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第二章 第1节 植物细胞工程
二 植物细胞工程的应用
03
学习目标
1.通过对植物细胞工程应用实例的分析,了解这些应用涉及的技术流程和优势。
2.认同植物细胞工程在生产实践中具有重要的应用价值。
3.尝试运用所学植物细胞工程的知识解决生产、生活中的问题。
01
03
02
目录
1.植物繁殖的新途径：
①快速繁殖、②作物脱毒
2.作物新品种的培育：
①单倍体育种
②突变体的利用
③细胞产物的工厂化生产
二、植物细胞工程的应用
一、植物繁殖的新途径
任务1：阅读课本39页，回答以下问题
1.什么是快速繁殖技术？
2.快速繁殖的核心技术是？依据的原理是什么？生殖方式是？
3.快速繁殖技术有什么优点？
4.有哪些应用实例？
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。
植物组织培养技术
植物细胞的全能性
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。
扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖
无性生殖
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
1.快速繁殖
【例1】利用快速繁殖技术培育名贵花卉,不宜选取的培养材料是 (　　)
A.花粉　　　B.花瓣　　　C.茎尖　　　D.叶片
1.下列属于生物的快速繁殖技术的是 (　　)
A.兰花的芽尖组织培育成兰花幼苗
B.水稻种子萌发并长成新个体
C.扦插的葡萄枝长成新个体
D.柳树芽发育成枝条
A
A
（2）选材部位
植物 。
（3）方法
顶端分生区附近（如茎尖）
（4）优点
2.作物脱毒
选材原因：　　　 　　的病毒极少，甚至　 　　。
分生区附近
无病毒
无性繁殖的方式进行繁殖的作物，感染的病毒很容易传给后代，并在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低、品质变差。
植物分生区病毒极少，切取茎尖进行组织培养获得脱毒苗。（即：茎尖组织培养技术）
（1）培育脱毒苗的原因：
脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物
与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。
一、植物繁殖的新途径
作物病毒积累
马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。
（5）实例
【任务二】阅读课本40页第1-2段，回答以下问题
脱毒苗不等于抗毒苗
B
资料分析3
紫色非甜玉米（AABB）和白色甜玉米（aabb）杂交,得到F1（AaBb）再进行自交，F2会有紫色甜玉米的表型产生，筛选出紫色甜玉米连续自交、选优，直至不再发生性状分离，即得到纯合紫色甜玉米，这种常规杂交育种方法，一般育种年限漫长（通常需要4、5年甚至更久）
问题:你能想办法缩短育种年限吗？
单倍体育种
花药离体培养得到单倍体幼苗，秋水仙素处理抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，染色体加倍得到稳定遗传（纯合子）的优良品种。
选择
亲本
有性
杂交
F1代
单倍体
植 株
诱 变
染色体加倍
可 育
纯合子
选择所
需类型
1.单倍体育种
(1)方法
(2)过程
外植体
（花粉）
花药离体培养
即植物组织培养
二、作物新品种的培育
【任务三】1、阅读课本40页第3段和图2-7，明确单倍体育种的方法、过程、原理和优点。分析实例比较传统育种和单倍体育种。
P
二、作物新品种的培育
（一）单倍体育种
1.归纳单倍体育种的流程？（P40图）
2.花药离体培养依据的原理是？
单倍体育种的遗传学原理是？
3.与传统杂交育种相比，单倍体育种的优点？
4.有哪些应用实例？
AA BB
AA bb
aa BB
aa bb
A B
A b
a B
a b
减数分裂
②花药（花粉）离体培养
AABB
aa bb
×
Aa Bb
A B
A b
a B
a b
③人工诱导染色体加倍
第一年
第二年
④筛选
① 明显缩短育种的年限
②后代大多是纯合子，能稳定遗传
染色体（数目）变异
植物细胞的全能性
单育1号烟草
二、作物新品种的培育
4.有哪些应用实例？
D
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。课本P42拓展应用
F2中的紫色甜玉米的基因型可能为 Aasusu或 AAsusu。①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，②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。
传统方法： 杂交育种
单倍体育种
P：
紫色非甜玉米
AASS
×
白色甜玉米
aass
紫色非甜玉米
AaSs
↓
配子：
AS
As
aS
as
花药离体培养
单倍体幼苗：
AS
As
aS
as
纯合体:
秋水仙素处理
染色体加倍
AASS
AAss
aaSS
aass
选择紫甜玉米即为新品种
现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何短时间获得纯种的紫色甜玉米（基因型AAss）？
P：
紫色非甜玉米
AASS
×
白色甜玉米
aass
F1
紫色非甜玉米
AaSs
第1年
×
选育出紫甜的纯种
F2
A_S_
A_ss
aaS_
aass
