植物細(xì)胞工程的應(yīng)用課件高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

第1節(jié)

植物細(xì)胞工程的應(yīng)用第二章

植物細(xì)胞工程

20世紀(jì)60年代，荷蘭科學(xué)家成功地利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)來培育蘭花。目前，荷蘭的蘭花生產(chǎn)已發(fā)展成舉世聞名的蘭花產(chǎn)業(yè)。

我國組織培養(yǎng)技術(shù)也已經(jīng)廣泛應(yīng)用于蘭花種苗的規(guī)?；敝?，使得名貴蘭花的價(jià)格大幅下降，普通百姓也能購買和觀賞。【資料一】結(jié)合上述資料和閱讀教材39頁，回答以下問題：1.資料中的蘭花繁殖利用了什么技術(shù)大量規(guī)?；a(chǎn)？2.什么是快速繁殖技術(shù)？3.快速繁殖技術(shù)有哪些優(yōu)點(diǎn)？4.快速繁殖技術(shù)用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的實(shí)例有哪些？一、植物繁殖的新途徑一1.

快速繁殖（微型繁殖）(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。(2)優(yōu)點(diǎn)：①可以高效、快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖；②可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性。(3)實(shí)例：一些優(yōu)良的觀賞植物、經(jīng)濟(jì)林木、無性繁殖作物和瀕危植物等的苗木。我國組織培養(yǎng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于蘭花種苗的規(guī)?；敝?，使得名貴的蘭花價(jià)格大幅下降。進(jìn)行無性繁殖一、植物繁殖的新途徑一鐵皮石斛的產(chǎn)業(yè)化育苗外植體脫分化愈傷組織再分化芽、根試管苗植株移栽(4)過程：植物細(xì)胞的全能性(5)原理：*扦插、壓條、嫁接等不屬于微型繁殖技術(shù)【思考】為什么植物組織培養(yǎng)可以進(jìn)行快速繁殖？

植物組織培養(yǎng)到愈傷組織階段，細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂，細(xì)胞分裂速度較快，從而獲得大量的組織細(xì)胞，然后不斷地分割、移瓶、誘導(dǎo)再分化形成新植株。

并且，植物組織培養(yǎng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，受季節(jié)、氣候等條件限制較小。

馬鈴薯、草莓和香蕉等通常是用無性繁殖的方式進(jìn)行繁殖的，它們感染的病毒很容易傳給后代。病毒在作物體內(nèi)逐年積累，就會導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差。采取怎樣的措施能避免這些情況發(fā)生?

脫毒馬鈴薯田和被病毒感染的未脫毒的馬鈴薯葉片（左上）

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)植物頂端分生區(qū)附近（如莖尖）的病毒極少，甚至無病毒。你有什么啟發(fā)？【資料二】(2)選材部位及原因：部位：植物

。頂端分生區(qū)附近（如莖尖）2.作物脫毒原因：

的病毒極少，甚至

。分生區(qū)附近無病毒無性繁殖的方式進(jìn)行繁殖的作物，感染的病毒很容易傳給后代，并在作物體內(nèi)逐年積累，會導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差。(1)培育脫毒苗的原因：一、植物繁殖的新途徑一(3)方法：(4)優(yōu)點(diǎn)：2.作物脫毒切取莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)獲得脫毒苗。（即：莖尖組織培養(yǎng)技術(shù)）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。一、植物繁殖的新途徑一脫毒苗≠抗毒苗莖尖脫分化愈傷組織再分化芽、根試管苗脫毒苗移栽通過組織培養(yǎng)技術(shù)獲得的脫毒苗是否具有抗病毒能力？脫毒作物的產(chǎn)量和品質(zhì)明顯優(yōu)于沒有脫毒的作物一、植物繁殖的新途徑一(5)脫毒產(chǎn)品：如馬鈴薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠蘿和香蕉等脫毒草莓普通草莓菠蘿香蕉大蒜甘蔗植物常見的無性繁殖方式——營養(yǎng)繁殖（利用營養(yǎng)器官：

