2.1.1植物细胞工程的基本技术课件(共60张PPT)2022-2023学年高二下学期生物人教版选择性必修3
文档属性
| 名称 | 2.1.1植物细胞工程的基本技术课件(共60张PPT)2022-2023学年高二下学期生物人教版选择性必修3 |  | |
| 格式 | PPTX | ||
| 文件大小 | 103.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-09-26 23:30:37 | ||
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文档简介
(共60张PPT)
第二章 细胞工程
第1节 植物细胞工程
一 植物细胞工程的基本技术
什么叫细胞工程？
→指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获取特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
原理和方法
操作水平
研究目的
分类：
⑴依据操作技术分：
植物组织培养技术、动物细胞培养技术、细胞融合技术、动物细胞核移植技术等
⑵依据操作对象分：
植物细胞工程和动物细胞工程
植物组织培养
植物体细胞杂交
科技探索之路
1902年，哈伯兰特(G.Haberlandt，1854一1945)提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。
1958年，斯图尔德(EC.Steward，1904一1993)等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。
1960年，科金(E.C.Cocking，1931一）用真菌的纤维素酶分解番茄根的细胞壁，成功获得了原生质体。
1964年，古哈(S.Guha，1938-2007)等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉粒发育而来的胚。
1971年，卡尔森（PS.Carlson，1944一2017)诱导烟草种间原生质体融合，获得了第一株体细胞种间杂种植株。
1974年，土壤农杆菌的Ti质粒被发现。之后，该质粒应用于植物分子生物学领域，促进了植物细胞工程与分子生物学技术紧密结合。
细胞工程的发展历程
一、植物细胞的全能性
1.概念：
细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能
体现全能性的标志
2.体现细胞全能性的原因：
生物体的每个细胞中都含有发育成为完整个体所需的全部遗传物质。
3.不体现全能性的实例：
芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶
4.不体现全能性的原因：
基因在特定时间、空间条件下选择性表达
——如何才能让细胞表现出全能性？
二、植物组织培养技术
1、概念：指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。
外植体：在植物组织培养过程中，从植物体上被分离下来的，接种在培养基上供培养用的原生质体、细胞、组织、器官等。
有丝分裂
无性生殖
细胞具有全能性
2、生殖方式：
3、分裂方式：
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽
诱导生根
移栽成活
脱分化
再分化
再分化
4、过程：
脱分化：
已分化细胞，失去其特有结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。
愈伤组织：
细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、不定形的薄壁组织团块。
再分化：
愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。
注意：过程中涉及的生命活动只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化。该培养过程一般不需要光照
注意：过程中涉及的生命活动：既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化。需要给予适当光照，诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用。
思考：决定植物脱分化、再分化的关键因素？
生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。它们的浓度、比例都会影响植物细胞的发育方向。
生长素与细胞分裂素比值决定根、芽分化的示意图：
巧记：高根低芽中愈伤
生长素用量与细胞分裂素用量的比值 结果
比值高 有利于根的分化，抑制芽的形成
比值低 有利于芽的分化，抑制根的形成
比值适中 促进愈伤组织的形成
探究·实践 菊花的组织培养
探究·实践 菊花的组织培养
1、材料用具
①外植体：
幼嫩的菊花茎段
(容易诱导形成愈伤组织)
②体积分数为70%的酒精：
对手、超净工作台、外植体进行消毒
③质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液:
对外植体进行消毒
④无菌水:
清洗外植体
⑤植物组织培养常用的培养基配方（MS培养基）
包括无机营养成分（水和无机盐）、有机营养成分（蔗糖、氨基酸、维生素等）、特定浓度和比例的激素（主要是生长素和细胞分裂素）、天然附加物等。
蔗糖的作用：
提供能量，调节渗透压
灭菌方法为：
湿热灭菌法
探究·实践 菊花的组织培养
（1）消毒
①双手和超净工作台台面:
用酒精擦拭
②外植体:
①流水冲洗→②酒精消毒30s→③立即用无菌水清洗2～3次→④次氯酸钠溶液处理30min→⑤立即用无菌水清洗2～3次。
（2）外植体切段
将消过毒的外植体置于无菌的培养皿中→用无菌滤纸吸去表面的水分→用解剖刀将外植体切成0.5～1cm长的小段。
2、方法步骤
消毒与无菌水冲洗
切割与接种
探究·实践 菊花的组织培养
（3）接种外植体
在超净工作台酒精灯火焰旁，将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记。
注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插。（将“形态学上端”朝上，下端朝下）
接种
为什么外植体不能倒插？
与生长素的极性运输有关。生长素含量多的部分容易生出不定根，含量少的部分生出不定芽，一般而言，容易长不定芽的是形态学上端，容易长不定根的是形态学下端，因此应该将形态学上端朝上，下端朝下，若倒插，外植体不易存活。
探究·实践 菊花的组织培养
（4）脱分化
将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18～22℃的培养箱中培养。在培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况。
注意：该过程一般不需要光照，有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织。
愈伤组织培养
生长素≈细胞分裂素 有利于促进愈伤组织的形成。
探究·实践 菊花的组织培养
（5）再分化
培养15～20d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上→长出芽后→将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
若先生根后面就不易生芽
1.注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根；
