资源简介

(共42张PPT)
植物组织培养
植物组织培养
植物组织培养
植物组织培养
02
植物体细胞杂交技术
二
植物体细胞杂交技术
（一）概念：
将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。
二
植物体细胞杂交技术
（一）概念：
不同来源的植物体细胞
在一定条件下
融合
成杂种细胞
并把杂种细胞培育成新植物体的技术
A细胞
B细胞
（什么条件？）
（融合前需进行什么操作？）
二
植物体细胞杂交技术
（二）过程：
A细胞
B细胞
去壁
去壁
A原生质体
B原生质体
原生质体是细胞壁以内各种结构的总称,也是组成细胞的一个形态结构单位，活细胞中各种代谢活动均在此进行。
方法：
纤维素酶
果胶酶
酶解法
二
植物体细胞杂交技术
（二）过程：
A细胞
B细胞
去壁
去壁
A原生质体
B原生质体
方法：
纤维素酶
果胶酶
酶解法
融合
正在融合的原生质体
方法：
物理法：
化学法：
电融合法、离心法等
聚乙二醇（PEG）融合法
高Ca2+—高pH融合法等
杂种细胞AB
体细胞融合成功后培养基中共有5种细胞类型(A、B、AA、BB、AB)，其中融合细胞类型有3种(AA、BB、AB)，而真正符合要求的是AB，因此要对融合细胞进行筛选。
再生出细胞壁
植物细胞融合完成的标志
二
植物体细胞杂交技术
（二）过程：
A细胞
B细胞
去壁
去壁
A原生质体
B原生质体
方法：
纤维素酶
果胶酶
酶解法
融合
正在融合的原生质体
方法：
物理法：
化学法：
电融合法、离心法等
聚乙二醇（PEG）融合法
高Ca2+—高pH融合法等
杂种细胞AB
再生出细胞壁
植物细胞融合完成的标志
脱分化
愈伤组织
再分化
杂种植株
植物体细胞杂交完成的标志
移栽
二
植物体细胞杂交技术
A细胞
B细胞
去壁
去壁
A原生质体
B原生质体
方法：
纤维素酶
果胶酶
酶解法
融合
正在融合的原生质体
方法：
物理法：
化学法：
电融合法、离心法等
聚乙二醇（PEG）融合法
高Ca2+—高pH融合法等
杂种细胞AB
再生出细胞壁
植物细胞融合完成的标志
脱分化
愈伤组织
再分化
杂种植株
植物体细胞杂交完成的标志
移栽
植物细胞融合
植物组织培养
（植物细胞的全能性）
（细胞膜的流动性）
（二）过程：
二
植物体细胞杂交技术
利用这项技术，科学家培育出了白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等杂种植株。
与普通白菜相比 ，“ 白菜 — 甘蓝 ” 具有生长周期短 、 耐热性强 、 易贮藏等优点 。 由此可见 ， 通过植物体细胞杂交可以逾越种间 、 属间的杂交屏障 ， 这是培育新品种的一条有效途径 。
(还有萝卜和甘蓝 、 烟草和番茄 、 马铃薯和番茄 、 水稻和稻稗等)
二
植物体细胞杂交技术
（三）意义：
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。
问：“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上长番茄、地下结马铃薯的主要原因是？
生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以番茄—马铃薯杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达
细胞壁
细胞膜
细胞质
液泡
细胞核
指的是脱去细胞壁的细胞。动物细胞也可看做是原生质体。
原生质体
成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质。
原生质层
区分原生质体与原生质层
高尔基体
A为2a=20
B为2b=30
50
4
杂种细胞染色体数为？
此过程中起主要作用的细胞器是？
杂种细胞染色体组数为？
从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？
染色体数目变异
二
植物体细胞杂交技术
有关植物体细胞杂交的3个易错点
(1)误认为植物体细胞杂交的结果只是形成杂种细胞。植物体细胞杂交的结果最终要经过组织培养形成杂种植株。
(2)误认为植物体细胞杂交属于有性生殖。
植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此不属于有性生殖，应为无性生殖。
(3)误认为杂种植株的变异类型属于基因重组。
杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，属于异源多倍体，所以变异类型为染色体变异。　
二
植物体细胞杂交技术
植物组织培养 植物体细胞杂交技术
原理
过程
意义
联系 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性
植物细胞的全能性
离体的植物器官、组织或细胞
愈伤组织
脱分化
再分化
根、芽或胚状体
植物体
生长发育
植物组织培养与植物体细胞杂交技术的比较
植物细胞A
植物细胞B
原生质体A
去壁
原生质体B
去壁
人工诱导
融合的原生质体AB
杂种细胞AB
愈伤组织
脱分化
再生细胞壁
杂种植株
再分化
保持优良性状,繁殖速度快、大规模生产提高经济效益
植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术
