植物細胞工程的應(yīng)用課件【高效備課精析+知識精講提升】 高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

第2章細胞工程第1節(jié)植物細胞工程

第2課時----植物細胞工程的應(yīng)用發(fā)酵工程目錄/CONTENTS0102植物繁殖的新途徑作物新品種的培育微生物的純培養(yǎng)03細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)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，因為蘭花的種子十分微小，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。實際問題：經(jīng)濟苗木、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？植物繁殖的新途徑一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？依據(jù)的原理是什么？3.快速繁殖技術(shù)有什么優(yōu)點？有哪些應(yīng)用實例？植物繁殖的新途徑一1.快速繁殖（1）概念（2）原理（3）優(yōu)點也叫

，是用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)植物細胞的全能性①無性繁殖，保持優(yōu)良品種的遺傳特性②高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖③保持優(yōu)良品種的遺傳特性，可實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)【思考】植物組織培養(yǎng)可以進行快速繁殖的原因是什么？愈傷組織細胞分裂旺盛、快速，對愈傷組織進行分割、移瓶、誘導(dǎo)再分化就可以形成大量的新植株。植物組織培養(yǎng)在實驗室進行，一般不受季節(jié)、氣候等條件的限制。*扦插、壓條、嫁接等

微型繁殖技術(shù)愈傷組織外植體脫分化愈傷組織再分化芽、根試管苗植株移栽（4）過程：植物繁殖的新途徑一微型繁殖不屬于資料2：

生姜是藥食兩用的經(jīng)濟作物，在生產(chǎn)上長期采用無性繁殖，它們感染的病毒很容易傳給后代，使生姜品質(zhì)變差，葉子皺縮，生長緩慢，一般減產(chǎn)30%-50%。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。請閱讀課本P40,回答以下問題：1.為什么許多通過無性繁殖多代之后產(chǎn)量會下降？2.為什么作物脫毒苗培養(yǎng)時一般選取植物根尖或莖尖的分生區(qū)作為外植體？3.獲得脫毒苗的過程？植物繁殖的新途徑一請閱讀課本P40,回答以下問題：

1.為什么許多通過無性繁殖多代之后產(chǎn)量會下降？2.為什么作物脫毒苗培養(yǎng)時一般選取植物莖尖的分生區(qū)作為外植體？

3.獲得脫毒苗的過程？作物脫毒無性繁殖的方式，感染的病毒很容易傳給后代植物莖尖病毒極少，甚至無病毒無病毒組織：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植物繁殖的新途徑一馬鈴薯病毒苗原因植物繁殖的新途徑一脫毒產(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作物脫毒植物繁殖的新途徑一（2）選材部位：植物

。（3）方法：頂端分生區(qū)附近（如莖尖）（4）優(yōu)點：2.作物脫毒選材原因：

的病毒極少，甚至

。分生區(qū)附近無病毒無性繁殖的方式進行繁殖的作物，感染的病毒很容易傳給后代，并在作物體內(nèi)逐年積累，會導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差。植物分生區(qū)病毒極少，切取莖尖進行組織培養(yǎng)獲得脫毒苗。（即：莖尖組織培養(yǎng)技術(shù)）（1）培育脫毒苗的原因：脫毒作物的產(chǎn)量和品質(zhì)明顯優(yōu)于沒有脫毒的作物與微型繁殖相比較，二者

本質(zhì)區(qū)別，脫毒苗

抗毒苗植物繁殖的新途徑一作物脫毒不等于無只是取材部位不同。作物脫毒植物繁殖的新途徑一

實際問題：傳統(tǒng)的育種方法：原理：缺點：傳統(tǒng)方法：雜交育種P：紫色非甜玉米

AASS×白色甜玉米

aassF1紫色非甜玉米AaSs↓第1年↓×選育出需要的純種F2A_S_A_ssaaS_aass紫甜第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）？通過雜交把兩親本的優(yōu)良性狀組合在同一后代中(基因重組)雜交育種多年純化和選擇，才得到符合理想要求的新品種如何解決育種時間過長的問題？作物新品種的培育二傳統(tǒng)方法：雜交育種單倍體育種P：紫色非甜玉米

