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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
1. 快速繁殖（微型繁殖）
用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
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。
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。
（1）概念：
（2）实质：
（3）优点：
（4）过程：
（5）实例：
植物组织培养(原理？)
铁皮石斛等试管苗的工厂化生产。
一
植物繁殖的新途径
细胞全能性
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
试管苗
植株
移栽
生长发育分化
2. 作物脱毒
（1）脱毒原因：
（2）选材部位？选择该材料的理由是？
（3）脱毒过程：
（4）实例：
马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。
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。
注意: 1 、 脱毒苗 ≠ 抗毒苗
2.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
植物繁殖的新途径
一
植物顶端分生区（如茎尖）的细胞
植物分生区细胞病毒极少，甚至无病毒
（5）适用生物
无性繁殖的生物。
练习：《金》P 例1、2
脱毒产品
香蕉
脱毒草莓
普通草莓
甘蔗
菠萝
明显提高农作物的产量和品质
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Aa
单倍体植株（A或ａ)
二倍体植株（纯合子AA或ａａ）
（秋水仙素处理）
单倍体育种包括哪些主要步骤？
花粉(精子A或ａ)
减数分裂（有性生殖）
选择符合要求的植株ａａ
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
植物组织培养技术
特殊的植物组织培养——花药离体培养
生殖方式为特殊的_____生殖，培养过程中只涉及_____分裂
花药
试管苗
脱分化
再分化
愈伤组织
(3)单倍体特点：
秋水仙素
诱导
纯合品种
植株矮小、高度不育
有性
有丝
花药离体培养
染色体加倍
两亲本杂交得F1
单倍体幼苗植株
正常植株（纯合子）
新品种（新植株）
秋水仙素处理
筛选符合要求的植株
自交后增加新品种数量，推广种植
DdTt
DT
Dt
dT
dt
DDTT
DDtt
ddTT
ddtt
DDTT
DDtt
ddTT
ddtt
DT
Dt
dT
dt
第一年
第二年
得到F1花药（配子）
F1减数分裂
淘汰
保留
淘汰
淘汰
① ② ③ ④
① ② ③ ④
【单倍体育种】思考：小麦高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗锈病（T）对不抗锈病（t）为显性，现有纯合的高秆抗锈病的小麦（DDTT）和矮秆不抗锈病的小麦（ddtt），如果你是袁隆平，怎样才能得到矮秆抗病的优良品种（ddTT）且育种年限要最短？
7.过程（重要）
花药离体培养
P
F1
配子
DDTT
DDtt
ddTT
ddtt
正常植株（纯合）
秋水仙素处理
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

筛选符合要求的
纯合矮杆抗病品种
连续
第1年
第2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
筛选符合要求的纯合矮杆抗病品种
第3
6年
缺点：耗时长
优点：操作简捷
举例：培育矮杆抗病( ddTT )小麦
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
①明显缩短育种年限
⑥F2中能稳定遗传的个体占总数的____,F2中能稳定遗传的黄色圆粒占总数____,
F2黄色圆粒中，能稳定遗传的占____;F2黄色皱粒中，不能稳定遗传的占____。
①F1产生的雌雄配子各__种，分别是？
②雌雄配子结合方式有__种;
③遗传因子组合形式有__种，种类及比例
④性状表现（表型）有__种，种类及比例为
16
9
4
YR
yR
Yr
yr
YR
yR
Yr
yr
♀
♂
yyrr
YYRR
YyRR
YYRr
YyRR
YYRr
YyRr
yyRR
yyRr
yyRr
YyRr
YYrr
YyRr
YyRr
Yyrr
Yyrr
F2表型分布特点及比例：
1YYrr
2 Yyrr
1yyRR
2yyRr
1yyrr
2YYRr
2YyRR
4YyRr
1YYRR
Y_R_
Y_rr
yyR_
F2 9黄色圆粒：
　（双显性）
3黄皱：（单显1）
3绿圆：
（单显2）
1绿皱
（双隐性）
yyrr
F1配子
⑤F2纯合子比例？共占F2？F2杂合子比例？共占F2？
1∶1∶1∶1
8∶2∶2∶0
４/16
12/16
4
YR、Yr、yR、yr
⑦F2中,重组性状(不同亲本)是？共占F2多少？YyRR占F2？
黄色皱粒、绿色圆粒
6/16
4/16
1/16
1/9
2/3
2/16
F2
F1YyRr自交，F2的情况
P
黄色圆粒
YyRr
yyrr
绿色皱粒
配子
YR Yr yR yr
yr
F1
YyRr
Yyrr
yyRr
yyrr
1 ∶ 1 ∶ 1 ∶ 1
黄色圆粒 黄色皱粒 绿色圆粒 绿色皱粒
实际子粒数 F1做母本 31 27 26 26
F1做父本 24 22 25 26
表现型
项目
测交实验结果：
实验结果符合预期设想，四种表现型实际子粒数比接近1∶1∶1∶1。
三、对自由组合现象解释的验证
实验验证（进行测交实验）
演绎推理（设计测交实验）
黄色圆粒
黄色皱粒
绿色圆粒
绿色皱粒
3、单倍体育种
（1）过程：
二倍体植株
取花药(精子) 花药离体培养
植株
(幼苗)
秋水仙素处理
(染色体加倍)
植株（二倍体）
（2）原理：
染色体数目变异
（4）优点：
①明显缩短育种年限
②易获得纯合体，自交后代不会发生性状分离（二倍体的才是纯合子）
①技术性强，需结合杂交育种、需人工诱导染色体加倍；②单倍体植株弱小，高度不育。
（5）缺点：
（3）方法：
①花药离体培养
②秋水仙素处理萌发的幼苗
（6）适用生物：
一般只用于植物
（7）实例(下面)
矮秆抗病水稻
单倍体
纯合子
染色体组1组
书本P98 一、选择题 2 P91 二、拓展 1.
（4）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
（5）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
②后代是纯合子，能稳定遗传。
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：
（4）原理：
（3）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。
（5）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。
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:糖类、脂质、蛋白质、核酸等。
（2）次生代谢物：
次生代谢物不是生物生长所必需的，在特定条件下进行；
一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）（人体能吸收）。
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
①对植物自身作用：
②次生代谢物化学成分：
③对其他植物、
　对人类作用
④提取利用
　面临难题？
2. 细胞产物的工厂化生产
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。
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
（1）概念：
（2）生产技术：
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。
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品
①概念：
②原理：
③过程：
④特点：
⑤实例：
液体培养基
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。
细胞增殖（细胞分裂）
植物细胞培养
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
“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。
【到社会中去】
【提示】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，在培养基中加人适量的色素或者荧光剂，使“手指植物”更具有观赏价值。
练习：《金》P62 例5、6
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
练习：《金》P43 3、4、5
《报纸》38期P3 2、4、5、7
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
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，如果利用花药离体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。
【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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