2013年人教版生物选修3精品课件 2.1.2 植物细胞工程的实际应用.ppt

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1、21.2植物植物细细胞工程的胞工程的实际应实际应用用学习导航学习导航1.举举例例说说出植物出植物组织组织培养技培养技术术在在农业农业上的上的应应用。用。重、重、难难点点2.举举例例说说出植物出植物组织组织培养技培养技术术在在细细胞胞产产物的物的工厂化生工厂化生产领产领域的域的应应用。用。重点重点新知初探思维启动新知初探思维启动一、植物繁殖的新途径一、植物繁殖的新途径1.微型繁殖微型繁殖(1)概概 念念：用用 于于 快快 速速 繁繁 殖殖 优优 良良 品品 种种 的的_技技术术。(2)属属于于无无性性繁繁殖殖，能能够够保保持持优优良良品品种种的的遗遗传传性状。性状。植物植物组织组织培养培养2.作

2、物脱毒作物脱毒(1)选选材部位：植物材部位：植物_附近的部位，因附近的部位，因为为此此处细处细胞内病毒极少。胞内病毒极少。(2)优优点：提高作物的点：提高作物的产产量和品量和品质质。3.人工种子人工种子(1)概念：以植物概念：以植物组织组织培养得到的培养得到的_、不、不定芽、定芽、顶顶芽和腋芽等芽和腋芽等为为材料，材料，经过经过_包装得到的种子。包装得到的种子。分生区分生区胚状体胚状体人工薄膜人工薄膜(2)优优点：点：制作周期制作周期_。后后代代不不会会发发生生性性状状分分离离，能能保保持持亲亲本本_。生生产产不受不受_的限制，的限制，节约节约土地。土地。短短优优良性状良性状季季节节、气候、地

3、域、气候、地域想一想想一想1植植物物繁繁殖殖过过程程中中，运运用用植植物物组组织织培培养养技技术术的最大的最大优优点是什么？点是什么？【提示提示】能保持能保持亲亲代的代的优优良良遗传遗传性状。性状。二、作物新品种的培育二、作物新品种的培育1.单单倍体育种倍体育种(1)育育种种过过程程：通通过过_获获得得单单倍倍体体植植株株，使使用用秋秋水水仙仙素素诱诱导导染染色色体体加加倍倍后后当当年年便便可可得到得到稳稳定定遗传遗传的的优优良品种。良品种。(2)优优点：点：后代是后代是纯纯合子，能合子，能稳稳定定遗传遗传，不会，不会发发生性状生性状分离。分离。花花药药培养培养极大地极大地缩缩短了短了_。2.

4、突突变变体的利用体的利用(1)产产生生原原因因：由由于于培培养养细细胞胞一一直直处处于于不不断断的的_,因因此此容容易易受受到到培培养养条条件件和和外外界界压压力力(如射如射线线、化学物、化学物质质等等)的影响而的影响而产产生突生突变变。(2)利用：从利用：从产产生的突生的突变变体中可以体中可以筛选筛选出出对对人人们们有用的突有用的突变变体，体，进进而培育成新品种。而培育成新品种。育种年限育种年限分生状分生状态态想一想想一想2单单倍倍体体育育种种过过程程中中，秋秋水水仙仙素素的的作作用用机机理理是什么？是什么？【提示提示】在在细细胞分裂胞分裂过过程中，抑制程中，抑制纺锤纺锤体体的形成，使的形成

5、，使细细胞不能正常分裂，从而使染色胞不能正常分裂，从而使染色体加倍。体加倍。三、三、细细胞胞产产物的工厂化生物的工厂化生产产1.细细胞胞产产物物种种类类:蛋蛋白白质质、脂脂肪肪、糖糖类类、药药物物、香料、生物碱等。香料、生物碱等。2.技技术术：植物：植物_技技术术。3.实实例：生例：生产产人参皂人参皂甙甙干粉，三七、紫草和干粉，三七、紫草和银银杏的杏的细细胞胞产产物也都已物也都已经实现经实现了工厂化生了工厂化生产产。组织组织培养培养要点突破讲练互动要点突破讲练互动要点一植物繁殖的新途径要点一植物繁殖的新途径1.微型繁殖微型繁殖(1)本本质质：微微型型繁繁殖殖实实际际上上是是一一种种无无性性繁繁