根、

葉、

莖等繁殖后代）扦插

壓條

嫁接一、植物繁殖的新途徑PDDBBddbbF1DdBbF2D_B_D_bbddB_ddbb高莖抗病矮莖不抗病F3連續(xù)的自交直至不發(fā)生性狀分離選出ddBB

用高桿抗病（DDTT）和矮桿不抗?。╠dtt）小麥品種培育矮桿抗病小麥（ddTT），如果要篩選出純合的矮莖抗病的優(yōu)良性狀的小麥，你可以想到幾種育種方法？雜交育種缺點(diǎn)：獲得新品種的周期長

選育出需要的矮抗純種生長F4缺點(diǎn)：不定向性誘變育種PDDTT

×

ddttF1DdTtDdTtDTDtdTdtDTDtdTdtDDTTDDttddTTddtt（種子）第一年（植物體）

減數(shù)分裂

（花粉）花藥離體培養(yǎng)

（單倍體幼苗）

秋水仙素處理

（二倍體純合植株）第二年播種單倍體育種:花藥的離體培養(yǎng)獲得單倍體植株，染色體加倍選擇優(yōu)良品種二、作物新品種的培育花藥花粉單倍體離體培養(yǎng)純合二倍體人工誘導(dǎo)多倍體優(yōu)良品種選擇二、作物新品種的培育二1.單倍體育種(1)過程：花藥培養(yǎng)誘導(dǎo)染色體加倍二倍體植株單倍體植株二倍體植株（純合子）（秋水仙素處理）植株矮小，且高度不育染色體數(shù)目變異和植物細(xì)胞的全能性(2)原理:秋水仙素處理抑制有絲分裂前期紡錘體的形成即植物組織培養(yǎng)明顯縮短育種年限，節(jié)約大量人力物力；可獲得純合子，后代不發(fā)生性狀分離，能穩(wěn)定遺傳。技術(shù)相對比較復(fù)雜，需要與雜交育種結(jié)合，其中的花藥培養(yǎng)需要組織培養(yǎng)技術(shù)的支持。（3）優(yōu)點(diǎn)：（4）缺點(diǎn)：是作物育種的有效途徑；為體細(xì)胞誘變育種和研究遺傳突變提供理想材料。（5）應(yīng)用：單倍體育種:因?yàn)榇蠖鄶?shù)單倍體植株的細(xì)胞中只含有一套染色體，染色體加倍后得到的植株的隱性性狀容易顯現(xiàn)。二、作物新品種的培育二、作物新品種的培育二（6）實(shí)例：我國科學(xué)家在1974年成功培育出世界上第一個(gè)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。

彩色馬鈴薯不僅營養(yǎng)成分高，且含多酚類化合物，有較強(qiáng)的保健功能和藥用價(jià)值。我國通過品種引進(jìn)等方式獲得的彩色馬鈴薯品種數(shù)量有限，且多為晚熟品種，產(chǎn)量和品質(zhì)較低。所以通過誘變途徑獲得新的彩色馬鈴薯品種可以豐富馬鈴薯市場，滿足人們的需要?！举Y料三】二、作物新品種的培育二(1)突變體形成的原因：

在植物組織培養(yǎng)過程中，由于培養(yǎng)細(xì)胞一直處于不斷增殖的狀態(tài)，因此容易受到培養(yǎng)條件和誘變因素（如射線、化學(xué)物質(zhì)等）的影響而產(chǎn)生突變。(2)過程：外植體新品種篩選培育愈傷組織脫分化多種突變體誘導(dǎo)分化誘變處理（物化）2.突變體的利用愈傷組織（細(xì)胞分裂旺盛，且一直處于不斷增殖的狀態(tài)，因此易發(fā)生突變）①處理對象：②原理：突變(基因突變和染色體變異）和植物細(xì)胞的全能性。(3)利用：篩選對人們有利的突變體,進(jìn)而培育成新品種。（4）優(yōu)點(diǎn)：