AASS×白色甜玉米

aass紫色非甜玉米AaSs↓配子：ASAsaSas花藥離體培養(yǎng)單倍體幼苗：ASAsaSas純合體:AASSAAssaaSSaass選擇紫甜玉米即為新品種現(xiàn)有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何短時間獲得純種的紫色

甜玉米（基因型AAss）？P：紫色非甜玉米

AASS×白色甜玉米

aassF1紫色非甜玉米AaSs第1年×選育出紫甜的純種F2A_S_A_ssaaS_aass紫甜第2年第3年×生長A_ssF3第4年作物新品種的培育二秋水仙素加倍單倍體育種根據(jù)上述單倍體育種過程,回答以下問題：

1.歸納單倍體育種的流程？2.單倍體育種的原理是什么？其中花藥離體培養(yǎng)依據(jù)的原理是什么？3.與傳統(tǒng)雜交育種相比，單倍體育種的優(yōu)點？花藥離體培養(yǎng)誘導(dǎo)染色體加倍二倍體植株單倍體植株二倍體植株（純合子）（秋水仙素處理）（其中花藥離體培養(yǎng)利用了__________________）染色體數(shù)目變異植物細胞的全能性①

極大地縮短了育種的年限。②

后代大多是純合子，能穩(wěn)定遺傳。作物新品種的培育二③可作為進行體細胞誘變育種和研究遺傳突變的理想材料。單倍體育種實例——玉米優(yōu)良品種花藥花粉離體培養(yǎng)單倍體純合二倍體人工誘導(dǎo)染色體加倍選擇單倍體育種作物新品種的培育二我國培育的單育1號煙草是世界上第一個單倍體作物新品種愈傷組織細胞不斷分裂，細胞要進行DNA分子復(fù)制，因此更易發(fā)生突變。2.突變體的利用（1）產(chǎn)生原因：在植物組織培養(yǎng)過程中，由于培養(yǎng)細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誘變處理的對象？為什么？產(chǎn)生的變異一定符合需要嗎？不一定，因為突變是不定向的。作物新品種的培育二（5）實例：（3）原理：突變(基因突變和染色體變異）和植物細胞的全能性。已篩選出抗病、抗鹽、高產(chǎn)以及蛋白質(zhì)含量高的突變體，如抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的煙草。（4）優(yōu)點：提高變異的頻率，加速育種進程；大幅度地改良某些性狀。作物新品種的培育二

成功培育出的黑色土豆（突變體）,一改土豆白色、灰色的“老面孔”，成為了土豆家族中的新貴。資料：紫杉醇是從紫草細胞中提取的一種藥物和色素，是目前已發(fā)現(xiàn)的最優(yōu)秀的天然抗癌藥物，在臨床上已經(jīng)廣泛用于乳腺癌、卵巢癌和部分頭頸癌和肺癌的治療，下圖是通過植物細胞工程技術(shù)工廠化生產(chǎn)紫杉醇的途徑。問題1：紫杉醇屬于初生代謝物還是次生代謝物？（P41相關(guān)信息）問題2：①過程是什么？問題3：③過程利用的是植物組織培養(yǎng)技術(shù)嗎？問題4：生產(chǎn)紫杉醇的過程能否體現(xiàn)植物細胞的全能性？脫分化植物細胞培養(yǎng)技術(shù)：離體條件下對單個植物細胞或細胞團進行培養(yǎng)使其增殖的技術(shù)。次生代謝物：不是植物基本的生命活動所必需的產(chǎn)物。不能細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)三1903植物代謝初生代謝：

