2.1（二）植物细胞工程的应用 课件 -(共24张PPT)2024-2025学年高中生物学人教版（2019）选择性必修三
文档属性
| 名称 | 2.1（二）植物细胞工程的应用 课件 -(共24张PPT)2024-2025学年高中生物学人教版（2019）选择性必修三 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 20.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2024-12-21 09:39:14 | ||
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文档简介
(共24张PPT)
第二章 细胞工程
第一节 植物细胞工程
人教版（2019）选择性必修三
（二）植物细胞工程的应用
学习目标
1.采用归纳与概括的方法，举例说明植物细胞工程的应用。（科学思维）
2.认同植物细胞工程对社会经济的发展具有重要意义。
（社会责任）
课前导入
20世纪60年代，荷兰科学家成功地利用植物组织培养技术来培有兰花。目前，荷兰的兰花生产已发展成举世闻名的兰花产业。
我国组织培养技术也已经广泛应用于兰花种苗的规模化繁殖，使得名贵兰花的价格大幅下降，普通百姓也能购买和观赏。
一、植物繁殖的新途径
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。
——快速繁殖
一、植物繁殖的新途径
——快速繁殖
（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
——作物脱毒
1.选用材料：植物顶端分生区附近(如茎 尖 、芽头）
2.选材原因：该部位的病毒极少，甚至无病毒
3.方法：切取茎尖进行组织培养获得脱毒苗。
茎尖
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
试管苗
脱毒苗
移栽
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。
4.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。
一、植物繁殖的新途径
——作物脱毒
5.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。
6.实例：马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。
二、作物新品种的培育
——单倍体育种
1.单倍体：
由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成的个体。
特点：枝叶茎杆弱小，果实多而小，一般高度不育。
2.单倍体育种原理：
植物细胞的全能性、染色体（数目）变异。
① 子代是能稳定遗传的纯合子。
二、作物新品种的培育
——单倍体育种
脱分化 再分化
花药 愈伤组织
花药离体培养
(植物细胞的全能性)
秋水仙素处理
(染色体数目变异)
秋水仙素
染色体 数目加倍
纯合二倍 体植株
单倍体
幼苗
优良 品种
选择
3.过程：
4.优点：
① 子代是能稳定遗传的纯合子。
② 极大地缩短了育种的年限。
③ 是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
二、作物新品种的培育
——单倍体育种
5.过程：
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.来源：
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。从突变的个体中筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。
2.过程：
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（如射线、化学物质等）
①处理对象：
②原理：
突变(基因突变+染色体变异）和植物细胞的全能性。
愈伤组织（细胞分裂旺盛，且一直处于不断增殖的状态，因此易发生突变）
3.利用：
二、作物新品种的培育
——突变体的利用
筛选对人们有利的突变体,进而培育成新品种。
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。
5.实例：
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。
抗花叶病毒的甘蔗
抗盐碱的烟草
三、细胞产物的工厂化生产
资料 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—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。
思考：能不能运用植物细胞工程技术来生产紫杉醇
三、细胞产物的工厂化生产
1.植物的代谢产物
（1）初生代谢：
①是生物生长和生存所必需的代谢活动；
②在整个生命过程中一直进行；
③初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质、核酸等。
（2）次生代谢物：
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。
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
（3）初生代谢与次生代谢的区别