诱导生芽的培养基：生长素<细胞分裂素
诱导生根的培养基: 生长素>细胞分裂素
2.该过程每日需要给予适当时间和强度的光照。诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用
探究·实践 菊花的组织培养
（6）移栽培养
移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。
珍珠岩
珍珠岩 ,珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩，经急剧冷却而成的玻璃质岩石，有弧形或圆形裂隙，如珍珠的结构，所以被命名为珍珠岩 。
移栽
蛭石
固体基质型，含水量高、蓄水性强、透性好，适合栽培
蛭石是一种天然、无毒的矿物质，在高温作用下会膨胀的矿物。它是一种比较少见的矿物，属于硅酸盐。
探究·实践 菊花的组织培养
3.结果分析与评价
（1）接种3～4d后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，有多少能正常生长，试分析它们被污染的原因。
培养基、接种工具灭菌不彻底
外植体消毒不彻底
操作过程不符合无菌操作要求等
（2）你培养出愈伤组织了吗？如果培养出来了，从刚接种的外植体到长出愈伤组织经历了多少天？这些愈伤组织进一步分化出芽和根了吗？
观察实验结果，看看是否培养出了愈伤组织，记录多长时间长出了愈伤组织。从刚接种的外植体到长出愈伤组织一般需要2周左右的时间。统计更换培养基后愈伤组织进一步分化成芽和根的比例和时间。
（3）观察外植体的分化情况，填好结果记录表，并及时分析结果。
做好统计和对照，填好结果记录表，培养严谨的科学态度。从实验的第一步开始就要做好实验记录，可以分组配制不同的培养基，如诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基等，还可以进行不同配方的比较。
（4）你培育的幼苗移栽到露地后，能够正常生长吗？
生根苗移栽技术的关键是既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。一般使用无土栽培的办法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷酒质量分数为5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12h。掀开塑料薄膜24h后才能移栽。新移栽的组培苗要在温室过渡几天，待其长壮后再移植到大田或盆中。可以在课后统计移栽的成活率，看看移栽是否合格。
3.结果分析与评价
探究·实践 菊花的组织培养
探究·实践 菊花的组织培养
用于植物组织培养的培养基同样适合某些微生物的生长，如一些细菌、真菌等的生长。培养物一旦受到微生物的污染，就会导致实验前功尽弃，因此要进行严格的无菌操作。防止杂菌生长。一方面与培养物竞争营养；另一方面产生有害物质危害培养物。
（5）在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？
3.结果分析与评价
思考：
组培过程中较易染菌，因此应在实验前应确定培养基灭菌彻底，如何确定？
将1-3瓶培养基放置于恒温培养箱，预培养3d左右，若无污染，则培养基灭菌彻底，可使用。制备好的培养基应尽量在2周内使用，含植物激素的培养基建议在4℃保存。
若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？
空白对照：不加任何激素
实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1
实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1
实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1
生长素用量与细胞分裂素用量的比值 结果
比值高 有利于根的分化，抑制芽的形成
比值低 有利于芽的分化，抑制根的形成
比值适中 促进愈伤组织的形成
4.进一步探究
探究·实践 菊花的组织培养
特殊的植物组织培养——花药离体培养
生殖方式为特殊的有性生殖，培养过程中只涉及有丝分裂
花药
试管苗
脱分化
再分化
愈伤组织
单倍体：
植株矮小、高度不育
秋水仙素
诱导
纯合品种
探究·实践 菊花的组织培养
讨论：
用传统的有性杂交方法能得到杂种后代吗？为什么？
不能，因为两种生物之间存在着生殖隔离。
有没有方法可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，获得“番茄-马铃薯杂种植株”呢？
三、植物体细胞杂交技术
A细胞
B细胞
A原生质体
B原生质体
正在融合的原生质体
杂种细胞
愈伤组织
杂种植株
移栽后的植株
①
①
②
去除细胞壁
细胞 壁再生
脱分化
再分化
移栽
1.过程：
去除细胞壁
植物体细胞杂交技术
原生质体融合
（细胞膜的流动性）
植物组织培养
（植物细胞的全能性）
三、植物体细胞杂交技术
①去壁原因:__________________________________________________________
②方法:_____________________
③相关酶:______________________
*为什么用上述酶？____________________________________________________
*酶解法利用了原理？___________________
*纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，
试分析原因？
细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体间的融合）
酶解法
纤维素酶和果胶酶
植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成
酶的专一性
使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常
三、植物体细胞杂交技术
原生质体间的融合
理论基础：细胞膜具有流动性
方法：物理方法：电融合法、离心法
化学方法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法
植物细胞融合完成的标志*：
融合的原生质体重新产生细胞壁，形成杂种细胞
三、植物体细胞杂交技术
④融合后，培养基中有几种类型的细胞？
未融合的细胞：A、B
两两融合的细胞：AA、BB、AB
多细胞融合体
原生质体间的融合
植物体细胞杂交完成的标志：
培育成新植物体
A细胞
B细胞
B原生质体
A原生质体
融合
原生质体
融合
去壁
去壁
A
B
三、植物体细胞杂交技术
植物体细胞杂交育种
四倍体
杂交育种诱导多倍体
如何处理植株使其可育？
看减数分裂联会、配对能否正常进行。
①若亲本植株可育，
则杂种植株可育。
②杂种植株是不同于
亲本的新物种。
同源多倍体
异源多倍体
番茄马铃薯植株是异源四倍体。
三、植物体细胞杂交技术
2、植物体细胞杂交的概念：
植物体细胞杂交是指将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。
3、原理：
细胞膜具有一定的流动性（原生质体融合）
植物细胞的全能性（杂种细胞培养成杂种植株）
4、两个标志
植物细胞融合完成的标志：
再生出新的细胞壁
植物体细胞杂交完成的标志：
培育成新植物体
5、意义：
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。
6、研究现状：
仍有许多理论与技术问题没有解决，还不能让杂种植株表现出人们所需要的所有性状。
