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第2章 细胞工程
首个体细胞克隆动物
克隆动物多莉羊
体细胞克隆猴
“中中”和“华华”
如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖？
植物细胞工程在农业、医药工业等方面有着广泛的应用，并且取得了显著的社会效益和经济效益。
脱毒草莓
铁皮石斛
人参皂苷干粉
第1节 植物细胞工程
01
植物繁殖的新途径
目录 /CONTENTS
二、植物细胞工程的应用
01
植物繁殖的新途径
1.快速繁殖
（1）概念：
（2）优点：
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。
繁殖方式？
原理？
植物细胞的全能性
无性生殖
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几乎不受季节、气候等的限制，培养周期短；
④可实现产业化生产。
【问题探究1】快速繁殖得到的产品会不会出现性状分离？原因是什么？
不会
快速繁殖技术属于无性繁殖，可以保持亲本的优良性状。
铁皮石斛的产业化育苗
（3）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都实现了利用快速繁殖技术来提供苗木。
兰花的快速繁殖
20世纪60年代，荷兰科学家成功地利用组织培养技术来培育兰花。
目前，荷兰的兰花生产已经发展成为举世闻名的兰花产业。
我国组织培养技术也已经广泛应用于兰花种苗的规模化繁殖，使得名贵的兰花价格大幅下降。
马铃薯
草莓
香蕉
感染的病毒很容易传给后代
无性繁殖
病毒在作物体内逐年积累
作物产量降低品质变差
脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片
2.作物脱毒
（1）脱毒苗：
切取植物一定大小的茎尖，进行组织培养技术，再生植株有可能不带病毒，获得脱毒苗。
原因？
植物顶端分生区附近（如：茎尖、根尖）的病毒极少，甚至无病毒。
（2）优点：
（3）实例：
明显提高作物的产量和品质。
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。
【问题探究2】经植物组织培养技术培育出的脱毒苗抗病毒吗？为什么？
“脱毒”≠“抗毒”
前者指的是本身病毒少，甚至无病毒，受病毒感染的机会少，而后者指的是能抵抗病毒的感染。
（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）脱毒草莓能明显提高产量，但品质没有发生变化 （　 　）
（4）作物脱毒所培养材料常选自顶端分生组织 （　 　）
（5）快速繁殖本质上是一种无性繁殖 （　　 ）
判断常考语句，澄清易混易错
01
植物繁殖的新途径
目录 /CONTENTS
二、植物细胞工程的应用
　Ｐ 高抗 　 矮不抗
F1　 高抗
DDTT
ddtt
DdTt
ddTt
高抗 高不抗 矮抗 矮不抗
ddTT
矮抗
ddTT
ddTt
矮抗
ddTT
矮抗
矮抗 矮不抗
ddTT
ddTt
杂交
自交
选优
自交
F3
选优
F2
连续自交
1 ：2
选育出一个可以稳定遗传的农作物优良品种，一般要经过5—6年的连续筛选。
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），如何最简单 得到矮秆抗病的优良品种（ddTT）？
常规育种——杂交育种
育种原理？
基因重组
育种方法？
1.单倍体育种
优良品种
花药
花粉
离体培养
单倍体
纯合二倍体
人工诱导
染色体加倍
选择
再人工诱导染色体数加倍
先花药离体培养
单倍体植株
正常纯合体植株
脱分化
愈伤组织
再分化
（1）过程
秋水仙素处理
玉米（2n)单倍体育种
（2）实例分析：现有一种基因型为AaBb的植株，如何尽快获得稳定遗传的AABB新品种？
花药离 体培养
普通植株
减数 分裂
花粉
单倍体幼苗
秋水仙 素处理
正常植株
筛选所需的品种
AaBb
AB、Ab、aB、ab
AB、Ab、aB、ab
AABB、 AAbb、 aaBB、aabb
正常植株中基因型有 种，显性纯合子占 ；其中AABB植株占 。
4
1
1/4
（3）单倍体育种的方法：
先 （所用技术 ）获得 单倍体幼苗 ；
再经 处理诱导 加倍，当年就可以得到遗传性状 的纯合二倍体植株
（4）单倍体育种原理
细胞的 和 。
全能性
染色体变异
花药离体培养
植物组织培养
秋水仙素
染色体数
相对稳定
（5）单倍体育种优点：
①子代一般是能稳定遗传的纯合子，极大地缩短了育种的年限。
②也是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
Aa
A
a
AA
aa
单倍体
（n）
纯合二倍体（2n）
二倍体（2n）
大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株隐性性状容易出现。
【问题探究3】单倍体育种为什么能为体细胞诱变育种和研究遗传突变提供理想材料？
（5）实例：
①我国科学家在1974年成功培育出世界上第一个单倍体作物新品种——单育1号烟草。
②我国科学家把单倍体育种与常规育种结合起来，育成水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。
