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1、第2章 第1节 植物细胞工程第第2 2课时课时 植物细胞工程的应用植物细胞工程的应用学习目标学习目标目标目标010102020303基于生产和生活需要，通过查阅相关资料基于生产和生活需要，通过查阅相关资料，设计并实施恰当可行的实验方案，设计并实施恰当可行的实验方案（科学探究（科学探究）会用生命观念解释植物细胞工程给人们带会用生命观念解释植物细胞工程给人们带来的影响来的影响（生命观念）（生命观念）列举植物组织培养技术在生产实践中的应用列举植物组织培养技术在生产实践中的应用，说明植物细胞工程对生产的影响。，说明植物细胞工程对生产的影响。（社会责任）（社会责任）知识回顾回顾植物组织培养技术，植物体细
2、胞杂交技术的流程分别是什么？去壁去壁去壁去壁融融合合再生再生新壁新壁脱分化脱分化再分化再分化移栽移栽植物细胞融合技术植物组织培养技术A细胞 A原生质体B细胞B原生质体正在融合的原生质体再生出细胞壁愈伤组织杂种植株外植体外植体脱分化愈伤组织愈伤组织再分化根、芽等根、芽等试管苗试管苗驯化移栽完整完整植株植株一、植物繁殖的新途径请同学们自主阅读教材P39，思考回答下列问题：什么是快速繁殖技术?该技术原理是什么？有哪些优点？快速繁殖技术有哪些特点?快速繁殖技术用于产业化生产的实例有哪些?（一）快速繁殖：（一）快速繁殖：1.概念概念：用于用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术快速繁殖优良品种的植物组织培
3、养技术，也叫也叫微型繁殖微型繁殖。2.过程过程一、植物繁殖的新途径外植体脱分化脱分化愈伤组织再分化再分化根、芽完整植株试管苗培养接种例如一株葡萄一年繁殖到例如一株葡萄一年繁殖到3 3万多株，一株兰花一年繁殖到万多株，一株兰花一年繁殖到400400万株。万株。一、植物繁殖的新途径（一）快速繁殖：（一）快速繁殖：3.3.生殖方式：生殖方式：5.5.特点：特点：一般为无性生殖4.4.原理：原理：植物细胞的全能性高效、快速地实现种苗的大量繁殖。保持优良品种的遗传特性。不受自然生长季节的限制，培养周期短。选材少，繁殖率高，便于自动化管理。石斛百年牡丹树连翘一、植物繁殖的新途径（一）快速繁殖：（一）快速繁
4、殖：6.6.实例：实例：甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。快速繁殖经济苗木、名贵花卉、珍稀濒危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的植物。石斛：石斛：驱解虚热，益精强驱解虚热，益精强阴等疗效、观赏价值。阴等疗效、观赏价值。兰花：兰花：名贵花卉，具有名贵花卉，具有极高的观赏价值，入药。极高的观赏价值，入药。【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？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
5、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。一、植物繁殖的新途径一、植物繁殖的新途径 脱毒马铃薯脱毒马铃薯（视频）（视频）马铃薯为什么要进行脱毒?应该选择马铃薯的什么部位培育脱毒苗?为什么要选择该部位?培育脱毒马铃薯的流程是怎样的?脱毒马铃薯有何优点?你还知道哪些作物脱毒的实例?请同学们自主阅读教材P40，思考回答下列问题：一、植物繁殖的新途径一、植物繁殖的新途径马铃薯马铃薯草莓草莓香蕉香蕉无性繁殖无性繁殖病毒在作病毒在作物体内物体内积积累累作物产量作物产量降低品质降低品质变差变差（二）作物脱毒：（二）作物脱毒：1.作物脱毒的原因作物脱毒的原因：作物病毒积累作物病毒积累感染的病感染
6、的病毒很毒很容易容易传给后代传给后代普通草莓脱毒草莓植物 。顶端分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至 。分生区附近无病毒部位：部位：原因：原因：脱毒苗根冠根冠分生区分生区伸长区伸长区成熟区成熟区（如茎尖、根尖：病毒极少，甚至无毒）4.4.优点：优点：脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物2.2.脱毒选材部位及原因脱毒选材部位及原因：3.3.方法：方法：分生区组织培养一、植物繁殖的新途径（二）作物脱毒：（二）作物脱毒：5.脱毒作物实例脱毒作物实例：马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。一、植物繁殖的新途径（二）作物脱毒：（二）作物脱毒：脱毒苗不等于抗
7、毒苗。与快速繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。抗毒苗：抗病基因导入植物细胞植物组织培养完整植株植物细胞工程不仅开辟了植物繁殖的新途径，在作物新品种的培育方面也有重要贡献。【思考】脱毒苗等于抗毒苗吗？一、植物繁殖的新途径（二）作物脱毒：（二）作物脱毒：二、作物新品种的培育阅读教材第4041页“作物新品种的培育”小组讨论、回答以下问题，并展示交流设计的思路现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何获得纯种的紫色甜玉米（基因型AAss）？你可以想到几种育种方法?请你设计相关实验思路。设计筛选纯合的紫色甜玉米的实验思路。(1)杂交育种(2)单倍体育种杂交育种杂交
