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32张ppt）课件
文档属性
| 名称 | 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32张ppt）课件 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 29.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2024-03-14 11:16:15 | ||
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文档简介
(共32张PPT)
植物细胞工程的应用
红豆杉
人工种子
生物学上的种子是指裸子植物和被子植物特有的繁殖器官， 是由胚珠发育而成的。
而农业、林业生产上的种子是指农作物和林木的种植材料或者繁殖材料，包括籽粒、果实、根、茎、苗、芽、叶、花等。现在，又出现了一类新种子——人工种子。那么，什么是人工种子呢？
积极思维：什么是人工种子？
1、人工种子概念：
将在植物组织培养中得到的胚状体和具有养分的人工胚乳包埋在具有保护功能的人工种皮中，在适宜条件下能够生根发芽的颗粒体。
2、基本结构
人工种皮：
胚状体：
人工胚乳：
具有保护、抗压、保水、透气等作用
具有发育成完整植株的能力
包括无机盐、糖类和蛋白质等营养物质（保证胚状体生长发育的必需物质）
外植体
愈伤组织
胚状体
脱分化
再分化
包裹人工种皮和胚乳
人工种子
3、制备过程
知识拓展：
为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工胚乳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，还可以向人工种子中加入一些植物生长调节剂。
4、人工种子优点：
①培植周期短；
②后代无性状分离（无性生殖）；
③不受气候,季节和地域限制；
④可以很方便地贮藏和运输；
⑤人工胚乳可提供更好的营养供应，还可提供相应成分增强抵抗疾病的能力。
一、植物组织培养技术的应用
1、快速繁殖
用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，称为快速繁殖技术，也叫微型繁殖技术。
（1）概念：
（2）原理：
植物细胞的全能性
例：用一个兰花茎尖就可以在一年内生产400万株兰花苗；
（3）优点：
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；
铁皮石斛
快速繁殖经济苗木、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）运用：
连翘
农业知识：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。
甜菜病毒病
玉米病毒病
番茄病毒病
2、培育脱毒植物
（1）脱毒的原因：
（2）选材部位及原因：
长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差。
植物生长点部位（如茎尖、芽尖、根尖）的病毒浓度很低甚至无病毒；（还可以利用花药培养来实现脱毒）
这是因为这些部位没有维管束，病毒难以进入，这些部位的病毒极少，甚至无病毒；
脱毒草莓
普通草莓
（3）优点：
可以降低或者去除病毒的感染，培育出大量的脱毒种苗；
注：脱毒苗≠抗毒苗，前者指的是本身病毒少，甚至无病毒，受病毒感染的机会少，而后者指的是能抵抗病毒的感染；
3、种质保存
(1)保存材料：
可以是植物的悬浮细胞，也可以是愈伤组织或胚状体，还包括原生质体、花粉、幼胚、芽或茎尖分生组织等。
(3)优点：
比保存植物的种子更为有利和经济，还能在需要的时候迅速且大量地繁殖植物。
(2)原理：
在－196 ℃的条件下，活细胞内的物质代谢和生命活动几乎完全停止，细胞、组织、器官在超低温保存过程中不会引起遗传性状的改变，也不会丧失形态发生的潜能。
3、种质保存
积极思维：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）？
传统方法：
杂交育种
如何解决育种时间过长的问题？
4、单倍体育种
（植物细胞的全能性）
（染色体数目变异）
（1）过程：
秋水仙素
单倍体幼苗
优良品种
愈伤组织
纯合二倍体植株
花药
脱分化
再分化
秋水仙素处理
花药离体培养
选择
4、单倍体育种
（2）原理：
植物细胞的全能性、染色体数目变异；
①后代都是纯合子，能稳定遗传；
②明显缩短育种年限，加速育种进程,节约了大量的人力和物力；
③作为体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料；
（3）优点:
4、单倍体育种
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。
（4）实例：
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。
（1）过程：
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。