提高變異的頻率，加速育種進(jìn)程；大幅度地改良某些性狀。缺點(diǎn)：

由于突變的不定向和低頻性

，有利性狀比較少

，需要大量處理實(shí)驗(yàn)材料。（5）實(shí)例：

已篩選出抗病、

抗鹽、

高產(chǎn)以及蛋白質(zhì)含量高的突變體，抗花葉病毒的甘蔗、

抗鹽堿的煙草等?？够ㄈ~病毒的甘蔗抗鹽堿的煙草抗除草劑白三葉草二、作物新品種的培育

紅豆杉，又名紫杉。1971年，科學(xué)家從紅豆杉樹皮中分離出了紫杉醇，發(fā)現(xiàn)它具有獨(dú)特的抗腫瘤作用。2000年國際市場上優(yōu)質(zhì)紫杉醇的售價(jià)已高達(dá)每千克18萬美元。1994-1996年，在紅豆杉分布最多、最集中的云南，紅豆杉遭受了一場浩劫。盜伐者大量砍伐紅豆杉，使大大小小的山溝里，躺滿了被剝光樹皮的裸樹，溪河里浸出鮮血般的紅色樹汁……野生紅豆杉是瀕危植物，直接從它的樹皮和樹葉中提取紫杉醇的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，不僅產(chǎn)量低，還會對野生紅豆杉資源造成嚴(yán)重破壞，這種方法不利于對它們的保護(hù)?！举Y料四】能不能運(yùn)用植物細(xì)胞工程技術(shù)來生產(chǎn)紫杉醇？1.植物的代謝產(chǎn)物（1）初生代謝物：初生代謝是生物生長和生存所必需的代謝活動(dòng)

，初生代謝物有糖類、

脂質(zhì)、

蛋

白質(zhì)、

核酸等。（2）次生代謝物：①次生代謝不是生物生長所必需的

，一般在特定的組織或器官中

，并在一定的

環(huán)境和時(shí)間條件下進(jìn)行的代謝活動(dòng)。②次生代謝物是一類小分子有機(jī)化合物（如酚類、

萜類和含氮化合物等）。③作用

：在植物的抗蟲、

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。④特點(diǎn)

：含量很低

，從植物組織中提取會大量破壞植物資源

，有些產(chǎn)物又不能

或難以通過化學(xué)合成途徑得到。三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)4.特點(diǎn)：

不占用耕地，幾乎不受季節(jié)、

天氣等的限制，因此對于社會、經(jīng)濟(jì)、

環(huán)境保護(hù)具有重要意義。5.例子：

蛋白質(zhì)、

脂肪、糖類、

藥物、

香料、

生物堿、

紫草寧、

紫杉醇、

人參皂苷的植物細(xì)胞工

程產(chǎn)品。

紫草寧——抗菌、

消炎和抗腫瘤，首例藥用植物細(xì)胞工程產(chǎn)品。紫草→紫草寧1.技術(shù)：

指在離體條件下對單個(gè)細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)使其增殖的技術(shù)。（植物組織培養(yǎng)技術(shù)）2.原理：

細(xì)胞增殖

植物細(xì)胞培養(yǎng)到愈傷組織即可，因?yàn)榇藭r(shí)細(xì)胞分裂能力旺盛

，代謝快

，有利于產(chǎn)物生成。3.過程：細(xì)胞懸液

細(xì)胞懸浮培養(yǎng)液體培養(yǎng)基（培養(yǎng)液）細(xì)胞產(chǎn)物外植體

愈傷組織振蕩分散脫分化提取三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)三(5)實(shí)例：人參皂苷（ɡān）注意：①一般培養(yǎng)到愈傷組織階段，從愈傷組織的細(xì)胞中獲得細(xì)胞產(chǎn)物!（因?yàn)榇藭r(shí)細(xì)胞分裂能力旺盛，代謝快，有利于產(chǎn)物生成）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。工廠化生產(chǎn)的基本流程：人參根

