2.1 植物細(xì)胞工程的應(yīng)用課件（第2課時(shí)）課件高二下學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修3

第2章細(xì)胞工程第1節(jié)植物細(xì)胞工程第2課時(shí)植物細(xì)胞工程的應(yīng)用次位概念4.1.3舉例說明植物細(xì)胞工程利用快速繁殖、脫毒、次生代謝產(chǎn)物生產(chǎn)、育種等方式有效提高了生產(chǎn)效率1.利用組織培養(yǎng)技術(shù)培育脫毒苗，獲得抗病毒的新物種（

）

2.二倍體植株的花粉經(jīng)脫分化與再分化后得到穩(wěn)定遺傳的植株（

）

3.利用組織培養(yǎng)技術(shù)產(chǎn)生突變體，可直接培育出具有優(yōu)良性狀的新品種（

）

4.單倍體育種是通過培養(yǎng)花藥或花粉獲得植株的育種方法（

）

5.紫草寧是從紫草細(xì)胞中提取的一種藥物和色素，具有抗菌、消炎和抗腫瘤等活性（

）××××√課前小熱身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(jià)格大幅下降。鬼蘭1500萬每株鐵皮石斛一、植物繁殖的新途徑（一）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2.生殖方式：植物細(xì)胞的全能性3.分裂方式：外植體脫分化愈傷組織再分化根、芽試管苗一般為無性生殖4.原理：有絲分裂5.特點(diǎn)：(1)高效、快速地實(shí)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)選材少，繁殖率高，便于自動(dòng)化管理。一、植物繁殖的新途徑（一）快速繁殖：思考1：思考2：為什么植物組織培養(yǎng)可以進(jìn)行快速繁殖？為什么快速繁殖技術(shù)可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性？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(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，一般不受季節(jié)、氣候等條件的限制。該技術(shù)屬于無性繁殖，培養(yǎng)過程中細(xì)胞有絲分裂、分化過程遺傳物質(zhì)保持不變，所獲得的品種保持原優(yōu)良品種的遺傳特性。一、植物繁殖的新途徑（一）快速繁殖：6.應(yīng)用：快速繁殖經(jīng)濟(jì)林木、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。運(yùn)用組織培養(yǎng)的途徑，一個(gè)單株一年可以繁殖幾萬到幾百萬個(gè)植株，而且均來自單一的個(gè)體，可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性。例如一株葡萄一年繁殖到3萬多株，一株蘭花一年繁殖到400萬株。鐵皮石斛君子蘭金花茶扦插、壓條、嫁接屬于快速繁殖嗎？扦插、壓條、嫁接等是營養(yǎng)繁殖，屬于無性繁殖，但不屬于微型繁殖技術(shù)。一、植物繁殖的新途徑馬鈴薯草莓香蕉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.作物脫毒1.作物脫毒的原因：作物病毒積累感染的病毒很容易傳給后代普通草莓脫毒草莓在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，用無性繁殖方式繁殖的作物，它們感染的病毒很容易傳給后代，病毒在作物體內(nèi)逐年積累，導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差。（二）作物脫毒：一、植物繁殖的新途徑1.作物脫毒選用什么材料？選擇該種材料的理由是？植物分生區(qū)細(xì)胞病毒少，甚至沒有病毒分生區(qū)（如莖尖）的細(xì)胞2.脫毒過程：脫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。莖尖脫分化愈傷組織再分化芽、根試管苗脫毒苗移栽抗毒苗：抗病基因?qū)胫参锛?xì)胞植物組織培養(yǎng)完整植株（植物分生區(qū)細(xì)胞繁殖快速，病毒來不及侵入）脫毒苗=抗毒苗？（二）作物脫毒：一、植物繁殖的新途徑（二）作物脫毒：3.優(yōu)點(diǎn)：脫毒作物的產(chǎn)量和品質(zhì)明顯優(yōu)于沒有脫毒的作物

脫毒產(chǎn)品脫毒草莓普通草莓未脫毒馬鈴薯脫毒馬鈴薯脫毒馬鈴薯在馬鈴薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠蘿和香蕉等許多作物上獲得成功。1.為給工廠繁殖脫毒甘薯苗提供技術(shù)上的支持，科研人員利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)研究甘薯莖尖(外植體)大小對誘導(dǎo)分化苗和脫毒苗的影響，結(jié)果如表所示，下列相關(guān)敘述正確的是莖尖大小外植體數(shù)/個(gè)分化苗數(shù)/株脫毒苗數(shù)/株小于0.3mm20110.3～0.5mm20107大于0.6mm20134A.在不同的培養(yǎng)階段，培養(yǎng)基

