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第2章 细胞工程
第1节 植物细胞工程（第2课时）
学习目标
01
植物繁殖的新途径
①快速繁殖;②作物脱毒
02
03
细胞产物的工厂化生产
作物新品种的培育
①单倍体育种;②突变体的利用
“手指植物”
植物组织培养技术
讨论：
“手指植物”存活需要什么条件？
“手指植物”的培养利用的是什么技术？
新课导入
也叫微型繁殖，是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
1.快速繁殖
①无性繁殖，保持优良品种的遗传特性
②高效快速地实现种苗的大量繁殖
③可实现产业化生产
优点
如
铁皮石斛的工厂化生产。
观赏植物、经济林木、濒危植物等都实现了快速繁殖技术提供苗木。
植物繁殖新途径
1、微型繁殖
植物繁殖新途径:微型繁殖
兰花的快速繁殖
实例：
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”。
香蕉的快速繁殖
实例：
1、微型繁殖
植物繁殖新途径
快速繁殖经济苗木、名贵花卉、珍稀濒危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的植物。
石斛
百年牡丹树
连翘
1、微型繁殖
植物繁殖新途径:①微型繁殖
园林植物组织培养
实例：
提示：
①微型繁殖属于植物组织培养技术的范畴，繁殖过程只涉及有丝分裂，无丝分裂的过程。
②通常情况下，保留了亲代相同的优良基因型和表现型。
生姜是药食两用的经济作物，在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，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。
背景资料
取一定大小的茎尖进行组织培养，培育脱毒苗。
2.作物脱毒
脱毒马铃薯田与被病毒感染的马铃薯叶片
病毒极少的分生区组织，如茎尖。
取材
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
活跃的分生组织代谢水平很高，病毒在这些细胞中获得的能量和物质较少，致使病毒无法复制。
由于病毒侵染，造成的马铃薯的退化现象普遍存在。
将马铃薯进行脱毒，通过进一步培育生成的组培苗，诱导试管薯可以防止种薯退化，极大提高马铃薯产量和质量。
马铃薯幼嫩茎尖繁殖
植物繁殖新途径:②作物脱毒
植物繁殖新途径:②作物脱毒
2、作物脱毒
草莓是多年生草本植物，容易受病毒的侵染，因而每都需要更换母株，草莓病毒病具有潜伏期长，多个病毒病原复合感染的现象。
我国草莓主要受到斑驳病毒，轻型黄边病毒，镶脉病毒和皱缩病毒的危害，快速繁殖获得无病毒苗非常必要。
脱毒草莓
普通草莓
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。
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
无性繁殖，易于保留优良性状
不受气候、季节和地域限制
方便储存和运输
解决了某些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题
节约大量的粮食
优点
胚状体是指在组织培养过程中， 在植物组织块或愈伤组织上产生的一种结构，它与正常受精卵发育形成的胚有类似的结构和发育过程。
其不同的发育阶段，也可以用正常胚发育中各个时期的术语来描述，如原胚、球形胚、心形胚、鱼雷形胚等。
拓展:人工种子
胚状体＋人工种皮＋人工胚乳
胚状体
人工胚乳
人工种皮
人工胚乳含胚状体发育所需的营养物质外，还可以添加各种附加成分，如固氮细菌、防病虫农药、植物生长调节剂、除草剂等，以利于幼苗的茁壮成长，提高作物产量。
——抗压、保水、透气
——具有发育成完整植株的能力
——保证胚状体生长发育的必需物质
人工种子
拓展:人工种子
组成
在下列过程中，需要采用植物组织培养技术的有几种（ ）
①用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体植株
②感染病毒的草莓苗进行脱毒
③利用细胞工程培养“番茄-马铃薯”杂种植株
④无子西瓜的大量繁殖
A．一种 B．二种 C．三种 D．四种
C
课堂检测
作物新品种的培育
离体培养
人工诱导染色体加倍
单倍体植株矮小，且多为不育
1.单倍体育种
花药
花粉
单倍体
纯合二倍体
优良品种
玉米单倍体培育流程图
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。
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。
极大地缩短了育种的年限，节约了人力和物力。
优点1
作为体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
优点2
作物新品种的培育
1.单倍体育种
作物新品种的培育
2.突变体的利用
①突变体：
在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断地分生状态，容易受培养条件和外界压力（射线、化学物质）的影响而发生突变（基因突变、染色体变异），这样发育成的个体称为突变体。
化学诱变一般是利用一些化学诱变剂进行处理。
常见的有甲基磺酸乙酯（EMS)和叠氮化钠（SA) 等。
物理诱变一般釆用电离辐射处理。
电离辐射主要包括γ射线、 β射线、中子等。
②诱变方法
③利用：
④实例：抗病、抗盐、高产、高蛋白等品种的选育
提示:突变体育种的原理是突变，诱变育种的原理是基因突变。
突变=基因突变＋染色体变异
突变体育种（获得突变体后筛选出对人们有利的，进而培育出新品种）
作物新品种的培育
2.突变体的利用
体细胞诱变育种。即用射线、化学物质等对不断增殖细胞进行诱变；从产生突变的个体中筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。
愈伤组织
单倍体育种获得的隐性纯合体
常用材料
如
抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等
原理：
基因突变和植物细胞的全能性。
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。
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。
缺点：
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
课堂检测
植物代谢
初生代谢
生物生长生存所必需的代谢活动
产物：如糖类、脂质、蛋白质、核酸等
红豆杉→紫杉醇
产物：一类小分子有机化合物
非生物生长所必需，在特定条件下进行
次生代谢
紫草→紫草宁
细胞工业化生产
细胞工业化生产
1.细胞产物的种类：
糖类、脂肪、蛋白质、香料、色素、药物、生物碱等。
2.过程
人参、三七、紫草和银杏的细胞产物也都已经实现了工厂化生产。
3.实例：
目前世界各国的科学家正在深人研究，是否可以通过组织培养技术来大量生产抗癌物质—紫杉醇。
紫杉醇为什么贵？
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。
是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。
最好是愈伤组织
材料
使培养物与营养物质充分接触
利用人参细胞生产人参皂苷
植物细胞培养
液体培养基（培养液）
培养基
细胞工业化生产
下列有关植物细胞工程应用的叙述，不正确的是（ ）
A．利用组织培养技术培养脱毒苗，获得具有抗病毒的新品种
B．利用组织培养技术获得人工种子，能保持亲本的优良性状
C．利用细胞培养技术获得紫草素，实现了细胞产物的工厂化生产
D．利用体细胞杂交技术获得“白菜-甘蓝”，克服生物远缘杂交不亲和障碍
A
课堂检测
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：
（1）选用茎尖分生组织进行组织培养可以获得脱毒苗，原因是茎尖分生组织细胞______________________；
（2）利用愈伤组织诱导形成的胚状体经人工薄膜包装后就可得到___________。
（3）紫杉醇作为常见的细胞产物，抗癌效果显著，通常取自愈伤组织的_______（细胞器）。
病毒极少，甚至无病毒
液泡
人工种子
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
课堂检测

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