【课件】植物细胞工程的应用课件高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3.pptx

2.1.2 植物细胞工程的应用资料1：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。在兰花的常规繁殖中，遇到的难题是：用分根法繁殖速度缓慢，不利于新品种的推广;用种子繁殖又很困难，因为兰花的种子十分微小，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。实际问题：经济苗木、名贵花卉、珍稀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如何解决？01植物繁殖的新途径作物新品种的培育微生物的纯培养细胞产物的工厂化生产 01植物繁殖的新途径 02作物新品种的培育 03细胞产物的工厂化生产6阅读教材阅读教材P39P39，思考以下问题：，思考以下问题：1、什么是快速繁殖技术？2、快速繁殖技术有哪些特点？3、快速繁殖技术用于产业化生产的实例有哪些？（1）概念：用于用于快速繁殖优良品种快速繁殖优良品种的的植物组织培养技术，也叫，也叫作作微型繁殖技术。微型繁殖技术。外植体外植体脱分化脱分化愈伤愈伤组织组织再分化再分化根、芽根、芽试管苗试管苗（2）原理：高效、快速地实现种苗的高效、快速地实现种苗的大量繁殖大量繁殖无性繁殖无性繁殖，可以，可以保持优良品种的遗传特性保持优良品种的遗传特性不受自然生长季节的限制，不受自然生长季节的限制，培养周期短培养周期短（3）优点：植物细胞的全能性选材少，选材少，繁殖率高繁殖率高，便于自动化管理，便于自动化管理。试管苗大规模培养1.快速繁殖 一植物繁殖的新途径无性生殖无性生殖其细胞分裂方式是其细胞分裂方式是有丝分裂有丝分裂，亲、子代细胞，亲、子代细胞DNA相同，所以可以保持亲代优良的遗传特性。相同，所以可以保持亲代优良的遗传特性。【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？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。01（5）实例：甘蔗、桉树甘蔗、桉树和和铁皮石斛铁皮石斛等试管苗的生产，已等试管苗的生产，已形成一定规模。形成一定规模。铁皮石斛的工厂化生产铁皮石斛的工厂化生产（4）应用：快速繁殖快速繁殖优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物作物和濒危植物等。等。1.快速繁殖 一植物繁殖的新途径10阅读教材阅读教材P P40“40“作物脱毒作物脱毒”，思考以下问题：，思考以下问题：1、作物为什么要进行脱毒？2、应该选择植物的什么部位培育脱毒苗？为什么要选择该部位？3、培育脱毒作物的流程是怎样的？4、脱毒作物有何优点？5、你还知道哪些作物脱毒的实例？植物组织培养植物组织培养脱毒苗脱毒苗顶端分生区（如茎尖、芽尖、根尖）：马铃薯马铃薯草莓草莓香蕉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。2、作物脱毒 一植物繁殖的新途径与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同（3）脱毒过程：无病毒组织（切取茎尖组织）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 2、作物脱毒 一植物繁殖的新途径（5）实例：在在马铃薯马铃薯、草莓草莓、大蒜大蒜、甘蔗甘蔗、菠菠萝萝和和香蕉香蕉等许多等许多作物上获得成功。作物上获得成功。脱毒草莓脱毒草莓普通草莓普通草莓脱毒马铃薯田与被病毒脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片感染未脱毒马铃薯叶片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；脱毒草莓未脱毒草莓脱毒产品甘蔗香蕉菠萝树木需生长数年才能结出种子优良杂交种后代会因发生性状分离而丧失优良特性受季节、气候和地域的限制制种时需要占用大量土地如何克服缺陷？如何克服缺陷？常规种子植物生产的不足：3、人工种子 一植物繁殖的新途径人工种子概念：通过概念：通过植物组织培养植物组织培养的的方法获得的方法获得的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料外面包被等材料外面包被着着人工薄膜，在适宜的条件，在适宜的条件下可以发芽成幼苗的种子。下可以发芽成幼苗的种子。