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细胞工程
细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
原理和方法
操作水平
目的
分类
细胞生物学、分子生物学和发育生物学
细胞器、细胞或组织
获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品
植物细胞工程和动物细胞工程
第1节
植物细胞工程
第2章 细胞工程
选修三
植物细胞工程发展历程
哈伯兰特提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。
斯图尔德等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。
科金用真菌的纤维素酶分解番茄根的细胞壁，成功获得了原生质体。
古哈等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉粒发育而来的胚。
卡尔森诱导烟草种间原生质体融合，获得了第一株体细胞种间杂种植株。
土壤农杆菌的Ti质粒被发现。之后，该质粒应用于植物分子生物学领域，促进了植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合。
1902年
1958年
1960年
1964年
1971年
1974年
植物细胞工程的基本技术
1
植物细胞工程的应用
2
目录
习题检测
3
1.概述植物组织培养和植物体细胞杂交技术的原理和过程。
2.举例说明植物细胞工程的应用有效提高了生产效率。
一、学习目标
二、重难点
1.植物组织培养的原理和过程。
2.植物体细胞杂交技术的原理。
3.植物细胞工程应用的实例。
3.尝试进行植物组织培养。
4.植物组织培养的实验。
植物细胞工程的基本技术
1
问题探讨
兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低；传统分株繁殖的方式，又存在繁殖周期长、繁殖率低等问题，如果靠自然繁殖，兰花的价格可想而知了。
如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？
利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。
植物细胞工程
1
一、植物组织培养技术
1.概念
2.原理
指 的植物器官、组织或细胞等，培养在人工控制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其分化为 的技术。
离体
完整植株
植物细胞的全能性
外植体
外植体：在植物组织培养过程中，从植物体上被分离下来的，接种
在培养基上供培养用的原生质体、细胞、组织、器官等。
细胞经过 后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。
分裂和分化
全能性
1.具有全能性的原因
一般生物体的每一个细胞都包含有该物种的 。
即都有发育成 所必需的全部遗传信息。
全套遗传信息
完整个体
2.体现全能性的标志
细胞→ 完整个体或其他各种细胞
实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株
受精卵发育成个体（动植物）
蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄蜂
用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株
全能性
实例：芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶。
3.生物体内细胞不体现全能性的原因
基因在特定的时间和空间条件下 表达的结果。
选择性
4. 全能性大小比较
（1）分化程度低的 分化程度高的
（2）细胞分裂能力强的 细胞分裂能力弱
＞
＞
（3）受精卵 胚胎干细胞 生殖细胞 体细胞
植物细胞 动物细胞
＞
＞
＞
＞
一、植物组织培养技术
3.一般过程
外植体
愈伤组织
试管苗
完整植株
脱分化
芽、根等
再分化
生长 发育
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽
诱导生根
移栽成活
脱分化
再分化
再分化
分化状态
未分化状态
3.一般过程
外植体
愈伤组织
试管苗
完整植株
脱分化
芽、根等
再分化
生长
发育
（1）脱分化
在一定的 和 等条件的 下， 的细胞
，转变成 的过程。
激素
营养
