2.2植物细胞工程的应用 课件(共31张PPT1份视频) -2024-2025学年高中生物学苏教版（2019）选择性必修三

(共31张PPT)
第一节 植物细胞工程
第二章 细胞工程
积极思维
什么是人工种子
事实：
1.人工种子是指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，在适宜的条件下能够生根发芽的颗粒体。
2.人工胚乳的主要成分包括无机盐、糖类和蛋白质等营养物质。制备人工胚乳时，可以先将这些物质包裹在微胶囊中，再把微胶囊和胚状体一起包埋在人工种皮内。所以，人工种子的生产过程包括植物组织培养获得胚状体以及人工种皮对胚状体和人工胚乳的包埋等。
思考：
比较 与天然种子相比，人工种子可能具有哪些优越性？
胚状体
人工胚乳（提供发育所需的营养）
人工种皮
人工薄膜，透气透水
种皮
胚状体（不定芽、顶芽和腋芽）
胚
营养物质+抗生素、农药+有益菌+植物生长调节剂
胚乳
胚状体
人工胚乳
人工种皮
单子叶植物的种子
胚
种皮
胚乳
组成：胚状体＋人工种皮＋人工胚乳
人工种子
⑤后代无性状分离，保持优良品种的遗传特性
①易于储藏和运输
④解决某些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题
③避免占用大量土地制种，节约粮食
优点：
②不受季节、气候和地域的限制
人工种子
人工种子应用
花椰菜
桉树
水稻
芹菜
人工种子
（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。
人工种子
利用植物组织培养技术不仅可以保持优良植物品种的遗传特性，而且可以实现种苗的快速繁殖，植物组织培养技术也因此被称为“快速繁殖技术”。
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽
试管苗
（2）原理：
①高效、快速地实现种苗的大量繁殖
②无性繁殖，可以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）优点：
植物细胞的全能性
④选材少，繁殖率高，便于自动化管理。
试管苗大规模培养
植物组织培养技术的应用——快速繁殖
（1）概念：
无性生殖
【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阶段，细胞进行旺盛、快速的有丝分裂，从而获得大量的组织细胞。不断地对愈伤组织进行分割、移瓶、诱导再分化就可以形成大量的新植株。另外，植物组织培养在实验室进行，一般不受季节、气候等条件的限制。
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。
植物组织培养技术的应用——快速繁殖
（5）实例：
批量生产蔬菜、果树、林木和花卉（如蝴蝶兰）等的种苗。
（4）应用：
快速繁殖优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等。
植物组织培养技术的应用——快速繁殖
植物组织培养
脱毒苗
顶端分生区（如茎尖、芽尖、根尖）：
马铃薯
草莓
香蕉
感染的病毒很容易传给后代
无性繁殖
病毒在作物体内积累
作物产量降低品质变差
1.脱毒原因
2.脱毒方法及部位
病毒极少，甚至无病毒
注：脱毒苗不等于抗毒苗。
与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同
植物组织培养技术的应用——快速繁殖
植物组织培养技术的应用——快速繁殖
甜菜病病毒
玉米病病毒
番茄病病毒
脱毒苗不等于抗毒苗。
脱毒苗是选择植物的茎尖进行组织培养而获得的，只是体内不含病毒，不能抵抗病毒侵染，属于细胞工程的范畴；
抗毒苗是把某抗病基因导入植物细胞，属于基因工程的范畴；
植物组织培养技术的应用——快速繁殖
3.脱毒过程：
脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽
幼苗
完整植株
移栽成活
4.优点：
明显提高农作物的产量和品质
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。
脱毒草莓
普通草莓
脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片
无病毒组织
（切取茎尖组织）
植物组织培养技术的应用——快速繁殖
知识链接——植物脱毒的物理方法和化学方法
物理方法
高温处理又称为热疗法，其原理是一些病毒对热不稳定。病毒一般在高于常温的温度下（35~40℃）2~4周即钝化失活，失去侵染能力，而植物在这样的条件下基本不受伤害。这种方法对感染苹果花叶病毒或康乃馨病毒等植株的脱毒十分有效。
低温处理也称冷疗法，其原理是降低温度，使病毒活力下降。例如，感染菊花矮化病毒的植株经过5℃处理4个月可以获得近70%的脱毒苗。
化学方法
植物脱毒的化学方法一般指利用嘌吟和密啶类似物或
抗生素等化学药品处理患病植株的方法。该方法的原
理是抑制植物体内病毒的复制。例如，放线菌酮能抑
制植物原生质体中病毒的复制。
6.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。
