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第二章 细胞工程
第1节 植物细胞工程
第2课时 植物细胞工程的应用
授课教师：XXX
选必三 P39
一、植物繁殖的新途径 （一）快速繁殖
1. 概念：
用于快速繁殖优良品种的________________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）无性繁殖→可以保持优良品种的遗传特性。
3. 过程：
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
幼苗
完整植株
壮苗、
移栽成活
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。
植物组织培养
（3）不受自然生长季节的限制（室内生产）
一、植物繁殖的新途径 （一）快速繁殖
4. 实例：
【P39相关信息】铁皮石斛[hú]，兰科石斛属植物，茎直立、圆柱形，花期3-6月，生于海拔1600 m左右的山地半阴湿的岩石上。铁皮石斛富含某些糖类和生物碱，可以用来提取药物。
生姜是药食两用的经济作物，在生产上长期采用无性繁殖，易感染多种病毒，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。
1. 需要脱毒的原因：
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。
一、植物繁殖的新途径 （二）作物脱毒
2. 脱毒的选材部位：
植物的________________。
分生区附近
3. 选材的原因：
分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。
因此，利用植物的分生组织进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。
在植物分生区附近，细胞分裂十分迅速，形成大量新细胞，病毒来不及侵入，因此就成为植物体相对无病毒的特殊区域。
4. 实例：
一、植物繁殖的新途径 （二）作物脱毒
目前采用茎尖组织培养技术脱去病毒，已在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。
未脱毒
马铃薯
脱毒
马铃薯
一、植物繁殖的新途径 （二）作物脱毒
抗毒苗：把某抗病基因导入受体细胞，再通过植物组织培养技术培育出抗毒苗。→基因工程
脱毒苗：利用植物的分生区附近的细胞进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。→细胞工程
【思考】脱毒苗就是抗毒苗吗？
【思考】作物脱毒和微型繁殖的原理是否相同？
作物脱毒和微型繁殖都利用了植物组织培养技术，原理都是：植物细胞的全能性。
作物脱毒与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。
二、作物新品种的培育 （一）单倍体育种
二、作物新品种的培育 （二）突变体的利用
类别 杂交育种 诱变育种 单倍体育 种 多倍体育种
原理
常用方法
优点
缺点
基因重组
杂交→自交→选优→自交→…(多次自交)
将不同品种的优良性状集中于同一个体上
不能产生新基因;育种进程缓慢
基因突变
用物理/化学方法处理生物
提高突变率，可以在较短的时间内获得多种变异类型
有利变异少，需大量处理实验材料；(具有不定向性、低频性)
染色体(数目)变异
花药离体培养；秋水仙素处理幼苗(非种子)；筛选
明显缩短育种年限；(快速获得纯合子)
技术性强，需结合杂交育种和人工诱导染色体加倍技术
染色体(数目)变异
秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
茎秆粗壮，叶片、果实、种子都比较大，营养物质含量有所增加
发育延迟，结实率降低，一般只适用于植物
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：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。
【P41相关信息】初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行着。初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等。
次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。
（2）次生代谢物：
次生代谢不是生物生长所必需的。
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）.
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。
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。
三、细胞产物的工厂化生产
2. 技术：
植物细胞培养
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。
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. 细胞产物的工厂化生产的概念：
4. 过程：
外植体
脱分化
愈伤组织
提取细胞产物
培养、
细胞破碎
分散开
细胞悬液
植物细胞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。
三、细胞产物的工厂化生产
6. 实例：
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷等。
5. 细胞产物的工厂化生产的优点：
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。
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苷干粉。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，其药用成分和药理活性与栽培人参相似，甚至更加优良。这项技术目前已经投人规模化生产。
三、细胞产物的工厂化生产
6. 实例：
三、细胞产物的工厂化生产
6. 实例：
葡萄细胞培养获得花青素
花青素和原花青素是清除人体自由基最有效的天然抗氧化剂，具有抗氧化、抗突变、抗肿瘤、保护心血管等方面的功能。
以葡萄花青素含量高的品种的幼叶和茎尖为材料，用 于诱导愈伤组织；选择颗细小、疏松易碎、外观湿润、颜色鲜艳的愈伤组织，经过筛选，继代培养后，用于悬浮细胞培养。
三、细胞产物的工厂化生产
6. 实例：
a.乳腺癌、卵巢癌和肺癌的治疗特效（临床有效率>40%）
b.资源稀缺
c. 紫杉醇含量低：干树皮中的0.01%（万分之一）
d. 生长缓慢：小苗50-70年成树、剥皮即死。
紫杉醇为什么贵？
我国科学家经过多年研究，筛选出了高产紫杉醇的细胞。
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。
随堂练习
1. 下列有关植物体细胞杂交的叙述，不正确的(　　)
A．用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体
B．诱导两种植物的原生质体融合，进而形成杂种细胞
C．植物体细胞杂交的最终目的是获得细胞代谢产物
D．植物体细胞杂交技术可以克服不同种间远缘杂交不亲和的障碍
2. 在植物组织培养过程中，容易获得突变体的主要原因是(　　)
A. 培养的细胞一直处于不断的分生状态
B. 培养基营养丰富，易于植物生长
C. 纺锤丝的形成容易受到抑制
D. DNA的复制容易受到抑制
C
A
随堂练习
3. 某株名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离。为了防止性状分离并快速繁殖，可以利用该植株的一部分器官或组织进行离体培养，发育出完整的植株。进行离体培养时不应采用该植株的(　 　)
A．茎尖 　 B．子房壁 C．叶片 D．花粉粒
D
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
练习与应用 （书本P42）
D
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？请你提出相关实验的设计思路。
【解析】 F2 中的紫色甜玉米的基因型可能为 Aasusu 或 AAsusu。在常规育种工作中，一般将获得的紫色甜玉米连续自交，即将每次自交后代中的紫色甜玉米选育后再进行自交，直至自交后代中不再出现白色甜玉米为止。这种方法比较烦琐，耗时也较长。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。
【解析】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。

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