资源简介

(共30张PPT)
植物细胞工程
第1节
PLANT CELL ENGINEERING
2021年3月
第2章 细胞工程
授课老师：XXX
2021年3月
学习目标
生命观念
通过分析植物组织培养技术繁殖植物、培育作物新品种的原理，形成结构与功能观、遗传与变异观
科学思维
通过概括单倍体育种、突变体的利用及细胞产物的工厂 化生产等的流程图，培养归纳与概括、模型与建模的科学思维习惯
社会责任
通过归纳植物细胞工程在生产实战中的应用及其优势，培养运用科学技术造福人类的社会 责任感和使命感
从社会中来
铁皮石斛
脱毒草莓
从社会中来
“手指植物”通常培育在装有彩色固体培养基的小玻璃瓶中，只要保证充足的光照和适宜的温度，不需要额外补充水分或营养物质， 它们就能在玻璃瓶中生长三四个月之久。尝试分析它们制作原理。
外植体
愈伤组织
人工胚状体
(或根/芽)
幼苗
脱分化
再分化
完整植株
一、植物繁殖的新途径 1.微型繁殖
利用组织培养技术，将优良植物的器官、组织和细胞进行离体培养，在短期内获得大量遗传性一致优良品种的技术，也称为植物快速繁殖技术。
1.概念
2.生殖方式
一般为无性生殖
3.原理
植物细胞的全能性
一、植物繁殖的新途径 1.微型繁殖
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
4优点：
5实例：
一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等。
试管苗大规模培养
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。
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
一、植物繁殖的新途径 1.微型繁殖
【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？
多肉也可进行叶插繁殖
注意：扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖技术
1.选取多肉上健康、饱满的叶片。
2.用剪刀或直接用手轻轻掰下叶片。
3.平放沙床，叶片间隔相聚2~3厘米
4.叶片切口不要碰脏，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
一、植物繁殖的新途径 2、作物脱毒
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 2、作物脱毒
无性繁殖的作物，容易将病毒传染给后代。病毒积累，导致作物产量降低、品质变差。
①原因：
②选材部位：
切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。（即：茎尖组织培养技术）
③方法：
选材原因：该部位的病毒极少，甚至无病毒。
植物顶端分生区附近
一、植物繁殖的新途径 2、作物脱毒
4.过程
无病毒组织
愈伤
组织
根、芽
完整
植株
脱
分化
再
分化
移栽
成活
幼苗
【思考】为什么要利用茎尖来获得脱毒苗？
无性繁殖的作物所感染的病毒很容易传给后代，而病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低，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。因此，切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。用脱毒苗进行繁殖，种植的作物不会或极少感染病毒
三、植物细胞工程的实际应用 2、作物脱毒：
脱毒苗不等于抗毒苗。
脱毒苗是选择植物的茎尖进行组织培养而获得的，只是体内不含病毒，不能抵抗病毒侵染，属于细胞工程的范畴；
抗毒苗是把某抗病基因导入植物细胞，属于基因工程的范畴；
脱毒产品
甘蔗
香蕉
马铃薯
菠萝
脱毒草莓
未脱毒草莓
三、植物细胞工程的实际应用 3、人工种子
植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。
胚状体：是指在组织培养过程中，在植物组织块或愈伤组织上产生的一种结构，它与正常受精卵发育形成的胚有类似的结构和发育过程。
人工种子的结构
一、植物繁殖的新途径
为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。
胚状体（蝴蝶兰）
人工种子
二、作物新品种的培育
单倍体概念
本细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同的个体，叫作单倍体，如蜜蜂中的雄蜂。
2n=32
2n=32
n=16
单倍体特点：植株弱小，高度不育
应用：单倍体育种
1、单倍体育种
二、作物新品种的培育
(1)方法
花药的离体培养获得单倍体植株，染色体加倍，选择稳定遗传优良品种。
(2)过程
选择亲本
有性杂交
F1代
花粉离体培养
单倍体植株
人工诱导
染色体加倍
选择所需正常植株类型
（3）生殖方式
有性生殖
（4)原理
染色体数目变异、植物细胞的全能性。
1、单倍体育种
二、作物新品种的培育
(5)优点
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。
(6)缺点
技术相当复杂
(7)实例
单育1号烟草品种，中花8号、11号水稻，京花1号小麦等
离体培养
人工诱导
染色体加倍
选择
单倍体
纯合二倍体
优良品种
玉米单倍体育种流程示意图
1、单倍体育种
二、作物新品种的培育
配子：
