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本节聚焦
植物细胞工程在生产实践中有哪些应用？
植物细胞工程应用于生产实践的主要优势是什么？　
第2章　
细胞工程
第1节　植物细胞工程　
二　植物细胞工程的应用
　　1．快速繁殖
　　（1）概念
　　用于快速繁殖优良品种的_________________技术，称为快速繁殖技术，也叫微型繁殖技术。
　　
　　（2）特点
　　①高效、快速地实现种苗的大量繁殖；
　　②无性繁殖，保持优良品种的遗传特性；
　　③可实现产业化生产。
　　一、植物繁殖的新途径
植物组织培养
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽
试管苗
　　1．快速繁殖
　　（3）应用
　　快速繁殖优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等。
　　实例：甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。
　　一、植物繁殖的新途径
铁皮石斛的产业化育苗
　　1．快速繁殖得到的产物会不会出现性状分离？为什么？
　　不会。快速繁殖利用的是植物组织培养技术，属于无性繁殖，可以保持亲本的优良性状。
　　　思考·讨论　　　　　
接种外植体　　　 诱导愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 移栽成活
　　从社会中来
　　用无性繁殖方式繁殖的作物，它们感染的病毒很容易传给后代。病毒在作物体内逐年积累，导致作物产量降低、品质变差。
　　一、植物繁殖的新途径
　　科学家发现植物顶端分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒。
　　你有什么启发？
被感染的马铃薯叶片
　　2．作物脱毒
　　（1）方法
　　切取一定大小的植物茎尖进行组织培养，可获得脱毒苗。
　　（2）优点
　　明显提高农作物的产量和品质。
　　一、植物繁殖的新途径
茎尖组织
脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽
试管苗(脱毒苗)
脱毒马铃薯
脱毒甘薯苗
脱毒草莓
　　2．经植物组织培养培育出的脱毒苗抗病毒吗？为什么？
　　不抗病毒。“脱毒”与“抗病毒”的含义不同，前者为不含病毒或病毒含量很少，后者为能够抵抗病毒侵染。
　　　思考·讨论　　　　　
　　 脱毒苗≠抗毒苗
　　从社会中来
　　常规选育出一个可稳定遗传的作物优良品种，一般要经过5～6年的连续筛选。
　　二、作物新品种的培育
　　1．单倍体育种
　　（1）单倍体
　　①概念：体细胞中的染色体数目与____________染色体数目相同的个体，叫作单倍体。
　　②特点：单倍体植株一般长得_______，而且_____________。
　　
本物种配子
弱小
高度不育
必修2 P89
【知识回顾】
　　二、作物新品种的培育
　　（2）单倍体育种
　　①过程
　　二、作物新品种的培育
单倍体
纯合二倍体
人工诱导
染色体加倍
优良品种
选择
离体培养
花药
花粉
秋水仙素
染色体数目加倍
筛选
再分化
花 药
（花粉）
愈 伤
组 织
单倍体
幼苗
离体培养
脱分化
纯合
二倍体
优 良
品 种
　　（2）单倍体育种
　　②原理：___________________________________
　　③优点：_________________________________________________
　　二、作物新品种的培育
植物细胞的全能性、染色体数目变异
后代是纯合子，能稳定遗传；极大地缩短了育种年限
　　（2）单倍体育种
　　二、作物新品种的培育
P　　　　高杆抗病　 　矮杆感病
DDTT　　　　ddtt
高杆抗病
DdTt
DDTT　DDtt　ddTT　ddtt
矮杆抗病
配子
F1
第一年
第二年
纯合
二倍体
DT 　 Dt　 dT　 dt
DT 　 Dt　 dT　 dt
单倍体
幼苗
×
①
②
③
①______________
②______________
③______________
减数分裂
花药离体培养
秋水仙素处理
　　（2）单倍体育种
　　④应用　　
　　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，后来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。
　　二、作物新品种的培育
　　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？
　　　思考·讨论　　　　　
　　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。
　　2．突变体的利用
　　下图表示突变体的利用过程，请据图分析回答下列问题：
　　
　　
　　（1）在培养至愈伤组织时进行诱变处理的原因是什么？ 　　
　　因为愈伤组织细胞处在不断分裂过程中，细胞要进行DNA分子复制，因此更易受到诱变因素的影响而发生突变。
　　二、作物新品种的培育
　　2．突变体的利用
　　下图表示突变体的利用过程，请据图分析回答下列问题：
　　
　　
　　（2）突变体育种的原理是什么？
　　基因突变和植物细胞的全能性。
　　二、作物新品种的培育
　　2．突变体的利用
　　下图表示突变体的利用过程，请据图分析回答下列问题：
　　
　　
　　（3）诱导分化得到的突变体都可以利用吗？为什么？　　
　　不一定。由于突变是不定向的，所以产生的变异不一定符合需要。
　　二、作物新品种的培育
抗盐碱的烟草
抗花叶病毒的甘蔗
　　归纳提升——植物体细胞杂交、单倍体育种和突变体的利用的比较
项　　目 原　理 主要过程 优　点
植物体细胞杂交 打破____________，实现____________，培育植物新品种
单倍体育种 所获植株遗传性状相对_____，明显_____育种年限
突变体的利用 提高__________，可获得优良性状
细胞膜的流动性、细胞的全能性
原生质体融合、
杂种细胞组织培养
染色体变异、
细胞的全能性
花药离体培养、人工诱导染色体数目加倍
生殖隔离
远缘杂交
突变率
稳定
缩短
基因突变、
细胞的全能性
对愈伤组织进行诱变处理后再筛选
即 时 巩 固