8、育种单倍体育种单倍体育种紫色非甜玉米紫色非甜玉米 AASS白色甜玉米白色甜玉米 aass紫色非甜玉米AaSsASAsaSas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选择紫甜玉米即为新品种P：紫色非甜玉米紫色非甜玉米 AASS白色甜玉米白色甜玉米 aassF1紫色非甜玉米AaSs第1年选育出紫甜的纯种选育出紫甜的纯种F2A_S_A_ssaaS_aass紫甜第2年第3年生长A_ssF3第4年你可以想到几种育种方法?请你设计相关实验思路。配子：P：二、作物新品种的培养单倍体植株矮小，且多为不育二、作物新品种的培育单
9、倍体育种的流程是怎样的?它有什么优点?（一）单倍体育种：（一）单倍体育种：1.过程过程：花药离体培养得到单倍体幼苗，秋水仙素处理抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，染色体加倍得到稳定遗传（纯合子）的优良品种。染色体（数目）变异、植物细胞的全能性。2.2.方法方法:3.3.原理原理:二、作物新品种的培育（一）单倍体育种：（一）单倍体育种：4.4.优点优点:二、作物新品种的培育（一）单倍体育种：（一）单倍体育种：杂交育种培育一个可以稳定遗传的作物优良品种，一般不断自交选优，常需56年。而单倍体育种当年就能培育出所需纯合体。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。
10、u 极大地缩短了育种的年限，节约了人力和物力。u 作为体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。4.实例实例：二、作物新品种的培育（一）单倍体育种：（一）单倍体育种：单育1号烟草、水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物我国培育的单育1号烟草是世界上第一个单倍体作物新品种二、作物新品种的培育（二）突变体的利用：（二）突变体的利用：1.产生原因产生原因：组织培养时，由于培养的细胞一直处于组织培养时，由于培养的细胞一直处于不断的增值的状态不断的增值的状态，易受培易受培养条件和外界压力养条件和外界压力（如射线，化学物质等）的影响而产生（如射线，化学物质等）的影响而产生突变突变。3.诱变处理对象：诱变处理对象
11、：2.过程过程：外植体外植体新品种新品种筛选培育筛选培育愈伤组织愈伤组织 脱分化脱分化多种突变体多种突变体诱导分化诱导分化诱变处理诱变处理愈伤组织、单倍体育种获得的隐性纯合体（二）突变体的利用：（二）突变体的利用：5.优点优点：6.缺点缺点：提高变异的频率，加速育种进程。大幅度地改良某些性状。提高变异的频率，加速育种进程。大幅度地改良某些性状。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。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。7.实例实例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。二、作物新品种的培育4.原理原理：基因突变基因突变和和植物细
12、胞的全能性植物细胞的全能性。红豆杉红豆杉（视频）（视频）能不能运用植物细胞工程技术来生产紫杉醇？紫杉醇是什么？能不能运用植物细胞工程技术来生产紫杉醇？紫杉醇是什么？阅读教材阅读教材“细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产”相关内容，回答以下问题：相关内容，回答以下问题：植物的代谢产物有哪些？什么是植物细胞培养?细胞产物的工厂化生产具有哪些应用优势?我国在细胞产物的工厂化生产方面取得了哪些重要成果?紫杉醇紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种是存在于红豆杉属植物体内的一种次生代谢物次生代谢物，具有，具有高抗癌活性。高抗癌活性。次生代谢物次生代谢物 植物代谢会产生一些一植物代谢会产生一些一般认为般
13、认为不是不是植物基本的生命植物基本的生命活动所必需的产物活动所必需的产物次生次生代谢物代谢物。次生代谢物的本质是什么？有什么作用？有什么缺点？次生代谢物的本质是什么？有什么作用？有什么缺点？初生代谢物初生代谢物 初生代谢是生物生长和生初生代谢是生物生长和生存存所所必需的代谢活动必需的代谢活动，初生，初生代谢物有代谢物有糖类糖类、脂质脂质、蛋白蛋白质质、核酸核酸等。等。1.次生代谢物：次生代谢物：本质本质作用作用缺点缺点 一类一类小分子小分子有有机化合物机化合物(如酚类、如酚类、萜类和含氮化合萜类和含氮化合物等物等)。在在植物抗病、抗虫植物抗病、抗虫等方面发挥作用，等方面发挥作用，也是很多也是很
14、多药物、香药物、香料和色素料和色素等的重要等的重要来源。来源。植植物物细细胞胞的的次次生生代谢物含量代谢物含量很低很低。有有些些产产物物不不能能或或难难以以通通过过化化学学途途径径得到。得到。应用多、产量低应用多、产量低应用多、产量低应用多、产量低三、细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的的过程过程2.细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产三、细胞产物的工厂化生产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植物组织培养技术外植体愈伤组织细胞悬液细胞产物培养、提取、破碎分散开去壁（液体培养基）（液体培养基）注意:一般培养到愈伤组织阶段，从
