植物細(xì)胞工程的應(yīng)用課件 【知識精講精研】 高二下學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修3

2.1.2植物細(xì)胞工程的應(yīng)用一、植物繁殖的新途徑1.快速繁殖（1）概念：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。20世紀(jì)60年代，荷蘭科學(xué)家成功地利用組織培養(yǎng)技術(shù)來培育蘭花。目前，荷蘭的蘭花生產(chǎn)已經(jīng)發(fā)展成為舉世聞名的蘭花產(chǎn)業(yè)。我國組織培養(yǎng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于蘭花種苗的規(guī)模化繁殖，使得名貴的蘭花價格大幅下降。（2）生殖方式：（3）原理：一般為無性生殖植物細(xì)胞的全能性（4）優(yōu)點：①高效、快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖。②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，培養(yǎng)周期短。④可實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。其細(xì)胞分裂方式是有絲分裂，親、子代細(xì)胞DNA相同，所以可以保持親代優(yōu)良的遺傳特性。*扦插、壓條、嫁接等不屬于微型繁殖技術(shù)；【思考】植物組織培養(yǎng)可以進(jìn)行快速繁殖的原因是什么？植物組織培養(yǎng)到愈傷組織階段，細(xì)胞進(jìn)行旺盛、快速的有絲分裂，從而獲得大量的組織細(xì)胞。不斷地對愈傷組織進(jìn)行分割、移瓶、誘導(dǎo)再分化就可以形成大量的新植株。另外，植物組織培養(yǎng)在實驗室進(jìn)行，一般不受季節(jié)、氣候等條件的限制。（5）應(yīng)用：快速繁殖經(jīng)濟(jì)苗木、名貴花卉、珍稀瀕危植物等自然繁殖速度緩慢，繁殖效率低下或優(yōu)良性狀不易保持的植物。2.作物脫毒馬鈴薯（1）原因草莓香蕉感染的病毒很容易傳給后代無性繁殖病毒在作物體內(nèi)積累作物產(chǎn)量降低品質(zhì)變差（2）優(yōu)點：明顯提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)（3）脫毒方法取材：頂端分生區(qū)附近（如莖尖：病毒極少，甚至無毒）植物組織培養(yǎng)脫毒苗（4）實例：注：脫毒苗不等于抗毒苗。

與快速繁殖相比較，二者無本質(zhì)區(qū)別，只是取材部位不同。脫毒苗不等于抗毒苗。脫毒苗是選擇植物的莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)而獲得的，只是體內(nèi)不含病毒，不能抵抗病毒侵染，屬于細(xì)胞工程的范疇；抗毒苗是把某抗病基因?qū)胫参锛?xì)胞，屬于基因工程的范疇；脫毒草莓未脫毒草莓脫毒產(chǎn)品甘蔗香蕉菠蘿單倍體

由生殖細(xì)胞（配子）直接發(fā)育而來，無論體細(xì)胞中含有幾個染色體組一律稱為單倍體。①成因：②代表生物：③特點：由配子（如卵細(xì)胞、花粉等）直接發(fā)育而成。蜜蜂中的雄蜂枝葉莖桿弱小，果實多而小，一般高度不育（不是全部）。④應(yīng)用：單倍體育種知識點回顧1.單倍體育種選擇親本有性雜交F1花粉花藥離體培養(yǎng)單倍體植株（幼苗）

人工誘導(dǎo)染色體加倍可育純合子選擇所需類型優(yōu)良品種二倍體植株花藥離體培養(yǎng)單倍體植株人工誘導(dǎo)正常植株（純合子）種子自交萌發(fā)新植株（新品種）二倍體植株擁有正常染色體數(shù)目（2）原理：染色體（數(shù)目）變異

植物細(xì)胞的全能性（花藥離體培養(yǎng)）二、作物新品種的培育

篩選（1）過程：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)染色體加倍選擇植物組織培養(yǎng)取花藥單倍體幼苗脫分化純合二倍體人工誘導(dǎo)染色體加倍優(yōu)良品種選擇愈傷組織再分化花藥離體培養(yǎng)單倍體育種主要過程：花藥離體培養(yǎng)和人工誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍第一年P(guān)

高抗AABBX矮不抗aabb第二年F1

AaBb第三年F2

9高抗3高不抗3矮抗

1矮不抗

X第四年

純合矮桿aaBB

aaBBaaBb

雜交育種至少四年優(yōu)點：“集優(yōu)”、操作簡便缺點：育種周期較長雜交育種

水稻高桿抗病AABB與矮桿不抗病aabb培育抗倒伏抗?。╝aBB）的優(yōu)良品種？（抗倒伏，抗?。沟狗共。┗ㄋ帲ǚ郏簡伪扼w植株幼苗：ABAbaBab正常植株：AABBAAbbaaBBaabb新品種：aaBB方法：花藥離體培養(yǎng)秋水仙素處理（4）缺點：操作復(fù)雜（3）優(yōu)點：后代一般是可育的純合子能穩(wěn)定遺傳；

