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(共28张PPT)
第1节 植物细胞工程
----植物细胞工程的应用
植物细胞工程的应用
01
02
植物繁殖的新途径
作物新品种的培育
微生物的纯培养
03
细胞产物的工厂化生产
一、植物繁殖的新途径
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）生殖方式：
（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。
一般为无性生殖
（3）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实现工厂化生产，不受自然生长季节的限制，培养周期短
实质/原理？
*扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖技术
植物细胞的全能性
01植物繁殖的新途径（4）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。铁皮石斛的工厂化生产无籽西瓜1.快速繁殖生菜2.作物脱毒
（1）作物脱毒的原因：
。
（2）作物脱毒的材料： 。选择该种细胞更易获得脱毒苗的理由是 。
（3）脱毒过程：
无性繁殖，容易将病毒传给后代。病毒积累，导致产量降低、品质变差
顶端分生区（如茎尖、根尖）
病毒少，甚至没有病毒
无病毒组织 （切取茎尖组织）
脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽
脱毒苗
注：脱毒苗不等于抗毒苗。
与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。
组织培养
（4）脱毒产品
马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。
脱毒草莓
普通草莓
脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片
优点：明显提高农作物的产量和品质
实际问题：
传统的育种方法：
原理：
缺点：
传统方法： 杂交育种
P：
紫色非甜玉米
AASS
×
白色甜玉米
aass
F1
紫色非甜玉米
AaSs
↓
第1年
↓
×
选育出需要
的纯种
F2
A_S_
A_ss
aaS_
aass
紫甜
第2年
第3年
×
生长
A_ss
F3
第4年
现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何获得纯种的紫色甜玉米（基因型AAss）？
通过杂交把两亲本的优良性状组合在同一后代中(基因重组)
杂交育种
育种时间长
如何解决育种时间过长的问题？
连续自交，直至不出现性状分离为止
02二、作物新品种的培育（1）单倍体：植株弱小，一般高度不育。特点：由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成的个体。1、单倍体育种（2）单倍体育种过程：1、单倍体育种
（1）过程：
（2）原理：
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）
（二）作物新品种的培育
传统方法： 杂交育种
单倍体育种
P：
紫色非甜玉米
AASS
×
白色甜玉米
aass
紫色非甜玉米
AaSs
↓
配子：
AS
As
aS
as
花药离体培养
单倍体幼苗
AS
As
aS
as
纯合体:
AASS
AAss
aaSS
aass
选择紫甜玉米即为新品种
现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何短时间获得纯种的紫色甜玉米（基因型AAss）？
P：
紫色非甜玉米
AASS
×
白色甜玉米
aass
F1
紫色非甜玉米
AaSs
第1年
×
选育出紫甜的纯种
F2
A_S_
A_ss
aaS_
aass
紫甜
第2年
第3年
×
生长
A_ss
F3
第4年
秋水仙素诱导
02作物新品种的培育（3）优点秋水 仙素花药离体培养①极大地缩短了育种的年限。②后代都是纯合子，能稳定遗传。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。（常需5～6年）（当年）1、单倍体育种技术相当复杂(4)缺点：（5）实例：单育1号烟草、水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物。水稻
小麦
柏树
2.突变体的利用
（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
基因突变（或染色体变异）和植物细胞的全能性。
（3）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。
（4）缺点：
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。
抗病、抗盐、含高蛋白、高产
（4）与诱变育种的区别
诱变育种一般是诱导配子突变，然后经过受精作用进行育种；
诱变处理的对象？为什么？产生的变异一定符合需要吗？
（6）实例：
白三叶草（抗病、抗盐、
含高蛋白、高产）
三、细胞产物的工厂化生产
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，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。
2.细胞产物的工厂化生产的概念：
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。
3.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。
4.实例：
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。
5.细胞产物的工厂化生产的过程
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。
工厂化生产人参皂甙干粉的基本流程：
人参根 　 愈伤组织 　　 增长速度快而且细胞内人参皂甙干粉含量高的细胞
细胞增殖　　 提取人参皂甙干粉
脱分化
培养选择
破碎细胞
放入发酵罐
利用植物细胞培养技术来大量生产紫杉醇
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。
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
四种育种方法的比较
育种方法 原理 过程 优点
快速繁殖 植物细胞的全能性 脱分化、再分化 保持优良品种遗传特性
突变体 的利用 突变； 植物细胞的全能性 对愈伤组织进行诱变处理后再筛选 提高突变频率，获得优良性状
单倍体 育种 植物细胞的全能性； 染色体变异 先花药离体培养，再用秋水仙素处理，染色体加倍 明显缩短育种年限
植物体细 胞杂交 细胞膜的流动性； 植物细胞全能性 植物细胞融合、 杂种细胞组织培养 打破生殖隔离，
实现远源杂交
拓展延伸
原理 优点 缺点
诱变育种 基因突变或染色体变异和植物细胞的全能性 提高生物变异的频率，可产生新基因，大幅度改良某些性状，缩短育种年限 盲目性大，需大量的突变材料
杂交育种 基因重组 使存在于不同个体的优良性状集中于一个个体上 周期长，难以克服远缘杂交不亲和的障碍
单倍体育种 染色体变异和植物细胞的全能性 获得的个体均为纯种，明显缩短育种年限 技术复杂，多用于植物
多倍体育种 染色体变异 可提高产量和某些营养成分，增大果实 只适用于某些植物，在动物中难以开展，且植物结实率低
植物体细胞杂交育种 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 克服了远缘杂交不亲和的障碍，扩大了用于杂交的亲本组合范围，定向改变生物的遗传性状 不能完全按人们的需要表现出亲代的优良性状
几种育种方法的比较
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)快速繁殖不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性。( )
(2)作物脱毒后不再感染病毒。( )
(3)单倍体育种只是为了获得单倍体。( )
(4)突变体育种常用射线、化学物质处理愈伤组织。( )
(5)快速繁殖本质上是一种无性繁殖。( )
√
×
×
√
√
【基础过关】
(6)植物的次生代谢物主要是酚类、萜类和含氮化合物等小分子有机物，是其基本生命活动所必需的物质。( )
解析：一般认为次生代谢物是植物基本生命活动非必需的物质。
(7)植物细胞培养的原理主要是植物细胞的全能性。( )
解析：细胞全能性不是植物细胞培养的原理，植物细胞培养的原理主要是细胞增殖。
(8)紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种次生代谢物，具有高抗癌活性，现已被广泛用于乳腺癌等癌症的治疗。( )
×
×
√
1.下列属于植物的快速繁殖技术的是(　　)
A.用兰花的芽尖组织培育兰花幼苗
B.水稻种子萌发并长成新个体
C.扦插的葡萄枝长成新个体
D.柳树芽发育成枝条
A
【当堂检测】
2.利用马铃薯的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会因感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是(　　)
A.选择优良品种进行杂交 B.在田间喷洒消毒剂
C.利用茎尖进行组织培养 D.人工诱导基因突变
C
3.将紫草细胞进行细胞培养，诱导其脱分化产生愈伤组织，再对愈伤组织进行悬浮培养使其大量增殖，以获取大量的紫草宁。下列关于紫草宁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.培养的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有效成分
C
4.下列关于植物组织培养及其应用的说法中，不正确的是(　　)
A.植物体任何部位的活细胞均可作为组织培养的外植体
B.不同培养阶段的培养基中生长素与细胞分裂素的比例应不同
C.单倍体育种和转基因植物的培育需要利用植物组织培养技术
D.利用植物组织培养技术可实现某些重要细胞产物的工厂化生产
A

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