15、愈伤组织的细胞中获得细胞产物!(1)(1)原理：原理：(3)(3)优点优点：(2)(2)过程过程:它不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。植物细胞培养概念：概念：脱分化培养选择破碎细胞放入发酵罐(1)(1)工厂化生产人参皂甙干粉的基本流程：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人参皂甙干粉含量高的细胞愈伤组织人参皂苷粉人参皂苷粉3.细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产的实例的实例三、细胞产物的工厂化生产3.细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产的实例的实例三、细胞产物的工厂化生产离体植物组织脱分化愈伤组织从愈伤组织中提取紫杉
16、醇高效抗癌的药物紫杉醇，虽然能造福人类，但却为濒危的红豆杉带来了一场灭顶之灾。能否用植物组织培养技术生产紫杉醇？(2)(2)工厂化生产紫杉醇的基本流程：工厂化生产紫杉醇的基本流程：红豆杉红豆杉紫杉醇紫杉醇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3.细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产的实例的实例三、细胞产物的工厂化生产“手指植物手指植物”通常培育在装有彩色固体培养通常培育在装有彩色固体培养基的小玻璃瓶中，只要基的小玻璃瓶中，只要保证充足的光照和适宜保证充足的光照和适宜的温度的温度，不需要额外补充水分和营养物质，它，不需要额外补充水分和营养物质，它们就能在玻璃瓶中
17、生长们就能在玻璃瓶中生长三四个月三四个月之久。之久。“手指植物手指植物”的制作方法的制作方法用到了植物组用到了植物组织培养技术织培养技术。在制作过程中，一定要注意做好。在制作过程中，一定要注意做好灭菌和消毒灭菌和消毒工作，为了工作，为了防止污染可在培养基中加入一定量的防止污染可在培养基中加入一定量的抑菌剂抑菌剂。另外，还可以根据个人。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，使喜好，在培养基中加入适量的色素或者荧光剂，使“手指植物手指植物”更具更具有观赏价值。有观赏价值。到社会中去到社会中去手指植物保持优良性状快速大量繁殖快速繁殖作物脱毒选择根尖茎尖、芽尖选择花粉培养单倍体
18、加倍单倍体育种化学物理因素诱导筛选突变体利用本节小结外植体脱分化脱分化愈伤组织再分化再分化胚状体试管苗试管苗细胞产物的细胞产物的工厂化生产工厂化生产2.植物新品质的培育1.1.运用植物细胞工程技术可以培育单倍体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。生产。判断下列相关表述是否正确。（1 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。（）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 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）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
19、件，提高了单个细胞中次生代谢物的含量。（了单个细胞中次生代谢物的含量。（）2.2.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课后习题概念检测1.1.紫色非甜玉米（基因型为紫色非甜玉米（基因型为AASuSu）和白色甜玉米（基因型为）和白色甜玉米（基因型为aasusu）杂交（）杂交（SuSu和和susu代表一对等位基因），得到的代表一对等位基因），得到的F1（AaSusu
20、）再再进行自交，进行自交，F2会有紫色甜玉米的表型产生。如果运用常规育种方法，会有紫色甜玉米的表型产生。如果运用常规育种方法，应该如何筛选出纯合的紫色甜玉米应该如何筛选出纯合的紫色甜玉米?如果利用花药培养的技术，又应该如果利用花药培养的技术，又应该怎样做呢怎样做呢?请你设计相关实验的思路。请你设计相关实验的思路。提示：提示：F2中的紫色甜玉米的基因型可能为中的紫色甜玉米的基因型可能为 Aasusu或或AAsusu。如果运用常规育。如果运用常规育种方法，将种方法，将F2中的紫色甜玉米与白色甜玉米（中的紫色甜玉米与白色甜玉米（aasusu）进行测交，可以选择出）进行测交，可以选择出基因型为基因型为
21、AAsusu的纯种紫色甜玉米。但这种方法比较烦琐，耗时也较长，需要的纯种紫色甜玉米。但这种方法比较烦琐，耗时也较长，需要至少三年的选种和育种时间。其实在至少三年的选种和育种时间。其实在F1产生的花粉中就可能有产生的花粉中就可能有Asu的组合，如的组合，如果利用花药培养的技术获得单倍体植株。再经过诱导染色体加倍，就可以直接果利用花药培养的技术获得单倍体植株。再经过诱导染色体加倍，就可以直接得到紫色甜玉米的纯合体。这种方法可以大大缩短育种周期。得到紫色甜玉米的纯合体。这种方法可以大大缩短育种周期。课后习题拓展应用2.2.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甜叶菊是一种菊科植物，植株
22、中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300300倍左右，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，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
23、育效率，你应该如何作出决策，并率低的问题。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。请说出理由。提示：提示：积极探索其他的繁育途径。例如，研究如何利用植物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。的标准技术体系，实现甜叶菊种苗的产业化生产。课后习题拓展应用