三、植物体细胞杂交技术
识图：数字代表过程，字母代表细胞、组织或植株
①_______________ a/b_____________
②_______________ c_______________
③_______________ d_______________
④_______________ e_______________
⑤_______________ f_______________
①②③___________ ④⑤____________
去除细胞壁
原生质体
原生质体间的融合
正在融合的原生质体
再生出新的细胞壁
杂种细胞
脱分化
愈伤组织
再分化
杂种植株
植物细胞融合
植物组织培养
习题巩固
拓展延伸
植物组织培养 植物体细胞杂交技术
原理
过程
注意事项
细胞膜的流动性和植物细胞的全能性
植物细胞的全能性
离体的植物器官、组织或细胞
愈伤组织
脱分化
再分化
根、芽或胚状体
植物体
生长发育
植物组织培养与植物体细胞杂交技术的比较
植物细胞A
植物细胞B
原生质体A
去壁
原生质体B
去壁
人工诱导
融合的原生质体AB
杂种细胞AB
愈伤组织
脱分化
再生细胞壁
杂种植株
再分化
①选材：选取幼嫩的茎段，此部分容易诱导形成愈伤组织。
②光照：诱导愈伤组织期间一般不需要光照，在后续的培养过程中，每日需要给予适当时间和强度的光照。
①与动物细胞融合相比，植物细胞首先要去除细胞壁变为原生质体，可以用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。
②只有处理时间得当，细胞壁去除了才能提高成活率
一、概念检测
1.下图是利用甲、乙两种植物的各自优势，通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。下列相关叙述错误的是（ ）
A.进行a处理时能用胰蛋白酶
B.b是诱导融合后得到的杂种细胞
C.c是培养后得到的具有耐盐性状
的幼芽
D.进行d选择时要将植株种在高盐
环境中
A
习题巩固
一、概念检测
2.科学家在制备原生质体时，有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞的细胞壁。据此分析，蜗牛消化道提取液中可能含有什么成分
纤维素酶和果胶酶
习题巩固
"番茄—马铃薯"没有像人们预想的那样地上结番茄、地下长马铃薯，主要原因是∶生物体内基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以"番茄—马铃薯"杂种植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，它们不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂种植株自然就不能地上结番茄、地下长马铃薯了。
二、拓展应用
"番茄—马铃薯"杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上结番茄，地下长马铃薯，这是为什么
习题巩固
第1节 植物细胞工程
二 植物细胞工程的应用
背景：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？
从社会中来
石斛：驱解虚热，益精强阴等疗效、观赏价值。
连翘：清热解毒、消肿散结、消炎
兰花：名贵花卉，具有极高的观赏价值，能食用，入药
1、快速繁殖
（1）概念：
（2）生殖方式：
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。
一般为无性生殖
一、植物繁殖的新途径
(*扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖技术)
（4）优点：
（3）原理：
植物细胞的全能性
①高效、快速地实现种苗的大量繁殖
②保持优良品种的遗传特性。
③不受自然生长季节的限制，培养周期短
④选材少，繁殖率高，便于自动化管理，实现产业化生产
（5）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。
铁皮石斛的工厂化生产
一、植物繁殖的新途径
1、快速繁殖
甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。
蝴蝶兰试管苗红薯试管苗香蕉试管苗春兰试管苗快速繁殖 部分成果西瓜试管苗一、植物繁殖的新途径一、植物繁殖的新途径
运用组织培养的途径，一个单株一年可以繁殖几万到几百万个植株，而且均来自单一的个体，可以保持优良品种的遗传特性。例如一株葡萄一年繁殖到3万多株，一株兰花一年繁殖到400万株。
1960年，荷兰科学家通过对兰花茎尖进行培养，获得了快速繁殖的脱毒兰花，随后在国内外进行了“兰花试管苗产业化”。
无籽西瓜
生菜
杨树
兰花、生菜、杨树以及无子西瓜试管苗的产业化生产。
注意说明
一、植物繁殖的新途径
【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？
植物组织培养到愈伤组织的阶段，细胞进行有丝分裂，细胞分裂速度较快，从而获得大量的组织细胞，然后不断地分割、移瓶、诱导再分化形成新植株。
植物组织培养在实验室进行，不受季节、气候等条件限制。
2、作物脱毒
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。
一、植物繁殖的新途径
2、作物脱毒
（1）概念：切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带
病毒，从而获得脱毒苗。
一、植物繁殖的新途径
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
（2）方法：
植物分生区病毒极少，切取茎尖进行组织培养获得脱毒苗。（即： 茎尖组织培养技术）
（3）优点：
繁殖速度快；幼苗遗传背景均一，重复性好；不受季节和地区限制。
（4）脱毒产品
马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等
脱毒草莓
脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片
香蕉
菠萝
甘蔗
一、植物繁殖的新途径
2、作物脱毒
普通草莓
蒜
马铃薯
缺点：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。
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
↓
×
F2
A_S_
A_ss
aaS_
aass
传统方法： 杂交育种
(通过杂交，把两亲本的优良性状组合在同一后代中)
第2年
第3年
选育出需要的
紫色甜玉米（AAss）
生长
紫甜
×
A_ss
F3
第4年
现有：紫色非甜玉米（基因型AASS）、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）？
如何解决育种时间过长的问题？
二、作物新品种的培育
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
↓
配子
AS
As
aS
as
第2年
紫色甜玉米
↓
单倍体幼苗
AS
As
aS
as
↓
纯合体植株
AASS
AAss
aaSS
aass
花药离体培养
秋水仙素处理
选择亲本
F1代
外植体
（花粉）
单倍体
植 株
可 育
纯合子
花药离体培养
诱变染色体加倍
(1)方法:
花药离体培养得到单倍体幼苗，秋水仙素处理抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，染色体加倍得到稳定遗传（纯合子）的优良品种。
(2)过程:
1、单倍体育种