生物生長生存所必需的代謝活動，一直進行

非生物生長所必需，在特定條件下進行次生代謝：缺點：①植物細胞的次生代謝物含量很低。②有些產(chǎn)物不能或難以通過化學(xué)途徑得到。一類小分子有機化合物(如酚類、萜類和含氮化合物等)產(chǎn)物：如糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸等產(chǎn)物：應(yīng)用多、產(chǎn)量低1.植物的代謝產(chǎn)物細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)三在植物抗病、抗蟲等方面發(fā)揮作用，也是很多藥物、香料和色素等的重要來源。2003外植體愈傷組織細胞懸液脫分化振蕩分散細胞懸浮培養(yǎng)細胞產(chǎn)物提取植物細胞培養(yǎng)細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)三2.細胞產(chǎn)物工廠化生產(chǎn)利用植物細胞培養(yǎng)來獲得目標產(chǎn)物，這個過程就是細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。是指在

條件下對單個植物細胞或細胞團進行培養(yǎng)使其

的技術(shù)。離體增殖去壁（液體培養(yǎng)基）2103外植體愈傷組織細胞懸液脫分化振蕩分散細胞懸浮培養(yǎng)細胞產(chǎn)物提取3.優(yōu)勢：不占用耕地、不受季節(jié)、天氣的限制，對社會、經(jīng)濟、環(huán)保具有重要意義。植物細胞培養(yǎng)細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)三2.細胞產(chǎn)物工廠化生產(chǎn)2.原理：細胞增殖植物組織培養(yǎng)技術(shù)（3）生產(chǎn)過程（2）技術(shù)蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿(紫草素、人參皂甙、紫杉醇)等。（1）細胞產(chǎn)物種類2.細胞產(chǎn)物工廠化生產(chǎn)植物細胞培養(yǎng)：在離體條件下對單個植物細胞或細胞團進行培養(yǎng)使其增殖的技術(shù)細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)三外植體脫分化愈傷組織細胞產(chǎn)物培養(yǎng)、提取注意：①

一般組織培養(yǎng)到愈傷組織即可。②液體培養(yǎng)基（培養(yǎng)液）

工廠化生產(chǎn)人參皂苷的基本流程：人參根

愈傷組織

增長速度快而且細胞內(nèi)人參皂苷含量高的細胞

細胞增殖

提取人參皂苷

脫分化培養(yǎng)選擇破碎細胞放入發(fā)酵罐3.細胞產(chǎn)物工廠化生產(chǎn)實例細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)三因為此時細胞分裂能力旺盛，代謝快，有利于產(chǎn)物生成。有利于培養(yǎng)的細胞與營養(yǎng)物質(zhì)充分接觸。細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)三

紫草寧（紫草的一種藥物和色素）

——具有抗菌、消炎和抗腫瘤等活性（首例植物細胞工程產(chǎn)品）

紫杉醇（紅豆杉屬的一種次生代謝物）

——具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌癥的治療項目植物組織培養(yǎng)植物細胞培養(yǎng)目的原理培養(yǎng)基過程

應(yīng)用獲得植物體獲得細胞產(chǎn)物植物細胞的全能性細胞增殖固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基快速繁殖、作物脫毒、單倍體育種等細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)植物組織培養(yǎng)與植物細胞培養(yǎng)的比較育種方法原理過程優(yōu)點快速繁殖

脫分化、再分化保持優(yōu)良品種的遺傳特性突變體的利用基因突變、細胞的

;

對愈傷組織進行誘變處理后再篩選提高

，獲得優(yōu)良性狀單倍體育種細胞的

、

;

、

誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍明顯縮短？

植物體細胞雜交細胞膜的

、細胞的

;

融合、雜種細胞組織培養(yǎng)打破

，實現(xiàn)

。

細胞的全能性全能性突變率全能性染色體變異先花藥離體培養(yǎng)再秋水仙素育種年限流動性全能性植物細胞生殖隔離遠緣雜交四種育種方法的比較外植體↓愈傷組織↓胚狀體↓試管苗↓植株再分化保持優(yōu)良性狀快速大量繁殖快速繁殖作物脫毒選擇根尖莖尖、芽尖脫分化選擇花粉培養(yǎng)單倍體純合體加倍單倍體育種化學(xué)物理因素誘導(dǎo)篩選突變體利用培養(yǎng)、提取代謝產(chǎn)物細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)③①植物繁殖新途徑②作物新