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2.1 植物细胞工程
一 植物细胞工程的基本技术
第2章 细胞工程
细胞工程的定义
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
细胞工程的内容
1902年，哈伯兰特（G. Haberlandt，1854-1945）提出了细胞全能性的理论，但相关实验尝试没有成功。
1958年，斯图尔特（F. G. Steward，1904-1993）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。
1960年，科金（E. C. Cocking，1931-）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。
1964年，古哈（S. Guha，1938-2007）等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉发育而成的胚。
1890年，希普（W. Heape，1855-1929）将安哥拉兔的胚胎移入比利时兔的输卵管内，得到了两只安哥拉兔，这是世界上胚胎移植成功的首例。
1907年，哈里森（R. G. Harrion，1870-1959）用一滴淋巴液成功培养了蝌蚪的神经元，首创了动物组织体外培养法。
1951年，张明觉（1908-1991）等发现哺乳动物精子的获能现象。
1958年，格登（J. Gurdon，1933-）用非洲爪蟾进行体细胞核移植，成功培育出性成熟个体。同一时期，童弟周（1902-1979）等开展了鱼类细胞核移植工作。
1959年试管兔诞生，之后多种试管动物相继出生。
1975年，米尔斯坦（C. Milstein，1927-2002）和科勒（G. K hler，1946-1995）等创立了单克隆抗体技术。
1978年，小鼠桑葚胚被成功分割。次年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵羔羊。
1996年，世界上第一只细胞克隆羊多莉在英国诞生。随后多种克隆动物相继问世。
1981年，埃文斯（M. J. Evans，1941-）等成功分离和培养小鼠的胚胎干细胞。
2006年，山中伸弥（S. Yamanaka，1962-）等获得了诱导多能干细胞。我国科学家利用这种细胞培育出了 小鼠。
2014年，世界上第一个用单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿在我国诞生。
2017年，我国科学家首次培育出体细胞克隆猴。
植物细胞工程
动物细胞工程（含胚胎工程）
1971年，卡尔森（P. S. Carlson，1944-2017）诱导烟草种间原生质体融合，获得种间杂种。
1974年，土壤农杆菌Ti质粒被发现。
从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征，很多人喜欢养兰花。但是自然条件下繁殖周期长、繁殖率低。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？
植物组织培养技术
咏怀
程樊
兰为王者香，
芬馥清风里。
从来岩穴姿，
不竞繁华美。
从社会中来
植物细胞的全能性
植物组织培养
植物组织培养是指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。
有丝分裂
植物细胞工程的基本技术
无性生殖
地位
生殖方式
分裂方式
原理
植物组织培养的概念
细胞全能性
细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。
每一个细胞含有控制该生物发育的全部基因
原因
（1）生殖细胞＞体细胞
（2）植物细胞＞动物细胞
（3）分化程度越高，全能性越低
比较
细胞的全能性①概念②原因③比较
细胞全能性
细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。
体现全能性的实例
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，卵细胞发育成雄峰
用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株
芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶
不体现全能性的实例
受精卵
早期胚胎
分生组织
原因：在特定的时间和空间条件下，基因选择性表达
生物体内细胞并不都表现全能性
没有分化的细胞也具有全能性
如
细胞的全能性④实例
---多肉进行叶插繁殖
1.选取多肉上健康、饱满的叶片。
2.用剪刀切下整片叶片，切口要平滑、整齐。也可以直接用手轻轻掰下叶片。
3.平躺放在沙床上，叶片间隔相聚2~3厘米。
4.叶片切口不要有碰脏，摆放通风处2~3天，晾干。
5.待叶片晾干后移至半阴处养护。
6.约2~3周后生根，或从叶基处长出不定芽。
7.叶插成功
细胞的全能性④实例
植物组织培养的基本流程
外植体
愈伤组织
芽、根
植株
脱分化
再分化
外植体：用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。
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。
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。
脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。
再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出根或芽等器官的过程。
（1）材料的选取
同一种植物材料，材料的年龄、保存时间的长短等也会影响实验结果。菊花的组织培养一般选择未开花植株茎上部新萌生的侧枝。
（2）常用的培养基是____________，主要成分包括：
①____________：N、P、S、K、Ca、Mg等。
②____________：B、Mn、Cl、Zn、Fe、Mo、I、Co等。
