2.1.2植物细胞工程的应用课件-2026-2027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应用，涵盖植物繁殖新途径、新品种培育及细胞产物工厂化生产。以铁皮石斛自然繁殖限制为导入问题，通过植物细胞全能性原理串联快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等内容，构建问题驱动的学习支架。 其亮点在于以科学思维为核心，通过育种方法对比表格、单倍体育种流程等实例培养探究实践能力，结合细胞产物生产案例渗透结构与功能观。学生能提升解决实际问题能力，教师可借助清晰逻辑与丰富实例优化教学效果。

第二章 细胞工程 第1节 植物细胞工程 二、植物细胞工程的应用 01 植物繁殖的新途径 铁皮石斛：兰科石斛属植物，茎直立、圆柱形， 花期3-6月，生长在于海拔1600m左右 的山地半阴湿岩石上。 具有滋阴清热、益胃生津的功效，常用于治疗热病伤津、口干烦渴、病后虚热等症状。 由于铁皮石斛种子微小且不含胚乳，无法独立萌发，必须与特定真菌共生才能发芽，自然萌发率不足4%‌，且繁殖依赖特定条件‌，所以铁皮石斛自然繁殖产量极低‌，远不能满足市场需求。 如何能让铁皮石斛大量、快速地繁殖呢？ （一）快速繁殖（微型繁殖） 1.概念： 2.优点： 3.过程： 4.实例： 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。 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 原理：植物细胞具有全能性 植物繁殖的新途径 注意：扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖技术。 （没有经过组织培养） ①高效、快速地实现种苗的大量繁殖。 ②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。 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 芽、根 试管苗 植株 移栽 思考 1.快速繁殖属于有性生殖还是无性生殖？ 2.快速繁殖细胞分裂方式？ 没有经过两性生殖细胞的结合。 无性生殖。 有丝分裂。 思考：植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？ 思考：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？ ①这些作物通常是使用无性生殖的方式进行繁殖的，它们感染的病毒很容易传给后代；②病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低，品质变差。 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。 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。 （二）作物脱毒 1.原因： 3.特点： 4.实例： 无性繁殖的作物，感染的病毒容易传给后代。病毒积累，导致作物产量降低、品质变差。 明显提高农作物的产量和品质 2.方法： 顶端分生区（如茎尖） 组织培养 脱毒苗 作物脱毒应选用植物分生区的细胞，因为该部位病毒极少，甚至无病毒 与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。 脱毒苗是茎尖进行组织培养获得，体内不含病毒，但不能抵抗病毒侵染，属于细胞工程；抗毒苗是把某抗病基因导入植物细胞，属于基因工程 被病毒感染叶片 脱毒马铃薯叶片 脱毒草莓 普通草莓 植物分生区细胞繁殖较快，无维管束，病毒难以进入 （2）脱毒草莓能明显提高产量，但品质没有发生变化(　　) 课堂检测 （1）作物脱毒后不再感染病毒(　　) × × 作物脱毒后病毒很少甚至不含病毒，而不是不再感染病毒。 脱毒草莓能明显提高产量，品质也优于普通草莓。 （3）快速繁殖中能否用花粉作为外植体？为什么？ 不能；因为用花粉作外植体会出现性状分离。 花粉是经减数分裂形成的，在此过程中发生了基因重组， 因而不一定能保持亲本的优良性状。 02 作物新品种的培育 2 作物新品种的培育 缺点：要不断进行(多年)纯化和选择 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 × F2 A_S_ A_ss aaS_ aass 传统方法： 第2年 第3年 选育出需要的 紫色甜玉米（AAss） 生长 紫甜（AAss、Aass） × A_ss F3 第4年 问题：现有紫色非甜玉米（基因型AASS）、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）？ 如何解决育种时间过长的问题？ 杂交育种 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 单倍体育种 紫色非甜玉米 × 白色甜玉米 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 P： P： AASS × aass F1 AaSs AaSs AS As aS as AS As aS as AASS AAss aaSS aass （种子） 第 一 年 （植物体） 减数 分裂 （花粉） 花药离体培养 （单倍体幼苗） 秋水仙素处理 （二倍体 纯合植株） 第 二 年 播种 单倍体概念 生物体细胞中染色体数目与本物种配子染色体数目相同的个体，即由配子（精子或卵细胞）直接发育而来的个体。 单倍体特点：植株弱小，高度不育 应用：单倍体育种 单倍体生物的体细胞中一定只含有一个染色体组吗？ 不一定，如四倍体（4N=48)马铃薯的配子中有2个染色体组，由其发育而来的单倍体植株含2个染色体组。 （自然界中的单倍体生物） 卵细胞 → 雄蜂 （一）单倍体育种 1.方法： 2.优点： 花药的离体培养获得单倍体植株 染色体加倍 选择性状相对稳定遗传优良品种 a.