高中生物人教版（2019）选择性必修3 2.1.2植物细胞工程的应用（共28张ppt）

(共28张PPT)
+
=
白菜
甘蓝
白菜-甘蓝
1.白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）体细胞杂交所得植株
白菜-甘蓝的细胞染色体数为 ，属于 倍体。
36
（异源）四
2.白菜（2N=18）与甘蓝（2N=18）进行杂交（相互授粉），
所得植株白菜-甘蓝的细胞染色体数为 ，属于 倍体。
（异源）二
18
基因重组
染色体数目变异
第1.2节 植物细胞工程的应用
第二章 细胞工程
本节聚焦：
1.植物细胞工程在生产实践中有哪些应用？
2.植物细胞工程应用于生产实践的主要优势是什么？
2.作物脱毒
1.快速繁殖
一、植物繁殖的新途径
二、作物新品种的培育
三、细胞产物的工厂化生产
1.单倍体育种
2.突变体的利用
药物，香料，蛋白质等
在农业、医药工业等方面有着广泛的应用，取得了显著的社会效益和经济效益。
1. 快速繁殖（微型繁殖）
（1）概念：
用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
（2）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。
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
试管苗
植株
移栽
（3）过程：
（4）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的苗木。
实质：
植物组织培养(原理？)
一、植物繁殖的新途径
③不受自然生长季节的限制
④取材少，培养周期短
铁皮石斛的试管苗工厂化生产
百年牡丹树
注意说明
①快速繁殖实际上是一种无性繁殖。其细胞分裂方式是有丝分裂，亲、子代细胞DNA相同，所以可以保持亲代优良的遗传特性。
②快速繁殖的培养基中需加入细胞生命活动所需的水、矿质元素、小分子有机物以及植物激素等，培养基必须进行灭菌处理，操作过程必须在无菌条件下进行。
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。
背景资料
一、植物繁殖的新途径
怎么提高生姜的产量？
2. 作物脱毒
（1）原因：
（2）作物脱毒选用什么材料？选择该种材料的理由是？
（3）脱毒过程：
无性繁殖的作物，感染的病毒容易传给后代。
病毒积累，导致作物产量降低、品质变差。
茎尖
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
试管苗
脱毒苗
移栽
病毒极少，甚至无病毒
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
一、植物繁殖的新途径
脱毒产品
脱毒草莓
普通草莓
香蕉
甘蔗
菠萝
注意：脱毒苗不等于抗毒苗。
脱毒苗是选择植物的茎尖进行组织培养而获得的，只是体内不含病毒，不能抵抗病毒侵染，属于细胞工程的范畴；
抗毒苗是把某抗病基因导入植物细胞，属于基因工程的范畴。
二、作物新品种的培育
（2）原理：
植物细胞的全能性、染色体数目变异
（1）过程：
1. 单倍体育种
通过花药离体培养获得单倍体植株，经染色体加倍,选择稳定遗传优良品种。
二倍体植株
花药离体培养
单倍体植株
人工诱导
（秋水仙素）
正常植株（纯合子）
种子
自交
萌发
新植株（新品种）
二倍体植株
优良品种
选择
花药
花粉
离体培养
单倍体
大多矮小，不育
纯合二倍体
人工诱导
染色体加倍
花药离体培养
P
F1
配子
DDTT
DDtt
ddTT
ddtt
正常植株（纯合）
秋水仙素诱导
单倍体育种
P
高杆抗病
DDTT
×
矮杆感病
ddtt
F1
高杆抗病
DdTt
F2
D_T_
D_tt
ddT_
ddtt
ddTT
杂交育种
矮抗

需要的纯合矮抗品种
连续自交多代
第1年
第2年
第3-6年
高杆抗病
DDTT
×
矮杆感病
ddtt
高杆抗病
DdTt
DT
Dt
dT
dt
单倍体植株
第1年
第2年
DT
Dt
dT
dt
需要的纯合矮抗品种
单倍体育种举例：培育矮杆抗病( ddTT )小麦
缺点：耗时长
优点：操作简单
经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为_______，一定是吗？_______。
纯合子
不一定
① 极大地缩短了育种的年限。
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。
大多数单倍体植株的细胞中只含一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现，进而能明显缩短育种年限。
②后代大多是纯合子，能稳定遗传。
（3）优点：
二、作物新品种的培育
1. 单倍体育种
技术复杂，多用于植物
缺点：
（4）实例：
二、作物新品种的培育
1. 单倍体育种
单育1号烟草
水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物。
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
愈伤组织细胞不断分裂，细胞要进行DNA分子复制，因此更易发生突变。
（1）产生原因：
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：
（3）原理：
诱变处理的对象？为什么？产生的变异一定符合需要吗？
突变(基因突变和染色体变异）和植物细胞的全能性。
