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第2课时
细胞工程的应用
第1节
植物细胞工程
第2章　细胞工程
SW-PWF
植物细胞工程应用
植物繁殖的新途径
细胞产物的工厂化生产
作物新品种的培育
植物繁殖的新途径
一
1. 快速繁殖（微型繁殖）
(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。
(2)优点：
①可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖；
②可以保持优良品种的遗传特性。
(3)实例：
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的苗木。
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。
进行无性繁殖
植物繁殖的新途径
一
铁皮石斛的产业化育苗
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
试管苗
植株
移栽
(4)过程：
植物细胞的全能性
(5)原理：
*扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖技术
【思考】为什么植物组织培养可以进行快速繁殖？
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，从而获得大量的组织细胞，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。
实际问题：生姜是药食两用的经济作物，在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%-50%。 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？
(2)选材部位及原因：
部位：植物 。
顶端分生区附近（如茎尖）
2.作物脱毒
原因：　　　 　　的病毒极少，甚至　 　　。
分生区附近
无病毒
无性繁殖的方式进行繁殖的作物，感染的病毒很容易传给后代，并在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低、品质变差。
(1)培育脱毒苗的原因：
植物繁殖的新途径
一
(3)方法：
(4)优点：
2.作物脱毒
切取茎尖进行组织培养获得脱毒苗。（即：茎尖组织培养技术）
与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。
植物繁殖的新途径
一
脱毒苗 ≠ 抗毒苗
茎尖
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
试管苗
脱毒苗
移栽
通过组织培养技术获得的脱毒苗是否具有抗病毒能力？
脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物
植物繁殖的新途径
一
(5)脱毒产品：
如
马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等
脱毒草莓
普通草莓
菠萝
香蕉
大蒜
甘蔗
花药
花粉
单倍体
离体培养
纯合二倍体
人工诱导多倍体
优良品种
选择
作物新品种的培育
二
1. 单倍体育种
(1)过程：
花药培养
诱导染色体加倍
二倍体植株
单倍体植株
二倍体植株（纯合子）
（秋水仙素处理）
植株矮小，且高度不育
染色体数目变异和植物细胞的全能性
(2)原理:
秋水仙素处理抑制有丝分裂前期纺锤体的形成
即植物组织培养
AA BB
AA bb
aa BB
aa bb
A B
A b
a B
a b
减数分裂
花药（花粉）离体培养
aa BB
AA bb
×
Aa Bb
A B
A b
a B
a b
人工诱导染色体加倍
单倍体育种
杂交育种
第一年
第二年
aa BB
AA bb
×
Aa Bb
A_B_
淘汰
自交
AA BB
稳定
遗传
性状分离
淘汰
第一年
第二年
第三-六年
作物新品种的培育
二
连续自交多代
作物新品种的培育
二
(3)优点:
①极大地缩短育种年限，节约大量人力和无力；
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。
②后代大是纯合子，能稳定遗传;
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。
为什么？
作物新品种的培育
二
(4)实例：
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。
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。
作物新品种的培育
二
(1)突变体形成的原因：
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
新品种
筛选培育
愈伤组织
脱分化
多种突变体　
诱导分化
诱变处理（物化）
2. 突变体的利用
愈伤组织（细胞分裂旺盛，且一直处于不断增殖的状态，因此易发生突变）
①处理对象：：
②原理：
突变(基因突变和染色体变异）和植物细胞的全能性。
(3)利用：
筛选对人们有利的突变体,进而培育成新品种。
作物新品种的培育
二
(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，如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草。
(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。
产生的变异一定符合需要吗？
不一定。因为突变是不定向的，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。
抗花叶病毒的甘蔗
抗盐碱的烟草
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。
细胞产物的工厂化生产
三
应用多、产量低、破坏植物资源
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）
1.次生代谢产物
(1)概念：
(2)用途：
红豆杉→紫杉醇
紫草→紫草宁
相关信息=====
出生代谢：生物生长生存所必需的代谢活动，一直进行着。如糖类、脂质、蛋白质、核酸等。
次生代谢：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。
细胞产物的工厂化生产
三
2.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
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。
(1)植物细胞培养：
(3)过程：
(2)原理：
细胞增殖
(4)特点：
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。
外植体
愈伤组织
脱分化
细胞悬液
培养、提取、破碎
分散开
去壁
细胞产物
（液体培养基）
使培养物与营养物质充分接触
细胞产物的工厂化生产
三
(5)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
已用于乳腺癌等癌症的治疗
红豆杉(濒危植物）
（世上首例药用植物细胞工程产品）
细胞产物的工厂化生产
三
(5)实例：
人参皂苷（ɡān）
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旺盛，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。
工厂化生产的基本流程：
人参根 　 愈伤组织 　　 增长速度快、细胞内人参皂甙干粉含量高的细胞 大量细胞　　
提取人参皂苷干粉
脱分化
培养选择
破碎细胞
放入发酵罐
细胞增殖
市场上有一种叫作“手指植物“的工艺品受到很多人的欢迎这些 “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或营养物质， 它们就能在玻璃瓶中生长三四个月之久学习了本节课之后，你也可以尝试制作“手指植物”。如果有商店正在出售这种植物，你还可以做个市场调查，了解它们的销售情况和经济效益，分析它们为什么受欢迎，并写出调查报告。
到社会中去
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，在培养基中加人适量的色素或者荧光剂，使“手指植物”更具有观赏价值。
小结
外植体
↓
愈伤组织
↓
胚状体
↓
试管苗
↓
植株
再分化
保持优良性状
快速大量繁殖
快速
繁殖
作物
脱毒
选择分生区
脱分化
选择花粉
培养
单倍体
纯合体
加倍
单倍体育种
化学物理因素诱导筛选
突变体利用
培养、提取
代谢产物
③细胞产物的工厂化生产
①植物繁殖新途径
②作物新品种的培育
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。
感 谢 观 看

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