能明顯縮

短育種年限。AABB（♀）×aabb（♂）第一年第二年篩選AaBb（倒伏，抗?。沟狗?，不抗?。┘兒隙扼w植株（組織培養(yǎng)）AaBb植株ABAbaBab雜交育種一定比單倍體育種周期長嗎？思考

單倍體育種

人工誘導(dǎo)染色體加倍

單倍體育種

只需兩年可作為進(jìn)行體細(xì)胞誘變育種和研究遺傳突變的理想材料。大多數(shù)單倍體植株的細(xì)胞中只含一套染色體，染色體加倍后得到的植株的隱性性狀容易顯現(xiàn)。（5）應(yīng)用我國科學(xué)家在1974年成功培育出世界上第一個單倍體作物新品種——單育1號煙草。（6）實例我國科學(xué)家把單倍體育種與常規(guī)育種結(jié)合起來，育成水稻、玉米、油菜、甘藍(lán)和甜椒等作物的新品種。注意①：單倍體育種的目的不是獲得單倍體本身，因為單倍體是高度不育的，在生產(chǎn)上沒有實際價值，需誘導(dǎo)單倍體的染色體數(shù)目加倍。注意②：單倍體育種和多倍體育種均需要用秋水仙素誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍；單倍體育種需要先利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)形成單倍體幼苗，但多倍體育種一般不使用植物組織培養(yǎng)技術(shù)。2.突變體的利用在植物組織培養(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：外植體新品種篩選培育愈傷組織脫分化多種突變體誘導(dǎo)分化篩選對人們有利的突變體,進(jìn)而培育成新品種。愈傷組織細(xì)胞不斷分裂，細(xì)胞要進(jìn)行DNA分子復(fù)制，因此更易發(fā)生突變。誘變處理（3）利用：（1）突變體產(chǎn)生的原因：（7）實例：抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的煙草等。（4）原理：基因突變和植物細(xì)胞的全能性。（5）優(yōu)點：提高變異的頻率;加速育種進(jìn)程;大幅度地改良某些性狀。（6）缺點：難以控制突變方向，有很大的盲目性，有利變異比較少，需要大量處理實驗材料。三、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：植物代謝會產(chǎn)生一些一般認(rèn)為不是植物基本的生命活動所必需的產(chǎn)物——次生代謝物。（1）含義細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)的目標(biāo)產(chǎn)物：次生代謝產(chǎn)物。（2）化學(xué)本質(zhì)：利用植物細(xì)胞培養(yǎng)來獲得目標(biāo)產(chǎn)物細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)小分子有機(jī)物(酚類、萜類和含氮類)在植物的抗蟲、抗病等方面發(fā)揮作用；很多藥物、香料和色素等的重要來源。直接獲取困難：含量低、從植物組織提取會大量破壞植物資源化學(xué)合成困難：有些產(chǎn)物不能或難以通過化學(xué)合成途徑得到（3）作用：（4）缺點：（工廠化生產(chǎn)的原因）在離體條件下對單個植物細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)使其增殖技術(shù)過程：3.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)

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)。外植體愈傷組織細(xì)胞懸液脫分化振蕩分散細(xì)胞懸浮培養(yǎng)細(xì)胞產(chǎn)物提取4.優(yōu)勢不占用耕地、不受季節(jié)、天氣的限制，對社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保具有重要意義。過程：紫草寧、紫杉醇、人參皂苷的植物細(xì)胞工程產(chǎn)品。5.實例紫草寧——具有抗菌、消炎和抗腫瘤等活性紫杉醇——具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌癥的治療紅豆杉→紫杉醇紫草→紫草寧人參→人參皂苷區(qū)別植物組織培養(yǎng)和植物細(xì)胞培養(yǎng)項目植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞培養(yǎng)目的獲得植物體獲得細(xì)胞產(chǎn)物原理植物細(xì)胞的全能性細(xì)胞增殖培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基過程

應(yīng)用快速繁殖、作物脫毒、單倍體育種等細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)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。歸納1.操作簡便的育種方法：2.能產(chǎn)生新性狀的育種方法：3.能打破生殖隔離的育種方法：4.顯著縮短育種周期的育種方法：5.能產(chǎn)生無子果實的育種方法：雜交育種誘變育種植物體細(xì)胞雜交育種單倍體育種多倍體育種紫色非甜玉米（基因型為AASS）和白色甜玉米（基因型為aass）雜交,得到的F1（AaSs）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)計相關(guān)實驗的思路。P42拓展應(yīng)用1P：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年配子：ASAsaSasASAsaSas秋水仙素AAs