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第1节：植物细胞工程-3
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽
诱导生根
移栽成活
温故：1.植物组织培养技术
A细胞
B细胞
A原生质体
B原生质体
正在融合的原生质体
杂种细胞
愈伤组织
杂种植株
移栽后的植株
去壁
去壁
融合
再生新壁
脱分化
再分化
移栽
温故：2.植物体细胞杂交技术
知新：
二、植物细胞工程的应用
1.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。
被人们形象地称为植物的快速繁殖技术。
a.定义
外植体
愈伤组织
试管苗
脱分化
再分化
b.特点
保持优良品种的遗传特性
高效快速地实现种苗的大量繁殖
也叫做微型繁殖技术。
①快速繁殖
兰花的快速繁殖
c.实例
20世纪60年代，荷兰科学家成功地利用组织培养技术来培育兰花。
目前，荷兰的兰花生产已经发展成为举世闻名的兰花产业。
我国组织培养技术已经广泛应用于兰花种苗的规模化繁殖，使得名贵的兰花价格大幅下降。
①快速繁殖
c.实例
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
①快速繁殖
d.应用
经济林木
濒危植物
优良观赏植物
无性繁殖作物
苗木
快速繁殖
1.植物繁殖的新途径
②作物脱毒
马铃薯
a.作物病毒积累
草莓
香蕉
感染的病毒很容易传给后代
无性繁殖
病毒在作物体内积累
作物产量降低品质变差
1.植物繁殖的新途径
②作物脱毒
b.脱毒方法
取材：顶端分生区（如茎尖、根尖：病毒极少，甚至无毒）
组培
脱毒苗
c.优点
明显提高农作物的产量和品质
d.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。
2.植物新品质的培育
①单倍体育种
a.方法
花药离体培养
人工诱导染色体加倍
b.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
b.步骤
取花药
单倍体幼苗
脱分化
纯合二倍体
人工诱导染色体加倍
优良品种
选择
①单倍体育种
愈伤组织
再分化
花药离体培养
明显地缩短育种年限
c.优点
大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易出现，
c.优点
Aa
A
a
AA
aa
单倍体(n)
纯合二倍体(2n)
二倍体(2n)
因此它也是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
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
d.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。
2.植物新品质的培育
②突变体的利用
a.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
2.植物新品质的培育
②突变体的利用
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
突变体育种的原理是突变，诱变育种的原理是基因突变。
突变 = 基因突变 ＋ 染色体变异
b.实例
已经筛选到如下突变体
抗病
抗盐
高产
高蛋白
抗花叶毒病的甘蔗
抗盐碱的烟草
①次生代谢物
植物代谢产生一些不是植物基本生命活动所必需的产物——次生代谢物。
3.细胞产物的工厂化生产
初生代谢产物
初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动,因此在整个生命过程中它一直进行着。
初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等。
次生代谢不是生物生长所必需的,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。
①次生代谢物
化学本质
作用
应用
直接获取困难
化学合成困难
利用植物细胞培养来获得目标产物
细胞产物的工厂化生产
小分子有机物(酚类、萜类和含氮类)
植物抗病、抗虫
药物、香料、色素
含量低、从植物组织提取会大量破坏植物资源
有些产物不能或难以通过化学合成途径得到
②植物细胞培养(细胞产物工厂化生产)
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。
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
③优势
不占用耕地、不受季节、天气的限制，
对社会、经济、环保具有重要意义。
④实例
世界首例药用植物细胞工程产品 —— 紫草宁
作用：
来源：
紫草细胞中提取的一种药物和色素
抗菌、消炎、康肿瘤
④实例
我国在人参、三七等植物细胞的大规模培养领域取得了很大的进展。
我国科学家早在1963年就成功地培育了人参的组织。
近年来又实现了利用组织培养技术来大量生产人参皂苷干粉。
我国科学家筛选出高产紫杉醇细胞
来源：红豆杉属植物(濒危植物)体内产生一种次生代谢产物
作用：具有高抗癌活性，已被广泛用于乳腺癌等癌症的治疗
传统生产方法：从红豆杉树皮和树叶中提取
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
总结：植物细胞工程的应用
花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病，野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化，并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合，以获得抗黑腐病杂种植株。流程如下图。
据图回答下列问题：
（1）过程①所需的酶是___________________。
纤维素酶和果胶酶
据图回答下列问题：
（2）过程②后，在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的_________存在，这一特征可作为初步筛选杂种细胞的标志。
叶绿体
据图回答下列问题：
（3）原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压，其作用是______________________。原生质体经过_________再生，进而分裂和脱分化形成愈伤组织。
保持原生质体完整性
细胞壁
据图回答下列问题：
（4）若分析再生植株的染色体变异类型，应剪取再生植株和__________
______________________植株的根尖，通过______、_______、染色和制片等过程制成装片，然后在显微镜下观察比较染色体的形态和数目。
双亲
（或花椰菜和黑芥）
解离
漂洗
(5）采用特异性引物对花椰菜和黑芥基因组DNA进行PCR扩增，得到两亲本的差异性条带，可用于杂种植株的鉴定。下图是用该引物对双亲及再生植株1~4进行PCR扩增的结果。据图判断，再生植株1~4中一定是杂种植株的有___________。
1、2、4
据图回答下列问题：
（6）对杂种植株进行___________接种实验，可筛选出具有高抗性的杂种植株。
黑腐病菌
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
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。
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。
二、拓展应用
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。
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。
甜叶菊

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