后代都是纯合子，能稳定遗传； b.明显缩短育种年限，节约大量人力物力； c.是体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。 3.过程： 优良品种 花粉 离体培养 单倍体 纯合二倍体 选择 花药 缺点：操作复杂 秋水仙素处理 人工诱导染色体加倍 花药离体培养 花药中的花粉 单倍体 幼苗 秋水仙素 染色体加倍 纯合体 二倍体 筛选 优良性状 纯合体 愈伤组织 离体培养 脱分化 再分化 植物细胞的全能性 染色体数目变异 ①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。 ②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。 4.实例： 14 杂交育种、单倍体育种、植物体细胞杂交育种比较 流程不同 杂交+筛选 花药离体培养+诱导染色体加倍 原生质体融合+植物组织培养 亲本不同 同一物种的两性亲本 只需要雄性亲本的花药 可以为不同植物的体细胞 子代不同 通常杂合子和纯合子均存在 均为纯合子 一般为四倍体杂种植株 周期不同 优点不同 原理不同 一般需要5~6年 当年就可获得 当年就可获得 操作较为简单 大大缩短育种年限 打破种间生殖隔离 实现远缘杂交 基因重组 植物细胞全能性、 染色体数目变异 细胞膜流动性、植物细胞全能性 （二）突变体的利用 1.原因： 2.过程： 3.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（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。 诱变处理 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。 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 突变体 筛选培育 新品种 筛选对人们有利的突变体,进而培育成新品种。 4.优点： 基因突变和植物细胞的全能性。 5.缺点： 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，有利性状少，需要大量实验材料。 例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。 6.意义： 育种方法比较 原理 优点 缺点 诱变育种 杂交育种 单倍体育种 多倍体育种 植物体细胞杂交育种 基因突变 基因重组 染色体变异和植物细胞的全能性 染色体变异 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 提高生物变异的频率，可产生新基因，大幅度改良某些性状，缩短育种年限 使存在于不同个体的优良性状集中于一个个体上 明显缩短育种年限 可提高产量和某些营养成分，增大果实 克服了远缘杂交不亲和的障碍，扩大了用于杂交的亲本组合范围，定向改变生物的遗传性状 盲目性大，需大量的突变材料 周期长，难以克服远缘杂交不亲和的障碍 技术复杂，多用于植物 只适用于某些植物，在动物中难以开展，且植物结实率低 不能完全按人们的需要表现出亲代的优良性状 课堂检测 1.操作简便的育种方法： 2.能产生新性状的育种方法： 3.能打破生殖隔离的育种方法： 4.显著缩短育种周期的育种方法： 5.能产生无子果实的育种方法： 杂交育种 诱变育种 植物体细胞杂交育种 单倍体育种 多倍体育种 03 细胞产物的工厂化生产 （一）植物的代谢 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。 应用多、产量低 （二）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的过程。 2.过程： 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 植物细胞培养：指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。 注意： 1.一般培养到愈伤组织阶段，从愈伤组织的细胞中获得细胞产物。因为此时细胞分裂能力强，代谢快，产物多； 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。 原理：细胞增殖 次生代谢物 不需要培育成完整植株，目的是获得细胞产物，原理未涉及细胞全能性 快速高效，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。 3.优点： 4.意义： 5.实例： （1）工厂化生产人参皂甙干粉 脱分化 培养选择 破碎细胞 放入发酵罐 人参根 愈伤组织 增长速度快人参皂甙干粉含量高的细胞 愈伤组织 人参皂苷粉 （2）工厂化生产紫杉醇 离体植物组织 脱分化 愈伤组织 从愈伤组织中提取紫杉醇 22 植物组织培养与植物细胞培养比较 比较项目 植物组织培养 植物细胞培养 目的 原理 培养基 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 组织培养是“小苗加工厂”，细胞培养是“成分提取车间” 固体培养基 液体培养基 “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。 手指植物 课堂检测 (2023·山东，14)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。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 细胞产物的工厂化生产主要是促进细胞分裂，增加细胞数量，提高次生代谢物的含量，但不能提高单个细胞中次生代谢物的含量 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 细胞产物的工厂化生产 植物新品质的培育 植物繁殖的新途径 筛选 课堂小结 $