胚状体人工胚乳（提供发育所需的营养）人工种皮 3、人工种子 一植物繁殖的新途径过程：外外植植体体愈伤愈伤组织组织脱分化脱分化胚状体胚状体再分化再分化完整完整植物体植物体制成制成人工种子人工种子种下去种下去包裹人工种皮包裹人工种皮问：问：人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分，是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分，人工种皮中应该人工种皮中应该具有的有效成分是什么?问：为了促进问：为了促进胚状体的生长发育。我们还可以向人工种皮中加入哪些物质。我们还可以向人工种皮中加入哪些物质?适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。植物生长调节剂。人工种子来自有性人工种子来自有性生殖？无性生殖？生殖？无性生殖？3、人工种子 一植物繁殖的新途径无性生殖植物生长调节剂在组培过程中要灭菌后加入（高温、强光下易挥发、分解）人工薄膜人工薄膜，透气透水，透气透水种皮 胚状体胚状体（不定芽、顶芽和腋芽）（不定芽、顶芽和腋芽）胚 营养物质营养物质+抗生素抗生素、农药农药+有益菌有益菌+植物生长调节剂植物生长调节剂胚乳胚状体胚状体人工胚乳人工胚乳人工种皮人工种皮单子叶植物的种子单子叶植物的种子胚胚种皮种皮胚乳胚乳组成组成：胚状体胚状体人工种皮人工种皮人工胚乳人工胚乳 3、人工种子 一植物繁殖的新途径后代无性状分离，保持优良品种的遗传特性易于储藏和运输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避免占用大量土地制种，节约粮食优点：不受季节、气候和地域的限制 3、人工种子 一植物繁殖的新途径人工种子应用花椰菜花椰菜桉树桉树水稻水稻芹菜芹菜 3、人工种子 一植物繁殖的新途径20阅读教材阅读教材P P40”40”单倍体育种单倍体育种”，思考以下问题：，思考以下问题：1、单倍体育种的流程是怎样的？它有什么优点？2、已知紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass）杂交，得到的F1再进行自交，F2会有紫色甜玉米的表型产生。如果要筛选出纯合的紫色甜玉米（基因型AAss），你可以想到几种育种方法？请你提出相关实验设计思路。拓展应用（P42）1、单倍体：由由配子配子（如卵细胞、花粉等）（如卵细胞、花粉等）直接发育而成的直接发育而成的个体个体。1、单倍体育种、单倍体育种 二作物新品种的培育 植株枝叶茎杆枝叶茎杆弱小，果实多而小，果实多而小，一般高度不育。特点：特点：2、单倍体育种：（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;（2）单倍体育种原理：植物细胞的全能性染色体（数目）变异花药或花粉单倍体幼苗正常纯合二倍体人工诱导（染色体加倍）脱分化愈伤组织再分化1、单倍体育种、单倍体育种 二作物新品种的培育优良品种花药花粉离体培养单倍体纯合二倍体人工诱导染色体加倍选择花药离体培养花药离体培养秋水仙素处理经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为_，一定是吗？，一定是吗？_。纯合子纯合子不一定不一定整个单倍体育种过程的原理是染色体染色体变异异传统方法：杂交育种 单倍体育种P：紫色非甜玉米 AASS白色甜玉米 aassF1紫色非甜玉米AaSs配子：ASAsaSas花药离体培养单倍体幼苗：ASAsaSas纯合体:秋水 仙素处理 染色体加倍AASSAAss aaSSaass选择紫甜玉米即为新品种现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何短时间获得纯种的紫色甜玉米（基因型AAss），思路？多年自交纯化和选择，才得到符合理想要求的新品种很快就能培育出遗传性状相对稳定的纯合二倍体植株有性杂交第第1 1年年第第2 2年年缺点：耗时长优点：操作简单（常需56年）注注意意：单单倍倍体体育育种种的的目目的的不是获得单倍体本身，因因为为单单倍倍体体是是高高度度不不育育的的，在在生生产产上上没没有有实实际际价价值，值，需诱导单倍体的染色体数目加倍。注注意意：单倍体体育育种种和和多倍体体育育种种均需要用秋水仙素诱导染色体数目加倍；单单倍倍体体育育种种需需要要先先利利用用植植物物组组织织培培养养技技术术形形成成单单倍倍体体幼幼苗苗，但但多多倍倍体体育种一般不使用植物组织培养技术。育种一般不使用植物组织培养技术。02（3）优点极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力，节约了大量的人力和物力后代一般都是后代一般都是纯合子，能稳定遗传，能稳定遗传可作为体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。