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(共23张PPT)
第2章 细胞工程
第1节 植物细胞工程
二、植物细胞工程的应用
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？
本节聚焦
1
2
背景：兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的常规繁殖中，遇到的难题是：用分根法繁殖速度缓慢，不利于新品种的推广;用种子繁殖又很困难，因为兰花的种子十分微小，胚很纤弱，种子几乎没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。
实际问题：经济苗木、名贵花卉、珍稀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……如何解决？
【从社会中来】
1.定义：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。也叫微型繁殖技术。
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。
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不受自然生长季节的限制；
④培养周期短。
生菜
01
植物繁殖的新途径
快速繁殖
无籽西瓜
蝴蝶兰
3.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。
铁皮石斛的产业化育苗
快速繁殖
马铃薯
1.脱毒原因
草莓
香蕉
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
01
植物繁殖的新途径
作物脱毒
脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片
2.脱毒方法
取材：顶端分生区（如茎尖、根尖：病毒极少，甚至无病毒）
组织培养
脱毒苗
3.优点
明显提高农作物的产量和品质
4.实例
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。
01
植物繁殖的新途径
作物脱毒
1.方法
花药离体培养
人工诱导染色体加倍
2.步骤
优良品种
花药
花粉
离体培养
单倍体
纯合二倍体
人工诱导
染色体加倍
选择
02
作物新品种的培育
单倍体育种
明显地缩短 育种年限
3.优点
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出现，因此它也是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
3.优点
Aa
A
a
AA
aa
单倍体(n)
纯合二倍体(2n)
二倍体(2n)
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
4.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。
单倍体育种
P
高杆抗病
DDTT
矮杆感病
ddtt
×
F1
第1年
高杆抗病
DdTt
DT
Dt
dT
dt
配子
花药离体培养
DT
Dt
dT
dt
单倍体幼苗
纯合体
DDTT
DDtt
ddTT
ddtt
秋水仙素诱导
矮抗
选择矮秆抗病即为新品种
第2年
单倍体育种
注意①：单倍体育种的目的不是获得单倍体本身，因为单倍体是高度不育的，在生产上没有实际价值，需诱导单倍体的染色体数目加倍。
注意②：单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素诱导染色体数目加倍；单倍体育种需要先利用植物组织培养技术形成单倍体幼苗，但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。
1.原理
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。从突变的个体中筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。
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
02
作物新品种的培育
突变体的利用
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
突变体育种的原理是突变，诱变育种的原理是基因突变。
突变 = 基因突变 ＋ 染色体变异
2.实例
已经筛选到如下突变体
抗病
抗盐
高产
高蛋白
抗花叶毒病的甘蔗
抗盐碱的烟草
02
作物新品种的培育
突变体的利用
02
作物新品种的培育
突变体的利用
2.实例
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，初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质、核酸等。
（2）次生代谢物：
①次生代谢不是生物生长所必需的，在特定条件下进行。
②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）。
③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。
④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。
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（细胞产物工厂化生产）
03
细胞产物的工厂化生产
3.实例：
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。
03
细胞产物的工厂化生产
植物细胞培养（细胞产物工厂化生产）
红豆杉→紫杉醇
紫草→紫草宁
人参→人参皂苷
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
课堂小结
“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和营养物质，它们就能在玻璃瓶中生长三四个月之久。
“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，在培养基中加入适量的色素或者荧光剂，使“手指植物”更具有观赏价值。
【到社会中去】
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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