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细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或者组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
第2章 细胞工程
选择性必修三 生物技术与工程
目录
CONTENT
01
新课导入
02
任务探究
03
课堂小结
第1节 植物细胞工程
第二课时 植物细胞工程的应用
04
课堂练习
到社会中去
手指植物
“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。
“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。
新课导入
铁皮石斛的工厂化生产
一、植物繁殖的新途径
【任务一】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？ 3.快速繁殖技术有什么优点？有哪些应用实例？
任务探究
1.快速繁殖
（1）概念
（2）原理
（3）特点
也叫微型繁殖，是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术
植物细胞的全能性
①无性繁殖，保持优良品种的遗传特性
②高效快速地实现种苗的大量繁殖
③保持优良品种的遗传特性，可实现产业化生产
【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？
愈伤组织细胞分裂旺盛、快速，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。
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。
*扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖技术
愈伤组织
一、植物繁殖的新途径
【任务一】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？ 3.快速繁殖技术有什么优点？有哪些应用实例？
一、植物繁殖的新途径
【任务一】2.阅读课本40页第1-2段，回答以下问题：
1.培育脱毒苗的原因是什么？
2.作物脱毒培育的过程中选材部位和方法是什么？
3.作物脱毒繁殖技术有什么优点？有哪些应用实例？
2.作物脱毒
（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。
脱毒苗不等于抗毒苗
一、植物繁殖的新途径
（5）脱毒产品
马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。
脱毒草莓
普通草莓
香蕉
菠萝
一、植物繁殖的新途径
1.单倍体育种
二、作物新品种的培育
【任务二】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。
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
单倍体植株矮小，且多为不育
二、作物新品种的培育
【任务二】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。
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
作为体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料
(4)优点
染色体（数目）变异、植物细胞的全能性。
(3)原理
1.单倍体育种
二、作物新品种的培育
【任务二】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。
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
玉米单倍体育种流程示意图
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
花药 VS 花粉
二、作物新品种的培育
二、作物新品种的培育
2.突变体的利用
【任务二】2、阅读课本41页第2-3段，明确产生突变体的诱变处理对象是什么？对突变体的利用、原理和优缺点有哪些？
（3）原理
基因突变和植物细胞的全能性。
（4）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。
（5）缺点
（1）诱变处理对象
植物组织培养中，培养的细胞不断分裂易受培养条件和诱变因素的影响产生突变
（2）利用
筛选对人们有利的突变体，进而培育成新品种
愈伤组织、单倍体育种获得的隐性纯合体
产生突变体的原因
2.突变体的利用
二、作物新品种的培育
【任务二】2、阅读课本41页第2-3段，明确产生突变体的诱变处理对象是什么？对突变体的利用、原理和优缺点有哪些？
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
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
红豆杉→紫杉醇
紫草→紫草宁
三、细胞产物的工厂化生产
【任务三】阅读课本41页第4-6段和相关信息，明确植物代谢产物的分类、特点。明确工厂化生产的细胞产物类型有哪些？生产过程是怎样的？有哪些实例？
1.植物的代谢产物
植物组织培养技术
（3）生产过程
（2）技术
蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱(紫草素、人参皂甙、紫杉醇)等。
（1）细胞产物种类
2.细胞产物工厂化生产
植物细胞培养：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
【任务三】阅读课本41页第4-6段和相关信息，明确植物代谢产物的分类、特点。明确工厂化生产的细胞产物类型有哪些？生产过程是怎样的？有哪些实例？
【任务三】阅读课本41页第4-6段和相关信息，明确植物代谢产物的分类、特点。明确工厂化生产的细胞产物类型有哪些？生产过程是怎样的？有哪些实例？
外植体
脱分化
愈伤组织
细胞产物
培养、提取
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。
工厂化生产人参皂甙干粉的基本流程：
人参根 　 愈伤组织 　　 增长速度快而且细胞内人参皂甙干粉含量高的细胞 细胞增殖　　 提取人参皂甙干粉
脱分化
培养选择
破碎细胞
放入发酵罐
3.细胞产物工厂化生产实例
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
1.甘薯由于具有增强免疫功能、防癌抗癌、抗衰老、防止动脉硬化等作用，故越来越被人们喜爱。但甘薯属于无性繁殖作物，同时又是同源六倍体，具有自交不育和杂交不亲和性，这使甘薯生产和育种存在诸多常规方法难于解决的问题。下列相关操作不合理的是（ ）
A. 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，可以解决种苗用量大、成本高的问题
B. 利用茎尖分生组织培养脱毒苗，使植株具备抗病毒的能力，产品质量得到提高
C. 利用原生质体融合实现体细胞杂交，克服杂交不亲和，可以充分利用遗传资源
D. 利用培养的愈伤组织进行诱变育种，可以显著提高变异频率，有利于缩短育种年限
脱毒≠抗病毒
B
课堂练习
2.下图表示四倍体兰花叶片通过植物组织培养形成植株的过程，相关叙述正确的是（ ）
A. ②和③阶段会发生减数分裂 B. ①阶段和③阶段所用的培养基相同
C. ①阶段有细胞增殖但无细胞分化 D. 此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体
没有减数分裂
③阶段不需要
获得的是单倍体植株
C
课堂练习
3.目前七叶一枝花属濒危名贵中药材，科学家尝试应用生物技术繁殖和保存七叶一枝花资源，并利用植物细胞工程获取其有效成分。下列叙述正确的是（ ）
A. 七叶一枝花不同细胞经植物组织培养获得的新个体基因型都相同
B. 将七叶一枝花茎尖或根尖组织经灭菌、脱分化、再分化可获得脱毒苗
C. 利用植物细胞工程获取其有效成分过程中使用的是液体培养基
D. 保护野生七叶一枝花最佳的选择是将其迁移到植物园
基因型不同
不能对植物材料进行灭菌处理
最佳的选择是就地保护
C
4.随着植物花药培养以及植物体细胞杂交技术等得以确立和发展，标志着植物细胞工程技术进入了高速发展的阶段。花粉原生质体具备单倍体的优点，可直接与体细胞原生质体融合，实现配子与体细胞杂交。下列叙述错误的是（ ）
A. 花粉可培育成单倍体植株，是细胞全能性的体现
B. 用低渗溶液配制纤维素酶和果胶酶溶液制备原生质体
C. 利用植物组织培养技术将融合细胞培育成完整植株
D. 配子与体细胞杂交能缩短三倍体无子果实培育年限
利用等渗溶液
B
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