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
↓
配子
AS
As
aS
as
第2年
紫色甜玉米
↓
单倍体幼苗
AS
As
aS
as
↓
纯合体植株
AASS
AAss
aaSS
aass
花药离体培养
秋水仙素处理
二、作物新品种的培育
1、单倍体育种
(3)原理:
染色体（数目）变异、
植物细胞的全能性。
(4)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大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易出现，可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
(5)缺点:
技术相对复杂，需要与杂交育种结合，其中花药离体培养需要植物组织培养技术的支持
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
(6)例子:
京花1号小麦
中花11号水稻
注意说明
①单倍体育种的目的不是获得单倍体本身，因为单倍体是高度不育的，在生产上没有实际价值，需诱导单倍体（种子阶段或幼苗阶段）的染色体数目加倍。
②单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素诱导染色体数目加倍，单倍体育种需要先利用植物组织培养技术形成单倍体幼苗，但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。
二、作物新品种的培育
拓展延伸
原理 优点 缺点
诱变 育种
杂交 育种
单倍体育种
多倍体育种
植物体细胞杂交育种
几种育种方法的比较
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
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
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
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
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
诱变育种
1.操作简便的育种方法：
2.能产生新性状的育种方法：
3.能打破生殖隔离的育种方法：
4.显著缩短育种周期的育种方法：
5.能产生无子果实的育种方法：
杂交育种
植物体细胞杂交育种
单倍体育种
多倍体育种
习题巩固
2、突变体的利用
（1）过程：
外植体
筛选培育
新品种
愈伤组织
脱分化
多种突变体
再分化
二、作物新品种的培育
诱变处理
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。
（2）原因：
在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的
状态，因此它们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。从产生突变的个体中可以筛选出
对人们有用的突变体，进而培育成新品种。
（3）优缺点：
优点：
缺点：
通过人工诱变提高愈伤组织的突变率，从而筛选获得抗病、抗盐、高产、优质的新品种，加快育种进程。
突变是不定向和低频性，需要处理大量材料。突变少利多害，符合人们需要且有利的品种比较少。
2、突变体的利用
二、作物新品种的培育
（3）实例：
已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体。
抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等、抗除草剂的白三叶草等。
抗除草剂白三叶草
抗花叶病毒的甘蔗
抗盐碱的烟草
（1）植物的代谢产物
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。
次生代谢物：
含义：次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。
本质：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）。
作用：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。
特点：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
（2）概念：
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。
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。（植物组织培养技术）
（3）技术：
三、细胞产物的工厂化生产
（4）过程：
外植体
愈伤组织
脱分化
细胞悬液
振荡分散
细胞悬浮培养
细胞产物
提取
一种用于植物细胞培养的反应器
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过程
三、细胞产物的工厂化生产
人参→人参皂苷
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
放入发酵罐
破碎细胞
如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径。
(1)过程①为__________，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外，还需要在培养基中加入______________________________，获得的愈伤组织具有的特点是_________________________________________________________________________________。
(2)过程②______(填“是”或“不是”)再分化，该过程主要用________处理愈伤组织。
(3)过程③需要使用______(填“固体”“液体”或“半固体”)培养基，这样有利于细胞增殖，在培养过程中，除必要的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程中必须保证________，该途径是否体现了植物细胞具有全能性？____________________________。
脱分化
【例题】
植物激素(或生长素和细胞分裂素)
由排列疏松无规则、高度液泡化、呈不定形状态的薄壁细胞组成
不是
果胶酶
液体
无菌
没有体现植物细胞的全能性
习题巩固
项目 植物组织培养 植物细胞培养
目的
原理
培养基
过程
应用
归纳总结：植物组织培养与植物细胞培养的比较
获得植物体
获得细胞产物
植物细胞的全能性
细胞增殖
固体培养基
液体培养基
快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等
细胞产物的工厂化生产
“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。
从社会中来
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。
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。
练习与应用
杂交育种
P：
紫色非甜玉米
AASS
×
白色甜玉米
aass
F1
紫色非甜玉米
AaSs
↓
↓
×
选育出紫甜的纯种
F2
A_S_
A_ss
aaS_
aass
紫甜