技术相当复杂技术相当复杂（4）缺点：二作物新品种的培育1、单倍体育种、单倍体育种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。02 我国科学家在我国科学家在1974年成功培育出年成功培育出世界上第世界上第一个单倍体作物新品种一个单倍体作物新品种单育单育1号烟草号烟草。(5)实例 我国科学家把单倍体育种与常规育种结合起来，育成我国科学家把单倍体育种与常规育种结合起来，育成水稻水稻、玉米玉米、油菜油菜、甘蓝甘蓝和和甜椒甜椒等作物的新品种。等作物的新品种。二作物新品种的培育1、单倍体育种、单倍体育种 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，易受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。新品种新品种筛选培育外植体外植体愈伤组织愈伤组织 脱分化多种突变体多种突变体诱导分化诱变处理诱变处理（1）原理（2）过程：（3）利用：筛选对人们有利的突变体,进而培育成新品种。（4）原理：突变和植物细胞的全能性突变体育种的原理是突变，诱变育种的原理是基因突变。突变=基因突变 染色体变异2、突变体的利用 二作物新品种的培育（5）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。（6）缺点：白三叶草（7）实例：抗除草剂的白三叶草抗除草剂的白三叶草抗花叶病毒的甘蔗抗花叶病毒的甘蔗抗盐碱的野生烟草抗盐碱的野生烟草 二作物新品种的培育2、突变体的利用难以控制突变方向，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。1如图为培育甘蔗脱毒苗的两条途径，研究发现经过程获得的幼苗脱毒效果更好。下列相关叙述错误的是()A过程所取茎尖中的叶原基具有较高的分裂、分化能力B过程的作用可能是阻碍病毒等进入茎尖分生组织C过程中基因的选择性表达导致了细胞脱分化D培养基A、B中生长素和细胞分裂素的含量和比例不同C2下列关于育种的说法，错误的是()A杂交育种的原理是基因重组，基因重组发生在雌雄配子结合时B单倍体育种的原理是花药离体培养，优点是能明显缩短育种年限C多倍体育种中，秋水仙素和低温均作用于有丝分裂的后期使染色体数目加倍D培育高产青霉素菌株的原理是基因突变，发生在分裂间期D31阅读教材阅读教材P P41“41“细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产”，思考以，思考以下问题：下问题：1、利用细胞产物工厂化生产获得的细胞代谢物的种类 有哪些？2、细胞产物工厂化生产的实例有哪些？03是是生物生长和生存所生物生长和生存所必需的代谢活动，一直进行的代谢活动，一直进行植物植物代谢代谢初生代谢：次生代谢：缺点：植物细胞的次生代谢物含量很低。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)产物产物：如糖类、脂质、蛋白质、核酸等产物：产物：细胞产物的工厂化生产 三植物代谢会产生一些一般认为植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的植物基本的生命活动生命活动所必需的产物次生代谢物次生代谢物。抗虫、抗病等方面发挥作用，也是很多等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。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。三细胞产物的工厂化生产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。031、概念：指指在在离体条件下对下对单个植物细胞或细胞团进行培进行培 养使其养使其增殖的技术。的技术。3、优势：不占用耕地、不受季节、天气的限制不占用耕地、不受季节、天气的限制，对社会、经济、环保具有重要意义。对社会、经济、环保具有重要意义。03细胞产物的工厂化生产2、原理：细胞增殖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4、实例：具有具有高抗癌活性高抗癌活性，已被用于已被用于乳腺癌乳腺癌等等癌症的治疗。癌症的治疗。红豆杉红豆杉紫杉醇紫杉醇紫草紫草紫草宁紫草宁抗菌、消炎和抗肿瘤抗菌、消炎和抗肿瘤，世界世界首例首例药用植物细药用植物细胞工程产品胞工程产品。人参人参人参皂苷人参皂苷用组织培养技术生产的用组织培养技术生产的人参，生长速度比栽培人参，生长速度比栽培人参约快人参约快100100倍以上。倍以上。