诱导
已经分化
失去其特有的结构和功能
未分化的细胞
①光照条件
②过程中涉及的生命活动
一般不需要光照
只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化。
脱分化
Ⅰ.外植体脱分化的难易因植物种类、器官来源及生理状况的
不同而不同。一般来说，植物的花和幼嫩的组织脱分化相
对较易，而植物的茎、叶等成熟的组织脱分化则较难。
Ⅱ.该过程添加的外源激素主要是生长素和细胞分裂素
（比例适中）， 因为二者能强烈地促进愈伤组织的形成。
③结果
形成愈伤组织（不定形的薄壁组织团块）
Ⅲ.无菌操作——植物组织培养成功的关键。
注意说明
3.一般过程
（2）愈伤组织
细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞团。
（3）再分化
脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以 出芽或根等器官的过程。
重新分化
①实质
②光照条件
基因的选择性表达
需要给予适当强度的光照
原因：诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用。
3.一般过程
（3）再分化
③过程中涉及的生命活动
既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化。
④结果
愈伤组织
芽
低
高
根
生长素
细胞分裂素
胚状体
胚状体
离体培养条件下，没有经过受精过程，但是经过了胚胎发育过程所形成的胚状类似物，因而统称为体细胞胚或胚状体。
（3）再分化
a.外植体的遗传特征和取材的位置会影响愈伤组织的再分化能力。
b.培养基的成分和物理性质对器官的形成有一定的影响，但起
决定作用的是植物激素，特别是生长素和细胞分裂素的配比。
影响植物组织再分化的因素
（4）生长发育
将试管苗移到大田中栽培或进行无土栽培，使之进一步生长发育为具有根、茎、叶且能开花、结果的完整植株。
脱分化与再分化
脱分化 再分化
过程 外植体→愈伤组织 愈伤组织→幼苗
结果 形成愈伤组织 形成根、芽
需要条件 a.离体 b.适宜的营养 c.生长素与细胞分裂素 的比例适中 d.一般不需光 a.离体
b.适宜的营养
c.生长素与细胞分裂素的比例
高或低诱导生根或生芽
d.光照
决定植物脱分化、再分化的关键因素
一、植物组织培养技术
4.菊花的组织培养
（1）原理
植物细胞一般具有 。
全能性
生长素/细胞分裂素 结果
比值高(＞1)
比值低(＜1)
比值适中(=1)
有利于根的分化，抑制芽的形成
有利于芽的分化，抑制根的形成
促进愈伤组织的形成
简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤
外植体
愈伤组织
试管苗
完整植株
脱分化
芽、根等
再分化
生长
发育
4.菊花的组织培养
（2）材料
离体的茎尖、根尖、叶片、花药等（外植体）。
（3）MS培养基
水（去离子水）、无机营养（大量元素、微量元素）、
有机营养（蔗糖、维生素、氨基酸）、天然附加物、
植物激素（生长素、细胞分裂素等）
蔗糖的作用
①提供营养物质（碳源）；
②调节渗透压。
4.菊花的组织培养
（4）步骤
制备外植体
接种
培养
试管苗
正常植株
用酒精擦拭双手和超净工作台台面。将流水充分冲洗后的外植体。
②消毒：
③切割：
30S
2-3次
30min
①材料：
幼嫩的菊花茎段
2-3次
酒精
无菌水
次氯酸钠溶液
无菌水洗
将消过毒的外植体置于无菌的培养皿中，用无菌滤纸吸去表面的水分。用解剖刀将外植体切成0.5~1cm长的小段。
切割与接种
无菌操作
（4）步骤
制备外植体
接种
培养
试管苗
正常植株
在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3~1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记。
①接种到诱导愈伤组织培养基
脱分化
形成愈伤组织
有光时，往往容易形成维管
组织，而不易形成愈伤组织。
将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18~22℃的培养箱中培养。在培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况。
避光
（4）步骤
制备外植体
接种
培养
试管苗
正常植株
②接种到诱导生芽培养基
③接种到诱导生根培养基
培养15~20d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上。长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
