2021-2022学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3 2.1.2植物细胞工程的应用课件（21张PPT）
文档属性
| 名称 | 2021-2022学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3 2.1.2植物细胞工程的应用课件（21张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 5.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2022-02-27 07:27:23 | ||
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文档简介
(共21张PPT)
课前回顾
1.什么是细胞的全能性？如何比较全能性的大小？如何让细胞表达全能性？
2.植物组织培养技术的的一般流程？（在草稿纸写出）
3.植物体细胞杂交技术的一般流程？（在草稿纸写出）
4.植物体细胞杂交技术在生产实践中有什么意义？
2.1.2 植物细胞工程的应用
本节聚焦
植物细胞工程在生产实践中有哪些应用？
植物细胞工程应用于生产实践的主要优势是什么？
资料1：兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的常规繁殖中，遇到的难题是：用分根法繁殖速度缓慢，不利于新品种的推广;用种子繁殖又很困难，因为兰花的种子十分微小，胚很纤弱，种子几乎没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。
实际问题：经济苗木、名贵花卉、珍稀植物等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持……如何解决？
铁皮石斛的工厂化生产
请阅读课本P39,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？
植物繁殖的新途径
快速繁殖
用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。也叫微型繁殖。
实例：
一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等。
优点：
①可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖；
②可以保持优良品种的遗传特性。
③不受自然生长季节的限制
④培养周期短
一
无籽西瓜
生菜
实际问题：生姜是药食两用的经济作物，在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%-50%。 病毒引起的植物病害有500多种。受害植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉等。而且没有有效的防治办法，只能拔除，造成经济损失。病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几乎不含病毒。
植物繁殖的新途径
一
你有什么启发？
脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片
作物脱毒
（1）适用对象：
被病毒感染的无性繁殖的作物。
（2）脱毒过程：
无病毒组织：如茎尖组织
脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽
幼苗
完整植株
移栽成活
（3）实例：
马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。
植物繁殖的新途径
一
1.为何要进行作物脱毒？
2.作物脱毒选用什么材料？选择该种材料的理由是？
无性繁殖的作物，容易将病毒传染给后代。病毒积累，导致作物产量降低、品质变差。
分生区（如茎尖）的细胞
植物分生区细胞病毒少，甚至没有病毒
无病毒组织 （切取茎尖组织）
脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽
幼苗
完整植株
移栽成活
注：脱毒苗不等于抗毒苗。
与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。
作物脱毒
植物繁殖的新途径
一
3.脱毒过程：
4.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
植物繁殖的新途径
一
作物脱毒
实际问题：传统的育种方法是通过杂交把两亲本的优良性状组合在同一后代中。但缺点是：要不断进行(多年)纯化和选择，才得到一种符合理想要求的新品种。如何解决育种时间过长的问题？
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
↓
×
选育出需要
的矮抗纯种
F2
A_S_
A_ss
aaS_
aass
紫甜
传统方法： 杂交育种
第2年
第3年
×
生长
A_ss
F3
第4年
现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何获得纯种的紫色甜玉米（基因型AAss）？
阅读课本，思考：
1、单倍体育种包括哪些主要步骤？
2、为什么单倍体育种能大大缩短育种的年限？
花药离体培养和人工诱导染色体数目加倍。
提示：大多数单倍体植株的细胞只有一套染色体，染色体加倍后得到的植株隐性性状容易显现，进而缩短育种年限。
作物新品种的培育
二
单倍体育种
我国培育的单育1号烟草是世界上第一个单倍体作物新品种
配子：
AS
As
aS
as
单倍体幼苗：
AS
As
aS
as
花药离体培养
秋水 仙素
第2年
AAss
aaSS
aass
纯合体:
AASS
紫甜
P
紫色非甜 AASS
×
白色甜
aass
F1
紫色非甜
AaSs
第1年
选择亲本
有性杂交
F1代
花粉离体培养
单倍体植株
诱变
染色体加倍
可育纯合子
选择所需类型
（1）过程
（2）原理：
染色体变异、植物细胞的全能性。
作物新品种的培育
二
（3）优点：
①极大地缩短了育种的年限。
②后代都是纯合子，能稳定遗传。
③可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
单倍体育种
（1）原理：
在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此容易受到培养条件和诱变因素（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。
（2）过程：
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
突变体
筛选培育
新品种
诱变处理
（5）实例：
抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。
（3）原理：
基因突变和植物细胞的全能性。
作物新品种的培育
二
单倍体育种
（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。
细胞产物的工厂化生产
植物的代谢产物
（1）初生代谢物：
初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质、核酸等。
（2）次生代谢物：
