选修三212植物细胞工程的实际应用.ppt

2.1.2植物细胞工程的实际应用1 1、回忆植物组织培养技术的基本原理和过程？、回忆植物组织培养技术的基本原理和过程？2 2、思考利用这项技术能做哪些工作？、思考利用这项技术能做哪些工作？ 再分化再分化脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织外植体外植体试管苗试管苗植株植株 资料资料1 1 科学家应用多倍体育种的方法，科学家应用多倍体育种的方法，培育出的三倍体无子西瓜，具有无子、培育出的三倍体无子西瓜，具有无子、含糖高、口感好等特点。含糖高、口感好等特点。 但因其不结种子，但因其不结种子，每年必须用四倍体和每年必须用四倍体和二倍体西瓜杂交培育二倍体西瓜杂交培育种子，不仅增加了生种子，不仅增加了生产成本，也给无籽西产成本，也给无籽西瓜的普及带来困难。瓜的普及带来困难。 资料资料2 2 病毒引起的植物病害有病毒引起的植物病害有500500多种。多种。受害的植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉，受害的植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉，如水稻、小麦、棉花、马铃薯、油菜、大蒜、如水稻、小麦、棉花、马铃薯、油菜、大蒜、苹果、枣、唐菖蒲、兰花等。而且没有有效的苹果、枣、唐菖蒲、兰花等。而且没有有效的防治办法，只能拔除病株，造成很大的经济损防治办法，只能拔除病株，造成很大的经济损失。失。 病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几乎不含病毒。乎不含病毒。 资料资料3 3 兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的常规繁殖中，遇到的常规繁殖中，遇到的难题是：用分根法繁难题是：用分根法繁殖速度缓慢，不利于殖速度缓慢，不利于新品种的推广新品种的推广; ;用种子用种子繁殖又很困难，因为繁殖又很困难，因为兰花的种子十分微小，兰花的种子十分微小，胚很纤弱，种子几乎胚很纤弱，种子几乎没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。一 植物繁殖的新途径 例：用一个兰花茎尖就可以在一年内生产例：用一个兰花茎尖就可以在一年内生产出出400万株兰花苗。万株兰花苗。 微型繁殖技术（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）一 植物繁殖的新途径 讨论讨论讨论：该技术与传统繁殖技术相比，有何特讨论：该技术与传统繁殖技术相比，有何特点？点？愈伤组织可以传代培养，获得大量愈伤愈伤组织可以传代培养，获得大量愈伤组织，所以繁殖快速；（繁殖速度快）组织，所以繁殖快速；（繁殖速度快）全过程中细胞进行有丝分裂，不涉及减全过程中细胞进行有丝分裂，不涉及减数分裂和受精作用，可以保持亲本优良特性；数分裂和受精作用，可以保持亲本优良特性；（高保真（高保真-无性繁殖）无性繁殖）在室内生产，不受自然环境条件限制在室内生产，不受自然环境条件限制。 繁殖速度快；繁殖速度快；“高保真高保真”（因为是无性繁殖）；（因为是无性繁殖）； 不受自然生长季节的限制（因为在具不受自然生长季节的限制（因为在具有一定人工设施的室内生产）。有一定人工设施的室内生产）。 微型繁殖的应用：兰花杨树生菜无籽西瓜工业化生产作物栽培荷兰花卉 生姜是药食两用的经济作物，具有栽培容易、产生姜是药食两用的经济作物，具有栽培容易、产量高、价格高等特点，近年在各地发展很快。但量高、价格高等特点，近年在各地发展很快。但是生姜在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多是生姜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，生长缓种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产慢，一般减产30%30%50%50%。 病毒容易沿植物体的病毒容易沿植物体的维管组织维管组织传播，传播，而分生组织区中而分生组织区中缺乏维管系统缺乏维管系统，因此不含，因此不含病毒。用做组织培养的植物材料可以是植病毒。用做组织培养的植物材料可以是植物体任何类型的组织细胞。怎样利用植物物体任何类型的组织细胞。怎样利用植物组织培养技术解决？组织培养技术解决？ 一 植物繁殖的新途径 （二）作物脱毒（二）作物脱毒脱毒草莓脱毒产品甘蔗香蕉马铃薯菠萝种种 子子 的的 结结 构构自然种子胚胚种皮种皮胚乳胚乳（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子一 植物繁殖的新途径 1 1）培育周期长）培育周期长 2 2）优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其优良特性）优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其优良特性 3 3）生产会受到季节、气候和地域的限制，并且需要占用大量的土地）生产会受到季节、气候和地域的限制，并且需要占用大量的土地实现制种实现制种（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子一 