若先生根后面就不易生芽。
（4）步骤
制备外植体
接种
培养
试管苗
正常植株
移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的虹石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。
幼 苗
愈伤组织
脱分化
IAA/ CTK
比例适合
再分化
IAA/CTK
比例
先减小
再增大
完整植株
外植体
在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？
①防止污染的微生物与培养物竞争营养物质。
②微生物生长过程中会产生有害的物质，导致培养物死亡。
4.菊花的组织培养
胡萝卜根形成层容易诱导成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。
为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？
拓展1:植物组织培养的两种途径
胚状体途径
拓展1:植物组织培养的两种途径
器官发生途径
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽
诱导生根
移栽成活
拓展3:生长素、细胞分裂素的不同使用顺序
使用顺序 实验结果
先使用生长素， 后使用细胞分裂素 有利于细胞分裂，但细胞不分化
先使用细胞分裂素， 后使用生长素 细胞既分裂也分化
同时使用 分化频率提高
简记为： 先“生”分裂不分化，后“生”分裂又分化，同“使”分化频率高
习题巩固
1.若外植体是取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，
愈伤组织中 （“有”“没有”）叶绿体，原因是：
2.植物组织培养中的培养基是 培养基（物理状态），
故培养基中一般加入了凝固剂 。
3.在脱分化时 （是/否）需要光照，在再分化时 光照的原因
是 。
4.植物生长调节剂的在培养基中的用量要考虑组织 的含量。只有准确把握 的协同作用，才能有效地操作植物组织培养中的”激素杠杆”，用好植物生长调节剂这根“魔术棒”。
没有
外植体通过脱分化后失去了其特有结构和功能而转化为未分化的细胞
固体
琼脂
需要
否
芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照
内源激素
内源激素和外源激素
课堂小结
固体基质型，含水量高、
蓄水性强、透性好，适合栽培
珍珠岩 ,珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩，经急剧冷却而成的玻璃质岩石，有弧形或圆形裂隙，如珍珠的结构，所以被命名为珍珠岩 。
蛭石是一种天然、无毒的矿物质，在高温作用下会膨胀的矿物。它是一种比较少见的矿物，属于硅酸盐。
课堂小结
（1）离体状态
（2）无菌操作
（3）种类齐全、比例适合的营养物质
（4）植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）诱导和调节
（5）适宜的外界条件（温度、pH、光照等）
归纳——细胞表现全能性的条件
课堂小结
外植体
愈伤组织
试管苗
完整植株
脱分化
芽、根等
再分化
生长
发育
黑暗
光照
离体
无菌
培养基
适宜的外界条件
(温度、光照、气体等)
水
琼脂
有机物
无机物
植物激素
蔗糖：提供能量、调节渗透压。
植物激素：主要是生长素和细胞分裂素。
拓展2:植物组织培养常用的培养基配方
1）培养基名称： ； 2）物理性质： ；
3）碳源： 。
P116
进一步探究
若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？
① 空白对照：不加任何激素；
② 实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1；
③ 实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1；
④ 实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1。
能否从以上内容中概括植物组织培养中细胞表现出全能性所需要的条件？
习题巩固
5.(2023·江苏南京调研)关于植物组织培养的再分化过程，
说法错误的是(　　)
A.再分化过程中，不同细胞内合成了功能不同的特异性蛋白质
B.脱分化与再分化过程所使用的培养基主要是激素浓度及用量比例
的不同