　　1．某株名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离。为了防止性状分离并快速繁殖，可以利用该植株的一部分器官或组织进行离体培养，培育出完整的植株。进行离体培养时不应采用该植株的（　　）
　　A．茎尖 　B．子房壁
　　C．叶片　　 　　　D．花粉粒
D
　　【解析】花粉粒是经减数分裂形成的，在此过程中发生了基因重组，因而不一定能保持亲本的优良性状，D符合题意。
即 时 巩 固
　　2．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。结果见下图，下列相关叙述错误的是（　　）
　　A．培育脱毒苗所依据的原理有基因突变和细胞全能性　　
　　B．培育脱毒苗的过程中涉及脱分化和再分化两个阶段
　　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0．27 mm
A
即 时 巩 固
　　3．离子束诱变育种是利用离子束处理植物的种子、细胞或其他器官等，诱发其产生遗传性改变，从而获得各种各样的变异类型，经人工选择培育新品种的方法。离子束处理具有生理损伤轻、突变频率高、突变范围广等优点。下列叙述正确的是（　　）　　
　　A．离子束诱发基因突变只能发生在细胞分裂前的间期
　　B．没有外界因素的诱发，细胞内的基因不发生突变
　　C．离子束能诱导基因发生定向突变，获得较多的优良变异类型
　　D．离子束诱变育种可以改变原有基因的结构而导致新品种出现
D
　　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，在整个生命过程中一直进行着。初生代谢物有_____________________________等。
　　（2）次生代谢物
　　植物代谢产生的一些一般认为______植物基本的生命活动所必需的产物。如酚类、萜［tiē］类和含氮化合物等小分子有机化合物。
　　作用：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。
　　三、细胞产物的工厂化生产
糖类、脂质、蛋白质、核酸
不是
　　植物细胞的次生代谢物含量很低，从植物组织提取会大量破坏植物资源，如传统生产紫杉醇(具有高抗癌活性)是从红豆杉的树皮和树叶中提取，但野生红豆杉是濒危植物。
　　有些产物不能或难以通过化学合成途径得到。
　　从社会中来
　　利用植物细胞培养来获得目标产物。
　　2．植物细胞培养　　
　　（1）概念
　　植物细胞培养是指在_______条件下对_______________或_________进行培养使其增殖的技术。 　　
　　（2）过程　　
　　三、细胞产物的工厂化生产
离体
单个植物细胞
细胞团
大量细胞
细胞培养
外植体
脱分化
提取
细胞产物
愈伤组织
用于植物细胞培养的反应器
　　（3）优点
　　不占用耕地，几乎不受______________等的限制。
　　（4）意义
　　对于社会、经济、____________具有重要意义。
季节、天气
环境保护
　　2．植物细胞培养　　
　　（5）实例
　　三、细胞产物的工厂化生产
世界上首例药用植物细胞工程新产品
紫草 → 紫草宁（具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性）
红豆杉 → 紫杉醇
　　2．植物细胞培养　　
　　（5）实例
　　三、细胞产物的工厂化生产
人参 → 人参皂苷
　　归纳提升——植物组织培养与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
原　　理
取　　材
过　　程
应　　用
获得完整植物体
获得植物细胞或细胞代谢产物
植物细胞的全能性
细胞增殖
植物体细胞、组织或器官
单个植物细胞或细胞团
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
即 时 巩 固
　　4．紫草宁具有抗菌、消炎等效果。在工厂化生产中，取紫草植株部分组织诱导形成紫草愈伤组织，再转入紫草宁形成培养基，然后再将细胞破碎后提取出紫草宁。下列相关叙述中，错误的是（　　）　　
　　A．在紫草宁的工厂化生产过程中，使用的是液体培养基
　　B．愈伤组织无法进行光合作用，需从培养基中吸收有机物
　　C．紫草植株组织诱导形成愈伤组织过程中遗传物质发生改变
　　D．紫草的愈伤组织细胞在低渗溶液中不会涨破
C
即 时 巩 固
　　5．紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种次生代谢物，具有良好的抗肿瘤作用。科研人员采用植物细胞培养技术从红豆杉愈伤组织中提取到大量的紫杉醇。下列操作或叙述错误的是（　　）　　
　　A．通常选取红豆杉植株的茎尖或根尖组织作为外植体
　　B．外植体脱分化成愈伤组织需要在适宜激素等条件下进行
　　C．紫杉醇的生产需要经过再分化产生特定的组织细胞后才能产生特定的细胞产物
　　D．高度液泡化、无定形状态的愈伤组织细胞经培养能合成紫杉醇
C
　 　P42　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。（　　）


　 　P42　练习与应用
　　一、概念检测
　　 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
　 　P42　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。
　
思维导图 晨读必背
1．微型繁殖实际是一种无性繁殖，可以保持优良品种的遗传特性。
　　2．植物顶端分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。因此切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。
　　3．单倍体育种极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。
　　4．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的影响而产生突变。
　　5．次生代谢物是植物代谢产生的一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物。
作业：完成课后相关练习

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