×
生长
A_ss
F3
单倍体育种
P：
紫色非甜玉米
AASS
×
白色甜玉米
aass
紫色非甜玉米
AaSs
↓
配子：
AS
As
aS
as
花药离体培养
单倍体幼苗：
AS
As
aS
as
纯合体:
秋水 仙素处理 染色体加倍
AASS
AAss
aaSS
aass
选择紫甜玉米即为新品种
比较：杂交育种和单倍体育种
第二章 细胞工程
第1节 植物细胞工程
一 植物细胞工程的基本技术
什么叫细胞工程？
→指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获取特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
原理和方法
操作水平
研究目的
分类：
⑴依据操作技术分：
植物组织培养技术、动物细胞培养技术、细胞融合技术、动物细胞核移植技术等
⑵依据操作对象分：
植物细胞工程和动物细胞工程
植物组织培养
植物体细胞杂交
科技探索之路
1902年，哈伯兰特(G.Haberlandt，1854一1945)提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。
1958年，斯图尔德(EC.Steward，1904一1993)等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。
1960年，科金(E.C.Cocking，1931一）用真菌的纤维素酶分解番茄根的细胞壁，成功获得了原生质体。
1964年，古哈(S.Guha，1938-2007)等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉粒发育而来的胚。
1971年，卡尔森（PS.Carlson，1944一2017)诱导烟草种间原生质体融合，获得了第一株体细胞种间杂种植株。
1974年，土壤农杆菌的Ti质粒被发现。之后，该质粒应用于植物分子生物学领域，促进了植物细胞工程与分子生物学技术紧密结合。
细胞工程的发展历程
一、植物细胞的全能性
1.概念：
细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能
体现全能性的标志
2.体现细胞全能性的原因：
生物体的每个细胞中都含有发育成为完整个体所需的全部遗传物质。
3.不体现全能性的实例：
芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶
4.不体现全能性的原因：
基因在特定时间、空间条件下选择性表达
——如何才能让细胞表现出全能性？
二、植物组织培养技术
1、概念：指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。
外植体：在植物组织培养过程中，从植物体上被分离下来的，接种在培养基上供培养用的原生质体、细胞、组织、器官等。
有丝分裂
无性生殖
细胞具有全能性
2、生殖方式：
3、分裂方式：
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽
诱导生根
移栽成活
脱分化
再分化
再分化
4、过程：
脱分化：
已分化细胞，失去其特有结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。
愈伤组织：
细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、不定形的薄壁组织团块。
再分化：
愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。
注意：过程中涉及的生命活动只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化。该培养过程一般不需要光照
注意：过程中涉及的生命活动：既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化。需要给予适当光照，诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用。
思考：决定植物脱分化、再分化的关键因素？
生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。它们的浓度、比例都会影响植物细胞的发育方向。
生长素与细胞分裂素比值决定根、芽分化的示意图：
巧记：高根低芽中愈伤
生长素用量与细胞分裂素用量的比值 结果
比值高 有利于根的分化，抑制芽的形成
比值低 有利于芽的分化，抑制根的形成
比值适中 促进愈伤组织的形成
探究·实践 菊花的组织培养
探究·实践 菊花的组织培养
1、材料用具
①外植体：
幼嫩的菊花茎段
(容易诱导形成愈伤组织)
②体积分数为70%的酒精：
对手、超净工作台、外植体进行消毒
③质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液:
对外植体进行消毒
④无菌水:
清洗外植体
⑤植物组织培养常用的培养基配方（MS培养基）
包括无机营养成分（水和无机盐）、有机营养成分（蔗糖、氨基酸、维生素等）、特定浓度和比例的激素（主要是生长素和细胞分裂素）、天然附加物等。
蔗糖的作用：
提供能量，调节渗透压
灭菌方法为：
湿热灭菌法
探究·实践 菊花的组织培养
（1）消毒
①双手和超净工作台台面:
用酒精擦拭
②外植体:
①流水冲洗→②酒精消毒30s→③立即用无菌水清洗2～3次→④次氯酸钠溶液处理30min→⑤立即用无菌水清洗2～3次。
（2）外植体切段
将消过毒的外植体置于无菌的培养皿中→用无菌滤纸吸去表面的水分→用解剖刀将外植体切成0.5～1cm长的小段。
2、方法步骤
消毒与无菌水冲洗
切割与接种
探究·实践 菊花的组织培养
（3）接种外植体
在超净工作台酒精灯火焰旁，将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记。
注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插。（将“形态学上端”朝上，下端朝下）
接种
为什么外植体不能倒插？
与生长素的极性运输有关。生长素含量多的部分容易生出不定根，含量少的部分生出不定芽，一般而言，容易长不定芽的是形态学上端，容易长不定根的是形态学下端，因此应该将形态学上端朝上，下端朝下，若倒插，外植体不易存活。
探究·实践 菊花的组织培养
（4）脱分化
将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18～22℃的培养箱中培养。在培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况。
注意：该过程一般不需要光照，有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织。
愈伤组织培养
生长素≈细胞分裂素 有利于促进愈伤组织的形成。
探究·实践 菊花的组织培养
（5）再分化
培养15～20d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上→长出芽后→将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
若先生根后面就不易生芽
1.注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根；
诱导生芽的培养基：生长素<细胞分裂素
诱导生根的培养基: 生长素>细胞分裂素
2.该过程每日需要给予适当时间和强度的光照。诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用
探究·实践 菊花的组织培养
