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2.1 植物细胞工程的应用
第二章 植物细胞工程
20世纪60年代，荷兰科学家成功地利用植物组织培养技术来培育兰花。目前，荷兰的兰花生产已发展成举世闻名的兰花产业。
我国组织培养技术也已经广泛应用于兰花种苗的规模化繁殖，使得名贵兰花的价格大幅下降，普通百姓也能购买和观赏。
【资料一】
结合上述资料和阅读教材39页，回答以下问题：
1.资料中的兰花繁殖利用了什么技术大量规模化生产？
2.什么是快速繁殖技术？
3.快速繁殖技术有哪些优点？
4.快速繁殖技术用于产业化生产的实例有哪些？
1.1 快速繁殖
20世纪60年代，荷兰科学家成功地利用植物组织培养技术来培育兰花。目前，荷兰的兰花生产已发展成举世闻名的兰花产业。
用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，称为快速繁殖技术，
也叫微型繁殖技术。
我国组织培养技术也已经广泛应用于兰花种苗的规模化繁殖，使得名贵兰花的价格大幅下降，普通百姓也能购买和观赏。
1.概念：
1.1 快速繁殖
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都实现了利用快速繁殖技术来提供苗木。
2.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可实现产业化生产。
3.实例：
铁皮石斛
甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的产生已形成一定规模。
资料1　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。
你有什么启发？
活动1
分析作物脱毒
选材原因：_________________________________
1.选用材料：___________________________________________
该部位的病毒极少，甚至无病毒
植物顶端分生区附近（如茎尖、芽尖、根尖）
2.脱毒过程：
茎尖
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
脱毒苗
3.实例：
马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。
脱毒苗≠抗毒苗，前者指的是本身病毒少，甚至无病毒，受病毒感染的机会少，而后者指的是能抵抗病毒的感染。
活动1
分析作物脱毒
情境探疑
1.快速繁殖得到的产物会不会出现性状分离？原因是什么？
提示：不会。快速繁殖利用的是植物组织培养技术，属于无性繁殖，可以保持亲本的优良性状。
2.经植物组织培养培育出的脱毒苗抗病毒吗？为什么？
提示：不抗病毒。“脱毒”与“抗病毒”的含义不同，前者为不含病毒或病毒含量很少，后者为能够抵抗病毒侵染。
例1 某株名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离。为了防止性状分离并快速繁殖，可以利用该植株的一部分器官或组织进行离体培养，培育出完整的植株。进行离体培养时不应采用该植株的(　　)
A.茎尖
B.子房壁
C.叶片
D.花粉粒
典例应用
例2 (2023·天津静海区高二检测)科研人员研究了马铃薯茎尖外植体大小对幼苗的成苗率和脱毒率的影响。结果见下图，下列相关叙述错误的是(　　)


B.培育脱毒苗的过程中涉及脱分化和再分化两个阶段
C.实验结果表明，茎尖越小，脱毒率越高，成苗率越低
D.根据本实验，培养脱毒苗时茎尖的适宜大小为0.27 mm
A.培育脱毒苗所依据的原理有基因突变和细胞全能性
典例应用
例3 (2023·山东日照高三一模)离子束诱变育种是利用离子束处理植物的种子、细胞或其他器官等，诱发其产生遗传性改变，从而获得各种各样的变异类型，经人工选择培育新品种的方法。离子束处理具有生理损伤轻、突变频率高、突变范围广等优点。下列叙述正确的是(　　)
A.离子束诱发基因突变只能发生在细胞分裂前的间期
B.没有外界因素的诱发，细胞内的基因不发生突变
C.离子束能诱导基因发生定向突变，获得较多的优良变异类型
D.离子束诱变育种可以改变原有基因的结构而导致新品种出现
典例应用
植物组织培养到愈伤组织阶段，细胞进行
有丝分裂，细胞分裂速度较快，从而获得
大量组织细胞，然后不断地分割、移瓶、
诱导再分化形成新植株。并且，植物组织
培养在实验室进行，受季节、气候等条件
限制较小。
活动2
分析快速繁殖
1.为什么植物组织培养可以进行快速繁殖？
2.快速繁殖中能否用花粉作为外植体？
为什么？
不能，因为用花粉做外植体会出现性状分离。
活动2
分析快速繁殖
目标一
作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产
2.1 单倍体育种
1.过程：
2.1 单倍体育种
1.过程：
秋水仙素
单倍体幼苗
优良品种
愈伤组织
纯合二倍体植株
花药
染色体
数目加倍
脱分化
再分化
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）
选择
2.原理：
植物细胞的全能性、染色体数目变异
2.1 单倍体育种
3.优点：
① 子代是能稳定遗传的纯合子。
② 极大地缩短了育种的年限。
③ 是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
因为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显现。
2.1 单倍体育种
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：
后来，把单倍体育种与常规育种结合起来，培育成了水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。
情境探疑
3.根据玉米单倍体育种流程示意图，回答下列问题：
(1)①过程是指____________________，②过程要经过________________形成A植株。
(2)③过程表示____________________。
(3)A、B植株分别是____________________。
(4)单倍体育种为什么能为体细胞诱变育种和研究遗传突变提供理想材料？
提示：因为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显现。
花药(花粉)离体培养
脱分化和再分化
人工诱导染色体加倍
单倍体、纯合二倍体
资料2　彩色马铃薯不仅营养成分高，且含多酚类化合物，有较强的保健功能和药用价值。我国通过品种引进等方式获得的彩色马铃薯品种数量有限，且多为晚熟品种，产量和品质较低。所以通过诱变途径获得新的彩色马铃薯品种可以丰富马铃薯市场，满足人们的需要。
根据以上资料，分析并回答以下问题。
活动3
分析突变体的利用
如图表示突变体的利用过程，请据图分析回答下列问题：
1. 突变体育种的原理是什么？
基因突变和植物细胞的全能性。
活动3
分析突变体的利用
如图表示突变体的利用过程，请据图分析回答下列问题：
2.在培养至愈伤组织时进行诱变处理的原因是什么？
愈伤组织细胞分裂旺盛，且一直处于不断增殖的状态，此时易发生基因突变。
活动3
分析突变体的利用
如图表示突变体的利用过程，请据图分析回答下列问题：
3.诱导分化得到的突变体都可以利用吗？为什么？
大多数都不可以。因为基因突变可能破坏生物体与现有环境的协调关系，进而对生物体有害；还有些基因突变既无害也无益，是中性的。
活动3
分析突变体的利用
2.2 细胞产物的工厂化生产
(1)初生代谢物：
初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动。
初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质、核酸等。
(2)次生代谢物：
植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物。
小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等)
②本质：
③作用：
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。
①概念：
1.植物的代谢产物
2.2 细胞产物的工厂化生产
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。
过程：
概念：
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。
原理：细胞增殖
大量细胞
细胞培养
外植体
脱分化
提取
细胞产物
愈伤组织
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷等。
实例：
2.植物细胞培养：
课堂小结
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
√
×
一、概念检测
练习与应用
D
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，一般将获得的紫色甜玉米进行连续自交，即将每次自交后代中的紫色甜玉米选育后再进行自交，直至自交后代中不再出现白色甜玉米为止。但这种方法比较烦琐，耗时也较长。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。
练习与应用
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。
练习与应用
甜叶菊
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。

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