①次生代谢不是生物生长所必需的，在特定条件下进行。
②次生代谢物是一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）。
③在植物的抗虫、抗病等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
④含量很低，从植物组织中提取会大量破坏植物资源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到。
三
利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。
特点：
不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。
实例：
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。
细胞产物的工厂化生产
三
生产过程
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
细胞产物的工厂化生产
三
到社会中去
“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。
“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。
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
胚状体
再生植株
1.细胞产物的工厂化生产
2.突变体的利用
4.微型繁殖
5.作物脱毒
3.人工种子（补充）
6.单倍体育种
7.植物体细胞杂交
8.转基因植物的培育
植物繁殖的新途径
作物新品种的培育
课堂小结
一、概念检测
1. 运用植物细胞工程技术可以培育单倍体 植株和进行细胞产物的工厂化生产。判断下列相关表述是否正确。
（1）用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养技术。（ ）
（2）细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞生长的培养条件，提高了单个细胞中次生代谢物的含量。（ ）
2.生产中培育香蕉脱毒苗常用的方法是 （ ）
A.人工诱导基因突变
B.选择优良品种进行杂交
C.进行远缘植物体细胞杂交
D.取茎尖分生组织进行组织培养
√
×
D
四
练习与应用
二、拓展应用
1. 紫色非甜玉米（基因型为AASuSu ）和白色甜玉米（基因型为aasusu ）杂交（Su和su代 表一对等位基因）,得到的F1（ AaSusu ）再进行自交，F2会有紫色甜玉米的表型产生。如果运用常规育种方法，应该如何筛选出纯合的紫色甜玉米？如果利用花药培养的技术，又应该怎样做呢？请你设计相关实验的思路。
【答案】F2中的紫色甜玉米的基因型可能为 Aasusu或 AAsusu。如果运用常规育种方法，将F2中的紫色甜玉米与白色甜玉米( aasusu)进行测交，可以选择出基因型为 AAsusu的纯种紫色甜玉米。但这种方法比较烦琐，耗时也较长，需要至少三年的选种和育种时间。其实在F1产生的花粉中就可能有Asu的组合，如果利用花药培养的技术获得单倍体植株，再经过诱导染色体加倍，就可以直接得到紫色甜玉米的纯合体。这种方法可以大大缩短育种周期。
四
练习与应用
【提示】积极探索其他的繁育途径。例如，研究如何利用植物组织培养技术繁育甜叶菊，研究内容涉及植物组织培养材料的选择，培养基配方的优化，提高试管苗移栽成活率的方法等，最终目的是建立一套利用植物组织培养技术繁育甜叶菊的标准技术体系，实现甜叶菊种苗的产业化生产。
2. 甜叶菊是一种菊科植物，植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右，而它的热量却很低，所以它逐渐成为一些用糖行业欢迎的新糖源。甜叶菊的种子小，发芽率低，种子繁殖遗传性状不稳定；而扦插植株的根系弱，且需要原始材料多，这些都会限制甜叶菊的生产。假如你是某甜叶菊生产公司的项目负责人，该公司当前运行状况良好，但一直未能解决种子发芽率低的问题，为了提高公司的甜叶菊繁育效率，你应该如何作出决策，并请说出理由。
四
练习与应用
课前回顾
1.什么是细胞的全能性？如何比较全能性的大小？如何让细胞表达全能性？
2.植物组织培养技术的的一般流程？（在草稿纸写出）
3.植物体细胞杂交技术的一般流程？（在草稿纸写出）
4.植物体细胞杂交技术在生产实践中有什么意义？
2.1.2 植物细胞工程的应用
本节聚焦
植物细胞工程在生产实践中有哪些应用？
植物细胞工程应用于生产实践的主要优势是什么？
资料1：兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的常规繁殖中，遇到的难题是：用分根法繁殖速度缓慢，不利于新品种的推广;用种子繁殖又很困难，因为兰花的种子十分微小，胚很纤弱，种子几乎没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。
实际问题：经济苗木、名贵花卉、珍稀植物等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持……如何解决？
铁皮石斛的工厂化生产
请阅读课本P39,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？
植物繁殖的新途径
快速繁殖
用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。也叫微型繁殖。
实例：
一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等。
优点：
①可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖；
②可以保持优良品种的遗传特性。
③不受自然生长季节的限制
④培养周期短
一
无籽西瓜
生菜
实际问题：生姜是药食两用的经济作物，在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%-50%。 病毒引起的植物病害有500多种。受害植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉等。而且没有有效的防治办法，只能拔除，造成经济损失。病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几乎不含病毒。
植物繁殖的新途径
一
你有什么启发？
脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片
作物脱毒
（1）适用对象：
被病毒感染的无性繁殖的作物。
（2）脱毒过程：
无病毒组织：如茎尖组织
脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽
幼苗
完整植株
移栽成活
（3）实例：
马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。
植物繁殖的新途径
一
1.为何要进行作物脱毒？
2.作物脱毒选用什么材料？选择该种材料的理由是？
无性繁殖的作物，容易将病毒传染给后代。病毒积累，导致作物产量降低、品质变差。
分生区（如茎尖）的细胞
植物分生区细胞病毒少，甚至没有病毒
无病毒组织 （切取茎尖组织）
脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽
