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1、植物细胞工程的应用植物细胞工程的应用第第2 2章章 细胞工程细胞工程第第1 1节节 植物细胞工程植物细胞工程目录植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径New pathways of plant reproduction细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产Factory production of cellular products作物新品种的培育作物新品种的培育The cultivation of new crop varieties巩固练习巩固练习consolidation exerciseContentsABCD植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径经济苗木、名贵花卉、珍稀植物等自然繁殖速度经济苗
2、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缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持5 5（1 1）概念：）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植物组织培养技术技术。也也叫叫微型繁殖。微型繁殖。1.1.快速繁殖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 2）优点：）优点：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，保持保持优良品种的遗传特性。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 3）应用：应用：快速快速繁
3、殖繁殖经济林木经济林木、名贵花卉、珍稀濒危植物、名贵花卉、珍稀濒危植物等自然繁殖等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持的植物。速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持的植物。原理：植物细胞的全能性原理：植物细胞的全能性【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？是什么？植物组织培养到植物组织培养到愈伤组织愈伤组织阶段，细胞进行旺盛、快速阶段，细胞进行旺盛、快速的的有丝分裂有丝分裂，从而获得大量的，从而获得大量的组织细胞组织细胞。不断地对愈伤组。不断地对愈伤组织进行织进行分割、移瓶、诱导再分化分割、移瓶、诱导再分化就可以形成大量的就可以
4、形成大量的新植株新植株。另外，植物组织培养在另外，植物组织培养在实验室实验室进行，一般不受季节、气候进行，一般不受季节、气候等条件的限制。等条件的限制。无性生殖，进行有丝分无性生殖，进行有丝分裂，遗传物质不改变裂，遗传物质不改变。（4 4）实例：）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，已形成一定规模。等试管苗的生产，已形成一定规模。铁皮石斛的工厂化生产铁皮石斛的工厂化生产“手指植物手指植物”的制作方法的制作方法用到了植物组织用到了植物组织培养技术培养技术。通常。通常培育在装有彩色固体培养基的培育在装有彩色固体培养基的小玻璃瓶中，只要小玻璃瓶中，只要保证充足的光照和适宜的
5、温保证充足的光照和适宜的温度度，不需要额外补充水分和营养物质，它们就，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能在玻璃瓶中生长三四个月三四个月之久。之久。【到社会中去到社会中去】9 9马铃薯马铃薯草莓草莓香蕉香蕉组培组培脱毒苗脱毒苗顶端顶端分生区分生区（如茎如茎尖）：尖）：病毒极少，甚至病毒极少，甚至无毒无毒注：脱毒苗注：脱毒苗不等于不等于抗毒苗抗毒苗。与快速繁殖相比较，二者无本质区别，与快速繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。只是取材部位不同。2 2、作物脱毒、作物脱毒（3 3）优点）优点：明显提高农作物的明显提高农作物的产量产量和和品质品质感染的病毒很感染的病毒很容易