（6）移栽培养
移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。
珍珠岩
珍珠岩 ,珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩，经急剧冷却而成的玻璃质岩石，有弧形或圆形裂隙，如珍珠的结构，所以被命名为珍珠岩 。
移栽
蛭石
固体基质型，含水量高、蓄水性强、透性好，适合栽培
蛭石是一种天然、无毒的矿物质，在高温作用下会膨胀的矿物。它是一种比较少见的矿物，属于硅酸盐。
探究·实践 菊花的组织培养
3.结果分析与评价
（1）接种3～4d后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，有多少能正常生长，试分析它们被污染的原因。
培养基、接种工具灭菌不彻底
外植体消毒不彻底
操作过程不符合无菌操作要求等
（2）你培养出愈伤组织了吗？如果培养出来了，从刚接种的外植体到长出愈伤组织经历了多少天？这些愈伤组织进一步分化出芽和根了吗？
观察实验结果，看看是否培养出了愈伤组织，记录多长时间长出了愈伤组织。从刚接种的外植体到长出愈伤组织一般需要2周左右的时间。统计更换培养基后愈伤组织进一步分化成芽和根的比例和时间。
（3）观察外植体的分化情况，填好结果记录表，并及时分析结果。
做好统计和对照，填好结果记录表，培养严谨的科学态度。从实验的第一步开始就要做好实验记录，可以分组配制不同的培养基，如诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基等，还可以进行不同配方的比较。
（4）你培育的幼苗移栽到露地后，能够正常生长吗？
生根苗移栽技术的关键是既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。一般使用无土栽培的办法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷酒质量分数为5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12h。掀开塑料薄膜24h后才能移栽。新移栽的组培苗要在温室过渡几天，待其长壮后再移植到大田或盆中。可以在课后统计移栽的成活率，看看移栽是否合格。
3.结果分析与评价
探究·实践 菊花的组织培养
探究·实践 菊花的组织培养
用于植物组织培养的培养基同样适合某些微生物的生长，如一些细菌、真菌等的生长。培养物一旦受到微生物的污染，就会导致实验前功尽弃，因此要进行严格的无菌操作。防止杂菌生长。一方面与培养物竞争营养；另一方面产生有害物质危害培养物。
（5）在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？
3.结果分析与评价
思考：
组培过程中较易染菌，因此应在实验前应确定培养基灭菌彻底，如何确定？
将1-3瓶培养基放置于恒温培养箱，预培养3d左右，若无污染，则培养基灭菌彻底，可使用。制备好的培养基应尽量在2周内使用，含植物激素的培养基建议在4℃保存。
若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？
空白对照：不加任何激素
实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1
实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1
实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1
生长素用量与细胞分裂素用量的比值 结果
比值高 有利于根的分化，抑制芽的形成
比值低 有利于芽的分化，抑制根的形成
比值适中 促进愈伤组织的形成
4.进一步探究
探究·实践 菊花的组织培养
特殊的植物组织培养——花药离体培养
生殖方式为特殊的有性生殖，培养过程中只涉及有丝分裂
花药
试管苗
脱分化
再分化
愈伤组织
单倍体：
植株矮小、高度不育
秋水仙素
诱导
纯合品种
探究·实践 菊花的组织培养
讨论：
用传统的有性杂交方法能得到杂种后代吗？为什么？
不能，因为两种生物之间存在着生殖隔离。
有没有方法可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，获得“番茄-马铃薯杂种植株”呢？
三、植物体细胞杂交技术
A细胞
B细胞
A原生质体
B原生质体
正在融合的原生质体
杂种细胞
愈伤组织
杂种植株
移栽后的植株
①
①
②
去除细胞壁
细胞 壁再生
脱分化
再分化
移栽
1.过程：
去除细胞壁
植物体细胞杂交技术
原生质体融合
（细胞膜的流动性）
植物组织培养
（植物细胞的全能性）
三、植物体细胞杂交技术
①去壁原因:__________________________________________________________
②方法:_____________________
③相关酶:______________________
*为什么用上述酶？____________________________________________________
*酶解法利用了原理？___________________
*纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，
试分析原因？
细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体间的融合）
酶解法
纤维素酶和果胶酶
植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成
酶的专一性
使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常
三、植物体细胞杂交技术
原生质体间的融合
理论基础：细胞膜具有流动性
方法：物理方法：电融合法、离心法
化学方法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法
植物细胞融合完成的标志*：
融合的原生质体重新产生细胞壁，形成杂种细胞
三、植物体细胞杂交技术
④融合后，培养基中有几种类型的细胞？
未融合的细胞：A、B
两两融合的细胞：AA、BB、AB
多细胞融合体
原生质体间的融合
植物体细胞杂交完成的标志：
培育成新植物体
A细胞
B细胞
B原生质体
A原生质体
融合
原生质体
融合
去壁
去壁
A
B
三、植物体细胞杂交技术
植物体细胞杂交育种
四倍体
杂交育种诱导多倍体
如何处理植株使其可育？
看减数分裂联会、配对能否正常进行。
①若亲本植株可育，
则杂种植株可育。
②杂种植株是不同于
亲本的新物种。
同源多倍体
异源多倍体
番茄马铃薯植株是异源四倍体。
三、植物体细胞杂交技术
2、植物体细胞杂交的概念：
植物体细胞杂交是指将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。
3、原理：
细胞膜具有一定的流动性（原生质体融合）
植物细胞的全能性（杂种细胞培养成杂种植株）
4、两个标志
植物细胞融合完成的标志：
再生出新的细胞壁
植物体细胞杂交完成的标志：
培育成新植物体
5、意义：
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。
6、研究现状：
仍有许多理论与技术问题没有解决，还不能让杂种植株表现出人们所需要的所有性状。
三、植物体细胞杂交技术
识图：数字代表过程，字母代表细胞、组织或植株
①_______________ a/b_____________
②_______________ c_______________
③_______________ d_______________