③有机物：甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素、以及________（葡萄糖/蔗糖）等。
MS培养基
大量元素
微量元素
蔗糖
植物组织培养的条件
思考1、MS培养基中为什么用蔗糖而不用葡萄糖？
分析：蔗糖同样可以作为植物细胞的碳源和能源物质。配制相同质量分数的培养基，蔗糖形成的渗透压要明显______（低于/高于）葡萄糖，若采用葡萄糖作为碳源，易使植物细胞脱水而生长不良。同时，植物细胞吸收蔗糖的速率要明显______（慢于/快于）吸收葡萄糖的速率，所以蔗糖形成的渗透压可较长时间地保持相对稳定。此外，微生物生长所需的最适合的碳源是__________，因此，采用蔗糖作为培养基的碳源，可在一定程度上减少____________________。
④植物激素：
_________和______________是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素，二者的______、及____________等都会影响实验结果。常用的生长素及类似物有NAA (萘乙酸)、2，4-D等 。常用的细胞分裂素有6-BA（6-苄基腺嘌呤）、KT（激动素）和玉米素。
低于
慢于
葡萄糖
生长素
细胞分裂素
浓度
用量的比例
微生物的污染
植物组织培养的条件
（3）外界条件：如pH、温度、光照等环境条件。
思考2、组培时，光照条件该如何控制？
分析：形成愈伤组织以及愈伤组织的扩大培养需______，诱导愈伤组织再分化出芽需______。
思考3、胡萝卜组织培养时，若选取胡萝卜韧皮部细胞，______（能/不能）培养出完整植物体。与韧皮部细胞相比，选取胡萝卜形成层细胞进行组培更______。
避光
照光
能
容易
使用情况 实验结果
生长素用量/细胞分裂素用量的比值高
生长素用量/细胞分裂素用量的比值低
生长素用量/细胞分裂素用量的比值适中
促进根分化，抑制芽形成
促进芽分化，抑制根形成
促进愈伤组织的形成
植物组织培养的条件
外植体
愈伤组织
试管苗
植物体
脱分化
再分化
移栽
离体
无菌
适宜培养基
适宜的外界条件
(温度、光照、气体等)
黑暗
光照
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。
生长素/细胞分裂素适中→促进愈伤组织的形成。
生长素<细胞分裂素→利于芽的分化
生长素>细胞分裂素→利于根的分化
植物组织培养的条件
（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）
---细胞表现全能性的条件
归纳
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
胚状体、
根、芽等
试管苗
完整植株
移栽
过程：
离体的植物器官、组织或细胞
细胞排列不规则，高度液泡化，呈不定型状态
类似于胚的结构
探究实践-菊花的组织培养
（三）菊花的组织培养
1.实验原理：
植物细胞一般具有全能性。
2.材料用具：
（1）材料：幼嫩的菊花茎段、培养基、体积分数为70%的酒精，质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液和无菌水和培养基等。
（2）用具：50 mL锥形瓶、烧杯、酒精灯、超净工作台（或接种箱）、高压蒸汽灭菌锅、培养箱、封口膜、滤纸、标签、消毒用酒精棉球、培养皿、解剖刀和镊子等。
二、植物组织培养技术
3.方法步骤：
（1）消毒：
（三）菊花的组织培养
双手和超净工作台
酒精擦拭
外植体（幼嫩的茎段）：
酒精消毒
30 s
无菌水
2～3次
次氯酸钠
30 min
无菌水
2～3次
注意：实验使用的培养基和所有器械都要灭菌。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的器械都要灭菌。
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
胚状体、
根、芽等
试管苗
完整植株
移栽
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。
（三）菊花的组织培养
3.方法步骤：
（2）取材：
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
胚状体、
根、芽等
试管苗
完整植株
移栽
（三）菊花的组织培养
3.方法步骤：
（3）接种：
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，并在培养瓶上做好标记。
注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插。
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
胚状体、
根、芽等
试管苗
完整植株
移栽
（三）菊花的组织培养
3.方法步骤：
（4）脱分化：
外植体
愈伤组织
脱分化
18～22℃
（不需光照）
已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。
排列疏松无而无规则，高度液泡化，不定形的薄壁细胞团块。
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
胚状体、
根、芽等
试管苗
完整植株
移栽
（三）菊花的组织培养
3.方法步骤：
（5）再分化：
愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。
植物激素比例是如何影响愈伤组织的分裂分化方向的呢？
生长素/细胞分裂素的比值 作用效果
比值高时
比值低时
比值适中 　　
促进根分化、抑制芽形成
促进芽分化、抑制根形成
促进愈伤组织形成
愈伤组织培养15～20 d后，转接到诱导生芽的培养基上，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。
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
胚状体、
根、芽等
试管苗
完整植株
移栽