植物繁殖的新途径 胚状体（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子一 植物繁殖的新途径 （三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子一 植物繁殖的新途径 诱导植物愈伤组织诱导植物愈伤组织 体细胞胚的诱导体细胞胚的诱导 体细胞胚的成熟体细胞胚的成熟 体细胞胚的机械化包裹体细胞胚的机械化包裹 贮藏或种植贮藏或种植思考思考 设计人工种子制备技术的主要流程图设计人工种子制备技术的主要流程图（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子一 植物繁殖的新途径 讨论讨论人工种子应用花椰菜桉树水稻芹菜二.作物的新品种培育复习复习: :1 1传统方法传统方法( (杂杂 交交) ) 杂交育种依据的原理是杂交育种依据的原理是: : 基因的自由组合定律，优良的基因自基因的自由组合定律，优良的基因自由组合。由组合。P A AR R a ar r有 芒 抗 病 无 芒 不 抗 病配 子 A Ra rF 1 A aR r有 芒 抗 病F 2 A _R _ : A _r r : a aR _ : a ar r有 抗 : 有 不 抗 : 无 抗 : 无 不 抗9 : 3 : 3 : 1自 交 并 选 育 多 代a aR R结果:通过基因重组，把两亲本的优良性状组合在同一后代中 缺点:要不断进行(多年)纯化和选择，才得到一种符合理想要求的新品种 （一）单倍体育种（一）单倍体育种二 作物新品种的培育 （一）单倍体育种（一）单倍体育种二 作物新品种的培育 回顾单倍体育种的一般过程并设计出一种通过回顾单倍体育种的一般过程并设计出一种通过植物花药组织培养生成正常植株的实验流程。植物花药组织培养生成正常植株的实验流程。（一）单倍体育种（一）单倍体育种二 作物新品种的培育 应用：柏树小麦烟草水稻（二）突变体的利用（二）突变体的利用二 作物新品种的培育 3.3.成就：成就：2020世纪世纪7070年代以来，各国的科学家用年代以来，各国的科学家用这种方法已经筛选到抗病、抗盐、含高蛋白，这种方法已经筛选到抗病、抗盐、含高蛋白，以及高产的突变体，有的已用于生产。以及高产的突变体，有的已用于生产。突变体的利用组织培养过程受外界影响突变筛选有利突变体培育新品种抗病、抗盐、含高蛋白、高产。白三叶草三 细胞产物的工厂化生产细胞产物：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。67年人参皂甙干粉2030天发酵罐三、细胞产物的工厂化的生产工厂化生产人参皂甙的基本过程是什么？ 第一步，选择人参根作为外植体进行培养，产生愈伤组织，经过培养选第一步，选择人参根作为外植体进行培养，产生愈伤组织，经过培养选择找到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株作为种质，其中择找到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株作为种质，其中一部分作为保存用，以备下一次生产用，一部分进行发酵生产。一部分作为保存用，以备下一次生产用，一部分进行发酵生产。第二步，将第一步选择到的细胞株在发酵罐中的适合培养液中进行液体第二步，将第一步选择到的细胞株在发酵罐中的适合培养液中进行液体培养，增加细胞数量。培养，增加细胞数量。第三步，将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。第三步，将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。怎样拯救红豆杉并且生产大量紫杉醇？怎样拯救红豆杉并且生产大量紫杉醇？讨论讨论 作业作业思考：思考：1、高效抗癌的药物紫杉醇，虽然能、高效抗癌的药物紫杉醇，虽然能造福人类，但却为濒危的红豆杉带来一场灭造福人类，但却为濒危的红豆杉带来一场灭顶之灾。以顶之灾。以“我们能否利用植物组织培养技我们能否利用植物组织培养技术大量生产紫杉醇，从而拯救红豆杉术大量生产紫杉醇，从而拯救红豆杉”为题，为题，与同学展开讨论，说出植物组织培养技术在与同学展开讨论，说出植物组织培养技术在节约资源、保护环境方面的重要意义。节约资源、保护环境方面的重要意义。可以利用可以利用植物组织培养技术植物组织培养技术来大量生产紫杉醇。来大量生产紫杉醇。现在国内外的科学家们正在研究利用植物细胞现在国内外的科学家们正在研究利用植物细胞培养技术来大量培育红豆杉细胞，希望利用这培养技术来大量培育红豆杉细胞，希望利用这种方法来大量生产紫杉醇。国内外许多实验室种方法来大量生产紫杉醇。国内外许多实验室开展了用组织培养法生产紫杉醇的研究，红豆开展了用组织培养法生产紫杉醇的研究，红豆杉属的杉属的11种植物现都在进行组织培养。种植物现都在进行组织培养。ESC Agenetics公司宣布他们用细胞培养法所得紫公司宣布他们用细胞培养法所得紫杉醇的含量是树皮的杉醇的含量是树皮的25倍。国内外在分化细倍。国内外在分化细胞株系和培养条件方面做了不少工作，摸索了胞株系和培养条件方面做了不少工作，摸索了外植体、光照、培养基组成等因素对细胞培养外植体、光照、培养基组成等因素对细胞培养及紫杉醇生成的影响。现在工艺条件已基本摸及紫杉醇生成的影响。