C.再分化过程在实验室或植物组织培养车间进行，需要避光处理
D.再分化过程中，核遗传物质没有发生改变，但mRNA有变化
C
习题巩固
6.(2021·江苏卷，5)植物组织培养技术常用于商业化生产，其过程一般为：无菌培养物的建立→培养物增殖→生根培养→试管苗移栽及鉴定。下列相关叙述错误的是(　　)
A.为获得无菌培养物，外植体要消毒处理后才可接种培养
B.组织培养过程中也可无明显愈伤组织形成，
直接形成胚状体等结构
C.提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根
D.用同一植株体细胞离体培养获得的再生苗不会出现变异
D
问题探讨
要培育出如图所示的番茄—马铃薯利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？
不能，因为不同种生物之间存在着生殖隔离。
于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。
植物细胞工程的基本技术
1
二、植物体细胞杂交技术
1.概念
将 的植物细胞，在一定条件下融合成 ，并把杂种细胞培育成 的技术。
融合实例:
+
=
白菜
甘蓝
白菜-甘蓝
不同来源
杂种细胞
新植物体
二、植物体细胞杂交技术
细胞融合初期
人细胞
鼠细胞
人鼠杂交细胞
细胞融合
细胞融合
37°
培养40min
参考动物细胞融合，若是植物细胞之间的杂交，则应先做什么？得到杂种细胞后，如何培育成植株？
去除细胞壁（获得原生质体）
原生质体：是指去除细胞壁后的植物细胞。
原生质层：是指植物细胞的液泡膜、细胞膜及其之间的细胞质构成的。
红色荧光素标记的抗体
绿色荧光素标记的抗体
二、植物体细胞杂交技术
2.过程
A细胞
B细胞
A原生质体
B原生质体
正在融合的原生质体
杂种细胞
愈伤组织
杂种植株
移栽后的植株
①
①
②
③
④
⑤
⑥
①去除细胞壁
纤维素酶
去壁：
酶解法
果胶酶
②诱导融合
物理法：
化学法
电融合法、离心法
聚乙二醇（PEG）融合法
高Ca2+ -高pH融合法等
③细胞壁再生
④脱分化
⑤再分化
⑥移栽
植物细胞融合
植物组织培养
植物细胞的全能性
细胞膜的流动性
A
B
二、植物体细胞杂交技术
体细胞融合成功后培养基中共有 种细胞类型( )，其中融合细胞类型有 种
( )，而真正符合要求的是AB，因此要
对融合细胞进行筛选。
细胞融合后，共有几种细胞类型？
融合细胞有几种，符合要求的是哪种？
5
A、B、AA、BB、AB
AA、BB、AB
细胞膜的流动性（原生质体融合）
植物细胞具有全能性（杂种细胞培养成杂种植株）
3.原理
3
二、植物体细胞杂交技术
4.标志
（1）植物细胞融合完成的标志：
再生出新的细胞壁
（2）植物体细胞杂交完成的标志：
培育成新植物体
在此过程中活跃的细胞器是 。
线粒体和高尔基体
5.意义
打破生殖隔离，
克服远缘杂交不亲和的障碍，
培育植物新品种。
6.局限性
仍有许多理论与技术问题没有解决，还不能让杂种植株表现出人们所需要的所有性状
习题巩固
+
=
白菜
甘蓝
白菜-甘蓝
1.白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）体细胞杂交所得植株
白菜-甘蓝的细胞染色体数为 ，属于 倍体。
36
（异源）四
2.白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）进行杂交（相互授粉），
所得植株白菜-甘蓝的细胞染色体数为 ，属于 倍体。
（异源）二
18
基因重组
染色体数目变异
二、植物体细胞杂交技术
7.变异类型
染色体数目变异
生殖类型
变异类型
染色体数
染色体组数
基因组成
无性繁殖，育种过程中不遵循孟德尔定律
染色体数目变异
两亲本染色体数之和。2n+2m
两亲本染色体组数之和。2+2
两亲本基因型之和。AaBbCcDd
二、植物体细胞杂交技术
植物体细胞杂交育种
四倍体
杂交育种诱导多倍体
四倍体
二倍体
如何处理植株使其可育？
①若亲本植株可育，则杂种植株可育。
②杂种植株是不同于亲本的新物种。
习题巩固
7.(2019·江苏卷，20)为探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力，某研究小组的实验过程如图。下列叙述正确的是(　　)
A.过程①获得的原生质体需悬浮在30%蔗糖溶液中
B.过程②需提高生长素的比例以促进芽的分化
C.过程③需用秋水仙素处理诱导细胞壁再生
D.原生质体虽无细胞壁但仍保持细胞的全能性
D
A.①通常将植物细胞置于含纤维素酶和果胶酶的30%的蔗糖溶液中
B.细胞融合成功的标志是再生出细胞壁，
此时细胞内高尔基体和线粒体
　活动明显增强
