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2.1 植物细胞工程
植物细胞工程的应用
新教材 人教版 选择性必修三
【教学过程】
Teaching Process
1.概念图
3.教学总结、综合
2.课堂教
学内容
4.课堂练习巩固
典型习题
规律总结
作物新品种的培育
细胞产物的工厂化生产
植物繁殖的新途径
植物细胞工程的应用
植物繁殖的新途径
快速繁殖
作物脱毒
作物新品种的培育
单倍体育种
突变体的利用
细胞产物的工厂化生产
紫草宁
紫杉醇
人参皂苷
“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或营养物质, 它们就能在玻璃瓶中生长三四个月之久。尝试分析它们制作原理。
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。
到社会中去
(1)微型繁殖
①用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术,被称为植物的快速繁殖技术,也叫作微型繁殖技术。
②特点:
A.无性繁殖,保持优良品种的遗传特性
B.高效快速地实现种苗的大量繁殖
C.可实现产业化生产
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
胚状体
再生植株
试管苗
植株
微型繁殖
③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。
注意:扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖技术
1.植物繁殖的新途径
一.植物细胞工程的应用
铁皮石斛的产业化育苗
(1)微型繁殖
1.植物繁殖的新途径
一.植物细胞工程的应用
思考:
为什么植物组织培养可以进行快速繁殖?
植物组织培养到愈伤组织阶段,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。
并且,植物组织培养在实验室进行,受季节、气候等条件限制较小。
(1)微型繁殖
1.植物繁殖的新途径
一.植物细胞工程的应用
(2)作物脱毒
②取一定大小的茎尖进行组织培养,培育脱毒苗。
①原因:马铃薯、草莓和香蕉用无性繁殖的方式进行繁殖,它们感染的病毒很容易传给后代,病毒在作物体内逐年积累,就会导致作物产量降低、品质变差。
茎尖:病毒极少的分生区组织。
原因:植物顶端分生区附近病毒极少,甚至无病毒
③适用生物:无性繁殖的生物。
④优点:脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物。
举例:马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等
⑤操作过程:
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
1.植物繁殖的新途径
一.植物细胞工程的应用
马铃薯是世界上仅次于水稻、小麦、玉米的第四大粮食作物,由于生理原因,马铃薯时常出现产量逐年降低、产品质量变劣;由于病毒侵染,造成的马铃薯的退化现象普遍存在。
马铃薯幼嫩茎尖繁殖
茎尖、花蕾繁殖
草莓是多年生草本植物,容易受病毒的侵染,因而每都需要更换母株,草莓病毒病具有潜伏期长,多个病毒病原复合感染的现象。
(2)作物脱毒
1.植物繁殖的新途径
一.植物细胞工程的应用
脱毒马铃薯田与被病毒感染的未脱毒马铃薯叶片
脱毒苗≠抗毒苗
(2)作物脱毒
1.植物繁殖的新途径
一.植物细胞工程的应用
脱毒草莓
普通草莓
(3)人工种子(补充)
农业、林业生产离不开种子,但不少树木需要生长数年后才能结出种子;一些作物优良杂种的后代也会因发生___________而丧失其优良特性。另外,常规种子的生产还会受到季节、气候和地域的限制,并且需要占用大量的土地来实现制种。
人工种子:就是以植物组织培养得到的_______________________________等为材料,经过人工薄膜包装得到的种子。人工种子在适宜条件下同样能够萌发长成幼苗。
性状分离
胚状体、不定芽、顶芽和腋芽
1.植物繁殖的新途径
一.植物细胞工程的应用
胚状体
人工胚乳
人工种皮
抗压、保水、透气
具有发育成完整植株的能力
保证胚状体生长发育的必需物质
胚状体:是指在组织培养过程中,在植物组织块或愈伤组织上产生的一种结构,它与正常受精卵发育形成的胚有类似的结构和发育过程。
为了促进胚状体的生长发育,还可以向人工种皮中加入加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。为了促进胚状体的生长发育,还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。
①无性繁殖,易于保留优良性状。②不受气候、季节和地域限制。
③方便储存和运输。④解决了某些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。⑤节约大量的粮食。
人工种子
的优点:
(3)人工种子(补充)
1.植物繁殖的新途径
一.植物细胞工程的应用
(1)突变体的利用
对植物组织培养过程中得愈伤组织进行诱变处理,促其发生突变,诱导分化成植株,筛选对人们有利突变体,进而培育新品种
外植体
新
品种
筛选
培育
愈伤组织
脱分化
多种
突变体
诱导分化
诱变处理
白三叶草
一.植物细胞工程的应用
2.作物新品种的培育
抗病、抗盐、
含高蛋白、高产
植物组织培养过程中,由于培养细胞一直处于不断增值的状态,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。
①产生:
②利用:
④成就:
筛选对人们有用的突变体,进而培育新品种
各国的科学家用这种方法已经筛选到抗病、抗盐、含高蛋白,以及高产的突变体,有的已用于生产。
③原理:
基因突变和植物细胞的全能性。
⑤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。
难以控制突变方向,有利性状比较少,需要大量处理实验材料。
⑥缺点:
(1)突变体的利用
