2.1.2植物細(xì)胞工程的應(yīng)用

2.1.2植物細(xì)胞工程的應(yīng)用本節(jié)聚焦植物細(xì)胞工程在生產(chǎn)實(shí)踐中有哪些應(yīng)用？植物細(xì)胞工程應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的主要優(yōu)勢是什么？資料1：蘭花因高雅美麗而深受人們喜愛。蘭花常用分根法和種子進(jìn)行繁殖。在蘭花的常規(guī)繁殖中，遇到的難題是：用分根法繁殖速度緩慢，不利于新品種的推廣;用種子繁殖又很困難，因?yàn)樘m花的種子十分微小，胚很纖弱，種子幾乎沒有儲藏營養(yǎng)物質(zhì)，在發(fā)芽過程中很容易夭折。實(shí)際問題：經(jīng)濟(jì)苗木、名貴花卉、珍稀植物等自然繁殖速度緩慢，繁殖效率低下或優(yōu)良性狀不易保持……如何解決？鐵皮石斛的工廠化生產(chǎn)請閱讀課本P39,回答以下問題：1.什么是快速繁殖技術(shù)？2.快速繁殖的核心技術(shù)是？3.快速繁殖技術(shù)有什么優(yōu)點(diǎn)？有哪些應(yīng)用實(shí)例？植物繁殖的新途徑快速繁殖用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)。也叫微型繁殖。實(shí)例：一些優(yōu)良的觀賞植物、經(jīng)濟(jì)林木、無性繁殖作物和瀕危植物等。優(yōu)點(diǎn)：①可以高效、快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖；②可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性；③不受自然生長季節(jié)的限制；④培養(yǎng)周期短。一無籽西瓜生菜實(shí)際問題：生姜是藥食兩用的經(jīng)濟(jì)作物，在生產(chǎn)上長期采用無性繁殖，容易感染多種病毒病，使生姜品質(zhì)變差，葉子皺縮，生長緩慢，一般減產(chǎn)30%-50%。病毒引起的植物病害有500多種。受害植物包括糧食作物、蔬菜、果樹和花卉等。而且沒有有效的防治辦法，只能拔除，造成經(jīng)濟(jì)損失。病毒多集中在種子、老葉等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的組織中較少，在分生區(qū)幾乎不含病毒。植物繁殖的新途徑一你有什么啟發(fā)？脫毒馬鈴薯田與被病毒感染未脫毒馬鈴薯葉片作物脫毒（1）適用對象：被病毒感染的無性繁殖的作物。（2）脫毒過程：無病毒組織：如莖尖組織脫分化愈傷組織再分化根、芽幼苗完整植株移栽成活（3）實(shí)例：馬鈴薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠蘿和香蕉等。植物繁殖的新途徑一1.為何要進(jìn)行作物脫毒？2.作物脫毒選用什么材料？選擇該種材料的理由是？無性繁殖的作物，容易將病毒傳染給后代。病毒積累，導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差。分生區(qū)（如莖尖）的細(xì)胞植物分生區(qū)細(xì)胞病毒少，甚至沒有病毒。無病毒組織（切取莖尖組織）脫分化愈傷組織再分化根、芽幼苗完整植株移栽成活注：脫毒苗不等于抗毒苗。與微型繁殖相比較，二者無本質(zhì)區(qū)別，只是取材部位不同。作物脫毒植物繁殖的新途徑一3.脫毒過程：4.脫毒產(chǎn)品馬鈴薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠蘿和香蕉等。脫毒草莓普通草莓香蕉菠蘿植物繁殖的新途徑一作物脫毒實(shí)際問題：傳統(tǒng)的育種方法是通過雜交把兩親本的優(yōu)良性狀組合在同一后代中。但缺點(diǎn)是：要不斷進(jìn)行(多年)純化和選擇，才得到一種符合理想要求的新品種。如何解決育種時間過長的問題？P：紫色非甜玉米

AASS×白色甜玉米

aassF1紫色非甜玉米AaSs↓第1年↓×選育出需要的矮抗純種F2A_S_A_ssaaS_aass紫甜傳統(tǒng)方法：雜交育種第2年第3年×生長A_ssF3第4年現(xiàn)有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何獲得純種的紫色甜玉米（基因型AAss）？閱讀課本，思考：1.單倍體育種包括哪些主要步驟？2.為什么單倍體育種能大大縮短育種的年限？花藥離體培養(yǎng)和人工誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍。提示：大多數(shù)單倍體植株的細(xì)胞只有一套染色體，染色體加倍后得到的植株隱性性狀容易顯現(xiàn)，進(jìn)而縮短育種年限。作物新品種的培育二單倍體育種我國培育的單育1號煙草是世界上第一個單倍體作物新品種配子：ASAsaSas單倍體幼苗：ASAsaSas花藥離體培養(yǎng)秋水仙素第2年AAssaaSSaass純合體:AASS紫甜P紫色非甜

AASS×白色甜

aassF1紫色非甜

AaSs第1年選擇親本有性雜交F1代花粉離體培養(yǎng)單倍體植株誘變?nèi)旧w加倍可育純合子選擇所需類型（1）過程（2）原理：染色體變異、植物細(xì)胞的全能性。作物新品種的培育二（3）優(yōu)點(diǎn)：①極大地縮短了育種的年限。②后代都是純合子，能穩(wěn)定遺傳。③可作為進(jìn)行體細(xì)胞誘變育種和研究遺傳突變的理想材料。單倍體育種（1）原理：