5、突变体育种
（2）原理：
外植体
新品种
愈伤组织
诱变处理
基因突变和植物细胞的全能性；
诱导分化
多种突变体
脱分化
筛选培育
（3）优点：
（4）缺点：
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。
实例：
抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。
二、植物细胞培养技术的应用
植物细胞代谢产物的工厂化生产
植物生长到一定阶段后，会通过代谢合成一些物质，它们可能对该植物无明显生理功能，也不是该植物生长和繁殖所必需的，但这些植物细胞代谢产物可能是珍贵的药物等。
（1）细胞代谢产物工厂化生产的物质基础
（2）生产途径
外植体
愈伤组织
细胞悬液
脱分化
分散开
细胞产物
培养提取
注：植物细胞代谢产物的工厂化生产一般培养到培养到愈伤组织阶段，从愈伤组织的细胞中就可提取细胞产物；
补充知识：初生代谢产物与次生代谢产物的区别
初生代谢产物 次生代谢产物
意义不同 生物生长和生存所必需的代谢活动 不是植物基本的生命活动所必需的产物
时空不同 在整个生命过程中一直进行 一般在特定的组织和器官中，并在一定的环境和条件下才进行
产物不同 糖类、脂质、蛋白质、核酸等 酚类、萜类和含氮化合物等
（3）应用
①工业化生产细胞代谢产物
金鸡纳树细胞产生的代谢产物奎宁是治疗疟疾的良药之一。我国科学家也通过植物细胞培养的方法，成功地培养了国家一级珍稀濒危保护植物红豆杉的细胞，并从中提取出重要的抗肿瘤药物——紫杉醇。
金鸡纳树
红豆杉，又名紫杉。1971年，科学家从红豆杉树皮中分离出了紫杉醇，发现它具有独特的抗肿瘤作用。据《人民日报》2001年10月17日第5版报道，2000年国际市场上优质紫杉醇的售价已高达每千克18万美元。1994一1996年，在红豆杉分布最多、最集中的云南，红豆杉遭受了一场浩劫。盗伐者大量砍伐红豆杉，使大大小小的山沟里，躺满了被剥光树皮的裸树，溪河里浸出鲜血般
的红色树汁……野生红豆杉是濒危植物，直接从它的树皮和树叶中提取紫杉醇的传统生产方式，不仅产量低，还会对野生红豆杉资源造成严重破坏，而紫杉醇的化学全合成法尚不具备生产应用价值。
（4）技术优点：
不仅快速、高效，而且不受季节、外部环境等条件的限制。
②工业化生产相关植物产品
这些植物产品不仅可以是药物（如人参皂苷），也可以是食品添加剂（如食用色素、甜味剂）。
③农副业生产
大规模培养桑叶的叶肉细胞，可制作成家蚕的饲料，解决养蚕业的饲料供应问题。
总结：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
1．烟薯25是一种甜度大、抗病力强、产量高的红薯。它是通过无性繁殖得到的作物，多代繁殖后病毒会在体内积累，导致含糖量不足，产量下降。大面积栽培时，一般都用脱毒苗。下列有关脱毒苗培育过程的叙述，错误的是
A．脱毒苗培育过程的原理是高度分化的植物细胞具有全能性
B．脱毒苗培育经过脱分化和再分化两个阶段，其中生长素、细胞分裂素是关键性激素
C．脱分化和再分化的培养基成分是相同的
D．培育脱毒苗时应该将茎尖进行消毒处理，接种过程应进行无菌操作
C
习题巩固：
2．紫草宁是紫草细胞的代谢产物，可作为消炎药物的原料。研究人员欲用植物组织培养技术通过培养紫草细胞生产紫草宁，下列相关操作不合理的是
A．对作为外植体的紫草叶片进行消毒处理既可保证细胞活性也可减少污染
B．培养基中要加入植物激素保证已分化的植物细胞脱分化形成愈伤组织
C．调整植物激素的种类和比例以保证愈伤组织再分化并得到完整的植株
D．在培养细胞的过程中要不断通入无菌空气以保证氧气的充足供应
C
3.如图是利用某种植物(基因型为AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示意图。据图判断，下列叙述错误的是
A.过程②通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为细胞有丝分裂前期
B.通过过程①②得到的植株既有纯合子又有杂合子
C.过程①属于植物的组织培养，在此过程中必须使用一定量的植物激素或植物生长调节剂
D.与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种的年限
B
4.如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，下列叙述正确的是
A.该途径依据的原理是植物细胞具有全能性
B.过程①需控制好培养基中植物激素的比例
C.经过程①细胞的形态和结构未发生变化
D.过程③需使用固体培养基，有利于细胞增殖
B
5．下列关于花药培养过程的说法，正确的是
A．花药培养过程中，诱导形成愈伤组织时不需要光照，幼小植株的形成需要光照
B．接种后的花药需要每天用日光灯照射12 h
C．花药中的花粉在培养基上发育成胚状体还是愈伤组织是随机的，不受环境的影响
D．用秋水仙素溶液处理幼苗，获得二倍体植株
A
6.下列关于细胞产物的工厂化生产的叙述，错误的是
A．细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一
