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第2章 细胞工程
第1节 植物细胞工程
----植物细胞工程的应用
植物细胞工程的实际应用
一、植物繁殖的新途径
二、作物新品种的培育
三、细胞产物的工厂化生产
1、单倍体育种；
2、突变体的利用
药物，香料，蛋白质等
1、快速（微型）繁殖；2、作物脱毒；
植物繁殖的新途径（1）概念：通过植物组织培养技术进行的繁殖。也叫微型繁殖。1.快速繁殖外植体脱分化愈伤组织再分化根、芽试管苗（2）优点：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不受自然生长季节的限制，培养周期短。（3）应用：快速繁殖经济林木、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。01（4）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。铁皮石斛的工厂化生产马铃薯草莓香蕉脱分化愈伤组织顶端分生区（如茎尖）：病毒极少，甚至无毒注：脱毒苗不等于抗毒苗。2、作物脱毒（3）优点：明显提高农作物的产量和品质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）脱毒原因（2）脱毒方法再分化脱毒苗01（4）实例：脱毒草莓普通草莓脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。
当堂判一判：
1．葡萄的扦插、桃树的嫁接、石榴的压条繁殖方式都属于微型繁殖。( )
2．脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位。( )
3.取茎尖分生组织进行组织培养，可获得抗毒苗。( )
4.作物脱毒与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。（ ）
5.从植物体上获取任何细胞，经组织培养得到的植株与亲本性状一定都完全一致。（ ）
×
×
×
×
√
[注意] 脱毒苗 ≠ 抗毒苗
体细胞 VS 花粉（生殖细胞）
没有经过组织培养
顶端分生区附近（如茎尖）
当以花粉为外植体进行植物组织培养时，得到的植株与亲本性状还一致吗？
02作物新品种的培育（1）单倍体：枝叶茎杆弱小，果实多而小，一般高度不育。特点：由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成的个体。1、单倍体育种（2）单倍体育种原理：染色体（数目）变异。染色体(数目)变异　
明显缩短育种年限　
秋水仙素　　
(6)实例
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。
02（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、突变体的利用抗病、抗盐、含高蛋白、高产突变体变异是不定向
（2）优点：
提高变异的频率，加速育种进程。
难以控制突变方向，需要大量处理实验材料。
（3）缺点：
白三叶草
（4）实例：
抗除草剂的白三叶草
抗花叶病毒的甘蔗
抗盐碱的野生烟草
3.多倍体育种
（1）原理：
（2）过程：
萌发的种子或幼苗
多倍体植株
秋水仙素
染色体数目变异
概念
原理
利用物理因素（如X射线、γ射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物发生基因突变，从而获得优良品种的方法。
基因突变
4.诱变育种
过程
X射线、紫外线等
亚硝酸、硫酸二乙酯等
物理因素
化学因素
处理
萌发的种子
或幼苗
选择
理想类型
概念
原理
将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。
基因重组
5.杂交育种
杂交
自交
选优
自交
长折
长折
短折
过程
长毛立耳
BBEE
短毛折耳
bbee
×
长毛立耳BbEe
长立
短立
短折
长折
BBee
Bbee
P
F1
F2
F3
BBee
优点
集优
杂交育种 诱变育种 多倍体育种 单倍体育种
原理 基因重组 基因突变 染色体变异 （成倍增加） 染色体变异
（成倍减少再成倍增加）
处理 方法 杂交→自交→选优→继续自交 射线、化学药品等处理诱发基因突变 秋水仙素或低温处理诱导染色体数目加倍 花药离体培养，再人工诱导染色体数目加倍
特点 优点：方法简便“集优”； 缺点：育种周期长过程繁琐 优点：加速育种的进程，大幅改良某些性状； 缺点：有利变异少,需要处理大量材料 优点：器官大，营养物质含量高； 缺点：只适用于植物，发育延迟，结实率低 优点：明显缩短育种年限。
缺点：技术手段复杂，成活率较低
举例 杂交水稻 （动植物） 高产量青霉素 菌株的育成 （植物、微生物） 三倍体西瓜 八倍体小黑麦 （植物） 普通小麦单倍体育种（植物）
四种育种方法的对比
当堂判一判：
1.单倍体育种的结果就是得到单倍体植株。（ ）
2.单倍体育种和多倍体育种过程均需用秋水仙素诱导染色体加倍，都要经过植物组织培养技术。（ ）
3．单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。( )
×
×
单倍体是高度不育的，在生产上没有实际价值，需在单倍体幼苗阶段诱导染色体数目加倍。
单倍体育种需要先利用植物组织培养技术形成单倍体幼苗，然后用秋水仙素诱导染色体加倍；但多倍体育种一般直接在种子或幼苗阶段用秋水仙素诱导染色体加倍。
单倍体育种的遗传学原理：染色体（数目）变异
突变体培育的遗传学原理：基因突变+染色体变异
×
生物生长生存所必需的代谢活动，如糖类、脂质、蛋白质、核酸等
应用多、产量低
非生物生长所必需，在特定条件下进行
1、植物的代谢产物
初生代谢物：
次生代谢物：
红豆杉→紫杉醇
紫草→紫草宁
（三）细胞产物的工厂化生产
化学本质：
一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）
细胞产物的工厂化生产1.概念：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。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2.优点不占用耕地、不受季节、天气的限制，（产量高、节约资源、保护环境）对社会、经济、环保具有重要意义。植物细胞培养3、实例：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→紫草宁抗菌、消炎和抗肿瘤，世界首例药用植物细胞工程产品人参→人参皂苷用组织培养技术生产的人参，生长速度比栽培人参约快100倍以上10g左右外植体
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
课堂小结
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
练习与应用
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F（AaSusu）再进行自交，F，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。
提示：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。
练习与应用
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。
提示：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。
练习与应用
二、拓展应用

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