2.1.2 植物细胞工程课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第1节 植物细胞工程 第2课时 植物细胞工程的应用 第2章 选择性必修三：生物技术与工程 细胞工程 学习目标 核心素养要求 1.举例说明植物组织培养在生产和科学研究中的应用并能解释原理。 2.举例说明利用快速繁殖、作物脱毒、人工种子、细胞代谢产物工厂化生产、单倍体育种等方式和操作流程及原理。 1. 生命观念：会用生命观念解释植物细胞工程给人们带来的影响。 2. 科学思维：结合单倍体育种、诱变育种等育种方法来理解植物组织培养在作物新品种培育方面的应用。 3.社会责任：列举植物组织培养技术在生产实践中的应用，说明植物细胞工程对生产的影响。。 选择性必修三：生物技术与工程 第2课时 植物细胞工程的应用 内容1 植物繁殖的新途径 第2课时 植物细胞工程的应用 内容聚焦 内容2 作物新品种的培育 内容3 细胞产物的工厂化生产 花药 花粉 经济苗木、名贵花卉、珍稀植物等的自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持…… 珙桐 蝴蝶兰 铁皮石斛 如何解决这个问题呢？ 情境导入 【问题探讨】 快速繁殖 铁皮石斛的工厂化生产 请阅读课本P39，回答以下问题： 1.什么是快速繁殖技术？ 2.快速繁殖的核心技术是？依据的原理是什么？ 3.快速繁殖技术有什么优点？有哪些应用实例？ 内容1 植物繁殖的新途径 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 1.快速繁殖 (1)概念 (2)原理 也叫 ，是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术 植物细胞的全能性 愈伤组织 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 芽、根 试管苗 植株 移栽 (3)过程 微型繁殖 内容1 植物繁殖的新途径 (4)生殖方式 一般为无性生殖 (5)分裂方式 有丝分裂 (胚状体) (6)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选材少，繁殖率高，便于自动化管理，可实现工厂化规模生产 (7)实例 甘蔗 桉树 铁皮石斛 1.快速繁殖 内容1 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？ ①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。 思考讨论 内容1 植物繁殖的新途径 2. 多肉是如何繁殖的？ ①选取多肉上 健康、饱满的叶片 ②用剪刀或直接 用手轻轻掰下叶片 ③平放沙床，叶片 间隔相聚2~3厘米 ④叶片切口不要碰脏， 摆放通风处2~3天晾干 ⑤待叶片晾干后 移至半阴处养护 ⑥约2~3周后生根，从叶基处长出不定芽 ⑦叶插成功 扦插（叶插） 思考讨论 内容1 植物繁殖的新途径 3. 扦插、嫁接、压条属于无性生殖吗？属于快速繁殖技术吗？ 扦插 嫁接 压条 都属于无性生殖。 过程中未经过脱分化、再分化等，不属于植物组织培养，因此不属于快速繁殖技术。 思考讨论 内容1 植物繁殖的新途径 *扦插、压条、嫁接等 微型繁殖技术 不属于 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。 内容1 植物繁殖的新途径 请阅读课本P40，回答以下问题： 1.为什么许多通过无性繁殖多代之后产量会下降？ 2.为什么作物脱毒苗培养时一般选取植物根尖或茎尖 的分生区作为外植体？ 3.获得脱毒苗的过程？ (1)脱毒原因： 无性繁殖的作物，容易将病毒传染给后代。 病毒在作物体内逐年积累，导致作物产量 降低、品质变差。 (2)选材部位： 植物顶端分生区附近（如茎尖、芽尖、根尖） 原因： 该部位的病毒极少，甚至无病毒 (3)适用作物： 被病毒感染的，主要通过无性繁殖的作物 如马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉 内容1 植物繁殖的新途径 2.作物脱毒 2. 作物脱毒 (4)过程： 脱分化 再分化 无病毒组织 愈伤组织 试管苗 完整植株 芽、根 移栽 作物脱毒 VS 快速繁殖： 二者无本质区别，只是取材部位不同 辨析：脱毒苗 抗毒苗 脱毒苗：是选择植物的茎尖进行植物组织培养而获得的，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 植物细胞 植物组织培养 抗毒苗 ≠ 内容1 植物繁殖的新途径 13 脱毒作物的 和 明显优于没有脱毒的作物。 (5)优点 产量 品质 (6)实例 脱毒马铃薯 脱毒草莓 脱毒甘蔗 脱毒菠萝 脱毒香蕉 内容1 植物繁殖的新途径 2. 作物脱毒 14 1、下列属于生物的微型繁殖技术的是（ ） A. 兰花的芽尖组织培育成兰花幼苗 B. 水稻种子萌发并长成新个体 C. 扦插的葡萄枝长成新个体 D. 柳树芽发育成枝条 A 习题检测 2、束顶病毒能够引起香蕉的严重病害，科研人员用感病植株的茎尖作为外植体进行培养获得脱毒苗，实验结果如图所示。下列有关叙述正确的是（ ） A. 感病植株的茎尖需经灭菌处理后才能用于脱毒苗的培育 B. 培养过程中培养基常添加生长激素、细胞分裂素等激素 C. 超低温保存感病植株茎尖可提高 其脱毒率，降低成活率 D. 