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(共20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
植物繁殖的新途径
作物新品种的培育
细胞产物的工厂化生产
植物细胞工程的应用
1.快速繁殖
（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。
（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。
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
幼苗
完整植株
移栽成活
（3）过程：
（4）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。
一、植物繁殖的新途径
（3）脱毒过程：
（4）实例：
马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。
2.作物脱毒
一、植物繁殖的新途径
无病毒组织：如茎尖组织
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
幼苗
完整植株
移栽成活
（1）选材部位：
（2）选材原因：
植物顶端分生区附近（如茎尖）
植物顶端分生区附近（如茎尖）病毒极少，甚至无病毒。
注：脱毒苗≠抗毒苗。与快速繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。
二、作物新品种的培育
1.单倍体育种
（1）单倍体：
由生殖细胞直接发育而来，无论体细胞中含有几个染色体组一律称为单倍体。
由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成的个体。
（2）单倍体育种原理：
植物细胞的全能性、染色体（数目）变异。
DDtt
Dt
DdTt
DDtt
自交
选择亲本
有性杂交
F1代
花药离体培养
单倍体植株
正常
植物
花药
愈伤
组织
单倍体幼苗　
脱分化
再分化
染色体加倍
秋水仙素处理
纯合
二倍体
单倍体育种
aa BB
×
AA bb
第一年
Aa Bb
第二年
A B
A b
a B
a b
减数分裂
花药（花粉）离体培养
A B
A b
a B
a b
人工诱导染色体加倍
AA BB
AA bb
aa BB
aa bb
杂交育种
aa BB
AA bb
×
Aa Bb
第一年
第二年
自交
A_B_
淘汰
第三-六年
连续自交多代
稳定
遗传
性状分离
AA BB
淘汰
二、作物新品种的培育
1.单倍体育种
（3）单倍体育种与杂交育种的比较
二、作物新品种的培育
（1）过程
（2）原理：
植物细胞的全能性、染色体（数目）变异。
1.单倍体育种
诱导染色体数加倍
花药离体培养
单倍体植株
正常纯合体植株
脱分化
愈伤组织
再分化
（3）优点：
极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力
②是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
（5）实例：
单育1号烟草、水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等
（4）应用：
①单倍体育种已成为作物育种的一条有效途径。
二、作物新品种的培育
2.突变体的利用
（2）过程
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
突变 包括 基因突变 和 染色体变异
外植体
愈伤组织
试管苗
脱分化
再分化
植株
诱变
突变体
筛选
有用的突变体
（1）原理
（3）原理
基因突变和植物细胞的全能性。
二、作物新品种的培育
2.突变体的利用
（5）实例：
已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体，
抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。
（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。
缺点：
由于突变的不定向和低频性，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。
白三叶草
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
（1）初生代谢：
①是生物生长和生存所必需的代谢活动；
②在整个生命过程中一直进行；
③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本质：一类小分子有机化合物。
③作用：
④缺点：含量很低，有些产物不能或难以通过化学合成途径得到。
三、细胞产物的工厂化生产
1.植物的代谢产物
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。
2.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
⑴概念
3.植物细胞培养：
⑵特点：
不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制。
⑶实例：