6、传给后代容易传给后代无性繁殖无性繁殖病毒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 1）脱毒原因）脱毒原因（2 2）脱毒方法）脱毒方法1010（4 4）实例：）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、菠萝菠萝和和香蕉香蕉等许多作物等许多作物上获得成功。上获得成功。作物新品种的培育作物新品种的培育1212（1 1）单倍体：）单倍体：枝叶枝叶茎杆弱小，果实多而小，茎杆弱小，果实多而小，一般高度一般高度不育不育。特点特点：由由配子配子（如卵细
7、胞、花粉等）（如卵细胞、花粉等）直接发育而直接发育而成的成的个体个体。1 1、单倍体育种、单倍体育种（2 2）单倍体育种原理：单倍体育种原理：植物植物细胞的全能性、细胞的全能性、染色体染色体（数目）（数目）变异。变异。选择亲本选择亲本有性杂交有性杂交F F1 1代代花粉离体培养花粉离体培养单倍体植株单倍体植株 诱变诱变染色体加倍染色体加倍可育纯合子可育纯合子选择所需类型选择所需类型DdTtDdTt二倍体植株二倍体植株花药离体培养花药离体培养DtDt单倍体植株单倍体植株人工诱导人工诱导DDttDDtt正常植株正常植株（纯合子纯合子）DDttDDtt种子种子自交自交萌发萌发新植株新植株（新品种）（
8、新品种）二倍体植株二倍体植株拥有正常染色体数目拥有正常染色体数目染色体数目变异、植物细胞的全能性染色体数目变异、植物细胞的全能性（抗倒伏，不抗病）（抗倒伏，不抗病）（抗倒伏抗病）（抗倒伏抗病）花药（粉）：花药（粉）：单倍体幼苗单倍体幼苗：DT Dt dT dtDT Dt dT dt正常植株：正常植株：DDTT DDtt ddTT ddttDDTT DDtt ddTT ddtt新品种：新品种：DDttDDtt方法：方法：花药花药离体培养离体培养秋水仙素处理秋水仙素处理2.2.缺点：操作复杂缺点：操作复杂1.1.优点：优点：能明显缩短育种年能明显缩短育种年限；限；后代是纯合子，能稳定遗后代是纯合子
9、，能稳定遗传；传；节约了大量的人力物力。节约了大量的人力物力。DDTTDDTT（）ddttddtt（）第第一一年年第第二二年年筛选筛选DdTtDdTt（抗倒伏，不抗病）（抗倒伏，不抗病）（倒伏，抗病）（倒伏，抗病）二倍体生物二倍体生物（组织培养）（组织培养）DdTtDdTt植株植株DT Dt dT dtDT Dt dT dt花药离体培养和人工花药离体培养和人工诱导染色体数目加倍诱导染色体数目加倍单倍体育种单倍体育种AaAaA Aa aAAAAaa aa单倍体单倍体(n)(n)纯合二倍体纯合二倍体(2n)(2n)二倍体二倍体(2n)(2n)大多数单倍体植株的细胞中只含大多数单倍体植株的细胞中只含
10、有有一套染色体一套染色体，染色体加倍后得到，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易出现。的植株的隐性性状容易出现。因此它也是进行体细胞诱变育因此它也是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。种和研究遗传突变的理想材料。单倍体育种单倍体育种16160202 我国我国科学家在科学家在19741974年成功培育出世界上第一年成功培育出世界上第一个单倍体作物新品种个单倍体作物新品种单育单育1 1号烟草号烟草。(5)(5)实例实例 我国我国科学家把单倍体育种与常规育种结合起来，育成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
11、。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（1 1）突变体的产生）突变体的产生 在植物组织培养过程中，由于培养细胞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一直处于不断增殖的状态，因此它们容易，因此它们容易受到受到培养条件培养条件和和诱变因素诱变因素(如射线、化学物如射线、化学物质等质等)的影响而产生的影响而产生突变。突变。外植体外植体愈伤组织愈伤组织试管苗试管苗脱分化脱分化再分化再分化植株植株诱变诱变筛选筛选有用的突变体有用的突变体抗病抗病抗病抗病、抗盐、含、抗盐、含、抗盐、含、抗盐、含高蛋白、高产高蛋白、高产高蛋白、高产高蛋白、高产（2 2）原理）原理