03细胞产物的工厂化生产 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 细胞产物的工厂化生产的过程外植体外植体脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织细胞产物细胞产物培养、提取培养、提取脱分化脱分化培养选择培养选择破碎细胞破碎细胞放入发酵罐放入发酵罐注意：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。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。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，植物组织培养和植物细胞培养的比较特别提醒【归纳总结2】四种育种方法的比较育种方法原理过程优点快速繁殖脱分化、再分化保持优良品种的遗传特性突变体的利用基因突变、细胞的;对愈伤组织进行诱变处理后再筛选提高，获得优良性状单倍体育种细胞的、;、诱导染色体数目加倍明显缩短？植物体细胞杂交细胞膜的、细胞的;融合、杂种细胞组织培养打破，实现。细胞的全能性全能性突变率全能性染色体变异先花药离体培养再秋水仙素育种年限流动性全能性植物细胞生殖隔离远缘杂交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进行诱变 突变体的利用分散后悬浮培养3.细胞产物的工厂化生产2.植物新品质的培育1.植物繁殖的新途径筛选课堂小结到社会中去 “手指植物”通常培育在装有彩色固体培养基的小玻璃瓶中，只要保证充足的光照和适宜的温度，不需要额外补充水分和营养物质，它们就能在玻璃瓶中生长三四个月之久。“手指植物”的制作方法用到了植物组织培养技术。在制作过程中，一定要注意做好灭菌和消毒工作，为了防止污染可在培养基中加入一定量的抑菌剂。另外，还可以根据个人喜好，在培养基中加入适量的色素或者荧光剂，使“手指植物”更具有观赏价值。1.将紫草细胞进行细胞培养，诱导其脱分化产生愈伤组织，再对愈伤组织进行悬浮培养使其大量增殖，以获取大量的紫草宁。下列关于紫草宁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.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 C.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.培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分 2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过程需控制好培养基中植物激素的比例C经过程细胞的形态和结构未发生变化D过程需使用固体培养基，有利于细胞增殖3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。下列相关叙述错误的是()A次生代谢物是一类小分子有机物(如酚类、萜类和含氮化合物等)B植物细胞的次生代谢物含量很低，有些产物不能或难以通过化学合成途径得到 C细胞产物的工厂化生产是指利用植物组织培养来获得目标产物的过程 D植物细胞培养是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练习与应用P42一、概念检测1.运用植物细胞工程技术可以培育单倍体植株和进行细胞产物的工厂化生产。判断下列相关表述是否正确。（1）用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养技术。()（2）细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞生长的培养条件，提高了单个细胞中次生代谢物的含量。（)2.生产中培育香蕉脱毒苗常用的方法是（）A.人工诱导基因突变B.选择优良品种进行杂交C.进行远缘植物体细胞杂交D.取茎尖分生组织进行组织培养D2.甜叶菊是一种菊科植物，植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右，而它的热量却很低，所以它逐渐成为一些用糖行业欢迎的新糖源。甜叶菊的种子小，发芽率低，种子繁殖遗传性状不稳定；而扦插植株的根系弱，且需要原始材料多，这些都会限制甜叶菊的生产。假如你是某甜叶菊生产公司的项目负责人，该公司当前运行状况良好，但一直未能解决种子发芽率低的问题。为了提高公司的甜叶菊繁育效率，你应该如何作出决策，并请说出理由。提示：积极探索其他的繁育途径。例如，研究如何利用植物组织培养技术繁育甜叶菊，研究内容涉及植物组织培养材料的选择，培养基配方的优化，提高试管苗移栽成活率的方法等，最终目的是建立一套利用植物组织培养技术繁育甜叶菊的标准技术体系，实现甜叶菊种苗的产业化生产。练习与应用P42