C.可通过观察叶绿体的有无来
初步筛选杂种细胞
D.用此方法获得新品种的育种原理是染色体变异
习题巩固
8.花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病，野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化，并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合，以获得抗黑腐病杂种植株，流程如右图。下列相关叙述错误的是（ ）
A
习题巩固
9.(2022·江苏盐城调研)马铃薯
四倍体栽培种没有青枯病的
抗性基因，少数马铃薯野生种存在青枯病的抗性基因。由于核型等差异，野生种难以与四倍体马铃薯栽培种直接杂交繁育，为获得具有抗青枯病的马铃薯栽培种，研究人员进行了植物体细胞杂交的实验研究，过程如下图所示。下列有关叙述正确的是(　　)
B
A.在低渗溶液中，用纤维素酶和果胶酶处理A和B以获得两种原生质体
B.培育成的马铃薯新品种与野生型或四倍体栽培种之间存在核型差异
C.过程②的培养基中需添加等量的生长素类和赤霉素类植物生长调节剂
D.③为再分化过程，可用 DNA 分子杂交技术鉴定植株的抗病性状
习题巩固
10.(2023·湖北黄冈调研)下图是通过植物体细胞杂交技术获得“番茄—马铃薯”植株的技术流程图，下列说法正确的是(　　)
A.图中过程②表示再分化的
过程
B.植物体细胞融合完成的
标志是原生质体融合
C.已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，则“番茄—马铃薯”
属于三倍体
D.该过程体现了植物细胞的全能性
D
习题巩固
11.(2023·山东临沂期中)20世纪70年代，以植物细胞克隆为代表的细胞工程诞生。随后，植物花药离体培养、原生质体培养以及植物体细胞杂交技术得以确立和发展，标志着植物细胞工程技术进入了高速发展的阶段。下列有关说法正确的是(　　)
A.在胡萝卜组织培养过程中，愈伤组织的培养过程只需要灭菌和适温恒温的条件
B.在培养基中加入如牛磺酸、丁酰环腺苷酸等分化诱导因子后，培育一段时间，胡萝卜的愈伤组织就可以诱导出试管苗
C.在进行植物体细胞杂交之前，必须先利用蛋白酶去除细胞壁，获得原生质体
D.进行原生质体融合时，化学法一般是用聚乙二醇作为诱导剂来诱导细胞融合
D
习题巩固
12.(2023·广东惠州质检)实验人员利用矮牵牛(二倍体，2n＝14)的红色花瓣细胞(液泡呈红色)与枸杞(四倍体，4n＝48)叶肉细胞，制备了相应的原生质体，并诱导其融合，经筛选、培养获得杂种植株。下列有关叙述错误的是(　　)
A.获得该杂种植株克服了远缘杂交不亲和的障碍
B.可利用电融合、离心等方法诱导原生质体融合
C.可利用光学显微镜观察，筛选出杂种原生质体
D.若原生质体均为两两融合，则融合后的细胞中染色体数目
均为62条
D
习题巩固
13.(2023·山东枣庄三中)右图是
两种二倍体植物细胞(甲、乙)
融合并培育新植株过程的示意图，下列叙述正确的是(　　)
A.过程①需用纤维素酶和果胶酶溶液处理，
且溶液的渗透压略大于细胞液渗透压
B.过程②可用聚乙二醇诱导原生质体融合，主要依据细胞膜具有选择透过性
C.过程③表示细胞壁的再生，④⑤需要根据生长发育进程更换
不同的液体培养基
D.最终得到的植株相对于甲、乙，发生了染色体数目变异，
因此不具有可育性
A
课堂小结
概念
植物细胞融合
原生质体制备
过程
变异类型
植物组织培养
原生质体融合
原理
育种类型
原理
过程
花药离体培养
细胞全能性
操作步骤
脱分化
再分化
外植体
根、芽、胚状体
愈伤组织
外植体消毒
接种
切块
形成愈伤组织
诱导生芽生根
植物体细胞杂交
植物组织培养
植物细胞工程
优缺点
习题检测
1.下图是利用甲、乙两种植物的各自优势，通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。下列相关叙述错误的是（ ）
A.进行a处理时能用胰蛋白酶
B.b是诱导融合后得到的杂种
细胞
C.c是培养后得到的具有耐盐
性状的幼芽
D.进行d选择时要将植株种在
高盐环境中
A
习题检测
2.科学家在制备原生质体时，有时使用蜗牛消化道提取液来降解
植物细胞的细胞壁。据此分析，蜗牛消化道提取液中可能含有
什么成分
纤维素酶和果胶酶
习题检测
3."番茄—马铃薯"杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上结
番茄，地下长马铃薯，这是为什么