12、基因突变基因突变和和植物细胞全能性植物细胞全能性（3 3）突变体的利用）突变体的利用筛选对人们筛选对人们有利突变体有利突变体,进而培育新品种进而培育新品种1818（2 2）优点：优点：提高变异的频率提高变异的频率，加速育种进程加速育种进程。难以控制突变方向难以控制突变方向，需要大量处理实验材料需要大量处理实验材料。（3 3）缺点：）缺点：（4 4）实例）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2 2、突变体的利用、突变体的利用植物的代谢产物植物的代谢产物1.初生代谢物：初生代谢物：初生代谢是生物生长和生存所初生代谢是生物生长和生
13、存所必需的代谢活动必需的代谢活动，初生代谢物有初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质、核酸糖类、脂质、蛋白质、核酸等。等。2.次生代谢物：次生代谢物：植物代谢会产生一些一般认为不是不是植物基本的生命活动所必需的产物次生代谢物。（1）含义）含义化学本质：化学本质：作用：作用：应用：应用：直接获取困难：直接获取困难：化学合成困难：化学合成困难：利用植物细胞培养来获得目标产物利用植物细胞培养来获得目标产物细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产小分子有机物小分子有机物(酚类、萜类和含氮类酚类、萜类和含氮类)植物抗病、抗虫植物抗病、抗虫药物、香料、色素药物、香料、色素含量低、从植物组织提取会大量破坏植物资源含
14、量低、从植物组织提取会大量破坏植物资源有些产物不能或难以通过化学合成途径得到有些产物不能或难以通过化学合成途径得到我们要生产的是我们要生产的是次生代谢物。次生代谢物。应用多，应用多，产量低产量低细细胞产物的工厂化生产胞产物的工厂化生产 利用利用植物细胞培养来获得目标产物植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。产。外植体外植体愈伤组织愈伤组织细胞悬液细胞悬液脱分化脱分化振荡分散振荡分散细胞悬浮培养细胞悬浮培养细胞产物细胞产物提取提取概念：概念：细胞产物工厂化生产有哪些优点细胞产物工厂化生产有哪些优点？不占用耕地、不受季节、天气的限制，不占用耕
15、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。take care注意01一般组织培养到愈伤组织即可。一般组织培养到愈伤组织即可。因为此时因为此时细胞分裂能力旺盛，细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成代谢快，有利于产物生成。02液体培养基（培养液）有利于液体培养基（培养液）有利于培养的细胞与营养物质充分接培养的细胞与营养物质充分接触。触。紫草宁、紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。实例实例 紫草宁紫草宁具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性 紫杉醇紫杉醇具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌
16、症的治疗具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等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人参人参人参皂苷人参皂苷植物组织培养与植物细胞培养的比较植物组织培养与植物细胞培养的比较项目项目植物组织培养植物组织培养植物细胞培养植物细胞培养利用原理利用原理培养基培养基培养对象培养对象细胞的全能性细胞的全能性细胞增殖细胞增殖固体培养基固体培养基液体培养基液体培养基离体的植物器官、组织、离体的植物器官、组织、细胞或原生质体细胞或原生质体由愈伤组织分散得由愈伤组织分散得到的悬浮细胞到的悬浮细胞植物组织培养与植物细胞培养的比较植物组织培养与植物细胞培养的比较项目项目植物组织培养植物组织培养植物细胞培养植