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，将幼苗移栽到消过毒的蛭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生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。
3.方法步骤：
（6）移栽：
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
胚状体、
根、芽等
试管苗
完整植株
移栽
(1) 接种3～4d后，检查外植体的生长情况时，有的同学发现部分外植体被污染，请思考它们被污染的原因。
用于植物组织培养的培养基同样适合某些微生物的生长，如一些细菌、真菌等的生长。培养物一旦受到微生物的污染，就会导致实验前功尽弃，因此，要进行严格的无菌操作。
导致外植体被污染的原因可能有：培养基、接种工具灭菌不彻底；外植体消毒不彻底；操作过程不符合无菌操作要求等。
（三）菊花的组织培养
4.实验结果与分析：
(2) 培育的幼苗移栽到露地后，如何确保其能够正常生长？
生根苗移栽技术的关键是既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。一般使用无土栽培的办法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷洒质量分数为5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12h。掀开塑料薄膜24h后才能移栽。新移栽的组培苗要在温室过渡几天，待其长壮后再移植到大田或盆中。
（三）菊花的组织培养
4.实验结果与分析：
（1）组织离体状态
（2）适宜的培养条件
（3）植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）诱导和调节
植物组织培养成功的条件
种类齐全、比例适合的营养物质
适宜的外界条件（温度、pH、光照等）
无菌环境
探究实践-菊花的组织培养
单倍体
植株矮小、高度不育
花药离体培养
易错警示
培养过程中只涉及有丝分裂
生殖方式为特殊的有性生殖
花药
试管苗
脱分化
再分化
愈伤组织
特殊的植物组织培养
因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。
这幅番茄—马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？
因此，科学家们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。
番茄—马铃薯想象图
一、植物体细胞杂交技术的概念与原理
将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。
思考：要想将植物体细胞进行融合，首要解决的是什么问题呢？
有效去除植物细胞的细胞壁。
（一）植物体细胞杂交技术的概念
一、植物体细胞杂交技术的概念与原理
（二）植物体细胞杂交技术的关键环节
细胞壁的作用：
支持和保护。
细胞壁的成分：
纤维素和果胶。
原生质体：除去细胞壁后植物细胞剩余部分。
细胞壁
＝
—
酶解法
1.细胞壁的去除
思考：原生质体之间如何融合呢？
一、植物体细胞杂交技术的概念与原理
（二）植物体细胞杂交技术的关键环节
2.原生质体的融合
细胞膜的流动性。
人工诱导方法
物理法:
化学法:
电融合法、离心法等。
聚乙二醇（PEG）融合法、
高Ca2＋ 高pH融合法等。
原理：
结果：
杂种细胞。
一、植物体细胞杂交技术的概念与原理
可能出现的融合结果：
融合的细胞都是我们所需要的吗？
思考5：融合产生几种融合细胞呢？
筛选出杂种细胞
番茄的原生质体
马铃薯的原生质体
二
过程：
A细胞
B细胞
纤维素酶
果胶酶
去壁
酶解法
正在融合的原生质体
杂种细胞AB
诱融
物理法：
化学法：
电融合法、离心法等
聚乙二醇（PEG）融合法等
脱分化
再分化
移栽
植物细胞融合
植物组织培养
杂种植株
愈伤组织
A原生质体
B原生质体
移栽后的植株
去壁
植物细胞融合完成的标志
植物体细胞杂交完成的标志
（植物细胞的全能性）
（细胞膜的流动性）
再生
细胞壁
一、植物体细胞杂交技术的概念与原理
二
植物体细胞杂交技术
意义：
打破生殖隔离，实现远源杂交育种
注意：
1.两个标志：
①融合完成的标志
②体细胞杂交完成的标志
——再生新的细胞壁（与高尔基体等有关）
——培育出杂种植株
2.体细胞融合后，培养基中共有5种类型细胞：A，B，AA，BB，AB
3.杂种细胞中染色体数、染色体组数，都采用直接相加
50
4
杂种细胞染色体数为？
杂种细胞染色体组数为？
从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？
染色体数目变异
A为2N=20
B为2N=30
思考讨论：
高尔基体
再生新壁过程中的主要细胞器是？
一、植物体细胞杂交技术的概念与原理
二
注意：
细胞壁
细胞膜
细胞质
液泡
细胞核
4.区分原生质体和原生质层
指的是脱去细胞壁的细胞。
包括：细胞膜、细胞质、细胞核。
原生质体
成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质。
原生质层
【注意】质壁分离的“质”指的是原生质层。
5.制备原生质体和诱导原生质体融合时，不能在低渗溶液中进行。
原生质层
一、植物体细胞杂交技术的概念与原理
二
植物体细胞杂交技术
“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
主要原因是∶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。
植物体细胞杂交技术小结
概念：
将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。
细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。
打破生殖隔离，克服远缘杂交不亲和的障碍。
白菜-甘蓝。
培育成杂种植株。
原理：
优势：
成功案例：
结果：
植物组织培养 植物体细胞杂交技术
原理
过程
意义
联系
细胞膜的流动性和植物细胞的全能性
植物细胞的全能性
离体的植物器官、组织或细胞
愈伤组织
脱分化
再分化
根、芽或胚状体
植物体