B．细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物等，如人参皂苷
C．培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分
D．培养的愈伤组织需要经过再分化产生特定的组织细胞后才能产生特定的细胞产物
D
植物细胞工程的应用
红豆杉
人工种子
生物学上的种子是指裸子植物和被子植物特有的繁殖器官， 是由胚珠发育而成的。
而农业、林业生产上的种子是指农作物和林木的种植材料或者繁殖材料，包括籽粒、果实、根、茎、苗、芽、叶、花等。现在，又出现了一类新种子——人工种子。那么，什么是人工种子呢？
积极思维：什么是人工种子？
1、人工种子概念：
将在植物组织培养中得到的胚状体和具有养分的人工胚乳包埋在具有保护功能的人工种皮中，在适宜条件下能够生根发芽的颗粒体。
2、基本结构
人工种皮：
胚状体：
人工胚乳：
具有保护、抗压、保水、透气等作用
具有发育成完整植株的能力
包括无机盐、糖类和蛋白质等营养物质（保证胚状体生长发育的必需物质）
外植体
愈伤组织
胚状体
脱分化
再分化
包裹人工种皮和胚乳
人工种子
3、制备过程
知识拓展：
为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工胚乳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，还可以向人工种子中加入一些植物生长调节剂。
4、人工种子优点：
①培植周期短；
②后代无性状分离（无性生殖）；
③不受气候,季节和地域限制；
④可以很方便地贮藏和运输；
⑤人工胚乳可提供更好的营养供应，还可提供相应成分增强抵抗疾病的能力。
一、植物组织培养技术的应用
1、快速繁殖
用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，称为快速繁殖技术，也叫微型繁殖技术。
（1）概念：
（2）原理：
植物细胞的全能性
例：用一个兰花茎尖就可以在一年内生产400万株兰花苗；
（3）优点：
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；
铁皮石斛
快速繁殖经济苗木、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）运用：
连翘
农业知识：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。
甜菜病毒病
玉米病毒病
番茄病毒病
2、培育脱毒植物
（1）脱毒的原因：
（2）选材部位及原因：
长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差。
植物生长点部位（如茎尖、芽尖、根尖）的病毒浓度很低甚至无病毒；（还可以利用花药培养来实现脱毒）
这是因为这些部位没有维管束，病毒难以进入，这些部位的病毒极少，甚至无病毒；
脱毒草莓
普通草莓
（3）优点：
可以降低或者去除病毒的感染，培育出大量的脱毒种苗；
注：脱毒苗≠抗毒苗，前者指的是本身病毒少，甚至无病毒，受病毒感染的机会少，而后者指的是能抵抗病毒的感染；
3、种质保存
(1)保存材料：
可以是植物的悬浮细胞，也可以是愈伤组织或胚状体，还包括原生质体、花粉、幼胚、芽或茎尖分生组织等。
(3)优点：
比保存植物的种子更为有利和经济，还能在需要的时候迅速且大量地繁殖植物。
(2)原理：
在－196 ℃的条件下，活细胞内的物质代谢和生命活动几乎完全停止，细胞、组织、器官在超低温保存过程中不会引起遗传性状的改变，也不会丧失形态发生的潜能。
3、种质保存
积极思维：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）？
传统方法：
杂交育种
如何解决育种时间过长的问题？
4、单倍体育种
（植物细胞的全能性）
（染色体数目变异）
（1）过程：
秋水仙素
单倍体幼苗
优良品种
愈伤组织
纯合二倍体植株
花药
脱分化
再分化
秋水仙素处理
花药离体培养
选择
4、单倍体育种
（2）原理：
植物细胞的全能性、染色体数目变异；
①后代都是纯合子，能稳定遗传；
②明显缩短育种年限，加速育种进程,节约了大量的人力和物力；
③作为体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料；
（3）优点:
4、单倍体育种
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。
（4）实例：
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。
（1）过程：
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。
5、突变体育种
（2）原理：
外植体
新品种
愈伤组织
诱变处理
基因突变和植物细胞的全能性；
诱导分化
多种突变体
脱分化
筛选培育
（3）优点：
（4）缺点：
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。
实例：
抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。
二、植物细胞培养技术的应用
植物细胞代谢产物的工厂化生产
植物生长到一定阶段后，会通过代谢合成一些物质，它们可能对该植物无明显生理功能，也不是该植物生长和繁殖所必需的，但这些植物细胞代谢产物可能是珍贵的药物等。
（1）细胞代谢产物工厂化生产的物质基础
（2）生产途径
外植体
愈伤组织
细胞悬液
脱分化
分散开
细胞产物
培养提取
注：植物细胞代谢产物的工厂化生产一般培养到培养到愈伤组织阶段，从愈伤组织的细胞中就可提取细胞产物；
补充知识：初生代谢产物与次生代谢产物的区别
初生代谢产物 次生代谢产物
意义不同 生物生长和生存所必需的代谢活动 不是植物基本的生命活动所必需的产物
时空不同 在整个生命过程中一直进行 一般在特定的组织和器官中，并在一定的环境和条件下才进行
产物不同 糖类、脂质、蛋白质、核酸等 酚类、萜类和含氮化合物等
（3）应用
①工业化生产细胞代谢产物
金鸡纳树细胞产生的代谢产物奎宁是治疗疟疾的良药之一。我国科学家也通过植物细胞培养的方法，成功地培养了国家一级珍稀濒危保护植物红豆杉的细胞，并从中提取出重要的抗肿瘤药物——紫杉醇。
金鸡纳树
红豆杉，又名紫杉。1971年，科学家从红豆杉树皮中分离出了紫杉醇，发现它具有独特的抗肿瘤作用。据《人民日报》2001年10月17日第5版报道，2000年国际市场上优质紫杉醇的售价已高达每千克18万美元。1994一1996年，在红豆杉分布最多、最集中的云南，红豆杉遭受了一场浩劫。盗伐者大量砍伐红豆杉，使大大小小的山沟里，躺满了被剥光树皮的裸树，溪河里浸出鲜血般
的红色树汁……野生红豆杉是濒危植物，直接从它的树皮和树叶中提取紫杉醇的传统生产方式，不仅产量低，还会对野生红豆杉资源造成严重破坏，而紫杉醇的化学全合成法尚不具备生产应用价值。
（4）技术优点：
不仅快速、高效，而且不受季节、外部环境等条件的限制。
②工业化生产相关植物产品
这些植物产品不仅可以是药物（如人参皂苷），也可以是食品添加剂（如食用色素、甜味剂）。
③农副业生产
大规模培养桑叶的叶肉细胞，可制作成家蚕的饲料，解决养蚕业的饲料供应问题。
总结：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
1．烟薯25是一种甜度大、抗病力强、产量高的红薯。它是通过无性繁殖得到的作物，多代繁殖后病毒会在体内积累，导致含糖量不足，产量下降。大面积栽培时，一般都用脱毒苗。下列有关脱毒苗培育过程的叙述，错误的是
A．脱毒苗培育过程的原理是高度分化的植物细胞具有全能性
B．脱毒苗培育经过脱分化和再分化两个阶段，其中生长素、细胞分裂素是关键性激素
C．脱分化和再分化的培养基成分是相同的
D．培育脱毒苗时应该将茎尖进行消毒处理，接种过程应进行无菌操作
C
习题巩固：
2．紫草宁是紫草细胞的代谢产物，可作为消炎药物的原料。研究人员欲用植物组织培养技术通过培养紫草细胞生产紫草宁，下列相关操作不合理的是
A．对作为外植体的紫草叶片进行消毒处理既可保证细胞活性也可减少污染
B．培养基中要加入植物激素保证已分化的植物细胞脱分化形成愈伤组织
C．调整植物激素的种类和比例以保证愈伤组织再分化并得到完整的植株
D．在培养细胞的过程中要不断通入无菌空气以保证氧气的充足供应
C
3.如图是利用某种植物(基因型为AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示意图。据图判断，下列叙述错误的是
A.过程②通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为细胞有丝分裂前期
B.通过过程①②得到的植株既有纯合子又有杂合子
C.过程①属于植物的组织培养，在此过程中必须使用一定量的植物激素或植物生长调节剂
D.与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种的年限
B
4.如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，下列叙述正确的是
A.该途径依据的原理是植物细胞具有全能性
B.过程①需控制好培养基中植物激素的比例
C.经过程①细胞的形态和结构未发生变化
D.过程③需使用固体培养基，有利于细胞增殖
B
5．下列关于花药培养过程的说法，正确的是
A．花药培养过程中，诱导形成愈伤组织时不需要光照，幼小植株的形成需要光照
B．接种后的花药需要每天用日光灯照射12 h
C．花药中的花粉在培养基上发育成胚状体还是愈伤组织是随机的，不受环境的影响
D．用秋水仙素溶液处理幼苗，获得二倍体植株
A
6.下列关于细胞产物的工厂化生产的叙述，错误的是
A．细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一
B．细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物等，如人参皂苷
C．培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分
D．培养的愈伤组织需要经过再分化产生特定的组织细胞后才能产生特定的细胞产物
D