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1、第第2章章 第第1节节 植物细胞工程（二、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5阅读教材阅读教材P39P39，思考以下问题：，思考
2、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？01（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。1.快速繁殖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 一植物繁殖的新途径（3）优点：植物细胞的全能性选材少，选材少，繁殖率高繁
3、殖率高，便于自动化管理，便于自动化管理。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？愈伤组织细胞分裂旺盛、快速，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。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
4、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9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？01组培组培脱毒苗脱毒苗顶端分生区（如茎尖）：注：脱毒苗不等于抗毒苗。2、作物脱毒马铃薯马铃薯草莓草莓香蕉香蕉感染的病毒很感染的病毒很容易传给后代容易传给后代无性繁殖无性繁殖病毒
5、在作物病毒在作物体内体内积累积累作物产量降作物产量降低品质变差低品质变差（1）脱毒原因（2）脱毒方法 一植物繁殖的新途径病毒极少，甚至无病毒细胞工程01 2、作物脱毒 一植物繁殖的新途径（3）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明显提高农作物的产量和品质注：脱毒苗不等于抗毒苗。与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。01（5）实例：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感脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片染未脱毒马铃薯叶片在在马铃薯马铃薯、草莓草莓、大蒜大蒜、甘蔗甘蔗、菠萝菠萝和和香
6、蕉香蕉等许多作物上获得成功。等许多作物上获得成功。一植物繁殖的新途径 2、作物脱毒13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）021、单倍体：枝叶茎杆弱小，果实多而小，枝叶茎杆弱小，果实多而小，一般高度不育一般高度不育。特点：特点：由由配子配子（如卵细胞、花粉等）（
7、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;细胞工程1、单倍体育种、单倍体育种（2）单倍体育种原理：植物细胞的全能性植物细胞的全能性 染色体（数目）变异染色体（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 aass紫色非甜玉米AaSs配子：ASAsaSas花药离体培养单倍体幼苗：ASAsaSas
8、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当年就能培育出遗传性状相对稳定的纯合二倍体植株02（3）优点极大地缩短了育种的年限极大地缩短了育种的年限后代都是后代都是纯合子纯合子，能稳定遗传，能稳定遗传可作为可作为体细胞诱变育种体细胞诱变育种和研究和研究遗传突变遗传突变的理想材料。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02 我国科学家在我国科学家在1974年
9、成功培育出世界上第年成功培育出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。02作物新品种的培育02（1）原理 在植物的组织培养过程中在植物的组织培养过程中，由于培养细胞由于培养细胞一直处于一直处于不断增殖不断增殖的状态，的状态，因此它们容易受到因此它们容易受到培养培养条件条件和和诱变因素诱变因素(如射线、化学如射线、化学物质等物质等)的影响而产生的影响而产生突变突变。外植体愈伤组织脱
10、分化脱分化再分化再分化诱变处理2、突变体的利用突变=基因突变 染色体变异抗病、抗盐、高产及抗病、抗盐、高产及蛋白质含量高的突变体蛋白质含量高的突变体突变体 二作物新品种的培育筛选筛选新品种培育培育基因突变基因突变（或染色体变异）（或染色体变异）和和植物细胞的植物细胞的全能性全能性。02（2）优点：提高愈伤组织的突变率，提高愈伤组织的突变率，加速育种进程。加速育种进程。难以控制突变的方向，有利性状比较少，难以控制突变的方向，有利性状比较少，需要需要大量处理实验材料。大量处理实验材料。（3）缺点：白三叶草（4）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
11、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21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，思考以下问题：以下问题：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必需的代谢活动，一直进行的代谢活动，一直进行 不是不是生物生长所生物生长所必需的必需的，在特定条件下进行，在特定条件下进行植物植物代谢代谢初生代谢：初生代谢：次生代谢：次生代谢：缺点：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。一类一类小分子有机化合物小分子有机化合
12、物(如酚类、萜类和含氮化合物等如酚类、萜类和含氮化合物等)产物产物：如如糖类、脂质、蛋白质、核酸糖类、脂质、蛋白质、核酸等等产物：产物：03细胞产物的工厂化生产课堂篇探究学习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。应用多、产量低 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：指指在在离体条件离体条件下对下对单个植物细胞或细胞团单个植物细胞或细胞团进进行培养使其行培养使其增殖增殖的技术。的技术。外植体愈伤组织细胞悬液脱分化脱分化分散开分散开细胞产物提取提取4、优势：不占用耕地、不受季
13、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植物细胞培养2、技术：3、原理:细胞增殖035、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注意：一般组
14、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。工厂化生产人参皂甙干粉的基本流程：人参根 愈伤组织 增长速度快而且细胞内人参皂甙干粉含量高的细胞 细胞增殖 提取人参皂甙干粉 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2、细胞产物工厂化生产实例植物组织培养和植物细胞培养的比较特别提醒比较项目植物组织培养植物细胞培养目的原理过程应用获得植物体获得细胞产物植物细胞的全能性细胞增殖快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等四种育种方法的比较核心归纳育种方法原理过程优点快速
15、繁殖突变体的利用单倍体育种植物体细胞杂交植物细胞的全能性脱分化、再分化保持优良品种的遗传特性基因突变、植物细胞的全能性对愈伤组织进行诱变处理后再筛选提高突变率，获得优良性状植物细胞的全能性、染色体变异花药离体培养、秋水仙素诱导染色体数目加倍明显缩短育种年限细胞膜的流动性、植物细胞的全能性原生质体融合、杂种细胞组织培养打破生殖隔离，实现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
16、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