④_______________ e_______________
⑤_______________ f_______________
①②③___________ ④⑤____________
去除细胞壁
原生质体
原生质体间的融合
正在融合的原生质体
再生出新的细胞壁
杂种细胞
脱分化
愈伤组织
再分化
杂种植株
植物细胞融合
植物组织培养
习题巩固
拓展延伸
植物组织培养 植物体细胞杂交技术
原理
过程
注意事项
细胞膜的流动性和植物细胞的全能性
植物细胞的全能性
离体的植物器官、组织或细胞
愈伤组织
脱分化
再分化
根、芽或胚状体
植物体
生长发育
植物组织培养与植物体细胞杂交技术的比较
植物细胞A
植物细胞B
原生质体A
去壁
原生质体B
去壁
人工诱导
融合的原生质体AB
杂种细胞AB
愈伤组织
脱分化
再生细胞壁
杂种植株
再分化
①选材：选取幼嫩的茎段，此部分容易诱导形成愈伤组织。
②光照：诱导愈伤组织期间一般不需要光照，在后续的培养过程中，每日需要给予适当时间和强度的光照。
①与动物细胞融合相比，植物细胞首先要去除细胞壁变为原生质体，可以用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。
②只有处理时间得当，细胞壁去除了才能提高成活率
一、概念检测
1.下图是利用甲、乙两种植物的各自优势，通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。下列相关叙述错误的是（ ）
A.进行a处理时能用胰蛋白酶
B.b是诱导融合后得到的杂种细胞
C.c是培养后得到的具有耐盐性状
的幼芽
D.进行d选择时要将植株种在高盐
环境中
A
习题巩固
一、概念检测
2.科学家在制备原生质体时，有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞的细胞壁。据此分析，蜗牛消化道提取液中可能含有什么成分
纤维素酶和果胶酶
习题巩固
"番茄—马铃薯"没有像人们预想的那样地上结番茄、地下长马铃薯，主要原因是∶生物体内基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以"番茄—马铃薯"杂种植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，它们不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂种植株自然就不能地上结番茄、地下长马铃薯了。
二、拓展应用
"番茄—马铃薯"杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上结番茄，地下长马铃薯，这是为什么
习题巩固
第1节 植物细胞工程
二 植物细胞工程的应用
背景：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？
从社会中来
石斛：驱解虚热，益精强阴等疗效、观赏价值。
连翘：清热解毒、消肿散结、消炎
兰花：名贵花卉，具有极高的观赏价值，能食用，入药
1、快速繁殖
（1）概念：
（2）生殖方式：
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。
一般为无性生殖
一、植物繁殖的新途径
(*扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖技术)
（4）优点：
（3）原理：
植物细胞的全能性
①高效、快速地实现种苗的大量繁殖
②保持优良品种的遗传特性。
③不受自然生长季节的限制，培养周期短
④选材少，繁殖率高，便于自动化管理，实现产业化生产
（5）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。
铁皮石斛的工厂化生产
一、植物繁殖的新途径
1、快速繁殖
甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。
蝴蝶兰试管苗红薯试管苗香蕉试管苗春兰试管苗快速繁殖 部分成果西瓜试管苗一、植物繁殖的新途径一、植物繁殖的新途径
运用组织培养的途径，一个单株一年可以繁殖几万到几百万个植株，而且均来自单一的个体，可以保持优良品种的遗传特性。例如一株葡萄一年繁殖到3万多株，一株兰花一年繁殖到400万株。
1960年，荷兰科学家通过对兰花茎尖进行培养，获得了快速繁殖的脱毒兰花，随后在国内外进行了“兰花试管苗产业化”。
无籽西瓜
生菜
杨树
兰花、生菜、杨树以及无子西瓜试管苗的产业化生产。
注意说明
一、植物繁殖的新途径
【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？
植物组织培养到愈伤组织的阶段，细胞进行有丝分裂，细胞分裂速度较快，从而获得大量的组织细胞，然后不断地分割、移瓶、诱导再分化形成新植株。
植物组织培养在实验室进行，不受季节、气候等条件限制。
2、作物脱毒
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。
一、植物繁殖的新途径
2、作物脱毒
（1）概念：切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带
病毒，从而获得脱毒苗。
一、植物繁殖的新途径
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
（2）方法：
植物分生区病毒极少，切取茎尖进行组织培养获得脱毒苗。（即： 茎尖组织培养技术）
（3）优点：
繁殖速度快；幼苗遗传背景均一，重复性好；不受季节和地区限制。
（4）脱毒产品
马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等
脱毒草莓
脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片
香蕉
菠萝
甘蔗
一、植物繁殖的新途径
2、作物脱毒
普通草莓
蒜
马铃薯
缺点：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。
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
↓
×
F2
A_S_
A_ss
aaS_
aass
传统方法： 杂交育种
(通过杂交，把两亲本的优良性状组合在同一后代中)
第2年
第3年
选育出需要的
紫色甜玉米（AAss）
生长
紫甜
×
A_ss
F3
第4年
现有：紫色非甜玉米（基因型AASS）、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）？
如何解决育种时间过长的问题？
二、作物新品种的培育
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
↓
配子
AS
As
aS
as
第2年
紫色甜玉米
↓
单倍体幼苗
AS
As
aS
as
↓
纯合体植株
AASS
AAss
aaSS
aass
花药离体培养
秋水仙素处理
选择亲本
F1代
外植体
（花粉）
单倍体
植 株
可 育
纯合子
花药离体培养
诱变染色体加倍
(1)方法:
花药离体培养得到单倍体幼苗，秋水仙素处理抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，染色体加倍得到稳定遗传（纯合子）的优良品种。
(2)过程:
1、单倍体育种
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
↓
配子
AS
As
aS
as
第2年
紫色甜玉米
↓
单倍体幼苗
AS
As
aS
as
↓
纯合体植株
AASS
AAss
aaSS
aass