6、殖殖，能能保保持持亲亲本本的的一一切切优优良良性性状状，这这项项技技术术只只运运用用了了植植物物组组织织培培养养技技术术，因因此此该该过过程程只只涉涉及及有有丝丝分裂，不涉及减数分裂。分裂，不涉及减数分裂。(2)优优点：使用材料少，培养周期短，繁殖率点：使用材料少，培养周期短，繁殖率高，便于自高，便于自动动化管理，有利于化管理，有利于进进行工厂化培行工厂化培养。养。2.人工种子人工种子(1)组组成：以胚状体、不定芽、成：以胚状体、不定芽、顶顶芽和腋芽等芽和腋芽等为为材料，材料，经经人工薄膜包装得到。其中材料的人工薄膜包装得到。其中材料的获获得采用的技得采用的技术术常常是微型繁殖。常常是微型繁殖

7、。(2)优优点：点：可可使使自自然然条条件件下下不不结结实实或或种种子子昂昂贵贵的的植植物物得以繁殖。得以繁殖。可固定可固定杂杂种种优势优势，即，即对对于具有于具有杂杂种种优势优势的的个体个体进进行植物行植物组织组织培养培养获获得人工种子，可防得人工种子，可防止后代出止后代出现现性状分离。性状分离。可人可人为为控制植物的生控制植物的生长发长发育与抗逆性。育与抗逆性。在人工胚乳中可加入除草在人工胚乳中可加入除草剂剂、弱病毒、弱病毒、杀杀菌菌剂剂、农药农药、抑制休眠的物、抑制休眠的物质质及及对对植物生植物生长长有益的有益的细细菌等，使其具菌等，使其具备备抗逆性和耐抗逆性和耐贮贮性等性等优优良特性，

8、也可添加激素良特性，也可添加激素类类等物等物质调质调节节植物的生植物的生长发长发育。育。3.作物脱毒作物脱毒(1)病病毒毒的的特特点点：病病毒毒是是寄寄生生性性生生物物，在在用用种种子子繁繁殖殖或或用用植植物物根根、茎茎无无性性繁繁殖殖过过程程中中，种种子子、根根、茎茎的的细细胞胞中中可可能能携携带带着着病病毒毒并并传传给给下一代，使其繁殖的子代感染病毒。下一代，使其繁殖的子代感染病毒。(2)材料的材料的选选取：据取：据检测检测，植物的分生，植物的分生组织细组织细胞中一般是不含病毒的。如果未被病毒感染胞中一般是不含病毒的。如果未被病毒感染的植株的分生的植株的分生组织组织用植物用植物组织组织培养

9、的方法培培养的方法培育成幼苗，用于生育成幼苗，用于生产产，可以避免病毒，可以避免病毒对对作物作物的影响，大大提高作物的的影响，大大提高作物的产产量。量。(2012北北京京四四中中高高二二质质检检)请请根根据据以以下下材料回答：材料回答：人工种子是人人工种子是人们们模仿天然种子的模仿天然种子的结结构制造出构制造出来的生命有机体，它能像天然种子一来的生命有机体，它能像天然种子一样样萌萌发发生生长长。人工种子的核心部分是被外。人工种子的核心部分是被外层层物包埋物包埋的具有的具有类类似种子胚功能的胚状体。胚状体不似种子胚功能的胚状体。胚状体不同于一般种子的胚，是由非合子同于一般种子的胚，是由非合子细细

10、胞分化形胞分化形成的成的类类似于胚的似于胚的结结构物，所以又称构物，所以又称“体体细细胞胞胚胚”或或“花粉胚花粉胚”。例例1胚状体在一定的条件下，可以生胚状体在一定的条件下，可以生长发长发育形成育形成植株。胚状体可从植株。胚状体可从悬悬浮培养的浮培养的单细单细胞中得到胞中得到,也可以通也可以通过试过试管培养的茎尖、芽尖、子房、管培养的茎尖、芽尖、子房、花粉等花粉等获获得。将胚状体包埋在能提供得。将胚状体包埋在能提供营营养的养的胶胶质质中，便成了所中，便成了所谓谓的的“人工种子人工种子”。培育。培育过过程如程如图图所示：所示：(1)人人工工种种子子的的制制备备是是依依据据什什么么原原理理进进行行