已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体，如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草。
（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。
二、作物新品种的培育
2. 突变体的利用
二、作物新品种的培育
2. 突变体的利用
①
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
次生代谢不是生物生长所必需的，在特定条件下进行；
次生代谢物:一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）。
在植物的抗虫、抗病等方面发挥作用，很多药物、香料和色素等的重要来源。
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、细胞产物的工厂化生产
1、植物的代谢产物
利用植物细胞培养来获得目标产物
细胞产物的工厂化生产
三、细胞产物的工厂化生产
2、细胞产物的工厂化生产
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。
外植体
愈伤组织
细胞悬液
脱分化
振荡分散
细胞悬浮培养
细胞产物
提取
植物细胞培养指在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。
三、细胞产物的工厂化生产
2、细胞产物的工厂化生产
优势
不占用耕地、不受季节、天气的限制，对社会、经济、环保具有重要意义。
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品
实例
紫草宁——具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性
紫杉醇——具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的治疗
人参→人参皂苷
红豆杉→紫杉醇
紫草→紫草宁
（世上首例药用植物细胞工程产品）
人参为我国名贵药材，现今因野生资源缺少，多用人工栽培，但人工栽培生长缓慢，6年才能生成10g左右(干重)人参根。我国科学家早在1963年就成功地培育了人参的组织。近年来，又实现了利用植物组织培养技术来大量生产人参皂苷干粉。用组织培养技术生产的人参，生长速度比栽培人参约快100倍以上，其药用成分和药理活性与栽培人参相似，甚至更加优良。这项技术目前已经投人规模化生产。
人参皂苷（ɡān）
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。
人参皂甙工厂化生产的基本流程：
人参根 　 愈伤组织 　　 增长速度快、细胞内人参皂甙干粉含量高的细胞 大量细胞　　
提取人参皂甙干粉
脱分化
培养选择
破碎细胞
放入发酵罐
细胞增殖
【归纳总结1】植物组织培养和植物细胞培养的比较
比较项目 植物组织培养 植物细胞培养
目的
原理
过程
应用
植物细胞的全能性
细胞增殖
获得植物体
获得细胞产物
快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等
细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等
【归纳总结2】四种育种方法的比较
育种方法 原理 过程 优点
快速繁殖
突变体 的利用
单倍体 育种
植物体细 胞杂交
细胞的全能性
先花药离体培养，再秋水仙素诱导染色体数目加倍
明显缩短育种年限
脱分化、再分化
保持优良品种的遗传特性
基因突变、
细胞的全能性
对愈伤组织进行诱变处理后再筛选
细胞的全能性、染色体变异
细胞膜的流动性细胞的全能性
提高突变率，获得优良性状
植物细胞融合、
杂种细胞组织培养
打破生殖隔离，
实现远缘杂交。
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。
【提示】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，在培养基中加人适量的色素或者荧光剂，使“手指植物”更具有观赏价值。
拓展延伸
原理 优点 缺点
诱变育种 基因突变或染色体变异和植物细胞的全能性 提高生物变异的频率，可产生新基因，大幅度改良某些性状，缩短育种年限 盲目性大，需大量的突变材料
杂交育种 基因重组 使存在于不同个体的优良性状集中于一个个体上 周期长，难以克服远缘杂交不亲和的障碍
单倍体育种 染色体变异和植物细胞的全能性 获得的个体均为纯种，明显缩短育种年限 技术复杂，多用于植物
多倍体育种 染色体变异 可提高产量和某些营养成分，增大果实 只适用于某些植物，在动物中难以开展，且植物结实率低
植物体细胞杂交育种 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 克服了远缘杂交不亲和的障碍，扩大了用于杂交的亲本组合范围，定向改变生物的遗传性状 不能完全按人们的需要表现出亲代的优良性状
几种育种方法的比较
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
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。
【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。