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(共27张PPT)
2.1.2 植物细胞工程的应用
1. 植物细胞工程的理论基础
2. 植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术
3. 怎样进行菊花的组织培养
4.植物细胞工程在生产实践中有哪些应用
植物细胞工程的实际应用
（一）、植物繁殖的新途径
（二）、作物新品种的培育
（三）、细胞产物的工厂化生产
1、单倍体育种；
2、突变体的利用
药物，香料，蛋白质等
1、微型繁殖；2、作物脱毒；
三、植物细胞工程的实际应用
（1）微型繁殖：
1、植物繁殖的新途径：
优点：
利用组织培养技术，将优良植物的器官、组织和细胞进行离体培养，在短期内获得大量遗传性一致优良品种的技术，也称为植物快速繁殖技术。
兰花、杨树、生菜以及无籽西瓜的试管苗
①无性繁殖，保持优良品种的遗传特性
②繁殖率高，可大批量生产
③培养周期短
④不受自然生长季节的限制
概念：
实例：
试管苗大规模培养
三、植物细胞工程的实际应用
【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。
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。
三、植物细胞工程的实际应用
石斛
生姜是药食两用的经济作物，在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%-50%。
病毒引起的植物病害有500多种。受害植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉等。而且没有有效的防治办法，只能拔除，造成经济损失。病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几乎不含病毒。
三、植物细胞工程的实际应用
（2）作物脱毒：
②选材部位：
植物 。
③方法：
切取一定大小的 进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得 。（即：茎尖组织培养技术）
茎尖
顶端分生区附近
（2）作物脱毒：
1、植物繁殖的新途径
三、植物细胞工程的实际应用
脱毒苗
无性繁殖的作物，容易将病毒传染给后代。病毒积累，导致作物产量降低、品质变差。
①原因：
选材原因：该部位的病毒极少，甚至无病毒。
脱毒苗不等于抗毒苗。
脱毒苗是选择植物的茎尖进行组织培养而获得的，只是体内不含病毒，不能抵抗病毒侵染，属于细胞工程的范畴；
抗毒苗是把某抗病基因导入植物细胞，属于基因工程的范畴；
（2）作物脱毒：
1、植物繁殖的新途径
三、植物细胞工程的实际应用
脱毒草莓
未脱毒草莓
脱毒产品
甘蔗
香蕉
马铃薯
菠萝
单倍体概念:
本细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同的个体，叫作单倍体，如蜜蜂中的雄蜂。
2n=32
2n=32
n=16
单倍体特点：植株弱小，高度不育
应用：单倍体育种
三、植物细胞工程的实际应用
选择亲本
有性杂交
F1代
花粉离体培养
单倍体植株
染色体加倍
可育纯合子
选择所需类型
(1)方法：
花药的离体培养获得单倍体植株，染色体加倍，选择稳定遗传优良品种
(2)过程：
三、植物细胞工程的实际应用
染色体数目变异、植物细胞的全能性。
后代都是纯合子，能稳定遗传；明显缩短育种年限，加速育种进程。
技术相当复杂
单育1号烟草品种，中花8号、11号水稻，京花1号小麦等
(3)原理：
(4)优点：
(5)缺点：
(6)实例：
2、作物新品种的培育
配子：
DT
Dt
dT
dt
单倍体幼苗：
DT
Dt
dT
dt
花药离体培养
秋 水 仙 素
第2年
DDtt
ddTT
ddtt
纯合体:
DDTT
矮抗
P
高杆抗病
DDTT
×
矮杆感病
ddtt
F1
高杆抗病
DdTt
第1年
选择矮秆抗病即为新品种
三、植物细胞工程的实际应用
减数分裂
植物组织培养
秋水仙素诱导
染色体数目加倍
1.单倍体育种：
2、作物新品种的培育
产生：
组织培养时，由于培养的细胞一直处于不断的分生状态，易受培养条件和外界压力（如射线，化学物质等）的影响而产生突变
2、突变体的利用：
三、植物细胞工程的实际应用
对植物组织培养过程中得愈伤组织进行诱变处理，促其发生突变，诱导分化成植株，筛选对人们有利突变体,进而培育新品种
外植体
新品种
筛选培育
愈伤组织
脱分化
多种突变体　
诱导分化
诱变处理
方法：
2、作物新品种的培育
白三叶草
抗病、
抗盐、
含高蛋白、高产
三、植物细胞工程的实际应用
原理：
基因突变、植物细胞的全能性。
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。
难以控制突变方向，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。
缺点：
应用：
抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草、抗除草剂的白三叶草等
2、突变体的利用：
2、作物新品种的培育
1．如图为培育甘蔗脱毒苗的两条途径，研究发现经②过程获得的幼苗脱毒效果更好。下列相关叙述错误的是(　　)
A．①过程所取茎尖中的叶原基具有较高的分裂、分化能力
B．②过程的作用可能是阻碍病毒等进入茎尖分生组织
C．③④过程中基因的选择性表达导致了细胞脱分化
