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(共35张PPT)
植物细胞工程的应用
第2章 细胞工程
第1节 植物细胞工程
目录
植物繁殖的新途径
New pathways of plant reproduction
细胞产物的工厂化生产
Factory production of cellular products
作物新品种的培育
The cultivation of new crop varieties
巩固练习
consolidation exercise
Contents
A
B
C
D
植物繁殖的新途径
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……
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（1）概念：
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。
1. 快速繁殖
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽
试管苗
（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不受自然生长季节的限制，培养周期短。
（3）应用：
快速繁殖经济林木、名贵花卉、珍稀濒危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的植物。
原理：植物细胞的全能性
【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？
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。另外，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。
无性生殖，进行有丝分裂，遗传物质不改变。
（4）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。
铁皮石斛的工厂化生产
“手指植物”的制作方法用到了植物组织培养技术。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。
【到社会中去】
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马铃薯
草莓
香蕉
组培
脱毒苗
顶端分生区（如茎尖）：病毒极少，甚至无毒
注：脱毒苗不等于抗毒苗。
与快速繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。
2、作物脱毒
（3）优点：
明显提高农作物的产量和品质
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）脱毒原因
（2）脱毒方法
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（4）实例：
脱毒草莓
普通草莓
脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片
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。
作物新品种的培育
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（1）单倍体：
枝叶茎杆弱小，果实多而小，一般高度不育。
特点：
由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成的个体。
1、单倍体育种
（2）单倍体育种原理：
植物细胞的全能性、染色体（数目）变异。
选择亲本
有性杂交
F1代
花粉离体培养
单倍体植株
诱变
染色体加倍
可育纯合子
选择所需类型
DdTt
二倍体植株
花药离体培养
Dt
单倍体植株
人工诱导
DDtt
正常植株
（纯合子）
DDtt
种子
自交
萌发
新植株
（新品种）
二倍体植株
拥有正常染色体数目
染色体数目变异、植物细胞的全能性
（抗倒伏，不抗病）
（抗倒伏抗病）
花药（粉）：
单倍体幼苗：DT Dt dT dt
正常植株：DDTT DDtt ddTT ddtt
新品种：DDtt
方法：花药离体培养
秋水仙素处理
2.缺点：操作复杂
1.优点：
①能明显缩短育种年限；
②后代是纯合子，能稳定遗传；
③节约了大量的人力物力。
DDTT（♀）× ddtt（♂）
第一年
第二年
筛选
DdTt
（抗倒伏，不抗病）
（倒伏，抗病）
二倍体生物
（组织培养）
DdTt植株
DT Dt dT dt
花药离体培养和人工诱导染色体数目加倍
单倍体育种
Aa
A
a
AA
aa
单倍体(n)
纯合二倍体(2n)
二倍体(2n)
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。
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。
单倍体育种
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02
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。
(5)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。
1、单倍体育种
2、突变体的利用
（1）突变体的产生
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。
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
抗病、抗盐、含高蛋白、高产
（2）原理
基因突变和植物细胞全能性
（3）突变体的利用
筛选对人们有利突变体,进而培育新品种
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（2）优点：
提高变异的频率，加速育种进程。
难以控制突变方向，需要大量处理实验材料。
（3）缺点：
（4）实例：
抗除草剂的白三叶草
抗花叶病毒的甘蔗
抗盐碱的野生烟草
2、突变体的利用
植物的代谢产物
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——次生代谢物。
（1）含义
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
我们要生产的是次生代谢物。
应用多，产量低
细胞产物的工厂化生产
利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。
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
概念：
细胞产物工厂化生产有哪些优点？
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。
take care
注意
01
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。
02
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。
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。
实例
紫草宁——具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性
紫杉醇——具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的治疗
红豆杉→紫杉醇
紫草→紫草宁
人参→
人参皂苷
植物组织培养与植物细胞培养的比较
项目 植物组织培养 植物细胞培养
利用原理
培养基
培养对象
细胞的全能性
细胞增殖
固体培养基
液体培养基
离体的植物器官、组织、细胞或原生质体
由愈伤组织分散得到的悬浮细胞
植物组织培养与植物细胞培养的比较
项目 植物组织培养 植物细胞培养
培养过程
培养目的
二者关系
外植体愈伤组织芽、根→植物幼苗
愈伤组织→分散成悬浮细胞→继续培养→细胞次生代谢物
植物幼苗
细胞的次生代谢物
植物组织培养是植物细胞培养的基础；它们都属于植物细胞工程的范畴
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
四种育种方法的比较
育种方法 原理 过程 优点
快速繁殖 脱分化、再分化 保持优良品种的遗传特性
突变体 的利用 基因突变、 细胞的 ; 对愈伤组织进行诱变处理后再筛选 提高 ，获得优良性状
细胞的
全能性
全能性
突变率
四种育种方法的比较
育种方法 原理 过程 优点
单倍体 育种
植物体细 胞杂交
细胞的 、 ; 、 诱导染色体数目加倍 明显缩短
细胞膜的 、 细胞 ; 融合、 杂种细胞组织培养 打破 ，
实现 。
染色体变异
先花药离体培养
再秋水仙素
育种年限
流动性
全能性
植物细胞
生殖隔离
远缘杂交
全能性
巩固练习
1.下列属于植物的快速繁殖技术的是(　　 )
A.用兰花的芽尖组织培育兰花幼苗
B.水稻种子萌发并长成新个体
C.扦插的葡萄枝长成新个体
D.柳树芽发育成枝条
A
2.利用马铃薯的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会因感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是(　　 )
A.选择优良品种进行杂交
B.在田间喷洒消毒剂
C.利用茎尖进行组织培养
D.人工诱导基因突变
C
3、将紫草细胞进行细胞培养，诱导其脱分化产生愈伤组织，再对愈伤组织进行悬浮培养使其大量增殖，以获取大量的紫草宁。下列关于紫草宁的工厂化生产的叙述，错误的是(　　)
A.细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一
B.培养过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞
C.培养的愈伤组织需要经过再分化产生特定的组织细胞后才能产生特定的细胞产物
D.培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分
C
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
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。（ ）
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01
教学反思

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