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品
三、细胞产物的工厂化生产
⑴概念：
⑵过程
到社会中去
“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。
比较项目 植物组织培养 植物细胞培养
目的
原理
过程
应用
植物细胞的全能性
细胞增殖
获得植物体
获得细胞产物
快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等
细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等
归纳总结
概念
植物细胞融合
去细胞壁
过程
变异类型
植物组织培养
再生成细胞壁
原理
原理
过程
花药离体培养
细胞全能性
操作步骤
脱分化
再分化
外植体
根、芽、胚状体
愈伤组织
外植体消毒
接种
切块
形成愈伤组织
诱导生芽生根
植物体细胞杂交
植物组织培养
植物细胞工程
优缺点
归纳总结
诱导原生质体融合
细胞全能性和细胞膜的流动性
染色体数目变异
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（P42）
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。
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。
(1)微型繁殖技术利用了植物细胞的全能性。 (　 )
(2)以茎尖为材料利用植物组织培养技术可获得具有抗病毒特性的新品种。( 　)
(3)体细胞诱变育种获得的都是具有优良性状的新品种。 ( 　)
(4)单倍体育种是通过花药离体培养直接形成新品种的过程。 ( 　)
(5)单倍体育种获得的个体都是纯合子。 ( 　)
(6)植物细胞内的蛋白质是次生代谢物。 ( 　)
√
×
×
[解析] 以茎尖为材料利用植物组织培养技术可获得脱毒植株
[解析] 体细胞诱变育种的原理是基因突变,获得的不都是具有优良性状的新品种。
[解析] 单倍体育种是通过花药离体培养形成单倍体植株,再诱导其染色体数目加倍形成新品种的过程。
×
1.正误辨析
×
如亲本基因型为AAaa的个体,经单倍体育种获得的个体可能出现基因型为AAaa的杂合子。
×
[解析] 植物细胞内的蛋白质是初生代谢物,而不是次生代谢物。
2. [2023·安徽怀宁中学检测] 某课外活动小组获得了一株性状优良的结球生菜,并利用植物组织培养技术对其进行快速繁殖。
下列有关叙述正确的是 (　 )
A.通常选用成熟的叶肉细胞进行植物组织培养
B.为保持结球生菜的优良遗传性状,应选用花粉进行培养
C.在诱导生根时,培养基中应提高细胞分裂素的比例和用量
D.使用酒精和次氯酸钠溶液对外植体进行消毒处理
D
[解析] 植物组织培养通常选用分生区细胞,A错误;
产生花粉的过程中会发生基因分离,不能保持结球生菜的优良遗传性状,应该选用体细胞进行培养来保持结球生菜的优良遗传性状,B错误;
在诱导生根时,应提高培养基中生长素的比例和用量,C错误;
植物组织培养时需使用酒精和次氯酸钠溶液对外植体进行消毒处理,D正确。
3. [2023·吉林东北师大附中期中] 某科研小组拟培育一种名贵菊花的脱毒苗,下列相关叙述错误的是 (　 )
A.植物顶端分生区附近分裂旺盛且病毒少,适合作为外植体
B.应将外植体全部插入培养基中,但要注意插入方向
C.外植体培养成试管苗过程中需要更换培养基
D.试管苗移植前需要用流水清洗掉根部的培养基
B
[解析] 植物的分生区细胞的全能性相对较高,病毒极少或不含病毒,故适合作为外植体,A正确;
应将外植体部分插入培养基中,且需考虑茎段或根段的插入方向,B错误;
在植物组织培养过程中,需要在不同时期,根据培养对象的需求添加或减少一些物质,尤其是植物激素的比例,故植物组织培养得到试管苗的过程中要更换培养基,C正确;
幼苗在培养箱培养一段时间后,需要用流水清洗掉根部培养基,再移入消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中,D正确。
4. [2023·山西大同期中] 下列哪些过程不是只(或完整)经过脱分化、再分化、炼苗、壮苗、移栽等步骤 (　 )
①甜叶菊的快速繁殖②细胞工程拯救濒危植物③脱毒马铃薯的培育 ④单倍体育种⑤抗花叶病毒甘蔗的培育 ⑥次生代谢物的工厂化生产
A.①②③ B.②③⑥ C.①④⑤ D.④⑤⑥
D
[解析] ①快速繁殖需要利用植物组织培养技术直接得到完整的植物个体,需要经过脱分化、再分化、炼苗、壮苗、移栽等步骤,①错误;②细胞工程拯救濒危植物需要利用植物组织培养技术直接得到完整的植物个体,需要经过脱分化、再分化、炼苗、壮苗、移栽等步骤,②错误;③作物脱毒需要利用植物组织培养技术直接得到完整的植物个体,需要经过脱分化、再分化、炼苗、壮苗、移栽等步骤,③错误;
④单倍体育种是通过植物组织培养技术得到单倍体幼苗后,人工诱导染色体加倍,待植株长到适宜阶段再继续选择符合要求的个体,不是只需要经过脱分化、再分化、炼苗、壮苗、移栽等步骤,④正确; ⑤抗花叶病毒甘蔗的培育过程中还需要对愈伤组织进行诱变、筛选等步骤,⑤正确;⑥次生代谢物的工厂化生产的原理是细胞增殖,通过植物细胞培养获得,无须再分化、炼苗、壮苗、移栽等步骤,⑥正确。

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