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2.1 植物细胞工程（第2课时）
教学目标
1.概述植物组织培养和植物体细胞杂交技术的原理和过程。
2.尝试进行植物组织培养。
0120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。蝴蝶兰铁皮石斛一植物繁殖的新途径
01
（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。
一 植物繁殖的新途径
01
（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
1. 快速繁殖
一 植物繁殖的新途径
脱毒草莓
一 植物繁殖的新途径
1.草莓为什么要进行脱毒？
【任务二】结合提供的视频资料和阅读教材40页，回答以下问题：
2.应该选择什么部位培育脱毒苗？为什么要选择该部位？
3.培育脱毒苗的流程是怎样的？
4.你还知道哪些作物脱毒的实例？
草莓等植物通常是用无性繁殖种植的，他们感染的病毒很容易传给后代。病毒在作物体内逐年积累，就会导致产量降低，品质变差。
植物顶端分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒。
切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。
马铃薯、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。
一 植物繁殖的新途径
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。
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
一 植物繁殖的新途径
（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。
2.作物脱毒
一 植物繁殖的新途径
P
DDBB
ddbb
F1
DdBb
F2
D_B_
D_bb
ddB_
ddbb
高茎抗病
矮茎不抗病
F3
连续的自交直至不发生性状分离
选出ddBB
用高杆抗病（DDBB）和矮杆不抗病（ddbb）小麦品种培育矮杆抗病小麦（ddBB），如果要筛选出纯合的矮茎抗病的优良性状的小麦，你可以想到几种育种方法？
杂交育种
缺点：
获得新品种的周期长
选育出需要的矮抗纯种
生长
F4
诱变育种
缺点：
不定向性
P DDTT × ddtt
F1 DdTt
DdTt
DT
Dt
dT
dt
DT
Dt
dT
dt
DDTT
DDtt
ddTT
ddtt
（种子）
第
一
年
（植物体）
减数分裂
（花粉）
花药离体培养
（单倍体幼苗）
秋水仙素处理
（二倍体纯合植株）
第
二
年
播种
单倍体育种:
花药的离体培养获得单倍体植株，染色体加倍选择优良品种
二 作物新品种的培育
（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。
整个单倍体育种过程的原理是染色体变异
花药培养的原理是植物细胞的全能性
（3）优点
①极大地缩短了育种的年限。
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。
技术相当复杂
(4)缺点：
二 作物新品种的培育
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。
(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。
二 作物新品种的培育
1.单倍体育种
二 作物新品种的培育
2.突变体的利用
(1)来源：
在植物的组织培养过程中， 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（射线、化学物质等）的影响而产生突变，从产生突变的个体中可以筛选出人们有用的突变体，进而培育成新品种。
(2)原理：
基因突变和植物细胞的全能性
(3)过程：
外植体
突变体
新品种
筛选
培育
脱分化
愈伤组织
再分化
诱变处理
(4)优缺点：
优点：
缺点：
提高愈伤组织的突变率，可以获得高产、优质、抗逆的新品种，加快了育种进程。
突变具有不定向性、多害少利和低频性，因此需要处理大量突变材料，并从中选出符合人们需要的品种。
二 作物新品种的培育
2.突变体的利用
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
(5)实例:
抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。
二 作物新品种的培育
2.突变体的利用
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
单倍体 育种 细胞的 、 ; 、 诱导染色体数目加倍 明显缩短？
植物体细 胞杂交 细胞膜的 、 细胞的 ; 融合、 杂种细胞组织培养 打破 ，
实现 。
细胞的全能性
全能性
突变率
全能性
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
三 细胞产物的工厂化生产
红豆杉
红豆杉，又名紫杉。1971年，科学家从红豆杉树皮中分离出了紫杉醇，发现它具有独特的抗肿瘤作用。距《人民日报》2001年10月17日报道，2000年国际上优质紫杉醇的售价已高达每千克18万美元。1994—1996年，在红豆杉分布最多、最集中的云南，红豆杉遭受了一场浩劫。盗伐者大量砍伐红豆杉，使大大小小的山沟里，到处都是被剥光树皮的裸树，溪河的水浸出鲜血般的红色树汁...野生红豆杉是濒危植物，直接从它的树皮和树叶中提取紫杉醇的传统生产方式，不仅产量低，还会对野生红豆杉资源造成严重破坏，而紫杉醇的化学全合成法尚不具备生产应用价值。
能不能运用植物细胞工程技术来生产紫杉醇？
紫杉醇是什么？
紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种次生代谢物，具有高抗癌活性。
次生代谢物
不是植物生长所必需的产物，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境好时间条件下产生。是一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）在植物抗病、抗虫方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
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。有糖类、脂质、蛋白质和核酸等。
三 细胞产物的工厂化生产
为什么要进行细胞产物工厂化生产？
①植物次生代谢物含量很低；
②从植物组织提取会大量破坏植物资源；
③有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到。
因此，人们期望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。
植物细胞培养：
是指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。
植物细胞培养反应器
三 细胞产物的工厂化生产
3
细胞产物的工厂化生产
细胞产物的工厂化生产的流程：
外植体
细胞悬浮
细胞产物
培养
提取
脱分化
愈伤组织
分散开
细胞产物的工厂化生产的优点和意义：
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。
细胞产物工厂化生产的实例：
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷
小结
项目 目的 过程
植物组织培养
植物细胞培养
获得植物体
获得细胞产物
外植体
愈伤组织
芽、根
完整植株
脱分化
再分化
生长发育
外植体
细胞悬浮
细胞产物
培养
提取
脱分化
愈伤组织
分散开
植物组织培养和植物细胞培养的比较
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
小结
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。（ ）
练习与应用
×
√
即时训练
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
练习与应用
即时训练
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。
即时训练
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。
即时训练
学而时习之

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