克服不同种生物远缘杂交的障碍
第2章 第1节
人教版 选择性必修3
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植物细胞工程的应用
植物细胞工程的应用
植物细胞工程的应用
目录
CONTENTS
植物细胞工程的应用
二/
植物细胞工程的基本技术
一/
植物组织培养技术
1/
植物体细胞杂交技术
2/
植物繁殖的新途径
1/
作物新品种的培育
2/
细胞产物的工厂化生产
3/
01
植物繁殖的新途径
一
植物繁殖的新途径
植物繁殖的新途径
快速繁殖
作物脱毒
一
植物繁殖的新途径
植物繁殖的新途径
作物脱毒
快速繁殖
1.快速繁殖
也叫微型繁殖，是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术
（1）概念
（2）原理
植物细胞的全能性
（3）特点
①无性繁殖，保持优良品种的遗传特性。
②高效、快速地实现种苗的大量繁殖。
③可实现工厂化生产
一
植物繁殖的新途径
作物脱毒
快速繁殖
1.快速繁殖
也叫微型繁殖，是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术
（1）概念
（2）原理
植物细胞的全能性
（3）特点
①无性繁殖，保持优良品种的遗传特性。
②高效、快速地实现种苗的大量繁殖。
③可实现工厂化生产
（4）过程
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
试管苗
植株
移栽
（5）举例
甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模
一
植物繁殖的新途径
作物脱毒
快速繁殖
（5）举例
甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模
一
植物繁殖的新途径
作物脱毒
快速繁殖
（5）举例
甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模
【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？
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。
一
植物繁殖的新途径
作物脱毒
2.作物脱毒
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：
（2）选材部位：
快速繁殖
植物 。
顶端分生区附近（如茎尖）
选材原因：　　　 　　的病毒极少，甚至　 　　。
分生区附近
无病毒
（3）方法：
植物分生区病毒极少，切取茎尖进行组织培养获得脱毒苗。（即：茎尖组织培养技术）
（4）优点：
脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物
与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。
一
植物繁殖的新途径
作物脱毒
2.作物脱毒
目前采用茎尖组织培养技术脱去病毒，已在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。
人们用组织培养技术培育出的脱毒马铃薯，要比未脱毒的马铃薯增产50%以上。
（5）成果：
快速繁殖
02
作物新品种的培育
作物新品种的培育
单倍体育种
突变体的利用
二
作物新品种的培育
二
作物新品种的培育
作物新品种的培育
单倍体育种
突变体的利用
1.单倍体育种
必修2P89第5章第2节
知识回顾：
二
作物新品种的培育
（1）过程
（2）原理：
（其中花药离体培养利用了植物细胞的全能性）
染色体数目变异
花药离体培养
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）
单倍体育种包括哪些主要步骤？
1.单倍体育种
单倍体育种
突变体的利用
杂交育种
第1年
第2年
第3~8年
矮秆
抗病
P
高杆抗病
DDTT
×
矮杆感病
ddtt
F1
高杆抗病
DdTt
F2
D__T__
D__tt
ddT__
ddtt
从F2中选择矮秆抗病品种，并连续多年自交、筛选，直至不发生性状分离为止。
符合要求的矮抗品种
ddTT
现有高杆（D）抗病（T） 、矮杆（d）易染病（t）两纯系品种。要求用单倍体育种的方法培育出具有优良性状的新品种。
杂交育种
第1年
第2年
第3~8年
矮秆
抗病
P
高杆抗病
DDTT
×
矮杆感病
ddtt
F1
高杆抗病
DdTt
F2
D__T__
D__tt
ddT__
ddtt
从F2中选择矮秆抗病品种，并连续多年自交、筛选，直至不发生性状分离为止。
符合要求的矮抗品种
ddTT
现有高杆（D）抗病（T） 、矮杆（d）易染病（t）两纯系品种。要求用单倍体育种的方法培育出具有优良性状的新品种。
（高杆，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
DDTT（♀）× ddtt（♂）
筛选
DdTt
（高杆，抗病）
（矮杆，感病）
DdTt植株
DT Dt dT dt
单倍体育种
二
作物新品种的培育
（3）优点：
①极大地缩短了育种的年限。