中的激素種類和比例不同B.脫分化過程中應(yīng)給予充足光

照使其進(jìn)行光合作用C.培育脫毒苗時(shí)依據(jù)的原理有

基因突變和細(xì)胞的全能性D.0.3～0.5mm大小的莖尖最有利于獲得抗病毒的特性√2.某株名貴花卉用種子繁殖會(huì)發(fā)生性狀分離。為了防止性狀分離并快速繁殖，可利用該植株的一部分器官或組織進(jìn)行離體培養(yǎng)，培育出完整的植株。進(jìn)行離體培養(yǎng)時(shí)不應(yīng)采用該植株的A.莖尖

B.子房壁

C.葉片

D.花粉?！糖o尖一般沒有病毒積累，分裂能力強(qiáng)，可作為植物組織培養(yǎng)的材料，A不符合題意；子房壁細(xì)胞屬于體細(xì)胞，可作為植物組織培養(yǎng)的材料，B不符合題意；葉片細(xì)胞屬于體細(xì)胞，可作為植物組織培養(yǎng)的材料，C不符合題意；花粉粒是經(jīng)減數(shù)分裂形成的，在此過程中發(fā)生了基因重組，因而不一定能保持親本的優(yōu)良性狀，D符合題意。二、作物新品種的培育現(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）？實(shí)際問題：傳統(tǒng)的育種方法：原理：缺點(diǎn)：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(shí)間過長的問題？

設(shè)計(jì)篩選純合的紫色甜玉米的實(shí)驗(yàn)思路。(1)雜交育種(2)單倍體育種傳統(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(shí)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年二、作物新品種的培育（一）單倍體育種：單倍體：由配子（如卵細(xì)胞、花粉等）直接發(fā)育而來的個(gè)體。單倍體植株長得弱小，而且一般高度不育。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)染色體加倍選擇二、作物新品種的培育（一）單倍體育種：花藥中的花粉單倍體幼苗秋水仙素處理純合體篩選優(yōu)良性狀純合體愈傷組織離體培養(yǎng)脫分化再分化花藥離體培養(yǎng)(植物細(xì)胞的全能性)思考：單倍體育種的目的不是獲得單倍體植株？育種原理？秋水仙素處理(染色體數(shù)目變異)能夠抑制紡錘體的形成，導(dǎo)致染色體不能移向細(xì)胞的兩極，從而引起細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍。1.過程：二、作物新品種的培育（一）單倍體育種：①極大地縮短了育種的年限，節(jié)約了大量的人力和物力。雜交育種培育一個(gè)可以穩(wěn)定遺傳的作物優(yōu)良品種，一般不斷自交選優(yōu)，常需5～6年。而單倍體育種當(dāng)年就能培育出所需純合體。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。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)。2.優(yōu)點(diǎn)：二、作物新品種的培育（一）單倍體育種：我國科學(xué)家在1974年成功培育出世界上第一個(gè)單倍體作物新品種——單育1號煙草。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。3.實(shí)例：二、作物新品種的培育（二）突變體的利用：1.原理：

