2.2植物細(xì)胞工程的應(yīng)用 課件高二下學(xué)期生物蘇教版選擇性必修3

第一節(jié)植物細(xì)胞工程第二章

細(xì)胞工程積極思維什么是人工種子事實：1.人工種子是指將在植物組織培養(yǎng)中得到的胚狀體和具有養(yǎng)分的人工胚乳包埋在具有保護(hù)功能的人工種皮中，在適宜的條件下能夠生根發(fā)芽的顆粒體。2.人工胚乳的主要成分包括無機鹽、糖類和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)。制備人工胚乳時，可以先將這些物質(zhì)包裹在微膠囊中，再把微膠囊和胚狀體一起包埋在人工種皮內(nèi)。所以，人工種子的生產(chǎn)過程包括植物組織培養(yǎng)獲得胚狀體以及人工種皮對胚狀體和人工胚乳的包埋等。思考：比較

與天然種子相比，人工種子可能具有哪些優(yōu)越性？胚狀體人工胚乳（提供發(fā)育所需的營養(yǎng)）人工種皮

人工薄膜，透氣透水種皮

胚狀體（不定芽、頂芽和腋芽）胚營養(yǎng)物質(zhì)+抗生素、農(nóng)藥+有益菌+植物生長調(diào)節(jié)劑胚乳胚狀體人工胚乳人工種皮單子葉植物的種子胚種皮胚乳組成：胚狀體＋人工種皮＋人工胚乳人工種子⑤后代無性狀分離，保持優(yōu)良品種的遺傳特性①易于儲藏和運輸④解決某些作物品種繁殖能力差、結(jié)子困難或發(fā)芽率低等問題③避免占用大量土地制種，節(jié)約糧食優(yōu)點：②不受季節(jié)、氣候和地域的限制人工種子人工種子應(yīng)用花椰菜桉樹水稻芹菜人工種子（1）概念：用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)。也叫微型繁殖。外植體脫分化愈傷組織再分化根、芽試管苗（2）優(yōu)點：①高效、快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖。②無性繁殖，保持優(yōu)良品種的遺傳特性。③不受自然生長季節(jié)的限制，培養(yǎng)周期短。（3）應(yīng)用：快速繁殖經(jīng)濟林木、名貴花卉、珍稀瀕危植物等自然繁殖速度緩慢，繁殖效率低下或優(yōu)良性狀不易保持的植物。人工種子利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)不僅可以保持優(yōu)良植物品種的遺傳特性，而且可以實現(xiàn)種苗的快速繁殖，植物組織培養(yǎng)技術(shù)也因此被稱為“快速繁殖技術(shù)”。外植體脫分化愈傷組織再分化根、芽試管苗（2）原理：①高效、快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖②無性繁殖，可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性③不受自然生長季節(jié)的限制，培養(yǎng)周期短（3）優(yōu)點：植物細(xì)胞的全能性④選材少，繁殖率高，便于自動化管理。試管苗大規(guī)模培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用——快速繁殖（1）概念：無性生殖【思考】植物組織培養(yǎng)可以進(jìn)行快速繁殖的原因是什么？

植物組織培養(yǎng)到愈傷組織階段，細(xì)胞進(jìn)行旺盛、快速的有絲分裂，從而獲得大量的組織細(xì)胞。不斷地對愈傷組織進(jìn)行分割、移瓶、誘導(dǎo)再分化就可以形成大量的新植株。另外，植物組織培養(yǎng)在實驗室進(jìn)行，一般不受季節(jié)、氣候等條件的限制。其細(xì)胞分裂方式是有絲分裂，親、子代細(xì)胞DNA相同，所以可以保持親代優(yōu)良的遺傳特性。植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用——快速繁殖（5）實例：批量生產(chǎn)蔬菜、果樹、林木和花卉（如蝴蝶蘭）等的種苗。（4）應(yīng)用：快速繁殖優(yōu)良的觀賞植物、經(jīng)濟林木、無性繁殖作物和瀕危植物等。植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用——快速繁殖植物組織培養(yǎng)脫毒苗頂端分生區(qū)（如莖尖、芽尖、根尖）：馬鈴薯草莓香蕉感染的病毒很容易傳給后代無性繁殖病毒在作物體內(nèi)積累作物產(chǎn)量降低品質(zhì)變差1.脫毒原因2.脫毒方法及部位病毒極少，甚至無病毒注：脫毒苗不等于抗毒苗。與微型繁殖相比較，二者無本質(zhì)區(qū)別，只是取材部位不同植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用——快速繁殖植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用——快速繁殖甜菜病病毒玉米病病毒番茄病病毒脫毒苗不等于抗毒苗。脫毒苗是選擇植物的莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)而獲得的，只是體內(nèi)不含病毒，不能抵抗病毒侵染，屬于細(xì)胞工程的范疇；抗毒苗是把某抗病基因?qū)胫参锛?xì)胞，屬于基因工程的范疇；植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用——快速繁殖3.脫毒過程：脫分化愈傷組織再分化根、芽幼苗完整植株移栽成活4.優(yōu)點：明顯提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)5.實例：在馬鈴薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠蘿和香蕉等許多作物上獲得成功。脫毒草莓普通草莓脫毒馬鈴薯田與被病毒感染未脫毒馬鈴薯葉片無病毒組織

