2.1植物细胞工程——植物细胞工程的应用 课件-2025-2026学年高二下学期人教版生物选择性必修3

植物组织培养 植物体细胞杂交技术 原理 过程 意义 联系 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 植物细胞的全能性 离体的植物器官、组织或细胞 愈伤组织 脱分化 再分化 根、芽或胚状体 植物体 生长发育 植物组织培养与植物体细胞杂交技术的比较 植物细胞A 植物细胞B 原生质体A 去壁 原生质体B 去壁 人工诱导 融合的原生质体AB 杂种细胞AB 愈伤组织 脱分化 再生细胞壁 杂种植株 再分化 保持优良性状、繁殖速度快、大规模生产提高经济效益 植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育新品种 第2章 第1节 人教版 选择性必修3 ---- 植物细胞工程的应用 植物细胞工程的应用 植物细胞工程的应用 2 植物繁殖的新途径 1/ 作物新品种的培育 2/ 细胞产物的工厂化生产 3/ 快速繁殖 作物脱毒 跟传统的不一样，以前就是用种子繁殖 植物繁殖的新途径 （2）过程： 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 芽、根 完整植株 试管苗 （1）概念： 也叫微型繁殖，是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术 （一）快速繁殖 4 （3）优点： 植物繁殖的新途径 （一）快速繁殖 ①无性繁殖，保持优良品种的遗传特性。 ②高效、快速地实现种苗的大量繁殖。 ③便于自动化管理，可实现工厂化生产 植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？ ①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。 ②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。 植物体上获取的任何细胞，经组织培养后的植株与亲本性状完全一致（ ) 体细胞√ 花粉× × 例：甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。 该技术属于无性繁殖，培养过程中细胞有丝分裂、分化过程遗传物质保持不变，所获得的品种保持原优良品种的遗传特性。 5 （4）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 红豆杉 君子兰 金花茶 植物繁殖的新途径 （一）快速繁殖 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: 原因：病毒极少，甚至无病毒。 (3)过程： 部位：植物顶端分生区附近（如茎尖、芽尖、根尖） 植物繁殖的新途径 （二）作物脱毒 茎尖 脱分化 愈伤组织 再分化 芽、根 试管苗 脱毒苗 移栽 作物脱毒与微型繁殖相比较， 二者无本质区别，只是取材部位不同。 (2)选材： 在生产上由于长期采用无性繁殖，马铃薯等容易感染多种病毒病，病毒在作物体内逐年积累，且很容易传递给后代，就会导致作物产量降低，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%-50%。 7 (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: 脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物 未脱毒 草莓 未脱毒马铃薯 脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片 脱毒草莓 植物繁殖的新途径 （二）作物脱毒 8 辨析：脱毒苗与抗毒苗 脱毒苗：是选择植物的茎尖进行组织培养而获得的，只是体内不含病毒，但不能抵抗病毒侵染，属于细胞工程的范畴； 抗毒苗：是把某抗病基因导入植物细胞，属于基因工程的范畴。 抗病基因 导入 植物细胞 植物组织培养 抗毒苗 植物繁殖的新途径 9 植物繁殖的新途径 1/ 作物新品种的培育 2/ 细胞产物的工厂化生产 3/ 快速繁殖 作物脱毒 单倍体育种 突变体的利用 培育新品种的方法其实很多，我们这里选出来的两种是利用了我们植物工程 单倍体：由配子（精子或卵细胞）直接发育而来的个体，不管有几个染色体组，都是单倍体。 第1年 第2年 第3~6年 矮秆抗病 P 高杆抗病 DDTT × 矮杆感病 ddtt F1 高杆抗病 DdTt F2 D__T__ D__tt ddT__ ddtt 从F2中选择矮秆抗病品种，并连续多年自交、筛选，直至不发生性状分离为止。 矮秆抗病纯种 ddTT 若现有纯合高杆抗病小麦 DDTT，和矮杆感病小麦ddtt， 想得到纯合矮秆抗病小麦ddTT，有什么办法？ 方法：杂交育种 原理：基因重组 单倍体也是有优势的，服务于生活，我们讲完多倍体的时候，说了人们可以通过多倍体育种来培育出可口的蔬果， 那么多倍体的特点能不能指导生活生产实践呢？ 配子 DDTT DDtt ddTT ddtt 筛选矮杆抗病纯种 花药（花粉）离体培养 秋水仙素处理 DDTT × ddtt DdTt （高杆抗病） （矮杆感病） DT Dt dT dt 单倍体幼苗 正常纯合植株 P F1 第1年 第2年 方法：单倍体育种 原理：染色体变异、基因重组 DT Dt dT dt 整个完整的过程才是单倍体育种 花药离体培养 用到了植物组织培养技术 原理：细胞具有全能性 加倍处理 原理：染色体数目变异 秋水仙素或低温 抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞的两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。 最终产品 作物新品种的培育——单倍体育种 优势： ①极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。 ②后代一般都是纯合子，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。 原因：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。 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 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。 从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。 问题2：细胞容易突变，这对你有什么启发？ 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(基因突变+染色体变异)。 不一定，因为突变是不定向的。 问题1：容易经诱变处理而变异的对象是？为什么？ 作物新品种的培育——突变体的利用 问题3：产生的变异一定符合需要吗？ 16 （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。 （3）优点： （4）缺点： （5）实例： 作物新品种的培育——突变体的利用 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 17 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。 细胞产物的工业化生产 为什么要进行细胞产物工厂化生产？ 18 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 细胞产物的工业化生产 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 植物细胞培养的过程 外植体 脱分化 愈伤组织 细胞悬液 振荡分散 悬浮培养 细胞产物 注意： ① 一般组织培养到愈伤组织即可,此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。 ②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。 具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的治疗。 抗菌、消炎和抗肿瘤，世界首例药用植物细胞工程产品 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 没有变成一个植物体，只是变多了一些细胞 19 细胞产物的工业化生产 人参→人参皂苷 紫草→紫草宁 红豆杉→紫杉醇 原理： 细胞增殖 优点： 不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制。 应用： 具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的治疗。 抗菌、消炎和抗肿瘤，世界首例药用植物细胞工程产品 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 没有变成一个植物体，只是变多了一些细胞 20 植物繁殖的新途径 1/ 作物新品种的培育 2/ 细胞产物的工厂化生产 3/ 快速繁殖 作物脱毒 单倍体育种 突变体的利用 培育新品种的方法其实很多，我们这里选出来的两种是利用了我们植物工程 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 22 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 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， 创造新品种 四种育种方法的比较 23 $