組織培養(yǎng)時(shí)，由于培養(yǎng)的細(xì)胞一直處于不斷的分生狀態(tài)，易受培養(yǎng)條件和外界壓力（如射線，化學(xué)物質(zhì)等）的影響而產(chǎn)生突變。3.原理：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)分化誘變處理突變(基因突變+染色體變異）和植物細(xì)胞的全能性?！舅伎肌空T變處理的對象為什么要選擇愈傷組織？產(chǎn)生的變異一定符合需要嗎？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。不一定，因?yàn)橥蛔兪遣欢ㄏ虻?。二、作物新品種的培育（二）突變體的利用：通過人工誘變提高愈傷組織的突變率，加快育種進(jìn)程，大幅度地改良某些性狀。突變具有不定向性、多害少利和低頻性，因此需要處理大量突變材料，并從中篩選出符合人們需要的品種。已篩選出抗病、抗鹽、高產(chǎn)以及蛋白質(zhì)含量高的新品種，如抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的煙草等?？钩輨┌兹~草抗花葉病毒的甘蔗抗鹽堿的煙草4.優(yōu)點(diǎn)：5.缺點(diǎn)：6.實(shí)例：育種方法原理主要過程優(yōu)點(diǎn)快速繁殖突變體的利用單倍體育種植物體細(xì)胞雜交植物細(xì)胞的全能性脫分化、再分化保持優(yōu)良品種的遺傳特性基因突變、植物細(xì)胞的全能性對愈傷組織進(jìn)行誘變處理后再篩選提高突變率，獲得優(yōu)良性狀植物細(xì)胞的全能性、染色體變異花藥離體培養(yǎng)、秋水仙素誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍明顯縮短育種年限細(xì)胞膜的流動(dòng)性、植物細(xì)胞的全能性原生質(zhì)體融合、雜種細(xì)胞組織培養(yǎng)打破生殖隔離，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交四種育種方法的比較三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)抗除草劑白三葉草抗花葉病毒的甘蔗植物代謝初生代謝：次生代謝：不是植物基本生命活動(dòng)所必需的，一般在特定的組織或器官中，并在一定的環(huán)境和時(shí)間條件下才進(jìn)行產(chǎn)物如糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸等。產(chǎn)物應(yīng)用一類小分子有機(jī)化合物（如酚類、萜類和含氮化合物等）缺點(diǎn)a、在植物抗病、抗蟲方面發(fā)揮作用b、也是很多藥物、香料和色素等的重要來源應(yīng)用多、產(chǎn)量低含量很低，從植物組織中提取會(huì)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。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)區(qū)別？（一）植物的代謝產(chǎn)物：生物生長生存所必需的代謝活動(dòng)，整個(gè)生命過程一直進(jìn)行。三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)抗除草劑白三葉草抗花葉病毒的甘蔗三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)抗除草劑白三葉草抗花葉病毒的甘蔗（二）細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)：在離體條件下對單個(gè)植物細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)使其增殖的技術(shù)。植物細(xì)胞培養(yǎng)（細(xì)胞增殖）：利用植物細(xì)胞培養(yǎng)來獲得目標(biāo)產(chǎn)物，這個(gè)過程就是細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。植物組織培養(yǎng)技術(shù)外植體脫分化愈傷組織細(xì)胞懸液細(xì)胞產(chǎn)物培養(yǎng)、提取、破碎分散開去壁（液體培養(yǎng)基）注意：①材料？②培養(yǎng)基？一般培養(yǎng)到愈傷組織即可。因?yàn)榇藭r(shí)細(xì)胞分裂旺盛，代謝快，有利于產(chǎn)物生成。（液體培養(yǎng)液）有利于培養(yǎng)的細(xì)胞與營養(yǎng)物質(zhì)充分接觸。1.概念：2原理：3.過程：三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)抗除草劑白三葉草抗花葉病毒的甘蔗脫分化培養(yǎng)選擇破碎細(xì)胞放入發(fā)酵罐工廠化生產(chǎn)人參皂苷干粉的基本流程人參根愈傷組織增長速度快且人參皂苷含量高的細(xì)胞細(xì)胞增殖人參皂苷粉用于植物細(xì)胞培養(yǎng)的反應(yīng)器4.實(shí)例：（二）細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)：三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)抗除草劑白三葉草抗花葉病毒的甘蔗紫草寧、紫杉醇、人參皂苷的植物細(xì)胞工程產(chǎn)品。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4.實(shí)例：（二）細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)：三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)抗除草劑白三葉草抗花葉病毒的甘蔗植物組織培養(yǎng)和植物細(xì)胞培養(yǎng)的比較比較項(xiàng)目植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞培養(yǎng)目的

原理

過程應(yīng)用植物細(xì)胞的全能性細(xì)胞增殖獲得植物體獲得細(xì)胞產(chǎn)物快速繁殖、作物脫毒、單倍體育種等細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)，如紫草寧、人參皂苷、紫杉醇等總結(jié)抗除草劑白三葉草抗花葉病毒的甘蔗外植體↓愈傷組織↓胚狀體↓試管苗↓植株再分化+人工種皮+人工胚乳人工種子保持優(yōu)良性狀快速大量繁殖微型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③細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)①植物繁殖新途徑②作物新品種的培育3.如圖是利用某種植物(基因型為AaBb)產(chǎn)生的花粉進(jìn)行單倍體育種的示意圖。據(jù)圖判斷，下列敘述錯(cuò)誤的是A.過程②通常使用的試劑是秋水仙素，作用時(shí)期為細(xì)胞有絲分裂前期B.通過過程①②得到的植株既有純合子又有雜合子C.過程①屬于植物的組織培養(yǎng)，在此過程中必須使用一定量的植物激素

或植物生長調(diào)節(jié)劑D.與雜交育種相比，該育種方法的優(yōu)點(diǎn)是能明顯縮短育種的年限√4.如圖是通過植物細(xì)胞工程獲得紫杉醇的途徑，下列敘述不正確的是A.該生產(chǎn)途徑依據(jù)的原理是植物細(xì)胞具有全能性B.過程①需控制好培養(yǎng)基中植物激素或植物生長調(diào)節(jié)劑的比例C.