DT
Dt
dT
dt
单倍体幼苗：
DT
Dt
dT
dt
花药离体培养
秋 水 仙 素
第2年
DDtt
ddTT
ddtt
纯合体:
DDTT
矮抗
P
高杆抗病
DDTT
×
矮杆感病
ddtt
F1
高杆抗病
DdTt
第1年
选择矮秆抗病即为新品种
减数分裂
植物组织培养
秋水仙素诱导
染色体数目加倍
1.单倍体育种
二、作物新品种的培育 2、突变体的利用
产生
组织培养时，由于培养的细胞一直处于不断的分生状态，易受培养条件和外界压力（如射线，化学物质等）的影响而产生突变。
方法
对植物组织培养过程中得愈伤组织进行诱变处理，促其发生突变，诱导分化成植株，筛选对人们有利突变体,进而培育新品种
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
二、作物新品种的培育 2、突变体的利用
原理
基因突变、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
应用
抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草、抗除草剂的白三叶草等
白三叶草
抗病、
抗盐、
含高蛋白、高产
三、细胞产物的工厂化生产
红豆杉（拉丁学名：Taxus chinensis (Pilger) Rehd.），是红豆杉属的植物的通称。该属约11种，分布于北半球。中国有4种1变种。 红豆杉属于浅根植物，其主根不明显、侧根发达，是世界上公认濒临灭绝的天然珍稀抗癌植物，是经过了第四纪冰川遗留下来的古老孑遗树种，在地球上已有250万年的历史。由于在自然条件下红豆杉生长速度缓慢，再生能力差，所以很长时间以来，世界范围内还没有形成大规摸的红豆杉原料林基地
三、细胞产物的工厂化生产 1.细胞产物的种类
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。初生代谢物包括蛋白质、脂肪、糖类和核酸等
②次生代谢物：次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定组织或器官和特定条件下进行。次生代谢物包括酚类、萜类和含氮化合物等小分子有机化合物
注意：次生代谢物含量低，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 次生代谢物
含义
植物代谢产生的一些一般认为不是植物基本生命活动所必需
本质
一类小分子有机化合物(如酚类、萜类和含氮化合物等)
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。
作用
缺点
①植物细胞的次生代谢物含量很低。
②有些产物不能或难以通过化学途径得到。
三、细胞产物的工厂化生产 2.细胞产物的工厂化生产
含义
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。
优点
快速高效，不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制。
对于社会、经济、环境保护具有重要意义。
意义
人们利用植物细胞培养来获得目标产物的过程
三、细胞产物的工厂化生产
实例
紫草宁——抗菌、消炎和抗肿瘤，首例药用植物细胞工程产品
紫杉醇——具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的治疗
人参皂苷
植株从体细胞内提取细胞产物)
外植体
愈伤组织
胚状体
脱分化
再分化
从细胞内旋取细胞产物
三、细胞产物的工厂化生产
工厂化生产人参皂甙[dài]干粉过程
人参为我国名贵药材，现今因野生资源缺少，多用人工栽培，但人工栽培生长缓慢，6年才能生成10g左右(干重)人参根。我国科学家早在1963年就成功地培育了人参的组织。近年来又实现了利用组织培养技术来大量生产人参皂甙干粉。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。
人参根 愈伤组织
选择增殖速度快且细胞内人参皂甙含量高的细胞
大量细胞
提取
人参皂甙
脱分化
培养
扩大培养
液体培养基
区别植物组织培养和植物细胞培养
项目 植物组织培养 植物细胞培养
目的 获得植物体 获得细胞产物
原理 植物细胞的全能性 细胞增殖
培养基 固体培养基 液体培养基
过程
应用 快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等 细胞产物的工厂化生产
外植体
愈伤组织
胚状体
脱分化
再分化
幼苗
外植体
愈伤组织
脱分化
细胞培养
细胞群
细胞产物
悬浮细胞
课堂检测
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。（ ）
√
×
D
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
课堂检测
13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。
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。
课堂检测
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。
【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。

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