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，涵盖植物繁殖新途径、新品种培育及细胞产物工厂化生产。以铁皮石斛工厂化生产问题导入，通过“问题-原理-实例”支架衔接快速繁殖、作物脱毒等内容，构建知识脉络。 其亮点在于结合生命观念（细胞全能性、染色体变异）和科学思维（对比传统与单倍体育种流程），通过情境问题、及时巩固判断题及典例分析，培养探究实践能力。如单倍体育种实例缩短育种年限，帮助学生深化理解，教师可高效开展教学。

情境导入 铁皮石斛的工厂化生产 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？ 思考 石斛：驱解虚热，养胃生津、提高免疫力、延年益寿等疗效、观赏价值。 快速繁殖 第2章 细胞工程 第1节 植物细胞工程 一、植物繁殖的新途径 1.快速繁殖 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫作微型繁殖技术。 (1) 概念： 植物细胞的全能性 （2) 原理： （3）特点： 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保持优良品种的遗传特性。可实现产业化生产 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。 （4）实例： 无籽西瓜 注意：扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖技术。 植物常见的无性繁殖方式——营养繁殖（利用营养器官：根、叶、茎等繁殖后代） 扦插 压条 嫁接 一、植物繁殖的新途径 2.作物脱毒 马铃薯 草莓 香蕉 脱分化 愈伤组织 顶端分生区（如茎尖）：病毒极少，甚至无毒 注：脱毒苗≠抗毒苗。 （3）优点： 明显提高农作物的产量和品质 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 （2）脱毒方法 再分化 脱毒苗 经水浴处理后，再组织培养效果更好： 因水浴处理可延缓病毒增殖和扩散速度。 1.葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于微型繁殖。( ) 2.脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位。( ) 3.取茎尖分生组织进行组织培养，可获得抗毒苗。( ) 4.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。（ ） 5.从植物体上获取任何细胞，经组织培养得到的植株与亲本性状一定都完全一致。（ ） × × × × √ [注意] 脱毒苗 ≠ 抗毒苗 体细胞 VS 花粉（生殖细胞） 没有经过组织培养 顶端分生区附近（如茎尖） 快速繁殖中能否用花粉作为外植体？为什么？ 及时巩固 不能；因为用花粉作外植体会出现性状分离。 【典例1】(2024·许昌高二质检)下列属于植物微型繁殖技术的是(　　) A．用草莓的芽尖组织培育成试管苗 B．用嫁接的方法培育金叶水杉 C．扦插的葡萄枝条长成新个体 D．柳树芽发育成枝条 【典例2】(2024·甘肃，15)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 A D 二、作物新品种的培育 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 ↓ × F2 A_S_ A_ss aaS_ aass 紫甜 第2年 第3年 × 生长 A_ss F3 第4年 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？ 选育出需要的纯种 二、作物新品种的培育 1.单倍体育种 （1）单倍体： 由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成的个体。 选择 亲本 有性 杂交 F1代 单倍体 植 株 人工诱导 染色体加倍 （秋水仙素处理） 可 育 纯合子 选择所 需类型 外植体 （花粉） 花药离体培养 即植物组织培养 单倍体植株矮小，且多为不育 （2）过程: （3）原理： 染色体（数目）变异、植物细胞的全能性。 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 秋水仙素处理 花药离体培养 （植物细胞的全能性） （染色体数目变异） 花药中的花粉 单倍体 幼苗 秋水仙素 染色体数目加倍 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 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 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: 秋水 仙素处理 染色体加倍 AASS AAss aaSS aass 选择紫甜玉米即为新品种 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），思路？ 二、作物新品种的培育 （4）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。 （5）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 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。 二、作物新品种的培育 2.突变体的利用 愈伤组织细胞不断分裂，细胞要进行DNA分子复制更易发生突变。 （1）产生原因： 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。 （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 诱变处理的对象？为什么？产生的变异一定符合需要吗？ 不一定，因为突变是不定向的。 二、作物新品种的培育 2.突变体的利用 （3）原理： 突变(基因突变和染色体变异）和植物细胞的全能性。 （4）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。 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 二、作物新品种的培育 2.突变体的利用 （5）实例： 已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体， 抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。 抗除草剂白三叶草 抗花叶病毒的甘蔗 抗盐碱的烟草 三、细胞产物的工厂化生产 1.植物的代谢产物 ①是生物生长和生存所必需的代谢活动； ②在整个生命过程中一直进行； ③初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质、核酸等。 ①概念：植物代谢产生的，不是植物基本生命活动所必需的产物。 一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等） ③用途：在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物香料和色素等的重要来源。 红豆杉→紫杉醇 紫草→紫草宁 （1）初生代谢： （2）次生代谢物： ②一般在特定的组织和器官中，并在一定的环境和条件下才进行 应用多、产量低 注意：① 一般组织培养到愈伤组织即可。此时细胞分裂能力强，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。 三、细胞产物的工厂化生产 2.细胞产物的工厂化生产 （2）植物细胞培养： （1）概念： 利用植物细胞培养来获得目标产物的过程。 指在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。 外植体 培养、 提取 细胞产物 愈伤组织 脱分化 细胞悬液 分散开 （4）生产过程 不能体现植物细胞的全能性 （3）原理： 细胞增殖 三、细胞产物的工厂化生产 （5）实例 紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。 工厂化生产人参皂甙干粉的基本流程： 人参根 　 愈伤组织 增长速度快且细胞内人参皂甙干粉含量高的细胞 细胞增殖　　 提取人参皂甙干粉 脱分化 培养选择 破碎细胞 放入发酵罐 植物组织培养和植物细胞培养的比较 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 【典例】(2024·鸡西高二期末)花粉植株是体细胞遗传研究和突变育种的理想材料。培育四季柑橘(2n＝18)花粉植株的过程如图所示，下列有关叙述不正确的是(　　) D A．花粉植株培育的原理是花粉粒细胞具有全能性，其技术是植物组织培养 B．过程③是细胞再分化，诱导丛芽产生时应适当降低生长素与细胞分裂素的比值 C．4种培养基均属于固体培养基，②过程需要在适宜的温度和避光条件下进行 D．观察处于分裂中期的四季柑橘花粉植株根尖细胞，可观察到18条染色体 【典例】(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。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 网络构建 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 课后检测 (1)作物脱毒后不再感染病毒(　　) (2)脱毒草莓能明显提高产量，但品质没有发生变化(　　) (3)作物脱毒所培养的材料常选自顶端分生组织(　　) (4)快速繁殖本质上是一种无性繁殖(　　) (5)二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株(　) (6)突变体育种常用射线、化学物质处理愈伤组织(　　) (7)紫杉醇存在于红豆杉属植物体内，是初生代谢物，具有高抗癌活性，现在已被广泛用于乳腺癌的治疗(　　) (8)植物细胞培养的原理是植物细胞的全能性(　　) × × × 病毒很少甚至不含病毒，而不是不再感染病毒 品质也优于普通草莓 单倍体植株， 一般高度不育 √ × 紫杉醇是次生代谢物 × 植物细胞培养的原理是细胞增殖 √ √ 二、拓展应用 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。 【答案】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。 四 练习与应用 $