生物体内基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以"番茄—马铃薯"杂种植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，它们不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂种植株自然就不能地上结番茄、地下长马铃薯了。
植物细胞工程的应用
2
植物细胞工程的应用
2
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
一般为无性生殖
其细胞分裂方式是有丝分裂，亲、子代细胞DNA相同，所以可以保持亲代优良的遗传特性。
（3）原理
植物细胞的全能性
（4）优点
①高效、快速地实现种苗的大量繁殖。
②保持优良品种的遗传特性。
③不受自然生长季节的限制，培养周期短。
④选材少，繁殖率高，便于自动化管理。
1.快速繁殖
1.快速繁殖
植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？
植物组织培养到愈伤组织阶段，细胞
进行旺盛、快速的有丝分裂，从而获得大量
的组织细胞。不断地对愈伤组织进行分割、
移瓶、诱导再分化就可以形成大量的新植株。另外，植物组织培养在实验室进行，一般不受季节、气候等条件的限制。
实际应用：
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。
植物细胞工程的应用
2
一、植物繁殖的新途径
2.作物脱毒
马铃薯
草莓
香蕉
感染的病毒很容易传给后代
无性繁殖
病毒在作物体内积累
作物产量降低品质变差
（1）脱毒方法
2.作物脱毒
取材：顶端分生区（如茎尖、根尖：病毒极少，甚至无毒）
组培
脱毒苗
注：脱毒苗不等于抗毒苗。
与快速繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。
（2）优点
明显提高农作物的产量和品质
植物细胞工程的应用
2
二、作物新品种的培育
单倍体
由生殖细胞直接发育而来，无论体细胞中含有几个染色体组一律称为单倍体。
（1）成因：
（2）代表生物：
（3）特点：
由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成。
蜜蜂中的雄蜂
枝叶茎杆弱小，果实多而小，一般高度不育（不是全部）。
（4）应用：
单倍体育种
植物细胞工程的应用
2
二、作物新品种的培育
1.单倍体育种
取花药
单倍体幼苗
脱分化
纯合二倍体
人工诱导染色体加倍
优良品种
选择
愈伤组织
再分化
花药离体培养
1.单倍体育种
DDTT（♀）× ddtt（♂）
（抗倒伏，不抗病）
（倒伏，抗病）
抗倒伏，
不抗病
第一年
DdTt
花药（粉）：
DdTt植株
DT Dt dT dt
单倍体幼苗：DT Dt dT dt
方法：花药离体培养
秋水仙素处理
组织培养
抗倒伏抗病
正常植株：DDTT DDtt ddTT ddtt
新品种：DDtt
筛选
第二年
（1）优点
能明显缩短育种年限
（2）缺点
操作复杂
花药离体培养和人工诱导染色体数目加倍
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
后代都是纯合子，能稳定遗传；
明显缩短育种年限，加速育种进程。
1.单倍体育种
（3）实例
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。
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。
1.单倍体育种
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的隐性性状容易出现。
因此它也是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
植物细胞工程的应用
2
二、作物新品种的培育
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。
基因突变和植物细胞的全能性
（2）过程
外植体
新品种
筛选
培育
愈伤组织
脱分化
多种突变体　
诱导
分化
诱变处理
2.突变体的利用
（3）利用
筛选对人们有利的突变体，进而培育成新品种。
（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）实例
抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。
植物细胞工程的应用
2
三、细胞产物的工厂化生产
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。