D．培养基A、B中生长素和细胞分裂素的含量和比例不同
C
2．下列关于育种的说法，正确的是(　　)
A．杂交育种的原理是基因重组，基因重组发生在雌雄配子结合时
B．单倍体育种的原理是花药离体培养，优点是能明显缩短育种年限
C．多倍体育种中，秋水仙素和低温均作用于有丝分裂的后期使染色体数目加倍
D．培育高产青霉素菌株的原理是基因突变，发生在分裂间期
D
一类小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等)
1、次生代谢物
（1）含义：
（2）本质：
（3）作用：
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、植物细胞工程的实际应用
3、细胞产物的工厂化生产
植物代谢产生的一些一般认为不是植物基本生命活动________的产物。
所必需
（4）缺点：
①植物细胞的次生代谢物含量______。
②有些产物不能或难以通过化学途径得到。
很低
2.细胞产物的工厂化生产：
人们利用植物细胞培养来获得目标产物的过程
三、植物细胞工程的实际应用
3、细胞产物的工厂化生产
（1）含义：
（2）优点：
（3）意义：
（4）实例：
在离体条件下对____________________进行培养使其增殖的技术。
单个植物细胞或细胞团
快速高效，不占用耕地，几乎不受___________等的限制。
季节、天气
对于社会、经济、__________具有重要意义。
紫草宁——抗菌、消炎和抗肿瘤，首例药用植物细胞工程产品
紫杉醇——具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的治疗
人参皂苷
环境保护
三、植物细胞工程的实际应用
3、细胞产物的工厂化生产
工厂化生产人参皂甙[dài]干粉过程
人参根 愈伤组织
选择增殖速度快且细胞内人参皂甙含量高的细胞
大量细胞
提取
人参皂甙
脱分化
培养
扩大培养
液体培养基
3、细胞产物的工厂化生产
人参为我国名贵药材，现今因野生资源缺少，多用人工栽培，但人工栽培生长缓慢，6年才能生成10g左右(干重)人参根。我国科学家早在1963年就成功地培育了人参的组织。近年来又实现了利用组织培养技术来大量生产人参皂甙干粉。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。
三、植物细胞工程的实际应用
区别植物组织培养和植物细胞培养
项目 植物组织培养 植物细胞培养
目的 获得植物体 获得细胞产物
原理 植物细胞的全能性 细胞增殖
培养基 固体培养基 液体培养基
三、植物细胞工程的实际应用
过程
应用 快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等 细胞产物的工厂化生产，
3．植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物——次生代谢物。下列相关叙述错误的是(　　)
A．次生代谢物是一类小分子有机物(如酚类、萜类和含氮化合物等)
B．植物细胞的次生代谢物含量很低，有些产物不能或难以通过化学合成途径得到
C．细胞产物的工厂化生产是指利用植物组织培养来获得目标产物的过程
D．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
C
4．下列关于细胞产物的工厂化生产的叙述，错误的是(　　)
A．细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一
B．培养过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞
C．愈伤组织需要经过再分化产生特定的组织细胞后才能产生特定的细胞产物
D．培养的细胞收集后，一般要破碎提取其有效成分
C
3．如图是利用某植物(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，作用时期为有丝分裂前期
B．通过过程①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
D．与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种年限
B
4．紫草素是紫草细胞的次生代谢产物，可作为生产治疗烫伤药物的原料。研究人员欲通过植物细胞培养技术生产紫草素，下列相关操作不合适的是
(　　)
A．对作为外植体的紫草叶片进行消毒处理既可保证细胞活性也可减轻污染
B．培养基中要加入植物激素保证已分化的植物细胞脱分化形成愈伤组织
C．调节植物激素的种类和比例以保证愈伤组织再分化并得到完整的植株
D．在培养细胞的过程中要不断通入无菌空气以保证氧气的充足供应
C
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
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。
【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。
外植体
↓
愈伤组织
↓
胚状体
↓
试管苗
↓
植株
再分化
+人工种皮
+人工胚乳
人工
种子
保持优良性状
快速大量繁殖
微型
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

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