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02
二 植物细胞工程的应用
铁皮石斛
本节聚焦：
1.植物细胞工程在生产实践中有哪些应用？
2.植物细胞工程应用于生产实践的主要优势是什么？
第2章 第1节 植物细胞工程
作物新品种的培育
一
植物繁殖的新途径
细胞产物的工厂化生产
植物细胞工程的运用
二
三
1. 快速繁殖（微型繁殖）
（1）概念：
用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
（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
试管苗
植株
移栽
（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的苗木。
实质：
植物组织培养(原理？)
铁皮石斛的工厂化生产。
一
植物繁殖的新途径
一般为无性生殖
2.作物脱毒
无性繁殖的生物。
适用生物
如
马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等
（1）为什么要进行脱毒？
（2）作物脱毒选用什么材料？选择该种材料的理由是？
无性繁殖的作物，感染的病毒容易传给后代。
病毒积累，导致作物产量降低、品质变差。
植物分生区细胞病毒少，甚至没有病毒
分生区（如茎尖）的细胞
（3）脱毒过程：
脱毒苗 ≠ 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。
茎尖
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
试管苗
脱毒苗
移栽
病毒极少，甚至无病毒
一
植物繁殖的新途径
脱毒产品
香蕉
脱毒草莓
普通草莓
甘蔗
菠萝
《金》P43例1、例2
1. 单倍体育种
（1）过程
（2）原理：
（其中花药离体培养利用了__________________）
染色体数目变异
植物细胞的全能性
作物新品种的培育
二
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）
单倍体育种包括哪些主要步骤？
《金》P43探究二 合作探究
（3）技术：
植物组织培养技术
花药离体培养
P
F1
配子
DDTT
DDtt
ddTT
ddtt
正常植株（纯合）
秋水仙素诱导
单倍体育种
P
高杆抗病
DDTT
×
矮杆感病
ddtt
F1
高杆抗病
DdTt
F2
D_T_
D_tt
ddT_
ddtt
ddTT
杂交育种
矮抗

需要的纯合矮抗品种
连续自交多代
第1年
第2年
第3-6年
高杆抗病
DDTT
×
矮杆感病
ddtt
高杆抗病
DdTt
DT
Dt
dT
dt
单倍体植株
第1年
第2年
DT
Dt
dT
dt
需要的纯合矮抗品种
单倍体育种举例：培育矮杆抗病( ddTT )小麦
缺点：耗时长
优点：操作简单
经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为_______，一定是吗？_______。
纯合子
不一定
（3）优点：
① 极大地缩短了育种的年限。
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。
大多数单倍体植株的细胞中只含一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现，进而能明显缩短育种年限。
（4）实例：
单育1号烟草
水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物。
我国培育的单育1号烟草是
世界上第一个单倍体作物新品种
为什么？
②后代大是纯合子，能稳定遗传。
14.(2021·广东卷)白菜型油菜(2n=20)的种子可以榨取食用油(菜籽油)。为了培育高产新品种,科学家诱导该油菜未受精的卵细胞发育形成完整植株Bc。下列叙述错误的是 (　　)A.Bc成熟叶肉细胞中含有两个染色体组B.将Bc作为育种材料,能缩短育种年限C.秋水仙素处理Bc幼苗可以培育出纯合植株D.自然状态下Bc因配子发育异常而高度不育
《作》P18
A
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。
《书》P42
已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体，如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草。
愈伤组织细胞不断分裂，细胞要进行DNA分子复制，因此更易发生突变。
2. 突变体的利用
（1）产生原因：
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
（5）实例：
（3）原理：
诱变处理的对象？为什么？产生的变异一定符合需要吗？
二
作物新品种的培育
不一定，因为突变是不定向的。
突变(基因突变和染色体变异）和植物细胞的全能性。
（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。
《金》P44例3、例4
D
以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工种皮包装，在适宜条件下可以萌发长成幼苗的种子。
人工种子
可保持优良品种的遗传特性；
易于保存和运输。
拓展
优点
知识海洋
练.下列有关植物组织培养的叙述，正确的是 ( )
A．愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞
B．二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株
C．用人工薄膜将胚状体、愈伤组织等分别包装可制成人工种子
D．植物耐盐突变体可通过添加适量NaCl的培养基培养筛选而获得
D
1. 植物的代谢产物
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:糖类、脂质、蛋白质、核酸等。
次生代谢物：
次生代谢不是生物生长所必需的，在特定条件下进行；
次生代谢物: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，
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。
细胞产物的工厂化生产
三
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。
过程：
细胞
脱分化
愈伤组织
细胞产物
培养液培养、提取
2. 细胞产物的工厂化生产
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。
植物细胞培养：
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。
实例：
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品
原理：细胞增殖
液体培养基
紫草宁
具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性
紫杉醇
具有高抗癌活性
已用于乳腺癌等癌症的治疗
红豆杉(濒危植物）
（世上首例药用植物细胞工程产品）
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，又实现了利用植物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。
人参皂苷（ɡān）
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。
人参皂甙工厂化生产的基本流程：
人参根 　 愈伤组织 　　 增长速度快、细胞内人参皂甙干粉含量高的细胞 大量细胞　　
提取人参皂甙干粉
脱分化
培养选择
破碎细胞
放入发酵罐
细胞增殖
《金》P45例5、例6
应用探究
国家重点保护珍稀植物-红豆杉可产生抗癌物质紫杉醇，现利用植物细胞工程技术生产紫杉醇，请据图回答下列问题：
红豆杉植株
红豆杉茎尖分生组织
愈伤
组织
胚状体
愈伤组织
紫杉醇
诱导
培养
分离提取
诱导
小结：植物细胞工程的应用
（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
2.作物脱毒
1.微型繁殖
原理：染色体数目变异
原理：突变（基因突变和染色体变异）
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
【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。

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