在植物組織培養(yǎng)過程中，由于培養(yǎng)細(xì)胞一直處于不斷增殖的狀態(tài)，因此容易受到培養(yǎng)條件和誘變因素（如射線、化學(xué)物質(zhì)等）的影響而產(chǎn)生突變。（2）過程：外植體脫分化愈傷組織再分化突變體篩選培育新品種誘變處理（5）實(shí)例：抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的煙草等。（3）原理：基因突變和植物細(xì)胞的全能性。作物新品種的培育二單倍體育種（4）優(yōu)點(diǎn)：提高變異的頻率，加速育種進(jìn)程。大幅度地改良某些性狀。細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)植物的代謝產(chǎn)物（1）初生代謝物：初生代謝是生物生長和生存所必需的代謝活動，初生代謝物有糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸等。（2）次生代謝物：①次生代謝不是生物生長所必需的，在特定條件下進(jìn)行。②次生代謝物是一類小分子有機(jī)化合物（如酚類、萜類和含氮化合物等）。③在植物的抗蟲、抗病等方面發(fā)揮作用，也是很多藥物、香料和色素等的重要來源。④含量很低，從植物組織中提取會大量破壞植物資源，有些產(chǎn)物又不能或難以通過化學(xué)合成途徑得到。三利用植物細(xì)胞培養(yǎng)來獲得目標(biāo)產(chǎn)物，這個過程就是細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。特點(diǎn)：

不占用耕地，幾乎不受季節(jié)、天氣等的限制，因此對于社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境保護(hù)具有重要意義。實(shí)例：紫草寧、紫杉醇、人參皂苷的植物細(xì)胞工程產(chǎn)品。細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)三生產(chǎn)過程外植體脫分化愈傷組織細(xì)胞產(chǎn)物培養(yǎng)、提取注意：①一般組織培養(yǎng)到愈傷組織即可。因?yàn)榇藭r細(xì)胞分裂能力旺盛，代謝快，有利于產(chǎn)物生成。②液體培養(yǎng)基（培養(yǎng)液）有利于培養(yǎng)的細(xì)胞與營養(yǎng)物質(zhì)充分接觸。

工廠化生產(chǎn)人參皂甙干粉的基本流程：人參根愈傷組織增長速度快而且細(xì)胞內(nèi)人參皂甙干粉含量高的細(xì)胞細(xì)胞增殖提取人參皂甙干粉

脫分化培養(yǎng)選擇破碎細(xì)胞放入發(fā)酵罐細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)三到社會中去“手指植物”通常培育在裝有彩色固體培養(yǎng)基的小玻璃瓶中，只要保證充足的光照和適宜的溫度，不需要額外補(bǔ)充水分和營養(yǎng)物質(zhì)，它們就能在玻璃瓶中生長三四個月之久。“手指植物”的制作方法用到了植物組織培養(yǎng)技術(shù)。在制作過程中，一定要注意做好滅菌和消毒工作，為了防止污染可在培養(yǎng)基中加入一定量的抑菌劑。另外，還可以根據(jù)個人喜好，在培養(yǎng)基中加入適量的色素或者熒光劑，使“手指植物”更具有觀賞價值。外植體脫分化愈傷組織再分化胚狀體再生植株1.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)2.突變體的利用4.微型繁殖5.作物脫毒3.人工種子（補(bǔ)充）6.單倍體育種7.植物體細(xì)胞雜交8.轉(zhuǎn)基因植物的培育植物繁殖的新途徑作物新品種的培育課堂小結(jié)

一、概念檢測1.運(yùn)用植物細(xì)胞工程技術(shù)可以培育單倍體植株和進(jìn)行細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。判斷下列相關(guān)表述是否正確。（1）用花藥培養(yǎng)得到單倍體植株需要用到植物組織培養(yǎng)技術(shù)。（）（2）細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)主要是利用促進(jìn)細(xì)胞生長的培養(yǎng)條件，提高了單個細(xì)胞中次生代謝物的含量。（）2.生產(chǎn)中培育香蕉脫毒苗常用的方法是（）

A.人工誘導(dǎo)基因突變

B.選擇優(yōu)良品種進(jìn)行雜交

C.進(jìn)行遠(yuǎn)緣植物體細(xì)胞雜交

D.取莖尖分生組織進(jìn)行組織培養(yǎng)√×D四練習(xí)與應(yīng)用二、拓展應(yīng)用1.紫色非甜玉米（基因型為AASuSu）和白色甜玉米（基因型為aasusu）雜交（Su和su代表一對等位基因）,得到的F1（AaSusu）再進(jìn)行自交，F(xiàn)2會有紫色甜玉米的表型產(chǎn)生。如果運(yùn)用常規(guī)育種方法，應(yīng)該如何篩選出純合的紫色甜玉米？如果利用花藥培養(yǎng)的技術(shù)，又應(yīng)該怎樣做呢？請你設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的思路。【答案】F2中的紫色甜玉米的基因型可能為Aasusu或AAsusu。如果運(yùn)用常規(guī)育種方法，將F2中的紫色甜玉米與白色甜玉米(aasusu)進(jìn)行測交，可以選擇出基因型為AAsusu的純種紫色甜玉米。但這種方法比較煩瑣，耗時也較長，需要至少三年的選種和育種時間。其實(shí)在F1產(chǎn)生的花粉中就可能有Asu的組合，如果利用花藥培養(yǎng)的技術(shù)獲得單倍體植株，再經(jīng)過誘導(dǎo)染色體加倍，就可以直接得到紫色甜玉米的純合體。這種方法可以大大縮短育種周期。四練習(xí)與應(yīng)用【提示】積極探索其他的繁育途徑。例如，研究如何利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)繁育甜葉菊，研究內(nèi)容涉及植物組織培養(yǎng)材料的選擇，培養(yǎng)基配方的優(yōu)化，提高試管苗移栽成活率的方法等，最終目的是建立一套利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)繁育甜葉菊的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)甜葉菊種苗的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。2.甜葉菊