11、的的？_。(2)包埋胚状体的胶包埋胚状体的胶质质可看做是种子的哪部分可看做是种子的哪部分结结构？构？_。在植物的个体。在植物的个体发发育中育中这这种种结结构来自构来自_。(3)某二倍体植物基因型某二倍体植物基因型为为DdTt，利用，利用这这种生种生物技物技术术采用花采用花药药离体培养的方法，可培育成离体培养的方法，可培育成“花粉胚花粉胚”，也可制成人工种子。，也可制成人工种子。这这种种子种种子萌萌发发形成的个体称形成的个体称为为_，基因型，基因型为为_，从生殖，从生殖类类型看属于型看属于_生殖。生殖。(4)如如果果获获取取的的外外植植体体为为植植物物的的茎茎尖尖，通通过过的的处处理可使理可使细

12、细胞彼此分离，可加入胞彼此分离，可加入()A15%的的盐盐酸酸 B淀粉淀粉酶酶C果胶果胶酶酶 D胰蛋白胰蛋白酶酶(5)表示脱分化的表示脱分化的过过程，其程，其实质实质是是_。表表 示示 再再 分分 化化 的的 过过 程程，其其 实实 质质 是是_。【解析解析】人工种子培育的原理是人工种子培育的原理是细细胞的全胞的全能性，即生物的体能性，即生物的体细细胞具有胞具有发发育育为为完整个体完整个体的潜能。据此原理的潜能。据此原理,采用植物采用植物组织组织培养技培养技术术,可可将将单单个个细细胞培育成具有根、芽的胚状体，再胞培育成具有根、芽的胚状体，再将其用人工制造的胚乳包裹，就成将其用人工制造的胚乳包

13、裹，就成为为人工种人工种子。在植物的个体子。在植物的个体发发育中，胚乳是由受精极育中，胚乳是由受精极核核发发育成的。通育成的。通过过花花药药离体培养，形成的植离体培养，形成的植株是株是单单倍体。基因型倍体。基因型为为DdTt的植物能的植物能产产生生DT、Dt、dT和和dt四种花粉。四种花粉。花粉是雄蕊的花花粉是雄蕊的花药产药产生的，由花粉培育成生的，由花粉培育成单单倍体的倍体的过过程，可以看成是有性生殖。植物程，可以看成是有性生殖。植物细细胞之胞之间间的胞的胞间层间层主要由果胶主要由果胶质质构成，用果胶构成，用果胶酶酶就可以将就可以将细细胞分离。脱分化的胞分离。脱分化的实质实质是使不是使不分裂

14、的分裂的细细胞恢复分裂能力，再分化的胞恢复分裂能力，再分化的实质实质是是使分裂的使分裂的细细胞在形胞在形态态、结结构和功能上再次构和功能上再次发发生生变变化化,这这种种变变化是基因化是基因选择选择性表达的性表达的结结果。果。【答案答案】(1)细细胞的全能性胞的全能性(2)胚乳受胚乳受精极核精极核(3)单单倍体倍体DT、Dt、dT、dt有有性性(4)C(5)使使细细胞恢复分裂能力基因的胞恢复分裂能力基因的选择选择性表达，性表达，导导致了致了细细胞形胞形态态、结结构和功能构和功能的改的改变变【探探规规寻寻律律】(1)单单倍倍体体育育种种的的过过程程需需要要进进行行花花药药离离体体培培养养，得得到到

15、染染色色体体减减半半的的单单倍倍体，所以属于有性生殖。体，所以属于有性生殖。(2)胚状体可以由三种途径胚状体可以由三种途径产产生：生：a.由已脱分由已脱分化的外植体直接化的外植体直接产产生；生；b.由愈由愈伤组织产伤组织产生；生；c.由由悬悬浮浮细细胞培养胞培养产产生。生。变变式式训练训练下下图图是人工种子的是人工种子的结结构构简图简图，对对其叙述不正其叙述不正确的是确的是()A人人工工种种子子的的胚胚乳乳中中含含有有胚胚状状体体发发育育所所需需要的要的营营养物养物质质，还还可以添加可以添加农药农药和植物激素和植物激素B人人工工种种子子可可以以工工厂厂化化生生产产，播播种种人人工工种种子可子可