三、细胞产物的工厂化生产
（4）植物组织培养与植物细胞培养的区别
知识总结
植物繁殖的新途径
作物新品种的培育
细胞产物的工厂化
生产
快速繁殖
作物脱毒
植物细胞工程的应用
紫草宁
紫杉醇
人参皂苷
单倍体育种
突变体的利用
课堂小测
1.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.植物细胞产物包括蛋白质、脂肪、药物、香料、生物碱等
C.利用细胞培养技术获得紫草素可实现细胞产物的工厂化生产
D.培养的愈伤组织需要经过再分化形成植株后才能产生特定的细胞产物
D
解析：植物细胞工程技术的应用有植物繁殖的新途径（包括微型繁殖，作物脱毒等）、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等，A正确；细胞产物的工厂化生产是指对能够产生对人们有利产物的细胞进行组织培养，让它们能够产生大量的细胞产物。细胞产物有蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等，B正确；紫草素是细胞的代谢产物，利用细胞培养技术获得紫草素，可实现细胞产物的工厂化生产，C正确；培养过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞，产生特定的细胞产物，D错误。
课堂小测
2.紫草素是从我国传统中药植物紫草中提取出来的一种脂溶性萘醌类化合物。多项研究表明紫草素具有抗炎、免疫抑制作用。下图为紫草素的提取流程图，有关叙述错误的是( )
A.①过程中需要在培养基中加入一定比例的植物激素才能获得愈伤组织
B.紫草素能够从愈伤组织细胞中获得，因此判断紫草素是次生代谢产物
C.在工厂化生产紫草素的过程中，无须培养出完整的紫草植株
D.该流程主要通过促进细胞增殖来提高紫草素的产量
B
解析：①过程表示脱分化过程，需要在培养基中加入一定比例的生长素和细胞分裂素等植物激素才能获得愈伤组织，A正确；在工程技术操作中，可以通过设计让愈伤组织生产次生代谢产物，但愈伤组织中产生的物质不一定是次生代谢产物，因此不能以此来判断紫草素是次生代谢产物，B错误；根据题干信息可知，在工厂化生产紫草素的过程中，只需要把细胞培养到愈伤组织阶段，再扩大培养即可，C正确；依据题图可以发现，该流程主要通过促进细胞增殖，增加产紫草素的细胞数量来提高紫草素的产量，D正确。
课堂小测
3.植物次生代谢产物是一类具有特殊作用的活性成分，例如丹参中的活性成分丹参酮以及酚酸类成分在心脑血管疾病的治疗方面效果显著。以丹参为材料，可通过植物细胞工程获得丹参酮用于临床应用。下列相关叙述正确的是( )
A.次生代谢物是植物基本生命活动所必需的
B.次生代谢物一般在特定的组织或器官中生成
C.应对丹参的外植体做消毒处理以获得脱毒组织
D.该过程利用了植物细胞全能性的原理
B
解析：次生代谢物不是植物基本生命活动所必需的，A错误；次生代谢物一般在特定的组织或器官中生成，B正确；用植物分生区细胞进行组织培养才能获得脱毒苗，C错误；该过程用到的原理是细胞增殖，D错误。
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第二章 细胞工程
第一节 植物细胞工程
人教版（2019）选择性必修三
（二）植物细胞工程的应用
学习目标
1.采用归纳与概括的方法，举例说明植物细胞工程的应用。（科学思维）
2.认同植物细胞工程对社会经济的发展具有重要意义。
（社会责任）
课前导入
20世纪60年代，荷兰科学家成功地利用植物组织培养技术来培有兰花。目前，荷兰的兰花生产已发展成举世闻名的兰花产业。
我国组织培养技术也已经广泛应用于兰花种苗的规模化繁殖，使得名贵兰花的价格大幅下降，普通百姓也能购买和观赏。
一、植物繁殖的新途径
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。
——快速繁殖
一、植物繁殖的新途径
——快速繁殖
（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
——作物脱毒
1.选用材料：植物顶端分生区附近(如茎 尖 、芽头）
2.选材原因：该部位的病毒极少，甚至无病毒
3.方法：切取茎尖进行组织培养获得脱毒苗。
茎尖
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
试管苗
脱毒苗
移栽
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。
4.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。
一、植物繁殖的新途径
——作物脱毒
5.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。
6.实例：马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。
二、作物新品种的培育
——单倍体育种
1.单倍体：
由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成的个体。
特点：枝叶茎杆弱小，果实多而小，一般高度不育。
2.单倍体育种原理：
植物细胞的全能性、染色体（数目）变异。
① 子代是能稳定遗传的纯合子。
二、作物新品种的培育
——单倍体育种
脱分化 再分化
花药 愈伤组织
花药离体培养
(植物细胞的全能性)
秋水仙素处理
(染色体数目变异)
秋水仙素
染色体 数目加倍
纯合二倍 体植株
单倍体
幼苗
优良 品种
