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(共24张PPT)
第2章 细胞工程
第1节 植物细胞工程
----植物细胞工程的应用
目录 /CONTENTS
01
02
植物繁殖的新途径
作物新品种的培育
微生物的纯培养
03
细胞产物的工厂化生产
01
植物繁殖的新途径
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。
蝴蝶兰
铁皮石斛
01
植物繁殖的新途径
（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。
植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是:
愈伤组织细胞分裂旺盛、快速，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。
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。
01
植物繁殖的新途径
（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
01
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：茎尖组织培养技术
脱毒对象
01
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
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
√
茎尖一般没有病毒积累，分裂能力强，可作为植物组织培养的材料，A不符合题意；
子房壁细胞属于体细胞，可作为植物组织培养的材料，B不符合题意；
叶片细胞属于体细胞，可作为植物组织培养的材料，C不符合题意；
花粉粒是经减数分裂形成的，在此过程中发生了基因重组，因而不一定能保持亲本的优良性状，D符合题意。
2.为给工厂繁殖脱毒甘薯苗提供技术上的支持，科研人员利用植物组织培养技术研究甘薯茎尖(外植体)大小对诱导分化苗和脱毒苗的影响，结果如表所示，下列相关叙述正确的是
茎尖大小 外植体 数/个 分化苗 数/株 脱毒苗
数/株
小于0.3 mm 20 1 1
0.3～0.5 mm 20 10 7
大于0.6 mm 20 13 4
A.在不同的培养阶段，培养基
中的激素比例不同
B.脱分化过程中应给予充足光
照使其进行光合作用
C.培育脱毒苗时依据的原理有
基因突变和细胞的全能性
D.0.3～0.5 mm大小的茎尖最有利于获得抗病毒的特性
√
02
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。
传统方法： 杂交育种
单倍体育种
P：
紫色非甜玉米
AASS
×
白色甜玉米
aass
紫色非甜玉米
AaSs
↓
配子：
AS
As
aS
as
花药离体培养
单倍体幼苗：
AS
As
aS
as
纯合体:
AASS
AAss
aaSS
aass
选择紫甜玉米即为新品种
现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何短时间获得纯种的紫色甜玉米（基因型AAss）？
P：
紫色非甜玉米
AASS
×
白色甜玉米
aass
F1
紫色非甜玉米
AaSs
第1年
×
选育出紫甜的纯种
F2
A_S_
A_ss
aaS_
aass
紫甜
第2年
第3年
×
生长
A_ss
F3
第4年
02
作物新品种的培育
（3）优点
①极大地缩短了育种的年限。
②后代一般是纯合子，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。
1、单倍体育种
技术相当复杂
(4)缺点：
02
作物新品种的培育
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。
02
作物新品种的培育
（1）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
2、突变体的利用
诱变对象：愈伤组织
抗病、抗盐、含高蛋白、高产
突变体
（2）过程：
原理：基因突变、植物细胞全能性
02
作物新品种的培育
（3）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。
（4）缺点：
白三叶草
（5）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
03
细胞产物的工厂化生产
植物代谢
初生代谢：
生物生长生存所必需的代谢活动，一直进行
非生物生长所必需，在特定条件下进行
次生代谢：
缺点：①植物细胞的次生代谢物含量很低。
②有些产物不能或难以通过化学途径得到。
一类小分子有机化合物
(如酚类、萜类和含氮化合物等)
产物（次生代谢物）：
如糖类、脂质、蛋白质、核酸等
产物（初生代谢物）：
应用多、产量低
03
细胞产物的工厂化生产
1.概念：
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
2.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。
植物细胞培养
03
细胞产物的工厂化生产
3、实例：
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
抗菌、消炎和抗肿瘤，世界首例药用植物细胞工程产品
人参→人参皂苷
用组织培养技术生产的人参，生长速度比栽培人参约快100倍以上
10g左右
课堂小结
外植体
愈伤组织
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
选择根尖
茎尖、芽尖
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
细胞产物的工厂化生产
③
①植物繁殖新途径
②作物新品种的培育
1.如图是利用某种植物(基因型为AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示意图。据图判断，下列叙述错误的是
A.过程②通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为细胞有丝分裂前期
B.通过过程①②得到的植株既有纯合子又有杂合子
C.过程①属于植物的组织培养，在此过程中必须使用一定量的植物激素
或植物生长调节剂
D.与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种的年限
√
2.如图是通过植物细胞工程获得紫杉醇的途径，下列叙述不正确的是
A.该生产途径依据的原理是植物细胞具有全能性
B.过程①需控制好培养基中植物激素或植物生长调节剂的比例
C.经过过程①，细胞的形态和结构发生变化
D.过程③需使用液体培养基，有利于细胞增殖
√
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
练习与应用
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F（AaSusu）再进行自交，F，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。
提示：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。
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。
提示：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。
练习与应用
二、拓展应用

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