茎尖脱分化形成的愈伤组织是一 团呈正方形的薄壁组织团块 C 习题检测 马铃薯病毒苗原因 内容1 植物繁殖的新途径 【视频】作物脱毒 内容1 植物繁殖的新途径 习近平总书记说：“确保国家粮食安全，把中国人的饭碗牢牢端在自己手中。” 我国是粮食生产大国，而有所成就的原因更多在于我国科研人员的不懈研发。但是，常规选育（杂交育种）出一个可以稳定遗传的作物优良品种，一般要经过5～6年的连续筛选。 内容1 植物繁殖的新途径 实际问题： 传统的育种方法： 原理： 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 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）？ 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) 杂交育种 多年纯化和选择，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？ 内容2 作物新品种的培育 现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何短时间 获得纯种的紫色 甜玉米（基因型AAss）？ 传统方法： 杂交育种 单倍体育种 P： 紫色非甜玉米 AASS × 白色甜玉米 aass 紫色非甜玉米 AaSs ↓ 配子： AS As aS as 花药离体培养 单倍体幼苗： AS As aS as 纯合体: AASS AAss aaSS aass 选择紫甜玉米即为新品种 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 × 选育出紫甜的纯种 F2 A_S_ A_ss aaS_ aass 紫甜 第2年 第3年 × 生长 A_ss F3 第4年 秋水仙素加倍 内容2 作物新品种的培育 根据上述单倍体育种过程，回答以下问题： 1.归纳单倍体育种的流程？ 2.单倍体育种的原理是什么？其中花药离体培养依据的原理是什么？ 3.与传统杂交育种相比，单倍体育种的优点？ 内容2 作物新品种的培育 1. 单倍体育种 (1)过程 花药 花粉 单倍体 纯合二倍体 优良品种 离体培养 脱分化 人工诱导 染色体加倍 选择 脱分化 愈伤组织 花药离体培养 秋水仙素处理 (2)原理 植物细胞的全能性和染色体数目变异 【讨论】单倍体育种的目的是不是获得单倍体植株？ 内容2 作物新品种的培育 (3)优点 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进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料 (4)缺点 技术相当复杂 (5)实例 单育1号烟草 水稻 甜椒 玉米 1. 单倍体育种 内容2 作物新品种的培育 【资料】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。 【讨论】1. 这对你有什么启发？ 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。 2. 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； 不一定，因为突变是不定向的 因此更易发生突变； 愈伤组织细胞不断分裂，细胞要进行DNA分子复制 内容2 作物新品种的培育 2. 突变体的利用 (1)过程 脱分化 再分化 外植体 愈伤组织 试管苗 完整植株 芽、根 有用的突变体 筛选 诱变处理（射线、化学物质） (2)原理 突变（基因突变+染色体变异）和植物细胞的全能性 (3)优点 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 (4)缺点 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 内容2 作物新品种的培育 (5)实例 抗花叶病毒的甘蔗 抗盐碱的烟草 抗除草剂白三叶草 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。 2. 突变体的利用 内容2 作物新品种的培育 1.自农耕文化发展以来，人们一直尝试各种育种操作，尤其是随着生物技术的进步，育种方式的选择越来越多，下列关于某水稻品种育种过程叙述不正确的是（ ） A. 过程①④⑤的原理是基因重组，过程②③的原理是染色体变异 B. 过程②还需用到植物组织培养，过程③不能用秋水仙素处理正在萌 发的种子 C. 过程④得到的矮秆抗病纯合子占全部后代的1/3 D. 过程②③的优点是明显缩短了育种的年限 C 习题检测 【资料】紫杉醇是从紫草细胞中提取的一种药物和色素，是目前已发现的最优秀的天然抗癌药物，在临床上已经广泛用于乳腺癌、卵巢癌和部分头颈癌和肺癌的治疗，下图是通过植物细胞工程技术工厂化生产紫杉醇的途径。 问题1：紫杉醇属于初生代谢物还是次生代谢物？（P41相关信息） 问题2：①过程是什么？ 问题3：③过程利用的是植物组织培养技术吗？ 问题4：生产紫杉醇的过程能否体现植物细胞的全能性？ 脱分化 植物细胞培养技术 次生代谢物：不是植物基本的生命活动所必需的产物。 不能 内容3 细胞产物的工厂化生产 次生代谢物 植物基本的生命活动所必需的代谢活动，一般在特定的 中，并在一定的环境和时间条件下才进行。 