 甜椒等 二、作物新品种的培育 2、突变体的利用 （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，因此容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变。 （2） 过程： 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 突变体 筛选培育 新品种 诱变处理 (4) 实例： 抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。 （基因突变或染色体变异和植物细胞的全能性） (3）优点： 提高变异的频率，加速育种进程； 大幅度地改良某些性状。 抗花叶病毒的甘蔗 金版P61 金版P61 [资料5]红豆杉（拉丁学名：Taxus chinensis (Pilger) Rehd.），是红豆杉属的植物的通称。红豆杉属于浅根植物，其主根不明显、侧根发达，可从其体内提取出抗癌物质紫杉醇，是世界上公认濒临灭绝的天然珍稀抗癌植物，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。 思考我们如何获取大量的紫杉醇呢？ 1.植物的代谢产物有哪些？ 2.什么是植物细胞培养？ 3.细胞产物的工厂化生产具有哪些应用优势？ 4.我国在细胞产物的工厂化生产方面取得了哪些重要成果？ [学生活动4]阅读教材P41，思考以下问题 三、细胞产物的工厂化生产 利用植物细胞培养来获得次生代谢物的过程。 ①不是植物基本的生命活动所必需的产物； ②一类小分子有机化合物（如酚类、萜类 和含氮化合物等）。 ③在植物的抗虫、抗病等方面发挥作用， 也是很多药物、香料和色素等的重要来源。 ④含量很低，从植物组织中提取会大量破坏 植物资源，有些产物又不能或难以通过化 学合成途径得到。 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。 1. 概念 三、细胞产物的工厂化生产 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。 2. 特点 用于植物细胞培养的反应器 三、细胞产物的工厂化生产 3. 过程 外植体 脱分化 愈伤组织 细胞产物 培养、提取 注意： 一般组织培养到愈伤组织（薄壁细胞阶段）即可。 因为此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。 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。 22 03 4.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 金版P62 A B 课堂总结 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 到社会中去 “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。 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 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，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。 【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。 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。 【例1】利用快速繁殖技术培育名贵花卉,不宜选取的培养材料是 (　　) A.花粉　　　B.花瓣　　　C.茎尖　　　D.叶片 【例2】下图为培育甘蔗脱毒苗的两条途径。研究发现,经b过程获得的幼苗脱毒效果更好。下列叙述正确的是(　　) A.带叶原基的芽与植物体其他组织中的病毒含量相同 B.可推测b过程的温度处理有利于组织中的病毒失去活性 C.过程c、d均属于再分化,所以培养基A和B各成分含量相同 D.图中获得的脱毒苗与原甘蔗苗相比细胞核遗传物质发生了改变 答案: B 【例3】下图是利用某植物(基因型为AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示意图,下列说法错误的是 (　　) 花粉植株A植株B A.过程②通常使用的试剂是秋水仙素,作用时期为有丝分裂前期 B.通过过程①②得到的植株既有纯合子又有杂合子 C.过程①属于植物的组织培养,在此过程中必须使用一定量的植物激素 D.与杂交育种相比,该育种方法的优点是能明显缩短育种年限 解析:过程②使用秋水仙素使染色体数目加倍,作用机理是抑制有丝分裂前期纺锤体的形成,到后期染色单体分开后不能向细胞两极移动;该过程是单倍体育种过程,所以过程①是花药离体培养,获得的是单倍体,基因型为AB、Ab、aB、ab 4种,经染色体加倍后获得的植株B都为纯合子;过程①属于植物的组织培养,需要生长素和细胞分裂素的诱导;与杂交育种相比,该育种方法的优点是能明显缩短育种年限。 答案: D 【例4】下图表示利用二倍体植株①和②进行育种的过程,相关分析正确的是 (　　) A.①②③⑤⑥过程育种方法的优点是明显缩短育种年限 B.秋水仙素能抑制着丝粒的分裂,使染色体数目加倍 C.⑤⑦为同一个物种,杂交后能产生可育后代 D.③→⑨过程得到单倍体幼苗,用到了植物组织培养技术 解析:①②③⑤⑥过程育种方法是杂交育种,其缺点是育种年限较长;秋水仙素能抑制纺锤体的形成,使染色体数目加倍,但是不影响着丝粒的分裂;⑧植株是二倍体植株⑤和四倍体植株⑦杂交而得到的三倍体植株,在减数分裂过程中,会因同源染色体联会紊乱而不能产生可育配子,从而表现为高度不育,故⑤⑦不是同一个物种;③→⑨过程用花药离体培养来获得单倍体幼苗,用到了植物组织培养技术。 【例5】下图所示为植物组织培养的基本过程,若要生产治疗烫伤、割伤的药物——紫草宁,应选用编号 (　　) ①②③④ A.①　　　　B.②　　　　C.③　　　　D.④ 【例6】红豆杉的细胞提取物紫杉醇是重要的抗癌药物之一。红豆杉可通过播种的方法进行繁殖,但生长速度缓慢,而植物组织培养技术可实现其大规模培养。下列有关叙述正确的是 (　　) A.培养红豆杉的愈伤组织可用于紫杉醇的工业化生产 B.红豆杉不同部位的细胞经植物组织培养获得的愈伤组织基因型相同 C.培养基需要用高压蒸汽灭菌,外植体需要用体积分数为50%的酒精、质量分数为5%的次氯酸钠溶液消毒处理 D.愈伤组织可以进行光合作用,不需要从培养基中吸收有机物 $