17、物细胞培养培养过程培养过程培养目的培养目的二者关系二者关系外植体愈伤组织芽、根外植体愈伤组织芽、根植物幼苗植物幼苗愈伤组织愈伤组织分散成悬浮细分散成悬浮细胞胞继续培养继续培养细胞次生细胞次生代谢物代谢物植物幼苗植物幼苗细胞的次生代谢物细胞的次生代谢物 植物组织培养是植物细胞培养的基础；它们都属植物组织培养是植物细胞培养的基础；它们都属于植物细胞工程的范畴于植物细胞工程的范畴外植体外植体愈伤组织愈伤组织试管苗试管苗脱分化脱分化再分化再分化植株植株作物作物脱毒脱毒选择顶端选择顶端分生组织分生组织快速快速繁殖繁殖单倍体单倍体育种育种选择花药选择花药进行诱变进行诱变 突变体突变体的利用的利用分散后分散
18、后悬浮培养悬浮培养3.3.细胞产物的细胞产物的工厂化生产工厂化生产2.2.植物植物新品质新品质的培育的培育1.1.植物植物繁殖的繁殖的新途径新途径筛选筛选课堂小结课堂小结四种育种方法的比较四种育种方法的比较育种方法育种方法原理原理过程过程优点优点快速繁殖快速繁殖脱分化、再分脱分化、再分化化保持保持优良品种优良品种的的遗传特性遗传特性突变体突变体的利用的利用基因突变、基因突变、细胞的细胞的 ;对对愈伤组织愈伤组织进进行行诱变处理诱变处理后后再筛选再筛选提高提高 ，获得优良性，获得优良性状状细胞的细胞的全能性全能性全能性全能性突变率突变率四种育种方法的比较四种育种方法的比较育种方法育种方法原理原理
19、过程过程优点优点单倍体单倍体育种育种植物体细植物体细胞杂交胞杂交细胞的细胞的 、;、诱导诱导染色体数目加倍染色体数目加倍 明显缩短明显缩短 细胞膜的细胞膜的 、细细胞胞 ;融合、融合、杂杂种细胞种细胞组织培养组织培养打破打破 ，实现实现 。染色体变异染色体变异先先花药离体培养花药离体培养再再秋水仙素秋水仙素育种年限育种年限流动性流动性全能性全能性植物细胞植物细胞生殖隔离生殖隔离远缘杂交远缘杂交全能性全能性巩固练习巩固练习1.1.下列属于植物的快速繁殖技术的是下列属于植物的快速繁殖技术的是()A.A.用兰花的芽尖组织培育兰花幼苗用兰花的芽尖组织培育兰花幼苗 B.B.水稻种子萌发并长成新个体水稻种
20、子萌发并长成新个体C.C.扦插的葡萄枝长成新个体扦插的葡萄枝长成新个体 D.D.柳树芽发育成枝条柳树芽发育成枝条A2.2.利利用用马马铃铃薯薯的的块块茎茎进进行行无无性性繁繁殖殖，种种植植的的世世代代多多了了以以后后往往往往会会因因感感染染病病毒毒而而减减产产，为为此此农农户户都都希希望望得得到到无无病病毒毒的的幼幼苗苗进进行行种种植植。获获得得无无病病毒毒幼幼苗苗的的最最佳佳办办法法是是()A.A.选择优良品种进行杂交选择优良品种进行杂交 B.B.在田间喷洒消毒剂在田间喷洒消毒剂C.C.利用茎尖进行组织培养利用茎尖进行组织培养 D.D.人工诱导基因突变人工诱导基因突变C 3 3、将将紫紫草草
21、细细胞胞进进行行细细胞胞培培养养，诱诱导导其其脱脱分分化化产产生生愈愈伤伤组组织织，再再对对愈愈伤伤组组织织进进行行悬悬浮浮培培养养使使其其大大量量增增殖殖，以以获获取取大大量量的的紫紫草草宁宁。下下列列关关于于紫紫草草宁宁的的工工厂厂化化生产的叙述，生产的叙述，错误的是错误的是()A.A.细细胞胞产产物物的的工工厂厂化化生生产产是是植植物物细细胞胞工工程程的的重重要要用用途途之一之一B.B.培培养养过过程程中中需需要要脱脱分分化化形形成成愈愈伤伤组组织织，然然后后悬悬浮浮培培养愈伤组织细胞养愈伤组织细胞C.C.培培养养的的愈愈伤伤组组织织需需要要经经过过再再分分化化产产生生特特定定的的组组织
22、织细细胞后才能产生特定的细胞产物胞后才能产生特定的细胞产物D.D.培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分C2.2.生产中培育香蕉脱毒苗常用的方法是（生产中培育香蕉脱毒苗常用的方法是（）A.A.人工诱导基因突变人工诱导基因突变B.B.选择优良品种进行杂交选择优良品种进行杂交C.C.进行远缘植物体细胞杂交进行远缘植物体细胞杂交D.D.取茎尖分生组织进行组织培养取茎尖分生组织进行组织培养D D 1 1、用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养技术。（技术。（）2 2、细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞生长的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。（培养条件，提高了单个细胞中次生代谢物的含量。（）Thank you for watching谢谢观看谢谢观看01教学反思