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(共27张PPT)
2.1.2 植物细胞工程的应用
石斛：驱解虚热，益精强阴等疗效、观赏价值。
连翘：清热解毒、消肿散结、消炎
实际问题：经济苗木、名贵花卉、珍稀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……如何解决？
铁皮石斛的工厂化生产
运用组织培养的途径，一个单株一年可以繁殖几万到几百万个植株，而且均来自单一的个体，可以保持优良品种的遗传特性。例如一株葡萄一年繁殖到3万多株，一株兰花一年繁殖到400万株。
1960年，荷兰科学家通过对兰花茎尖进行培养，获得了快速繁殖的脱毒兰花，随后在国内外进行了“兰花试管苗产业化”。
无籽西瓜
杨树
生菜
兰花、生菜、杨树以及无子西瓜试管苗的产业化生产。
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不受自然生长季节的限制
④培养周期短
2.作物脱毒
（1）作物要脱毒的原因：
。
（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。
分生区（如茎尖）的细胞
植物分生区细胞病毒少，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
幼苗
完整植株
移栽成活
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。
（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
香蕉
菠萝
甘蔗
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
多年纯化和选择，才得到符合理想要求的新品种
如何解决育种时间过长的问题？
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
1. 单倍体育种
（1）过程
（2）原理：
（其中花药离体培养利用了植物细胞的全能性）
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）
单倍体育种包括哪些主要步骤？
（3）优点：
①极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。
杂交育种培育一个可以稳定遗传的作物优良品种，一般不断自交选优，常需5～6年。而单倍体育种当年就能培育出所需纯合体。
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。
（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
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。
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
（3）原理：
基因突变（或染色体变异）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。
（5）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。
DNA分子复制，易发生突变。
（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
1.如图是通过植物细胞工程获得紫杉醇的途径，下列叙述不正确的是
A.该生产途径依据的原理是植物细胞具有全能性
B.过程①需控制好培养基中植物激素或植物生长调节剂的比例
C.经过过程①，细胞的形态和结构发生变化
D.过程③需使用液体培养基，有利于细胞增殖
A
四种育种方法的比较
育种方法 原理 过程 优点
快速繁殖 脱分化、再分化 保持优良品种的遗传特性
突变体 的利用 基因突变、 细胞的 ; 对愈伤组织进行诱变处理后再筛选 提高 ，获得优良性状
单倍体 育种 细胞的 、 ; 、 诱导染色体数目加倍 明显缩短？
植物体细 胞杂交 细胞膜的 、 细胞的 ; 融合、 杂种细胞组织培养 打破 ，
实现 。
细胞的全能性
全能性
突变率
全能性
染色体变异
先花药离体培养
再秋水仙素
育种年限
流动性
全能性
植物细胞
生殖隔离
远缘杂交
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
↓
胚状体
↓
试管苗
↓
植株
再分化
保持优良性状
快速大量繁殖
快速
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
概念图
(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。( )
√
×
×
√
√
【当堂检测】
(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。( )
×
×
√
【当堂检测】
2.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
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）
练习与应用（P42）
一、概念检测
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
1.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
练习与应用（P42）
二、拓展应用
【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。
练习与应用（P42）
二、拓展应用

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