（切取莖尖組織）植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用——快速繁殖知識鏈接——植物脫毒的物理方法和化學(xué)方法物理方法高溫處理又稱為熱療法，其原理是一些病毒對熱不穩(wěn)定。病毒一般在高于常溫的溫度下（35~40℃）2~4周即鈍化失活，失去侵染能力，而植物在這樣的條件下基本不受傷害。這種方法對感染蘋果花葉病毒或康乃馨病毒等植株的脫毒十分有效。低溫處理也稱冷療法，其原理是降低溫度，使病毒活力下降。例如，感染菊花矮化病毒的植株經(jīng)過5℃處理4個月可以獲得近70%的脫毒苗?；瘜W(xué)方法植物脫毒的化學(xué)方法一般指利用嘌吟和密啶類似物或抗生素等化學(xué)藥品處理患病植株的方法。該方法的原理是抑制植物體內(nèi)病毒的復(fù)制。例如，放線菌酮能抑制植物原生質(zhì)體中病毒的復(fù)制。6.種質(zhì)保存（1）保存材料：可以是植物的懸浮細(xì)胞，也可以是愈傷組織或胚狀體，還包括原生質(zhì)體、花粉、幼胚、芽或莖尖分生組織等。

（2）原理：在－196℃的條件下，活細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)代謝和生命活動幾乎完全停止，細(xì)胞、組織、器官在超低溫保存過程中不會引起遺傳性狀的改變，也不會喪失形態(tài)發(fā)生的潛能。（3）優(yōu)點：比保存植物的種子更為有利和經(jīng)濟，還能在需要的時候迅速且大量地繁殖植物。植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用——快速繁殖植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用——代謝產(chǎn)物是生物生長和生存所必需的代謝活動，一直進(jìn)行植物代謝初生代謝：次生代謝：缺點：①植物細(xì)胞的次生代謝物含量很低。②有些產(chǎn)物不能或難以通過化學(xué)合成途徑得到。一類小分子有機化合物(如酚類、萜類和含氮化合物等)產(chǎn)物：如糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸等產(chǎn)物：植物代謝會產(chǎn)生一些一般認(rèn)為不是植物基本的生命活動所必需的產(chǎn)物——次生代謝物?？瓜x、抗病等方面發(fā)揮作用，也是很多藥物、香料和色素等的重要來源。應(yīng)用多、產(chǎn)量低利用植物細(xì)胞培養(yǎng)來獲得目標(biāo)產(chǎn)物紅豆杉→紫杉醇紫草→紫草寧紫杉醇：具有高抗癌活性。紫草寧:具有抗菌、消炎、抗腫瘤等活性。利用植物細(xì)胞培養(yǎng)來獲得目標(biāo)產(chǎn)物，即目標(biāo)次生代謝物的過程就是細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用——代謝產(chǎn)物031.概念：指在離體條件下對單個植物細(xì)胞或細(xì)胞團進(jìn)行培

養(yǎng)使其增殖的技術(shù)。3.優(yōu)勢：不占用耕地、不受季節(jié)、天氣的限制，對社會、經(jīng)濟、環(huán)保具有重要意義。2.原理：細(xì)胞增殖植物細(xì)胞培養(yǎng)外植體愈傷組織細(xì)胞懸液脫分化振蕩分散細(xì)胞懸浮培養(yǎng)細(xì)胞產(chǎn)物提取植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用——代謝產(chǎn)物4.實例：具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌癥的治療。紅豆杉→紫杉醇紫草→紫草寧抗菌、消炎和抗腫瘤，世界首例藥用植物細(xì)胞工程產(chǎn)品。金雞納樹—奎寧奎寧在治療瘧疾的良藥之一。植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用——代謝產(chǎn)物植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用——代謝產(chǎn)物

工廠化生產(chǎn)人參皂苷粉的基本流程：人參根

愈傷組織

增長速度快而且細(xì)胞內(nèi)人參皂苷粉含量高的細(xì)胞細(xì)胞增殖

提取人參皂苷粉

外植體脫分化愈傷組織細(xì)胞產(chǎn)物培養(yǎng)、提取脫分化培養(yǎng)選擇破碎細(xì)胞放入發(fā)酵罐注意：①一般組織培養(yǎng)到愈傷組織即可。因為此時