一.植物细胞工程的应用
2.作物新品种的培育
(2)单倍体育种
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步骤:
花药离体培养得到单倍体→染色体数目加倍→筛选所需性状个体
外植体
选择花粉培养
完整植株
单倍体
纯合体
加倍
花药离体培养
即植物组织培养
单倍体植株矮小,且多为不育
一.植物细胞工程的应用
2.作物新品种的培育
(2)单倍体育种
一.植物细胞工程的应用
2.作物新品种的培育
外植体
选择花粉培养
完整植株
单倍体
纯合体
加倍
花药离体培养
即植物组织培养
③原理:____________________和____________________
④优点
A._________________________________________
_________________________________________________
_________________________________________________
B.________________________________________ _________________________________________________
_________________________________________________
染色体(数目)变异
植物细胞的全能性
极大地缩短了育种的年限,节约了大量的人力和物力
(原因:杂交育种选育出一个可以稳定遗传的作物优良品种,一般要经过5-6年的连续筛选,而单倍体育种当年就能培育出相对性状稳定的纯合植株;)
可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料
(原因: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)
(2)单倍体育种
一.植物细胞工程的应用
2.作物新品种的培育
杂交育种
单倍体育种
B.杂交育种培育一个可以稳定遗传的作物优良品种,一般不断自交选优,常需5~6年。
C.而单倍体育种当年就能培育出所需纯合体。
D明显地缩短育种年限
A.原理:染色体(数目)变异和植物细胞的全能性
(2)单倍体育种
一.植物细胞工程的应用
2.作物新品种的培育
⑤实例: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
(2)单倍体育种
一.植物细胞工程的应用
2.作物新品种的培育
(3)转基因植物的培育(了解)
植物组织培养
一.植物细胞工程的应用
2.作物新品种的培育
(4)植物体细胞杂交
去壁
①
去壁
①
融
合 ②
再生
新壁
③
脱分化
④
再分化
⑤
移栽
植物细胞融合
植物组织培养
植物细胞融合
一.植物细胞工程的应用
2.作物新品种的培育
3.细胞产物的工厂化生产
初生代谢:生物生长生存所必需的代谢活动。
外植体
愈伤组织
脱分化
培养、提取代谢产物
细胞产物的工厂化生产
(2)过程:
产物:如糖类、脂质、蛋白质、核酸等。
次生代谢:非生物生长所必需,在特定条件下进行。
产物:产物:一类小分子有机化合物。
红豆杉→紫杉醇
紫草→紫草宁
(1)细胞产物的种类:
一.植物细胞工程的应用
【植物细胞培养】是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。
(3)优点: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。
①材料:最好是愈伤组织
②培养基:液体培养基(培养液)
使培养物与营养物质充分接触
利用人参细胞生产人参皂苷
3.细胞产物的工厂化生产
一.植物细胞工程的应用
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
本堂小结
一.植物细胞工程的应用
例1.驱蚊草含有香茅醛,能散发出一种特殊的柠檬型香气,从而达到驱蚊且对人体无害的效果。它是把天竺葵的原生质体和香茅草的原生质体进行诱导融合培育而成的。下列关于驱蚊草培育的叙述,错误的是 ( )
A.驱蚊草的培育属于细胞工程育种
B.相比于杂交育种,这种育种方法的优点是克服了远缘杂交不亲和的障碍
C.驱蚊草培育利用了植物体细胞杂交技术,育种原理是染色体数目变异
D.融合的细胞具有全能性,因此不需要植物组织培养就可得到杂种植株
D
一.植物细胞工程的应用
例2.植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是( )
A.植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁
B.细胞壁使原生质体失去活力
C.细胞壁阻碍了原生质体的融合
D.细胞壁不是原生质体的组成部分
例3.以下为植物体细胞杂交技术流程图,其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞,所含有的染色体组分别是AA和BB。据图分析正确的是( )
A.经①过程获得的a、b称为原生质层
B.c细胞只有AABB这一种类型
C.过程④和⑤分别是分化和再
分化
D.获得植物d因为有同源染色
体所以可育
C
D
甲
乙
一.植物细胞工程的应用
一、概念检测
1.1.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
√
练习与应用(P42)
×
D
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F(AaSusu)再进行自交,F,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。
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(P42)
二.拓展应用
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。
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。
练习与应用(P42)