16、节节省大量的粮食省大量的粮食C人人工工种种子子克克服服了了有有些些作作物物品品种种繁繁殖殖能能力力差、差、结结子困子困难难或或发发芽率低等芽率低等问题问题D人工种子的胚状体人工种子的胚状体还还未分化出胚芽、胚未分化出胚芽、胚轴轴和胚根等和胚根等结结构构解析：解析：选选D。人工种子是。人工种子是经经植物植物组织组织培养培养获获得具有生根得具有生根发发芽能力的胚状体后，包裹上人芽能力的胚状体后，包裹上人工种皮而形成的。在人工种子的胚乳中除了工种皮而形成的。在人工种子的胚乳中除了添加种子萌添加种子萌发发所需的所需的营营养物养物质质外，外，还还可以添可以添加加农药农药、植物激素、固氮菌等。、植物激素、

17、固氮菌等。要点二作物新品种的培育要点二作物新品种的培育1.单单倍体育种倍体育种(1)过过程：花程：花药药离体培养离体培养(对对花粉花粉进进行行组织组织培养培养)秋水仙素秋水仙素处处理理(幼苗期幼苗期)获获得性状得性状稳稳定定遗遗传传的植株。要的植株。要强强调调的是：的是：单单倍体育种的目的倍体育种的目的不是不是获获得得单单倍体本身，因倍体本身，因为单为单倍体是高度不倍体是高度不育的，生育的，生产产上没有上没有实际实际价价值值，需，需诱导单诱导单倍体倍体的染色体加倍。的染色体加倍。(2)优优点点单单倍倍体体经经过过染染色色体体加加倍倍，获获得得的的后后代代为为纯纯合子，可明合子，可明显缩显缩短育

18、种年限短育种年限(一般一般为为2年年)。用用单单倍体作倍体作为转为转基因的受体，基因的受体，获获得的得的转转基基因材料因材料经经染色体加倍后基因即可染色体加倍后基因即可纯纯合，避免合，避免了体了体细细胞作胞作为为受体受体导导致后代致后代发发生性状分离需生性状分离需要多代要多代选择选择的麻的麻烦烦。(3)缺缺点点：技技术术相相当当复复杂杂，需需要要与与杂杂交交育育种种结结合合，其其中中的的花花药药离离体体培培养养过过程程需需要要组组织织培培养养技技术术的支持，多限于植物。的支持，多限于植物。2.体体细细胞胞诱变诱变育种育种(1)过过程程(2)原理：基因突原理：基因突变变和植物和植物细细胞的全能性

19、。胞的全能性。(3)优优点：提高愈点：提高愈伤组织伤组织的突的突变变率，可以率，可以获获得得高抗、高高抗、高产产、优质优质、抗逆的新品种，加快了、抗逆的新品种，加快了育种育种进进程。程。(4)缺点：缺点：突突变变不定向，需要不定向，需要处处理大量突理大量突变变材料。材料。突突变变少利多害，符合人少利多害，符合人们们需要、有利的品需要、有利的品种比种比较较少。少。特特别别提醒提醒单单倍体育种和多倍体育种均需要倍体育种和多倍体育种均需要用秋水仙素用秋水仙素诱导诱导染色体数目加倍。染色体数目加倍。单单倍体育倍体育种需要植物种需要植物组织组织培养先形成培养先形成单单倍体幼苗，但倍体幼苗，但多倍体育种一

20、般不使用植物多倍体育种一般不使用植物组织组织培养技培养技术术。下下图为图为几种育种方法示意几种育种方法示意图图,据据图图回答：回答：例例2(1)方方向向所所示示的的途途径径表表示示_育育种种方方式，式，过过程所示的育种方法叫做程所示的育种方法叫做_。(2)过过程程中中常常用用的的方方法法是是_，过过程中最常采用的程中最常采用的药剂药剂是是_。(3)过过程程发发生在生物个体生在生物个体发发育的育的_时时期，但是，一般期，但是，一般发发生在生在_细细胞中才具胞中才具有有遗传遗传性。性。(4)过过程程叫叫_。过过程程中中影影响响植植物物根根、芽芽发发生的两种激素是生的两种激素是_。(5)由由的的过过

