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(共18张PPT)
第2章 细胞工程
2.1.2 植物细胞工程的应用
学习目标
植物细胞工程在生产实践中有哪些应用？
植物细胞工程应用于生产实践的主要优势是什么？
植物细胞工程
的应用
植物繁殖
作物新品种培育
细胞产物的工业化生产
微型繁殖
作物脱毒
单倍体育种
突变体利用
植物繁殖的新途径
课本P39
（1）概念：
用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术
（5）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。
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：
实质：
植物组织培养(原理？)
（2）原理：
（3）生殖方式：
细胞的全能性
无性生殖
1.快速繁殖（微型繁殖）
植物繁殖的新途径
课本P39
【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。
实际应用：
快速繁殖经济苗木、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。
注意：扦插、压条、嫁接、块茎繁殖等不属于微型繁殖
1.快速繁殖（微型繁殖）
植物繁殖的新途径
课本P40
2.作物脱毒
(2)作物脱毒的材料：
顶端分生区细胞，如茎尖
切取茎尖进行组织培养获得可脱毒苗
(1)作物脱毒的原因：
长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差
(3)作物脱毒的方法：
(4)作物脱毒的结果：
获得脱毒苗
(5)成就：
马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。
(原因：顶端分生区附近的病毒极少，甚至无病毒)
香蕉
甘蔗
菠萝
植物繁殖的新途径
课本P40
2.作物脱毒
脱毒过程：
茎尖
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
试管苗
脱毒苗
移栽
病毒极少，甚至无病毒
作物新品种的培育
课本P40
1.单倍体育种
(1)原理：
植物细胞的全能性、染色体(数目)变异
(2)方法：
花药离体培养、(秋水仙素)诱导染色体加倍
(3)过程：
秋水仙素诱导染色体加倍
花药离体
单倍体植株
正常纯合体植株
脱分化
愈伤组织
再分化
作物新品种的培育
课本P40
1.单倍体育种
(3)过程：
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）
作物新品种的培育
课本P40
1.单倍体育种
(3)优点：
②明显缩短育种的年限，节约了大量的人力和物力
杂交育种培育一个可以稳定遗传的作物优良品种，经过不断自交、选优，常需5～6年。而单倍体育种当年就能培育出所需纯合体。
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
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。
(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
①后代稳定遗传，基本是纯合子
作物新品种的培育
课本P41
2.突变体的利用
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
(1)原因：
如：抗病、抗盐、高产、含高蛋白的突变体
(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
(4)实例：
抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等
(3)原理：
基因突变、植物细胞的全能性
白三叶草
细胞产物的工厂化生产
课本P41
1.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
(2)次生代谢物：
次生代谢不是生物生长所必需的，在特定条件下进行
①次生代谢物是一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）
②在植物的抗虫、抗病等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源
③次生代谢物含量很低，从植物组织中提取会大量破坏植物资源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到
初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质、核酸等
细胞产物的工厂化生产
课本P41
2.细胞产物的工厂化生产
(3)过程：
外植体
脱分化
愈伤组织
细胞产物
需进一步分化培养、提取
(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。
(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)概念：利用植物细胞培养来获得目标产物
植物细胞培养
(2)技术：
(5)实例：
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品；
我国利用植物组织培养技术实现了大量生产人参皂苷干粉；三七、紫草、银杏的细胞产物也都已经实现了工厂化生产。
(一般是培养到愈伤组织阶段，对愈伤组织进行工厂化培养，得到次生代谢物)
植物细胞工程的应用
植物繁殖
作物新品种培育
细胞产物的工业化生产
微型繁殖
作物脱毒
单倍体育种
突变体利用
(一般是培养到愈伤组织阶段，对愈伤组织进行工厂化培养，得到次生代谢物)
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的影响而产生突变
①花药离体培养(细胞的全能性)
②秋水仙素诱导染色体数目加倍
利用顶端分生区(如茎尖)→病毒少甚至没病毒进行植物组织培养
练习
课本P42
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
提高总的细胞次生代谢物的含量，不是提高单个细胞中次生代谢物的含量
练习
图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：
（1）步骤①是 ，最常用的方法是 。
（2）步骤②一般常用的化学试剂是 ，目的是 。　　
(3)在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，此技术运用的原理是 ，其中步骤④是 ，步骤⑤是 。
（4）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株，
使两个亲本的性状能够在新的植物体上有所表现，其根本原因是　　　　　　　 。
去除细胞壁
酶解法
聚乙二醇（PEG）
诱导植物原生质体融合
脱分化
再分化
杂种植株具有双亲的遗传物质
细胞的全能性
练习
(6)从理论上讲，杂种植株的育性　　。若运用传统有性杂交方法能否实现？　　　 ；原因是　　　 。
因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于　　　　　　　　　　　 。
可育
不能
不同种生物之间存在生殖隔离
克服了远缘杂交不亲和的障碍
练习
课本P42
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。
【答案】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。

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