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第二章 第1节 植物细胞工程
第2课时：植物细胞工程的应用
第二章 第1节 植物细胞工程
第2课时：植物细胞工程的应用
知识回顾
去壁
去壁
融
合
再生
新壁
脱分化
再分化
移栽
植物细胞融合技术
植物组织培养技术
A细胞
A原生质体
B细胞
B原生质体
正在融合的原生质体
再生出细胞壁
愈伤组织
杂种植株
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽等
试管苗
驯化移栽
完整植株
植物繁殖的新途径
一
情境一
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。
(1)概念：
(2)过程：
用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。也叫微型繁殖技术
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽
完整植株
试管苗
(3)生殖方式：
(5)特点：
一般为无性生殖
(4)原理：
植物细胞的全能性
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。
(6)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。
【任务1】
分析快速繁殖
(1)培育脱毒苗的原因：
马铃薯
草莓
香蕉
感染的病毒很容易传给后代
无性繁殖
病毒在作物内积累
作物产量降低品质变差
被病毒感染
脱毒马铃薯叶片
【任务2】
分析作物脱毒
茎尖
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
脱毒苗
【任务2】
分析作物脱毒
(2)脱毒选材
植物 。
(3)脱毒过程：
顶端分生区附近（如茎尖）
　　　 　的病毒极少，甚至　 　。
分生区附近
无病毒
部位：
原因：
(4)实例：
在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝、香蕉等许多作物上获得成功
脱毒苗不等于抗毒苗。与快速繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。
抗毒苗：
抗病基因
导入
植物细胞
植物组织培养
完整植株
植物细胞工程不仅开辟了植物繁殖的新途径，在作物新品种的培育方面也有重要贡献。
过渡
【思考】
脱毒苗等于抗毒苗吗？
【任务2】
分析作物脱毒
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
课堂检测
D
2.兰州百合栽培过程中易受病毒侵染，造成品质退化。某研究小组尝试通过组织培养技术获得脱毒苗，操作流程如图。下列叙述正确的是（ ）
A.①为脱分化过程，1号培养基中的愈伤组织是排列规则的薄壁组织团块
B.②为再分化过程，愈伤组织细胞分化时可能会发生基因突变或基因重组
C.3号培养基用于诱导生根，其细胞分裂素浓度与生长素浓度的比值大于1
D.百合分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，可以作为该研究中的外植体
课堂检测
D
作物新品种的培育
二
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
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。
情境二
有性
杂交
单倍体植株矮小且多为不育
花药离体培养
优良品种
花药
花粉
P
单倍体
纯合二倍体
诱导染
色体加倍
选择
F1
单倍体育种的流程是怎样的 它有什么优点
情境一
1.过程：
秋水仙素
单倍体幼苗
优良品种
愈伤组织
纯合二倍体植株
花药
染色体
数目加倍
脱分化
再分化
秋水仙素处理
花药离体培养
（植物细胞的全能性）
（染色体数目变异）
选择
3.优点：
①子代是能稳定遗传的纯合子。
②极大地缩短了育种的年限。
③单倍体植株是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
【任务3】
分析单倍体育种
染色体（数目）变异、植物细胞的全能性。
2.原理:
【活动1】从以下方面阐明单倍体育种
现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何获得纯种的紫色甜玉米（基因型AAss）？
设计筛选纯合的紫色甜玉米的实验思路。
(1)杂交育种
(2)单倍体育种
【任务3】
分析单倍体育种
【活动2】根据以下材料你可以想到几种育种方法 请你设计相关实验思路。
杂交育种
单倍体育种
紫色非甜玉米
AASS
×
白色甜玉米
aass
紫色非甜玉米
AaSs
↓
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
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
配子：
P：
【任务3】
分析单倍体育种
【活动2】根据以下材料你可以想到几种育种方法 请你设计相关实验思路。
彩色马铃薯不仅营养成分高，且含多酚类化合物，有较强的保健功能和药用价值。我国通过品种引进等方式获得的彩色马铃薯品种数量有限，且多为晚熟品种，产量和品质较低。所以通过诱变途径获得新的彩色马铃薯品种可以丰富马铃薯市场，满足人们的需要。
情境三
1.在培养至愈伤组织时进行诱变处理的原因是什么？
愈伤组织细胞分裂旺盛，且一直处于不断增殖的状态，此时易发生基因突变。
彩色马铃薯不仅营养成分高，且含多酚类化合物，有较强的保健功能和药用价值。我国通过品种引进等方式获得的彩色马铃薯品种数量有限，且多为晚熟品种，产量和品质较低。所以通过诱变途径获得新的彩色马铃薯品种可以丰富马铃薯市场，满足人们的需要。