2.突变体的利用
（1）产生的原理：
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，因此它们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。
外植体
愈伤组织
试管苗
脱分化
再分化
植株
诱变
筛选
有用的突变体
（2）突变体育种的原理：
基因突变
植物细胞的全能性
（4）实例：
从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。
（3）突变体的利用：
已经筛选到如下突变体
抗病
抗盐
高产
高蛋白
抗花叶毒病的甘蔗
抗盐碱的烟草
【问题探究4】如图表示突变体的利用过程，请据图分析回答下列问题：
（1）突变体育种的原理是什么？
（2）在培养至愈伤组织时进行诱变处理的原因是什么？
（3）诱导分化得到的突变体都可以利用吗？为什么？
基因突变和植物细胞的全能性
愈伤组织细胞分裂旺盛，一直处于不断增殖的状态，此时易发生基因突变。
大都不可以
因为基因突变是不定向的，且具有多害少利性，即得到的突变体大多是有害的。
01
植物繁殖的新途径
目录 /CONTENTS
二、植物细胞工程的应用
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，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进行的代谢活动。
②次生代谢物是植物次生代谢产生的，一般认为不是植物基本生命活动所必需的产物。
④作用：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。
⑤特点：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。
③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）。
2.细胞产物的工厂化生产的过程
外植体
愈伤组织
单个细胞
脱分化
振荡分散
细胞悬浮培养
细胞产物
提取
3.细胞产物的工厂化生产所用的技术：
植物细胞培养
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。
4.优势
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。
原理？
细胞的增殖
有无体现细胞的全能性？
无
5.实例：
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。
红豆杉→紫杉醇
紫草→紫草宁
人参→人参皂苷
世界上首例药用植物细胞工程产品。
紫草细胞中提取的一种药物和色素；具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。
具有高抗癌性，广泛应用于乳腺癌等癌症的治疗。
应用人参细胞培养来生产人参中重要的活性成分→人参皂苷。
【归纳总结1】植物组织培养和植物细胞培养的比较
比较项目 植物组织培养 植物细胞培养
目的 获得植物体 获得？
原理
过程
应用 快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等 细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等
细胞产物
植物细胞的全能性
细胞增殖
【归纳总结2】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
（1）单倍体育种的过程就是花药离体培养的过程（　　）
（2）突变体育种常用射线、化学物质处理愈伤组织（　　）
（3）次生代谢物在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源 （　　）
（4）紫杉醇存在于红豆杉属植物体内，是初生代谢物，具有高抗癌活性，现在已被广泛用于乳腺癌的治疗 （　　 ）
（5）植物细胞培养的原理是利用了植物细胞的全能性 （　　）
判断常考语句，澄清易混易错
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。
练习与应用
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
3．如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，下列叙述正确的是 （ ）
A．该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的比例
C．经过程①细胞的形态和结构未发生变化
D．过程③需使用固体培养基，有利于细胞增殖
B
4．如图是对基因型为Aabb的玉米所作的处理，据图分析下列叙述错误的是 (　 　)
A．过程a所采取的技术手段是花药离体培养
B．过程b用秋水仙素处理后可以得到4种基因型的玉米植株
C．c和d分别是脱分化和再分化过程
D．图中过程a或过程c、d能够说明植物细胞具有全能性
B

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