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。
（4）实例：
单育1号烟草；
水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物。
我国培育的单育1号烟草是世界上第一个单倍体作物新品种
②后代大都是纯合子，能稳定遗传。
1.单倍体育种
由于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
单倍体育种
突变体的利用
单倍体育种
突变体的利用
二
作物新品种的培育
2.突变体的利用
（1）产生原因：
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
脱分化
愈伤组织
再分化
突变体
筛选培育
新品种
诱变处理
愈伤组织细胞不断分裂，细胞要进行DNA分子复制，因此更易发生突变。
诱变处理的对象？为什么？产生的变异一定符合需要吗？
不一定，因为突变是不定向的。
二
作物新品种的培育
（5）实例：
（3）原理：
突变(基因突变和染色体变异）和植物细胞的全能性。
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。
2.突变体的利用
单倍体育种
突变体的利用
03
细胞产物的工厂化生产
三
细胞产物的工厂化生产
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。
次生代谢不是生物生长所必需的，一般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。
1.植物的代谢及代谢产物
初生代谢
次生代谢
产物
产物
初生代谢物
次生代谢物
初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等
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、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
三
细胞产物的工厂化生产
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。
次生代谢不是生物生长所必需的，一般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。
1.植物的代谢及代谢产物
初生代谢
次生代谢
产物
产物
初生代谢物
次生代谢物
初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等
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、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
例如，紫杉醇是红豆杉属植物中的一种次生代谢产物，它是迄今为止发现的最好的天然抗癌药物之一。红豆杉属植物树皮中紫杉醇的含量极低，而且树种生长缓慢。通过剥树皮来提取紫杉醇，会导致红豆杉大量死亡。所以，紫杉醇的产量受到很大限制。
可提取紫杉醇的红豆杉
被剥去树皮后无法存活的国家一级珍稀濒危保护植物红豆杉
三
细胞产物的工厂化生产
蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱(紫草素、人参皂苷、紫杉醇)等。
（1）细胞产物种类
2.细胞产物工厂化生产
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。
植物细胞培养是指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。
三
细胞产物的工厂化生产
植物组织培养技术、植物细胞培养
（3）生产过程
（2）技术
蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱(紫草素、人参皂苷、紫杉醇)等。
（1）细胞产物种类
2.细胞产物工厂化生产
三
细胞产物的工厂化生产
外植体
脱分化
愈伤组织
细胞产物
培养、提取
注意：
① 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。
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。
工厂化生产人参皂苷干粉的基本流程：
人参根 　 愈伤组织 　　 增长速度快而且细胞内人参皂苷干粉含量高的细胞 细胞增殖　　 提取人参皂苷干粉
脱分化
培养选择
破碎细胞
放入发酵罐
3.细胞产物工厂化生产实例
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
练习与应用
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
【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。
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。
二、拓展应用

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