现在工艺条件已基本摸清，正研究反应的放大技术等，有望实现通过清，正研究反应的放大技术等，有望实现通过细胞培养进行工业化生产紫杉醇的目标。细胞培养进行工业化生产紫杉醇的目标。1 1植物组织培养技术在我们生活中植物组织培养技术在我们生活中的另外一些应用的另外一些应用 ： a. a. 拯救濒危植物；拯救濒危植物； b. b. 提供食品制作的原料；提供食品制作的原料； c. c. 转基因植物的培育转基因植物的培育, ,也要用到植也要用到植物组织培养的方法物组织培养的方法. .提示：诱导植物愈伤组织提示：诱导植物愈伤组织体细胞胚的诱导体细胞胚的诱导体细胞胚的成熟体细胞胚的成熟体细胞胚的机械化包裹体细胞胚的机械化包裹贮藏或种植贮藏或种植2.2.请查阅植物人工种子制备技术的详细过请查阅植物人工种子制备技术的详细过程，设计出制备技术的主要流程图。程，设计出制备技术的主要流程图。3.3.请查阅相关文献，设计出一种植物花请查阅相关文献，设计出一种植物花药组织培养和染色体加倍的实验流程。药组织培养和染色体加倍的实验流程。花药花药 花粉细胞培养花粉细胞培养 愈伤组愈伤组织织 分化出小植物分化出小植物 单倍体单倍体植株植株 正常植株正常植株植物细胞工程的实际应用1 1、植物繁殖的新途径、植物繁殖的新途径1 1）微型繁殖）微型繁殖2 2）作物脱毒）作物脱毒3 3）神奇的人工种子）神奇的人工种子2 2、作物新品种的培育、作物新品种的培育1 1）单倍体育种）单倍体育种2 2）突变体的利用）突变体的利用3 3、细胞产物的工厂化生产、细胞产物的工厂化生产典例精析典例精析1 1、植物的微型繁殖技术是指、植物的微型繁殖技术是指（ ） A A植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术 B B嫁接嫁接 C C营养繁殖营养繁殖 2 2、科学工作者把胡萝卜的韧皮部细胞分离出来，将、科学工作者把胡萝卜的韧皮部细胞分离出来，将单个细胞放入培养基中培养，获得了许多完整的植单个细胞放入培养基中培养，获得了许多完整的植株，这些植株的特点是株，这些植株的特点是（ ） A A彼此性状相似彼此性状相似 B B变异频率较高变异频率较高 C C单倍体单倍体 D D都是纯合子都是纯合子课堂演练课堂演练3 3用植物组织培养技术，可以培养或生产（用植物组织培养技术，可以培养或生产（ ） A A食品添加剂食品添加剂 B B无病毒植物无病毒植物 C. C. 人工种子人工种子 D D前三项都是前三项都是4 4下列四个选项中没有采取植物组织培养技术的是下列四个选项中没有采取植物组织培养技术的是（ ） A A花药离体培养得到单倍体植株花药离体培养得到单倍体植株 B.B.秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株 C C人工种子的培育人工种子的培育 D D“番茄番茄马铃薯马铃薯”杂种植株的培育过程杂种植株的培育过程 5 5、马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后、马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是（进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是（ ） A A选择优良品种进行杂交选择优良品种进行杂交 B B进行远缘植物体细胞杂交进行远缘植物体细胞杂交 C C利有芽尖进行组织培养利有芽尖进行组织培养 D D人工诱导基因突变人工诱导基因突变6.6.甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的（）得种苗的过程不涉及细胞的（） A.A.有丝分裂有丝分裂 B.B.分化分化 C.C.减数分裂减数分裂 D.D.全能性全能性7.基因型为AaBb的水稻（含24条染色体）的花药通过无菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗，问：（1 1）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基中获得中获得_ _ 等营养物质。等营养物质。（2 2）要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有）要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有_ _和和_两类激素。两类激素。水、无机盐、维生素和小分子有机物水、无机盐、维生素和小分子有机物细胞分裂素细胞分裂素植物生长素植物生长素（3 3）愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由）愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发育成叶和茎。这一过程必须给予光照，其原因芽发育成叶和茎。这一过程必须给予光照，其原因是是_能利用光能制造有机物，供试管能利用光能制造有机物，供试管苗生长发育。苗生长发育。（4 4）试管苗的细胞核中含）试管苗的细胞核中含_条脱氧核糖核苷酸链。条脱氧核糖核苷酸链。（ 5 5 ） 培 育 成 的 试 管 苗 可 能 出 现 的 基 因 型 有） 培 育 成 的 试 管 苗 可 能 出 现 的 基 因 型 有_。 叶绿体叶绿体 2424ABAB、aBaB、AbAb、abab