2.1.2植物细胞工程的应用课件(共27张PPT)2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修3

(共27张PPT)
第2章 细胞工程
第1节 植物细胞工程
二 植物细胞工程的应用
Contents
目录
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
四
习题巩固
一
植物繁殖的新途径
20世纪60年代，荷兰科学家成功地利用组织培养技术来培育兰花。目前，荷兰的兰花生产已经发展成为举世闻名的兰花产业。
我国组织培养技术已经广泛应用于兰花种苗的规模化繁殖，使得名贵的兰花价格大幅下降。
蝴蝶兰
铁皮石斛
一
植物繁殖的新途径——快速繁殖
（1）概念：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。
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽
试管苗
（2）优点：
①高效、快速地实现种苗的大量繁殖。
②无性繁殖，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。
（3）应用：
快速繁殖经济林木、名贵花卉、珍稀濒危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的植物。
（4）实例：甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。
铁皮石斛的工厂化生产
一
植物繁殖的新途径——快速繁殖
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。
一
植物繁殖的新途径——快速繁殖
一
植物繁殖的新途径——快速繁殖
【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。
一
植物繁殖的新途径——快速繁殖
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。
你有什么启发？
一
植物繁殖的新途径——作物脱毒
(1)培育脱毒苗的原因：
无性繁殖的方式进行繁殖的作物，感染的病毒很容易传给后代，并在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低、品质变差。
(2)选材部位及原因：
部位：植物 。
顶端分生区附近（如茎尖）
原因：　　　 　　的病毒极少，甚至　 　　。
分生区附近
无病毒
一
植物繁殖的新途径——作物脱毒
（4）优点：明显提高农作物的产量和品质
与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。
(3)方法：
切取茎尖进行组织培养获得脱毒苗。（即：茎尖组织培养技术）
茎尖
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
试管苗
脱毒苗
移栽
通过组织培养技术获得的脱毒苗是否具有抗病毒能力？
脱毒苗 ≠ 抗毒苗
一
植物繁殖的新途径——作物脱毒
（5）实例：
在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。
脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片
脱毒草莓
普通草莓
一
植物繁殖的新途径
（1）单倍体：
由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成的个体。
枝叶茎杆弱小，果实多而小，一般高度不育。
特点：
（2）单倍体育种原理：
植物细胞的全能性、染色体（数目）变异。
二
作物新品种的培育——单倍体育种
二
作物新品种的培育——单倍体育种
单倍体育种
aa BB
×
AA bb
第一年
Aa Bb
第二年
A B
A b
a B
a b
减数分裂
花药（花粉）离体培养
A B
A b
a B
a b
人工诱导染色体加倍
AA BB
AA bb
aa BB
aa bb
杂交育种
aa BB
AA bb
×
Aa Bb
第一年
第二年
自交
A_B_
淘汰
第三-六年
连续自交多代
稳定
遗传
性状分离
AA BB
淘汰
二
作物新品种的培育——单倍体育种
(3)优点:
①极大地缩短育种年限，节约大量人力和无力；
②后代大是纯合子，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。
为什么？
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。
二
作物新品种的培育——单倍体育种
(4)实例：
我国科学家在1974年成功培育出世界上第一个单倍体作物新品种——单育1号烟草。
我国科学家把单倍体育种与常规育种结合起来，育成水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。
二
作物新品种的培育——突变体的利用
（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
突变 = 基因突变 ＋ 染色体变异
外植体
愈伤组织
试管苗
脱分化
再分化
植株
诱变
突变体
筛选
有用的突变体
抗病、抗盐、含高蛋白、高产
二
作物新品种的培育——突变体的利用
（2）优点：
提高变异的频率，加速育种进程。
（3）缺点：
难以控制突变方向，需要大量处理实验材料。
白三叶草
（4）实例：
抗除草剂的白三叶草
抗花叶病毒的甘蔗
抗盐碱的野生烟草
三
细胞产物的工厂化生产
1.次生代谢产物
(1)概念：
植物代谢产生的，不是植物基本生命活动所必需的产物。
一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）
(2)用途：
在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
相关信息=====
出生代谢：生物生长生存所必需的代谢活动，一直进行着。如糖类、脂质、蛋白质、核酸等。
次生代谢：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。
红豆杉→紫杉醇
紫草→紫草宁
应用多、产量低、破坏植物资源
三
细胞产物的工厂化生产
(3)过程：
外植体
脱分化
愈伤组织
振荡分散
细胞悬液
细胞悬浮培养
提取
细胞产物
（4）结果：
只培养到愈伤组织阶段
该过程不能体现植物细胞的全能性
（5）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
三
细胞产物的工厂化生产
（6）实例：
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。
紫杉醇——具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的治疗
紫草宁——具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性
人参→
人参皂苷
紫草→紫草宁
红豆杉→紫杉醇
三
细胞产物的工厂化生产
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
三
细胞产物的工厂化生产
分析生产实践中遇到的问题：
人参为我国名贵药材，现今因野生资源短缺，多用人工栽培，但人工栽培生长缓慢，6年才能生成10克左右（干重）人参根。
解决办法：利用植物组培工厂化生成细胞产物
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。
到社会中去
市场上有一种叫作“手指植物“的工艺品受到很多人的欢迎这些 “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学习了本节课之后，你也可以尝试制作“手指植物”。如果有商店正在出售这种植物，你还可以做个市场调查，了解它们的销售情况和经济效益，分析它们为什么受欢迎，并写出调查报告。
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。
四
习题巩固
1.青蒿素来自黄花蒿，被誉为“世界上唯一有效的疟疾治疗药物”，几乎不溶于水，且具有热不稳定性，所以提取工艺一直难以突破。中国科学家屠呦呦因在抗疟疾药物青蒿素的提取方面做出的突出贡献而获得2015年诺贝尔生理学或医学奖，下列关于利用植物组织培养技术生产青蒿素的叙述，错误的是( )
A.黄花蒿叶片作为外植体一般需经消毒后使用
B.该过程中利用了植物细胞的全能性
C.诱导黄花蒿生根时，应适当提高培养基中细胞分裂素与生长素含量的比值
D.青蒿素不是黄花蒿基本的生命活动所必需的产物，青蒿素属于次生代谢物
√
四
习题巩固
2.植物细胞工程在农业、医药等方面有着广泛的应用，并且取得了显著的社会效益和经济效益。下列相关叙述错误的是( )
A.玉米花粉粒经花药离体培养得到的植株能稳定遗传
B.取草莓茎尖进行植物组织培养可获得脱毒苗
C.红豆杉细胞经植物细胞培养技术可工厂化生产紫杉醇
D.可采用诱变处理烟草愈伤组织的方法来获得烟草抗盐碱突变体
√
四
习题巩固
3.紫杉醇是存在于红豆杉体内的一种次生代谢物，具有高抗癌活性，下图是利用植物细胞工程技术获得紫杉醇的工厂化途径。下列相关叙述错误的是( )
A.①、③过程所用培养基的物理性质一般不同
B.②过程需要用胰蛋白酶处理而获得单个细胞
C.紫杉醇不是红豆杉生长和生存所必需的代谢产物
D.这种方法获得紫杉醇利于对濒危植物红豆杉的保护
√