外植体
愈伤组织
细胞悬液
脱分化
振荡分散
细胞悬浮培养
细胞产物
提取
1.优势
不占用耕地、不受季节、天气的限制，对社会、经济、环保具有重要意义。
三、细胞产物的工厂化生产
2.实例
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。
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，已被用于乳腺癌等癌症的治疗
红豆杉→紫杉醇
紫草→紫草宁
人参→
人参皂苷
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
植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物——次生代谢物。
（1）含义
次生代谢物
（2）化学本质
小分子有机物(酚类、萜类和含氮类)
（3）作用
植物抗病、抗虫
（4）应用
药物、香料、色素
（5）缺点
①直接获取困难
含量低、从植物组织提取会大量破坏植物资源
有些产物不能或难以通过化学合成途径得到
②化学合成困难
利用植物细胞培养来获得目标产物
细胞产物的工厂化生产
课堂小结
外植体
愈伤组织
试管苗
脱分化
再分化
植株
作物脱毒
选择顶端分生组织
快速繁殖
单倍体育种
选择花药
进行诱变
突变体的利用
分散后
悬浮培养
3.细胞产物的工厂化生产
2.植物新品质的培育
1.植物繁殖的新途径
筛选
习题巩固
1.花粉植株是体细胞遗传研究和突变育种的理想材料。下面是培育四季柑橘(2n＝18)花粉植株的过程示意图，下列有关叙述错误的是（ ）
A.花粉植株培育的原理是花粉粒细胞具有全能性，
其技术是植物组织培养
B.过程③是细胞再分化，其根本原因是基因的选择性表达
C.四种培养基中所含植物激素
的种类和比例相同
D.观察处于分裂中期的四季
柑橘花粉植株根尖细胞，
可观察到9条染色体
C
习题巩固
2.(2023·襄阳五中期中)某科研小组拟培育一种名贵菊花的脱毒苗，其技术路线为“制备MS固体培养基→外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培”，下列相关叙述错误的是(　　)
A.取材部位应选择植物顶端分生区附近，因其分裂旺盛且病毒少
B.外植体消毒常进行无菌水冲洗、酒精处理、消毒液处理等措施
C.接种时，将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中
D.“外植体接种→培养→移栽”的过程中不需要更换培养基
D
习题巩固
3.(2022·江苏南京六校联合体期初)紫杉醇是一种高效抗癌的药物。国内某团队研究光照条件对红豆杉愈伤组织生长和紫杉醇含量的影响，实验结果如下表：
光照条件 接种干重/(g·L－1) 收获干重/(g·L－l) 紫杉醇含量/%(干重)
光照 4.33 9.13 0.007 0
黑暗 4.38 12.10 0.016 4
下列叙述正确的是(　　)
A.愈伤组织生长的原理是植物细胞具有全能性
B.愈伤组织培养过程要在无菌条件下进行
C.光照能促进愈伤组织的生长并提高紫杉醇含量
D.培养基中的有机物仅能为愈伤组织提供能量
B
习题巩固
3.(2023·河北承德质检)科研人员研究了马铃薯茎尖外植体大小对幼苗的成苗率和脱毒率的影响，结果如图。下列相关叙述正确的是(　　)
A.培育脱毒苗所依据的原理有基因突变
和细胞全能性
B.培育的脱毒苗具有抗病毒的能力
C.实验结果表明茎尖越小，脱毒率越高，
成苗率越低
D.根据本实验，培养脱毒苗时茎尖的适宜
大小为0.60 mm
C
习题检测
3
习题检测
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。（ ）
√
×
习题检测
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
习题检测
3. 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。
习题检测
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。
习题检测
4.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。
习题检测
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。
课堂总结
理论基础：
植物细胞的全能性
THANKS

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