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

该高中生物学课件聚焦植物细胞工程的应用，涵盖快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种、突变体利用及细胞产物工厂化生产等核心内容。通过生姜病毒病、传统育种周期长等实际问题导入，衔接植物组织培养技术，构建“原理-应用-实例”的学习支架。 其亮点在于融合科学思维与探究实践，通过深度思考（如无性繁殖与病毒积累关系）、实例分析（单育1号烟草、人参皂苷生产）及高考真题，培养学生解决实际问题能力。采用对比（杂交与单倍体育种）、流程图解等方法，小结结构化，助力学生系统梳理知识，教师可直接用于教学，提升效率。

2-1-2 植物细胞工程的应用 1.定义: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.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。 2.优点: ①可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖; ②可以保持优良品种的遗传特性; ③不受自然生长季节的限制; ④培养周期短。 生菜 植物繁殖的新途径-快速繁殖 无籽西瓜 蝴蝶兰 甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产,已形成一定规模。 铁皮石斛的产业化育苗 植物繁殖的新途径-快速繁殖 深度思考 1、为什么植物微型繁殖技术可以优良品种的遗传特性? 2、为什么马铃薯、草莓和香蕉的产量会越来越低,品质会越来越差? 植物组织培养过程中细胞只进行有丝分裂,因此是一种无性繁殖的技术;无性繁殖的后代其遗传物质组成与亲代保持一致。 这些作物通常使用无性繁殖的方式进行繁殖,他们传染的病毒很容易传给后代; 病毒在作物体内逐年积累,就会导致产量降低,品质变差。 实际问题: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。 深度思考 马铃薯 1.脱毒原因: 草莓 香蕉 无性繁殖 植物繁殖的新途径-作物脱毒 ①无性繁殖的作物,容易将病毒传染给后代。 ②病毒积累,导致作物产量降低、品质变差。 2.取材: 顶端分生区(如茎尖、根尖) 理由: 病毒极少,甚至无病毒 3.方法: 切取一定大小的茎尖进行组织培养,再生的植株就有可能不带病毒,从而获得脱毒苗 4.实例: 马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等 脱毒苗 ≠ 抗毒苗。 植物繁殖的新途径-作物脱毒 抗毒苗 把某抗病基因导入植物细胞,再发育成植株 脱毒苗 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,不能抵抗病毒侵染 细胞工程 基因工程 实际问题:传统的育种方法是通过杂交把两亲本的优良性状组合在同一后代中。 缺点是:要不断进行(多年)纯化和选择,才得到一种符合理想要求的新品种。 如何解决育种时间过长的问题? P: 高杆抗病 DDTT 矮杆感病 ddtt F1 高杆抗病 DdTt 第1年 选育出需要的矮抗纯种 F2 D_T_ D_tt ddT_ ddtt 矮抗 传统方法: 杂交育种 第2年 第3年 ddTT F3 第4年 深度思考 1.方法: 花药离体培养 人工诱导染色体加倍 2.步骤: 优良品种 花药 花粉 离体培养 单倍体 纯合二倍体 人工诱导 染色体加倍 选择 作物新品种的培育 单倍体育种 3.原理: 植物细胞的全能性 染色体数目变异 4.优点: 作物新品种的培育 单倍体育种 ①极大地缩短了育种的年限,节约了大量的人力和物力 原因:杂交育种选育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,而单倍体育种当年就能培育出相对性状稳定的纯合植株; ②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 明显地缩短 育种年限 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 4.实例: 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。 作物新品种的培育 单倍体育种 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。从突变的个体中筛选出对人们有用的突变体,进而培育成新品种。 外植体 愈伤组织 试管苗 脱分化 再分化 植株 诱变 筛选 有用的突变体 作物新品种的培育 突变体的利用 突变(基因突变或染色体变异) 植物细胞的全能性 2.利用: 外植体 愈伤组织 试管苗 脱分化 再分化 植株 诱变 筛选 有用的突变体 作物新品种的培育 突变体的利用 对植物组织培养过程中得愈伤组织进行诱变处理,促其发生突变,诱导分化成植株,筛选对人们有利突变体,进而培育新品种 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。 难以控制突变方向,有利性状比较少,需要大量处理实验材料。 4.缺点: 5.实例: 作物新品种的培育 突变体的利用 抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草、抗除草剂的白三叶草等 1.植物的代谢产物: 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。 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。 细胞产物的工厂化生产 初生代谢:生物生长生存所必需的代谢活动。 产物:如糖类、脂质、蛋白质、核酸等。 次生代谢:非生物生长所必需,在特定条件下进行。 产物:一类小分子有机化合物。 2.植物细胞培养: 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。 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 细胞产物的工厂化生产 注意: ①一般组织培养到愈伤组织即可。 因为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。 3.实例: 工厂化生产人参皂苷干粉的基本流程: 人参根 愈伤组织 增长速度快而且细胞内人参皂苷干粉含量高的细胞 细胞增殖 提取人参皂苷干粉 脱分化 培养选择 破碎细胞 放入发酵罐 细胞产物的工厂化生产 3.实例: 紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。 红豆杉 紫杉醇 紫草 紫草宁 人参 人参皂苷 细胞产物的工厂化生产 4.优点: 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。 “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。 【到社会中去】 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 课堂小结 (2024 甘肃 高考真题)兰州百合栽培过程中易受病毒侵染,造成品质退化。某研究小组尝试通过组织培养技术获得脱毒苗,操作流程如下图。下列叙述正确的是( ) A.①为脱分化过程,1号培养基中的愈伤组织是排列规则的薄壁组织团块 B.②为再分化过程,愈伤组织细胞分化时可能会发生基因突变或基因重组 C.3号培养基用于诱导生根,其细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值大于1 D.百合分生区附近的病毒极少,甚至无病毒,可以作为该研究中的外植体 D 基因重组发生在减数分裂过程中 (2023 山东 高考真题)利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖,可获得植物细胞的某些次生代谢物。下列说法正确的是( ) A.利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物 B.植物细胞体积小,故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产 C.次生代谢物是植物所必需的,但含量少,应选择产量高的细胞进行培养 D.该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量 A 增加数量 (2025 黑吉辽蒙卷 高考真题)利用植物组织培养技术获得红豆杉试管苗,有助于解决紫杉醇药源短缺问题。下列叙述正确的是( ) A.细胞分裂素和生长素的比例会影响愈伤组织的形成 B.培养基先分装到锥形瓶,封口后用干热灭菌法灭菌 C.芽原基细胞由于基因选择性表达,不能用作外植体 D.紫杉醇不能通过细胞产物的工厂化生产来获取,植物组织培养优势明显 外植体可以是植物的任何活细胞、组织或器官,只要具有全能性 A 2025 湖北 高考真题 水母雪莲是我国的一种名贵药材,主要活性成分为次生代谢产物黄酮。水母雪莲生长缓慢,长期的掠夺性采挖导致该药材资源严重匮乏。研究人员开展了悬浮培养水母雪莲细胞合成黄酮的工程技术研究,结果如表所示。下列叙述错误的是( ) 转速(r/min) 55 65 75 85 相对生长速率 0.21 0.25 0.26 0.25 细胞干重(g/L) 7.5 9.7 11.4 9.5 黄酮产量(g/L) 0.2 0.27 0.32 0.25 A.黄酮产量与细胞干重呈正相关 B.黄酮是水母雪莲细胞生存和生长所必需的 C.氧气供给对于水母雪莲细胞生长、分裂和代谢是必需的 D.转速为75r/min时既利于细胞分裂,又利于黄酮的积累 B $