細(xì)胞分裂能力強，代謝快，產(chǎn)物多。②液體培養(yǎng)基（培養(yǎng)液）有利于培養(yǎng)的細(xì)胞與營養(yǎng)物質(zhì)充分接觸。過程

應(yīng)用快速繁殖、作物脫毒、單倍體育種等細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)，項目植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞培養(yǎng)目的獲得植物體獲得細(xì)胞產(chǎn)物原理植物細(xì)胞的全能性細(xì)胞增殖培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基植物組織培養(yǎng)和植物細(xì)胞培養(yǎng)的比較（1）概念：通過花藥(或花粉)培養(yǎng)獲得單倍體植株，然后經(jīng)過誘導(dǎo)染色體加倍，當(dāng)年就能培育出遺傳性狀相對穩(wěn)定的純合二倍體植株;1.單倍體：由配子（如卵細(xì)胞、花粉等）直接發(fā)育而成的個體。

植株枝葉莖桿弱小，果實多而小，一般高度不育。特點：2.單倍體育種：植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用——單倍體育種再分化秋水仙素處理染色體數(shù)加倍花藥離體培養(yǎng)脫分化篩選具優(yōu)良基因的二倍體植株單倍體育種的過程包括幾步？具體流程？優(yōu)良品種花藥花粉花藥離體培養(yǎng)單倍體幼苗純合二倍體人工誘導(dǎo)染色體加倍選擇單倍體植株優(yōu)良性狀的純合二倍體植株愈傷組織二倍體植株花粉(外植體)步驟：1、花藥離體培養(yǎng)原理：染色體（數(shù)目）變異，其中花藥離體培養(yǎng)還利用了植物細(xì)胞的全能性2、人工誘導(dǎo)染色體加倍植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用——單倍體育種單倍體育種aaBB×AAbb第一年AaBb第二年ABAbaBab減數(shù)分裂花藥（花粉）離體培養(yǎng)ABAbaBab人工誘導(dǎo)染色體加倍AABBAAbbaaBBaabb雜交育種aaBBAAbb×AaBb第一年第二年自交A_B_淘汰第三-六年連續(xù)自交多代穩(wěn)定遺傳性狀分離AA

BB淘汰植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用——單倍體育種優(yōu)點:①極大地縮短育種年限，節(jié)約大量人力和無力；②后代大是純合子，能穩(wěn)定遺傳;③可作為進(jìn)行體細(xì)胞誘變育種和研究遺傳突變的理想材料。大多數(shù)單倍體植株的細(xì)胞中只含一套染色體，染色體加倍后得到的植株的隱性性狀容易顯現(xiàn)。為什么？植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用——單倍體育種

實例：我國科學(xué)家在1974年成功培育出世界上第一個單倍體作物新品種——單育1號煙草。我國科學(xué)家把單倍體育種與常規(guī)育種結(jié)合起來，育成水稻、玉米、油菜、甘藍(lán)和甜椒等作物的新品種。植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用——單倍體育種外植體愈傷組織試管苗脫分化再分化植株作物脫毒選擇頂端分生組織快速繁殖單倍體育種選擇花藥雜交育種分散后懸浮培養(yǎng)3.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)2.植物新品質(zhì)的培育1.植物繁殖的新途徑課堂小結(jié)1.青蒿素來自黃花蒿，被譽為“世界上唯一有效的瘧疾治療藥物”，幾乎不溶于水，且具有熱不穩(wěn)定性，所以提取工藝一直難以突破。中國科學(xué)家屠呦呦因在抗瘧疾藥物青蒿素的提取方面做出的突出貢獻(xiàn)而獲得2015年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎，下列關(guān)于利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)青蒿素的敘述，錯誤的是()A.黃花蒿葉片作為外植體一般需經(jīng)消毒后使用B.該過程中利用了植物細(xì)胞的全能性C.誘導(dǎo)黃花蒿生根時，應(yīng)適當(dāng)提高培養(yǎng)基中細(xì)胞分裂素與生長素含量的比值D.青蒿素不是黃花蒿基本的生命活動所必需的產(chǎn)物，青蒿素屬于次生代謝物跟蹤訓(xùn)練√2.植物細(xì)胞工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等方面有著廣泛的應(yīng)用，并且取得了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。下列相關(guān)敘述錯誤的是()A.玉米花粉粒經(jīng)花藥離體培養(yǎng)得到的植株能穩(wěn)定遺傳B.取草莓莖尖進(jìn)行植物組織培養(yǎng)可獲得脫毒苗C.紅豆杉細(xì)胞經(jīng)植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)可工廠化生產(chǎn)紫杉醇D.可采