生物生长和生存 的代谢活动，整个生命过程一直进行。 1. 植物的代谢 植物代谢 初生代谢 次生代谢 概念： 产物： 如糖类、脂质、蛋白质、核酸等 概念： 产物： 内容3 细胞产物的工厂化生产 所必需 不是 组织或器官 初生代谢物， 2. 次生代谢物 (1)含义 (2)化学本质 (3)作用 (4)缺点 植物代谢产生的一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物。 是一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等） ①在植物抗病、抗虫等方面发挥作用 ②很多药物、香料和色素等的重要来源 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 内容3 细胞产物的工厂化生产 32 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厂化生产 用于植物细胞培养的反应器 内容3 细胞产物的工厂化生产 3.细胞产物工厂化生产 (1)植物细胞培养 是指在 条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其 的技术。 离体 增殖 细胞产物的工厂化生产的目标产物 。 次生代谢产物 34 03 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 去壁 （液体培养基） (2)过程 内容3 细胞产物的工厂化生产 3.细胞产物工厂化生产 由以上过程可知: *细胞产物工厂化生长主要利用的是植物组织培养中的哪种结构？_ _ __________ *提取细胞产物是否需要培养得到完整植株？____________ 。 愈伤组织 一般不需要 因为此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。 35 03 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 去壁 （液体培养基） (2)过程 内容3 细胞产物的工厂化生产 (3) 原理 细胞增殖 (4)培养基 液体培养基 （有利于培养的细胞与营养物质充分接触） 3.细胞产物工厂化生产 (5) 优点 不占用耕地，几乎不受季节、天气等限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。 (7) 实例 红豆杉 → 紫杉醇 紫杉醇（红豆杉属的一种次生代谢物）,具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的治疗。 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 具有抗肿瘤、神经系统保护、心脑血管保护和免疫调节等作用 内容3 细胞产物的工厂化生产 实例1： 工厂化生产人参皂甙干粉的基本流程： 脱分化 培养选择 破碎细胞 放入发酵罐 人参根 愈伤组织 增长速度快，人参皂苷干粉含量高的细胞 细胞增殖 人参皂苷粉 内容3 细胞产物的工厂化生产 (8) 细胞产物工厂化生产实例 工厂化生产紫杉醇的基本流程： 离体植物组织 脱分化 愈伤组织 从愈伤组织中提取紫杉醇 红豆杉 紫杉醇 内容3 细胞产物的工厂化生产 培养、提取 实例2： (6) 细胞产物工厂化生产实例 【拓展应用1】植物细胞培养 VS 植物组织培养 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、单倍体育种和突变体的应用 细胞产物的工厂化生产 外植体 愈伤组织 试管苗 完整 植株 脱分化 再 分化 芽、根 脱分化 振荡 分散 外植体 愈伤组织 细胞悬浮培养 细胞产物 细胞悬液 提取 内容3 细胞产物的工厂化生产 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 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 【拓展应用2】四种育种方法的比较 内容3 细胞产物的工厂化生产 课堂篇探究学习 1.生物碱是存在于自然界中(主要存在于植物中，但有的也存在于动物中)的一类含氮的碱性有机化合物，有显著的生物活性，是中草药中重要的有效成分之一。如图为获得生物碱的两种方式，下列叙述错误的是（ ） A. 用酶解法将愈伤组织分离成单细胞 B. 图中①和②分别表示植物组织培养中细胞的脱分化和再分化过程 C. ②过程中需用适宜配比的植物激素处理 D. 图中愈伤组织、脱毒苗和高产细胞系的获得都体现了植物细胞的全能性 D 习题检测 “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。 到社会中去 内容3 细胞产物的工厂化生产 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 课堂总结 课堂小结 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 【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。 二、拓展应用 练习与应用 FormatFactory : www.pcfreetime.com Lavf58.51.100 $