情境三
2.诱导分化得到的突变体都可以利用吗？为什么？
大多数都不可以。因为基因突变可能破坏生物体与现有环境的协调关系，进而对生物体有害；还有些基因突变既无害也无益，是中性的。
(3)原理：
基因突变和植物细胞的全能性。
(1)诱变处理对象：
愈伤组织、单倍体育种获得的隐性纯合体
(2)产生突变体的原因：
外植体
愈伤组织
试管苗
脱分化
再分化
多种突变植株
诱变处理（物化）
筛选
有用的突变体
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。
【任务4】
分析突变体的利用
抗盐碱的烟草
提高变异的频率，加速育种进程。大幅度地改良某些性状。
(4)优点：
(5)实例：
抗花叶病毒的甘蔗
【任务4】
分析突变体的利用
1.人们可以利用可遗传变异来改良农作物的性状或对生物进化机制进行科学解释。中国科学院的科研人员利用重离子辐射诱变育种技术，选育了多种粮食作物的优良突变体。下列相关叙述正确的是（ ）
A.人工设置诱变条件可让农作物朝人们需要的方向进行突变
B.诱变育种过程可能会导致处理材料细胞中发生染色体变异
C.经诱变育种获得的突变体对自然环境的适应能力更强
D.人为耕种管理的某种农作物种群的基因频率不会发生改变
课堂检测
B
2.利用基因型为HhRr的玉米(2n＝20)的幼苗茎尖细胞进行如图实验，下列相关分析错误的是（ ）
A.植株A的体细胞内最多
有4个染色体组
B.植株A和植株B的基因型
相同
C.获得植株B的过程为单倍
体育种，该过程涉及染色体变异和基因重组
D.获得幼苗的①②过程都应用了植物组织培养技术
课堂检测
B
细胞产物的工厂化生产
三
从红豆杉树皮中分离出了紫杉醇，具有独特的抗肿瘤作用。2000年国际市场上优质紫杉醇的售价已高达每千克18万美元。1994年，在红豆杉分布最多、最集中的云南，红豆杉遭受了一场浩劫。……野生红豆杉是濒危植物，直接从它的树皮和树叶中提取紫杉醇的传统生产方式，不仅产量低，还会对野生红豆杉资源造成严重破坏，
情境四
植物细胞培养技术，在生产中通常要培养到什么阶段？为什么？
愈伤组织阶段。
因为此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。
能否运用植物细胞工程技术生产紫杉醇？
生物生长和生存所必需的代谢活动，初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质、核酸等。
非生物生长所必需，在特定条件下进行一类小分子有机化合物
（如酚类、萜类和含氮化合物等）
初生代谢物：
次生代谢物：
【任务5】
分析细胞产物的工厂化生产
1.植物的代谢产物
2.概念:
利用植物细胞培养来获得目标产物,该过程就是细胞产物的工厂化生产
红豆杉→紫杉醇
紫草→紫草宁
人参→人参皂苷
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
植物组织培养技术
外植体
脱分化
愈伤组织
细胞悬液
细胞产物
培养、提取、破碎
分散开
去壁
（液体培养基）
注意:一般培养到愈伤组织阶段，从愈伤组织的细胞中获得细胞产物!
3.原理：
5.优点：
4.过程:
它不占用耕地，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。
植物细胞培养
【任务5】
分析细胞产物的工厂化生产
脱分化
培养选择
破碎细胞
放入发酵罐
(1)工厂化生产人参皂甙干粉的基本流程：
6. 实例
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
【任务5】
分析细胞产物的工厂化生产
离体植物组织
脱分化
愈伤组织
从愈伤组织中提取紫杉醇
高效抗癌的药物紫杉醇，虽然能造福人类，但却为濒危的红豆杉带来了一场灭顶之灾。能否用植物组织培养技术生产紫杉醇？
(2)工厂化生产紫杉醇的基本流程：
红豆杉
紫杉醇
6. 实例
【任务5】
分析细胞产物的工厂化生产
“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和营养物质，它们就能在玻璃瓶中生长三四个月之久。
“手指植物”的制作方法用到了植物组
织培养技术。在制作过程中，一定要注意做好灭菌和消毒工作，为了防止污染可在培养基中加入一定量的抑菌剂。另外，还可以根据个人喜好，在培养基中加入适量的色素或者荧光剂，使“手指植物”更具有观赏价值。
到社会中去
手指植物
1.紫草细胞中富含紫草宁，科研人员利用紫草新生的营养芽进行培养获得愈伤组织，再进行细胞悬浮培养，以获得更多的紫草宁。下列叙述正确的是（ ）
A.紫草宁是紫草细胞生长和生存所必需的次生代谢物
B.愈伤组织是由高度分化的一团薄壁细胞组成，无特定形态
C.愈伤组织细胞可用于细胞产物的工厂化生产，利用了愈伤组织细胞分裂快、代谢旺盛的特点
D.愈伤组织的诱导受植物激素配比的影响，不受营养物质和光照等因素的影响
课堂检测
C
2.迷迭香酸具有多种药理活性。进行工厂化生产时，先诱导外植体形成愈伤组织，再进行细胞悬浮培养获得迷迭香酸，加入诱导剂茉莉酸甲酯可大幅提高产量。下列叙述错误的是（ ）
A.迷迭香顶端幼嫩的茎段适合用作外植体
B.诱导愈伤组织时需加入NAA和脱落酸
C.悬浮培养时需将愈伤组织打散成单个细胞或较小的细胞团
D.茉莉酸甲酯改变了迷迭香次生代谢产物的合成速率
课堂检测
B
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
选择花粉培养
单倍体
加倍
单倍体育种
化学物理因素诱导筛选
突变体利用
①植物繁殖新途径
②作物新品种的培育
本节小结
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
胚状体
试管苗
试管苗
③细胞产物的工厂化生产
2.植物新品质的培育

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