选择
3.过程：
4.优点：
① 子代是能稳定遗传的纯合子。
② 极大地缩短了育种的年限。
③ 是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
二、作物新品种的培育
——单倍体育种
5.过程：
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.来源：
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。从突变的个体中筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。
2.过程：
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（如射线、化学物质等）
①处理对象：
②原理：
突变(基因突变+染色体变异）和植物细胞的全能性。
愈伤组织（细胞分裂旺盛，且一直处于不断增殖的状态，因此易发生突变）
3.利用：
二、作物新品种的培育
——突变体的利用
筛选对人们有利的突变体,进而培育成新品种。
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。
5.实例：
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。
抗花叶病毒的甘蔗
抗盐碱的烟草
三、细胞产物的工厂化生产
资料 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—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。
思考：能不能运用植物细胞工程技术来生产紫杉醇
三、细胞产物的工厂化生产
1.植物的代谢产物
（1）初生代谢：
①是生物生长和生存所必需的代谢活动；
②在整个生命过程中一直进行；
③初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质、核酸等。
（2）次生代谢物：
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。
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
（3）初生代谢与次生代谢的区别
三、细胞产物的工厂化生产
（4）植物组织培养与植物细胞培养的区别
知识总结
植物繁殖的新途径
作物新品种的培育
细胞产物的工厂化
生产
快速繁殖
作物脱毒
植物细胞工程的应用
紫草宁
紫杉醇
人参皂苷
单倍体育种
突变体的利用
课堂小测
1.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.植物细胞产物包括蛋白质、脂肪、药物、香料、生物碱等
C.利用细胞培养技术获得紫草素可实现细胞产物的工厂化生产
D.培养的愈伤组织需要经过再分化形成植株后才能产生特定的细胞产物
D
解析：植物细胞工程技术的应用有植物繁殖的新途径（包括微型繁殖，作物脱毒等）、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等，A正确；细胞产物的工厂化生产是指对能够产生对人们有利产物的细胞进行组织培养，让它们能够产生大量的细胞产物。细胞产物有蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等，B正确；紫草素是细胞的代谢产物，利用细胞培养技术获得紫草素，可实现细胞产物的工厂化生产，C正确；培养过程中需要脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞，产生特定的细胞产物，D错误。
课堂小测
2.紫草素是从我国传统中药植物紫草中提取出来的一种脂溶性萘醌类化合物。多项研究表明紫草素具有抗炎、免疫抑制作用。下图为紫草素的提取流程图，有关叙述错误的是( )
A.①过程中需要在培养基中加入一定比例的植物激素才能获得愈伤组织
B.紫草素能够从愈伤组织细胞中获得，因此判断紫草素是次生代谢产物
C.在工厂化生产紫草素的过程中，无须培养出完整的紫草植株
D.该流程主要通过促进细胞增殖来提高紫草素的产量
B
解析：①过程表示脱分化过程，需要在培养基中加入一定比例的生长素和细胞分裂素等植物激素才能获得愈伤组织，A正确；在工程技术操作中，可以通过设计让愈伤组织生产次生代谢产物，但愈伤组织中产生的物质不一定是次生代谢产物，因此不能以此来判断紫草素是次生代谢产物，B错误；根据题干信息可知，在工厂化生产紫草素的过程中，只需要把细胞培养到愈伤组织阶段，再扩大培养即可，C正确；依据题图可以发现，该流程主要通过促进细胞增殖，增加产紫草素的细胞数量来提高紫草素的产量，D正确。
课堂小测
3.植物次生代谢产物是一类具有特殊作用的活性成分，例如丹参中的活性成分丹参酮以及酚酸类成分在心脑血管疾病的治疗方面效果显著。以丹参为材料，可通过植物细胞工程获得丹参酮用于临床应用。下列相关叙述正确的是( )
A.次生代谢物是植物基本生命活动所必需的
B.次生代谢物一般在特定的组织或器官中生成
C.应对丹参的外植体做消毒处理以获得脱毒组织
D.该过程利用了植物细胞全能性的原理
B
解析：次生代谢物不是植物基本生命活动所必需的，A错误；次生代谢物一般在特定的组织或器官中生成，B正确；用植物分生区细胞进行组织培养才能获得脱毒苗，C错误；该过程用到的原理是细胞增殖，D错误。
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