生长发育
植物组织培养与植物体细胞杂交技术的比较
植物细胞A
植物细胞B
原生质体A
去壁
原生质体B
去壁
人工诱导
融合的原生质体AB
杂种细胞AB
愈伤组织
脱分化
再生细胞壁
杂种植株
再分化
保持优良性状,繁殖速度快、大规模生产提高经济效益
植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术
克服不同种生物远缘杂交的障碍
思考:据报道，某男子培育出一株奇怪的植株，实现了“地上长番茄、地下结马铃薯”，你认为该男子可能是利用什么方法获得的该植株？
分析：______________________________________________________。
接穗
砧木
嫁接 以土豆植株为砧木，以番茄植株为接穗
课堂检测
2.1 植物细胞工程
二 植物细胞工程的应用
第2章 细胞工程
【温故而知新 】
一、植物细胞工程中，科学家采用的基本技术是什么？
二、请写出植物组织培养的简化流程。
植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术。
外植体
愈伤组织
芽、根
完整植株
脱分化
再分化
生长发育
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……
利用什么技术可以解决植物自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持等问题呢？
快速繁殖技术有哪些优点？
用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，被人们形象地称为植物的快速繁殖技术，也叫作微型繁殖技术。
高效、快速地实现种苗的大量繁殖；保持优良品种的遗传特性。
一、植物繁殖的新途径
快速繁殖技术
【背景资料】
一、植物繁殖的新途径
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。
一、植物繁殖的新途径
【探究一】
1.生姜为什么要进行脱毒？
结合提供的资料，回答以下问题。
2.应该选择什么部位培育脱毒苗？为什么要选择该部位？
3.作物脱毒的优点？
生姜通常是用无性繁殖种植的，感染的病毒很容易传给后代。病毒在作物体内逐年积累，就会导致产量降低，品质变差。
植物顶端分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒。
病毒极少，提高作物的产量和品质。
作物脱毒
二、作物新品种的培育
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。如何筛选出纯合的紫色甜玉米？
杂交育种
缺点：获得新品种的周期长。
P
AASuSu
aasusu
F1
AaSusu
F2
A_Su_
A_susu
aaSu_
aasusu
紫色非甜
白色甜
F3
连续的自交直至不发生性状分离
选出AAsusu
选育出需要的紫色甜玉米
生长
F4
(二)方法：
(一)过程：
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
二、作物新品种的培育
单倍体育种
花药（花粉）离体培养
单倍体植株
诱导染色体加倍
选择稳定遗传优良品种
P AASuSu × aasusu
F1 AaSusu
AaSusu
ASu
Asu
aSu
asu
ASu
Asu
aSu
asu
AASuSu
AAsusu
aaSuSu
aasusu
（种子）
第
一
年
（植物体）
减数分裂
（花粉）
花药离体培养
（单倍体幼苗）
秋水仙素处理
（二倍体纯合植株）
第
二
年
播种
试着在学案上写出单倍体育种的方案。
二、作物新品种的培育
单倍体育种
【探究二】
明显缩短育种年限。
单倍体育种的优点？
单倍体育种的过程
单倍体育种的原理？
整个单倍体育种过程的原理是染色体变异。
花药离体培养的原理是植物细胞具有全能性。
二、作物新品种的培育
单倍体育种
花药中的花粉
单倍体
幼苗
正常纯合
二倍体
离体培养
人工诱导
（染色体加倍）
（可育）
脱分化
愈伤组织
再分化
1.突变体来源？
在植物组织培养过程中， 培养细胞一直处于不断增殖的状态，容易受到培养条件和诱变因素（射线、化学物质等）的影响而产生突变。
3.突变体利用的原理？
基因突变和植物细胞的全能性。
2.突变体的利用过程？
外植体
突变体
新品种
筛选
培育
脱分化
愈伤组织
再分化
诱变处理
二、作物新品种的培育
阅读课本41页的资料，回答以下问题。
突变体的利用
【探究三】
2.细胞产物的工厂化生产流程？
外植体
细胞悬浮
细胞产物
培养
提取
脱分化
愈伤组织
分散开
3.细胞产物的工厂化生产优点？
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。
三、细胞产物的工厂化生产
阅读课本41页的资料，回答以下问题。
【探究四】
不是植物生长所必需的产物，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产生。
1.什么是次生代谢物？
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.作物新品种的培育
1.植物繁殖的新途径
筛选
课堂小结
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。
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
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.作物新品种的培育
1.植物繁殖的新途径
筛选
课堂小结
小结:植物组织培养
外植体
愈伤组织
幼苗（芽、根）
植株
离体
控制光照
温度
pH
脱分化
再分化
移栽
比例适中
照光
无菌
激素 生长素
细胞分裂素
营养 有机物
无机盐
凝固剂
（琼脂）
避光
配比低→发芽
配比高→生根
MS
培养基
大量元素：N、P、S、K、Ca、Mg
大量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo

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