（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）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。
植物组织培养技术的应用——快速繁殖
植物细胞培养技术的应用——代谢产物
是生物生长和生存所必需的代谢活动，一直进行
植物代谢
初生代谢：
次生代谢：
缺点：①植物细胞的次生代谢物含量很低。
②有些产物不能或难以通过化学合成途径得到。
一类小分子有机化合物
(如酚类、萜类和含氮化合物等)
产物：
如糖类、脂质、蛋白质、核酸等
产物：
植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物——次生代谢物。
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。
应用多、产量低
利用植物细胞培养来获得目标产物
红豆杉→紫杉醇
紫草→紫草宁
紫杉醇： 具有高抗癌活性。
紫草宁:具有抗菌、消炎、抗肿瘤等活性。
利用植物细胞培养来获得目标产物，即目标次生代谢物的过程就是细胞产物的工厂化生产。
植物细胞培养技术的应用——代谢产物
03
1.概念：指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培
养使其增殖的技术。
3.优势：
不占用耕地、不受季节、天气的限制，对社会、经济、环保具有重要意义。
2.原理：
细胞增殖
植物细胞培养
外植体
愈伤组织
细胞悬液
脱分化
振荡分散
细胞悬浮培养
细胞产物
提取
植物细胞培养技术的应用——代谢产物
4.实例：
具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的治疗。
红豆杉→紫杉醇
紫草→紫草宁
抗菌、消炎和抗肿瘤，世界首例药用植物细胞工程产品。
金鸡纳树—奎宁
奎宁在治疗疟疾的良药之一。
植物细胞培养技术的应用——代谢产物
植物细胞培养技术的应用——代谢产物
工厂化生产人参皂苷粉的基本流程：
人参根 　 愈伤组织 　　 增长速度快而且细胞内人参皂苷粉含量高的细胞
细胞增殖　　 提取人参皂苷粉
外植体
脱分化
愈伤组织
细胞产物
培养、提取
脱分化
培养选择
破碎细胞
放入发酵罐
注意：① 一般组织培养到愈伤组织即可。因为此时
细胞分裂能力强，代谢快， 产物多。
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。
过程
应用 快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等 细胞产物的工厂化生产，
项目 植物组织培养 植物细胞培养
目的 获得植物体 获得细胞产物
原理 植物细胞的全能性 细胞增殖
培养基 固体培养基 液体培养基
植物组织培养和植物细胞培养的比较
（1）概念：通过花药(或花粉)培养获得单倍体植株，然后经过诱导染色体加倍，当年就能培育出遗传性状相对稳定的纯合二倍体植株;
1.单倍体：
由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成的个体。
植株枝叶茎杆弱小，果实多而小，一般高度不育。
特点：
2.单倍体育种：
植物细胞培养技术的应用——单倍体育种
再分化
秋水仙素处理染色体数加倍
花药离体培养
脱分化
筛选
具优良基因的二倍体植株
单倍体育种的过程包括几步？具体流程？
优良品种
花药
花粉
花药离体培养
单倍体幼苗
纯合二倍体
人工诱导
染色体加倍
选择
单倍体植株
优良性状的纯合二倍体植株
愈伤组织
二倍体植株
花粉
(外植体)
步骤：1、花药离体培养
原理：染色体（数目）变异，其中花药离体培养还利用了植物细胞的全能性
2、人工诱导染色体加倍
植物细胞培养技术的应用——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
植物细胞培养技术的应用——单倍体育种
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。
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。
为什么？
植物细胞培养技术的应用——单倍体育种
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。
植物细胞培养技术的应用——单倍体育种
外植体
愈伤组织
试管苗
脱分化
再分化
植株
作物脱毒
选择顶端分生组织
快速繁殖
单倍体育种
选择花药
杂交育种
分散后
悬浮培养
3.细胞产物的工厂化生产
2.植物新品质的培育
1.植物繁殖的新途径
课堂小结
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
跟踪训练
√
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
√
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
√
跟踪训练
感谢观看
汇报人