愈傷組織

增長速度快、細(xì)胞內(nèi)人參皂甙干粉含量高的細(xì)胞

大量細(xì)胞

提取人參皂苷干粉

脫分化培養(yǎng)選擇破碎細(xì)胞放入發(fā)酵罐細(xì)胞增殖

以葡萄花青素含量高的品種的幼葉和莖尖為材料

，用

于誘導(dǎo)愈傷組織；

選擇顆細(xì)小、

疏松易碎、

外觀濕潤、

顏色鮮艷的愈傷組織

，經(jīng)過篩選

，繼代培養(yǎng)后，用于懸浮細(xì)胞培養(yǎng)。

人參、

三七、

紫草和銀杏的細(xì)胞產(chǎn)物也都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)。

目前世界各國的科學(xué)家正在深人研究

，是否可以通過組織培養(yǎng)技術(shù)來大量生產(chǎn)抗癌物質(zhì)—紫杉醇。葡萄細(xì)胞培養(yǎng)獲得花青素?；ㄇ嗨睾驮ㄇ嗨厥乔宄梭w自由基最有

效的天然抗氧化劑

，具有抗氧化、

抗突變、

抗腫瘤、

保護(hù)心血管等方面的功能。三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)紫杉醇——具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌癥的治療。

為什么紫杉醇如此昂貴？a.乳腺癌、

卵巢癌和肺癌的治療特效（臨床有效率>40%）b.紅豆杉屬植物(瀕危植物)體內(nèi)產(chǎn)生一種次生代謝產(chǎn)物，資源稀缺c.

傳統(tǒng)生產(chǎn)方法：從紅豆杉樹皮和樹葉中提取。

紫杉醇含量低：干樹皮中的0.01%（萬分之一）d.

生長緩慢：小苗50-70年成樹、

剝皮即死。三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)市場上有一種叫作“手指植物“的工藝品受到很多人的歡迎這些“手指植物”通常培育在裝有彩色固體培養(yǎng)基的小玻璃瓶中，只要保證充足的光照和適宜的溫度，不需要額外補(bǔ)充水分或營養(yǎng)物質(zhì)，它們就能在玻璃瓶中生長三四個(gè)月之久學(xué)習(xí)了本節(jié)課之后，你也可以嘗試制作“手指植物”。如果有商店正在出售這種植物，你還可以做個(gè)市場調(diào)查，了解它們的銷售情況和經(jīng)濟(jì)效益，分析它們?yōu)槭裁词軞g迎，并寫出調(diào)查報(bào)告。到社會中去手指植物的制作方法用到了植物組織培養(yǎng)技術(shù)。在制作過程中，一定要注意做好滅菌和消毒工作，為了防止污染，可在培養(yǎng)基中加入一定量的抑菌劑。另外，還可以根據(jù)個(gè)人喜好，在培養(yǎng)基中加人適量的色素或者熒光劑，使“手指植物”更具有觀賞價(jià)值。比較項(xiàng)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)，如紫

草寧、

人參皂苷、

紫杉醇等植物組織培養(yǎng)和植物細(xì)胞培養(yǎng)的比較三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)課堂小結(jié)1.運(yùn)用植物細(xì)胞工程技術(shù)可以培育單倍體植株和進(jìn)行細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。判斷下列相關(guān)表述是否正確。（1）用花藥培養(yǎng)得到單倍體植株需要用到植物組織培養(yǎng)技術(shù)。（

）（2）細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)主要是利用促進(jìn)細(xì)胞生長的培養(yǎng)條件，提高了單個(gè)細(xì)胞中次生代謝物的含量。（

）2.生產(chǎn)中培育香蕉脫毒苗常用的方法是（

）A.人工誘導(dǎo)基因突變

B.選擇優(yōu)良品種進(jìn)行雜交C.進(jìn)行遠(yuǎn)緣植物體細(xì)胞雜交

D.取莖尖分生組織進(jìn)行組織培養(yǎng)√×一、概念檢測練習(xí)與應(yīng)用D1.紫色非甜玉米（基因型為AASuSu）和白色甜玉米（基因型為aasusu）雜交（Su和su代表一對等位基因）,得到的F1（AaSusu