幼苗
完整植株
移栽成活
注：脱毒苗不等于抗毒苗。
与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。
作物脱毒
植物繁殖的新途径
一
3.脱毒过程：
4.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
植物繁殖的新途径
一
作物脱毒
实际问题：传统的育种方法是通过杂交把两亲本的优良性状组合在同一后代中。但缺点是：要不断进行(多年)纯化和选择，才得到一种符合理想要求的新品种。如何解决育种时间过长的问题？
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
↓
×
选育出需要
的矮抗纯种
F2
A_S_
A_ss
aaS_
aass
紫甜
传统方法： 杂交育种
第2年
第3年
×
生长
A_ss
F3
第4年
现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何获得纯种的紫色甜玉米（基因型AAss）？
阅读课本，思考：
1、单倍体育种包括哪些主要步骤？
2、为什么单倍体育种能大大缩短育种的年限？
花药离体培养和人工诱导染色体数目加倍。
提示：大多数单倍体植株的细胞只有一套染色体，染色体加倍后得到的植株隐性性状容易显现，进而缩短育种年限。
作物新品种的培育
二
单倍体育种
我国培育的单育1号烟草是世界上第一个单倍体作物新品种
配子：
AS
As
aS
as
单倍体幼苗：
AS
As
aS
as
花药离体培养
秋水 仙素
第2年
AAss
aaSS
aass
纯合体:
AASS
紫甜
P
紫色非甜 AASS
×
白色甜
aass
F1
紫色非甜
AaSs
第1年
选择亲本
有性杂交
F1代
花粉离体培养
单倍体植株
诱变
染色体加倍
可育纯合子
选择所需类型
（1）过程
（2）原理：
染色体变异、植物细胞的全能性。
作物新品种的培育
二
（3）优点：
①极大地缩短了育种的年限。
②后代都是纯合子，能稳定遗传。
③可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
单倍体育种
（1）原理：
在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此容易受到培养条件和诱变因素（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。
（2）过程：
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
突变体
筛选培育
新品种
诱变处理
（5）实例：
抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。
（3）原理：
基因突变和植物细胞的全能性。
作物新品种的培育
二
单倍体育种
（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。
细胞产物的工厂化生产
植物的代谢产物
（1）初生代谢物：
初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质、核酸等。
（2）次生代谢物：
①次生代谢不是生物生长所必需的，在特定条件下进行。
②次生代谢物是一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）。
③在植物的抗虫、抗病等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
④含量很低，从植物组织中提取会大量破坏植物资源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到。
三
利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。
特点：
不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。
实例：
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。
细胞产物的工厂化生产
三
生产过程
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
细胞产物的工厂化生产
三
到社会中去
“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。
“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。
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
胚状体
再生植株
1.细胞产物的工厂化生产
2.突变体的利用
4.微型繁殖
5.作物脱毒
3.人工种子（补充）
6.单倍体育种
7.植物体细胞杂交
8.转基因植物的培育
植物繁殖的新途径
作物新品种的培育
课堂小结
一、概念检测
1. 运用植物细胞工程技术可以培育单倍体 植株和进行细胞产物的工厂化生产。判断下列相关表述是否正确。
（1）用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养技术。（ ）
（2）细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞生长的培养条件，提高了单个细胞中次生代谢物的含量。（ ）
2.生产中培育香蕉脱毒苗常用的方法是 （ ）
A.人工诱导基因突变
B.选择优良品种进行杂交
C.进行远缘植物体细胞杂交
D.取茎尖分生组织进行组织培养
√
×
D
四
练习与应用
二、拓展应用
1. 紫色非甜玉米（基因型为AASuSu ）和白色甜玉米（基因型为aasusu ）杂交（Su和su代 表一对等位基因）,得到的F1（ AaSusu ）再进行自交，F2会有紫色甜玉米的表型产生。如果运用常规育种方法，应该如何筛选出纯合的紫色甜玉米？如果利用花药培养的技术，又应该怎样做呢？请你设计相关实验的思路。
【答案】F2中的紫色甜玉米的基因型可能为 Aasusu或 AAsusu。如果运用常规育种方法，将F2中的紫色甜玉米与白色甜玉米( aasusu)进行测交，可以选择出基因型为 AAsusu的纯种紫色甜玉米。但这种方法比较烦琐，耗时也较长，需要至少三年的选种和育种时间。其实在F1产生的花粉中就可能有Asu的组合，如果利用花药培养的技术获得单倍体植株，再经过诱导染色体加倍，就可以直接得到紫色甜玉米的纯合体。这种方法可以大大缩短育种周期。
四
练习与应用
【提示】积极探索其他的繁育途径。例如，研究如何利用植物组织培养技术繁育甜叶菊，研究内容涉及植物组织培养材料的选择，培养基配方的优化，提高试管苗移栽成活率的方法等，最终目的是建立一套利用植物组织培养技术繁育甜叶菊的标准技术体系，实现甜叶菊种苗的产业化生产。
2. 甜叶菊是一种菊科植物，植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右，而它的热量却很低，所以它逐渐成为一些用糖行业欢迎的新糖源。甜叶菊的种子小，发芽率低，种子繁殖遗传性状不稳定；而扦插植株的根系弱，且需要原始材料多，这些都会限制甜叶菊的生产。假如你是某甜叶菊生产公司的项目负责人，该公司当前运行状况良好，但一直未能解决种子发芽率低的问题，为了提高公司的甜叶菊繁育效率，你应该如何作出决策，并请说出理由。
四
练习与应用