花药离体培养
秋水仙素处理
二、作物新品种的培育
1、单倍体育种
(3)原理:
染色体（数目）变异、
植物细胞的全能性。
(4)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大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易出现，可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
(5)缺点:
技术相对复杂，需要与杂交育种结合，其中花药离体培养需要植物组织培养技术的支持
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
(6)例子:
京花1号小麦
中花11号水稻
注意说明
①单倍体育种的目的不是获得单倍体本身，因为单倍体是高度不育的，在生产上没有实际价值，需诱导单倍体（种子阶段或幼苗阶段）的染色体数目加倍。
②单倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素诱导染色体数目加倍，单倍体育种需要先利用植物组织培养技术形成单倍体幼苗，但多倍体育种一般不使用植物组织培养技术。
二、作物新品种的培育
拓展延伸
原理 优点 缺点
诱变 育种
杂交 育种
单倍体育种
多倍体育种
植物体细胞杂交育种
几种育种方法的比较
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
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
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
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
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
诱变育种
1.操作简便的育种方法：
2.能产生新性状的育种方法：
3.能打破生殖隔离的育种方法：
4.显著缩短育种周期的育种方法：
5.能产生无子果实的育种方法：
杂交育种
植物体细胞杂交育种
单倍体育种
多倍体育种
习题巩固
2、突变体的利用
（1）过程：
外植体
筛选培育
新品种
愈伤组织
脱分化
多种突变体
再分化
二、作物新品种的培育
诱变处理
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。
（2）原因：
在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的
状态，因此它们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。从产生突变的个体中可以筛选出
对人们有用的突变体，进而培育成新品种。
（3）优缺点：
优点：
缺点：
通过人工诱变提高愈伤组织的突变率，从而筛选获得抗病、抗盐、高产、优质的新品种，加快育种进程。
突变是不定向和低频性，需要处理大量材料。突变少利多害，符合人们需要且有利的品种比较少。
2、突变体的利用
二、作物新品种的培育
（3）实例：
已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体。
抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等、抗除草剂的白三叶草等。
抗除草剂白三叶草
抗花叶病毒的甘蔗
抗盐碱的烟草
（1）植物的代谢产物
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。
次生代谢物：
含义：次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。
本质：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）。
作用：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。
特点：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
（2）概念：
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。
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。（植物组织培养技术）
（3）技术：
三、细胞产物的工厂化生产
（4）过程：
外植体
愈伤组织
脱分化
细胞悬液
振荡分散
细胞悬浮培养
细胞产物
提取
一种用于植物细胞培养的反应器
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过程
三、细胞产物的工厂化生产
人参→人参皂苷
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
放入发酵罐
破碎细胞
如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径。
(1)过程①为__________，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外，还需要在培养基中加入______________________________，获得的愈伤组织具有的特点是_________________________________________________________________________________。
(2)过程②______(填“是”或“不是”)再分化，该过程主要用________处理愈伤组织。
(3)过程③需要使用______(填“固体”“液体”或“半固体”)培养基，这样有利于细胞增殖，在培养过程中，除必要的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程中必须保证________，该途径是否体现了植物细胞具有全能性？____________________________。
脱分化
【例题】
植物激素(或生长素和细胞分裂素)
由排列疏松无规则、高度液泡化、呈不定形状态的薄壁细胞组成
不是
果胶酶
液体
无菌
没有体现植物细胞的全能性
习题巩固
项目 植物组织培养 植物细胞培养
目的
原理
培养基
过程
应用
归纳总结：植物组织培养与植物细胞培养的比较
获得植物体
获得细胞产物
植物细胞的全能性
细胞增殖
固体培养基
液体培养基
快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等
细胞产物的工厂化生产
“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。
从社会中来
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。
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。
练习与应用
杂交育种
P：
紫色非甜玉米
AASS
×
白色甜玉米
aass
F1
紫色非甜玉米
AaSs
↓
↓
×
选育出紫甜的纯种
F2
A_S_
A_ss
aaS_
aass
紫甜
×
生长
A_ss
F3
单倍体育种
P：
紫色非甜玉米
AASS
×
白色甜玉米
aass
紫色非甜玉米
AaSs
↓
配子：
AS
As
aS
as
花药离体培养
单倍体幼苗：
AS
As
aS
as
纯合体:
秋水 仙素处理 染色体加倍
AASS
AAss
aaSS
aass
选择紫甜玉米即为新品种
比较：杂交育种和单倍体育种