21、程程中中涉涉及及的的生生物物技技术术有有_。(6)植物体植物体细细胞胞杂杂交技交技术术，解决了育种，解决了育种过过程中程中的的_问题问题。【解析解析】根据各种育种方法的特点可判断根据各种育种方法的特点可判断,方向所示的育种方法方向所示的育种方法应为杂应为杂交育种；交育种；方向所示方向所示为单为单倍体育种方式；倍体育种方式；方向方向为为通通过过射射线获线获得新基因，因而得新基因，因而为诱变为诱变育种；育种；直接直接获获得染色体得染色体组组加倍的种子或幼苗，加倍的种子或幼苗，则则为为多倍体育种；多倍体育种；方向通方向通过过两种植物两种植物细细胞胞获获得得杂杂种种细细胞，胞，进进而而获获得新品种的方

22、式得新品种的方式为为植物体植物体细细胞胞杂杂交育种。交育种。判断出各育种方式后再具体作答每种育种方判断出各育种方式后再具体作答每种育种方式中的要点。如式中的要点。如获获得得单单倍体植株的方法是倍体植株的方法是花花药药离体培养；使染色体加倍常用离体培养；使染色体加倍常用药剂为药剂为秋秋水仙素；水仙素；是基因突是基因突变变的的过过程，可程，可发发生在个生在个体体发发育的任何育的任何时时期；期；获获得愈得愈伤组织伤组织的的过过程程为为脱分化，脱分化，再分化的再分化的过过程中要用到生程中要用到生长长素素和和细细胞分裂素等。胞分裂素等。【答案答案】(1)杂杂交多倍体育种交多倍体育种(2)花花药药离体培养

23、秋水仙素离体培养秋水仙素(3)任何生殖任何生殖(4)脱分化生脱分化生长长素和素和细细胞分裂素胞分裂素(5)植物体植物体细细胞胞杂杂交技交技术术、植物、植物组织组织培养技培养技术术(6)远缘杂远缘杂交不交不亲亲和和(或生殖隔离或生殖隔离)【探探规规寻寻律律】依依据据不不同同育育种种需需求求选选择择不不同同的育种方法的育种方法(1)将将两两亲亲本本的的两两个个不不同同优优良良性性状状集集中中于于同同一一生生物物体体，可可利利用用杂杂交交育育种种，亦亦可可利利用用单单倍倍体体育种。育种。(2)要求快速育种，要求快速育种，则则运用运用单单倍体育种。倍体育种。(3)要要求求大大幅幅度度改改良良某某一一品

24、品种种，使使之之出出现现前前所所未未有有的的性性状状，可可利利用用诱诱变变育育种种和和杂杂交交育育种种相相结结合的方法。合的方法。(4)要要求求提提高高品品种种产产量量，提提高高营营养养物物质质含含量量，可运用多倍体育种。可运用多倍体育种。(5)要求短期内大面要求短期内大面积积繁殖某一品种的植物，繁殖某一品种的植物，可采用植物微型繁殖技可采用植物微型繁殖技术术。变变式式训练训练下列下列应应用不涉及植物用不涉及植物组织组织培养技培养技术术的是的是()A花花药药离体培养得到离体培养得到单单倍体植株倍体植株B秋秋水水仙仙素素处处理理萌萌发发的的种种子子或或幼幼苗苗获获得得多多倍倍体植株体植株C人工种子培育人工种子培育D“番茄番茄马铃马铃薯薯”杂杂种植株培育种植株培育解析：解析：选选B。花。花药药离体培养、人工种子培育离体培养、人工种子培育和体和体细细胞胞杂杂种植株的培育均需要植物种植株的培育均需要植物组织组织培培养作养作为为技技术术手段，而秋水仙素手段，而秋水仙素诱导诱导多倍体的多倍体的形成与植物形成与植物组织组织培养没有直接关系。培养没有直接关系。