紫甜
第2年
第3年
×
生长
A_ss
F3
第4年
二、作物新品种的培育
案例分析
课本P42
资料分析4
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。
问题:你有什么启发？
从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。
抗花叶病毒的甘蔗
抗盐碱的烟草
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：
2.突变体的利用
二、作物新品种的培育
【任务四】阅读课本41页第2-3段
（1）产生原因：
1.诱变处理的对象是？为什么？
2.原理？
3.产生的变异一定符合需要吗？
4.有哪些应用实例？
愈伤组织
细胞不断分裂，因此易发生基因突变。
①基因突变 ②植物细胞的全能性
不一定，因为变异不定向
（7）实例：
已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体，
抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。
（4）原理：
基因突变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。
（6）缺点：
由于突变的不定向和低频性，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。
2.突变体的利用
阅读课本41
紫草宁（紫草的一种药物和色素）
具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性（首例药用植物细胞工程产品）
紫杉醇（红豆杉的一种次生代谢物）
具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的治疗
资料分析5
问题:能不能利用植物细胞工程技术生产紫杉醇？
1.植物代谢
①初生代谢：
②次生代谢：
生物生长生存所必需的代谢活动，整个生命过程一直进行。
不是植物基本的生命活动所必需的产物，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才进行。
产物
如糖类、脂质、蛋白质、核酸等
产物
应用
一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）
①植物次生代谢物含量很低；
②从植物组织提取会大量破坏植物资源；
③有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到。
缺点
a、在植物抗病、抗虫方面发挥作用
b、也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
应用多、产量低
【任务五】阅读课本41页第4-6段和相关信息，植物的代谢产物有哪些？有何区别？什么是植物细胞培养 细胞产物的工厂化生产生产过程是怎样的？有哪些优点？实例？
三、细胞产物的工厂化生产
2、技术：
在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术
3.过程:
外植体
愈伤组织
脱分化
细胞悬液
培养、提取、破碎
分散开
去壁
细胞产物
（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。
三、细胞产物的工厂化生产
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。
植物细胞培养
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。
实例
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
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
4.优点:
脱分化
培养选择
破碎细胞
放入发酵罐
人参根
愈伤组织
增长速度快人参皂甙干粉含量高的细胞
愈伤组织
人参皂苷粉
工厂化生产人参皂甙干粉的基本流程：
【例6】红豆杉的细胞提取物紫杉醇是重要的抗癌药物之一。红豆杉可通过播种的方法进行繁殖,但生长速度缓慢,而植物组织培养技术可实现其大规模培养。下列有关叙述正确的是 (　　)
A.培养红豆杉的愈伤组织可用于紫杉醇的工业化生产
B.红豆杉不同部位的细胞经植物组织培养获得的愈伤组织基因型相同
C.培养基需要用高压蒸汽灭菌,外植体需要用体积分数为50%的酒精、质量分数为5%的次氯酸钠溶液消毒处理
D.愈伤组织可以进行光合作用,不需要从培养基中吸收有机物
A
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
教材课后习题·概念检测
课本P42
二、拓展应用
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。
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。
甜叶菊
外植体
↓
愈伤组织
↓
胚状体
↓
试管苗
↓
植株
再分化
保持优良性状
快速大量繁殖
快速
繁殖
作物
脱毒
选择根尖
茎尖、芽尖
脱分化
选择花粉
培养
单倍体
纯合体
加倍
单倍体育种
化学物理因素诱导筛选
突变体利用
培养、提取
代谢产物
细胞产物的工厂化生产
③
①植物繁殖新途径
②作物新品种的培育
课堂小结

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