植物细胞工程的应用 【新教材 备课精讲精研】高二生物高效课件（人教版2019选择性必修3）

新课程标准核心素养1.1.举举例例说说明明植植物物细细胞胞工工程程的的应应用有效提高了生产效率。用有效提高了生产效率。2.2.列列举举植植物物细细胞胞工工程程在在作作物物新新品种培育方面的应用。品种培育方面的应用。3.3.概概述述细细胞胞产产物物的的工工厂厂化化生生产产的原理。的原理。1.1.生生命命观观念念会会用用生生命命观观念念解解释释植植物细胞工程给人们带来的影响。物细胞工程给人们带来的影响。2.2.科科学学思思维维结结合合单单倍倍体体育育种种、诱诱变变育育种种等等育育种种方方法法来来理理解解植植物物组组织织培养在作物新品种培育方面的应用。培养在作物新品种培育方面的应用。第1节 植物细胞工程二二 植物细胞工程的应用植物细胞工程的应用石斛：石斛：驱解虚热，益精强阴驱解虚热，益精强阴等疗效、观赏价值。等疗效、观赏价值。连翘：连翘：清热解毒、消肿散结、清热解毒、消肿散结、消炎消炎 实际问题：实际问题：经济苗木、名贵花卉、珍稀植物等自然繁殖速度经济苗木、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缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持如何解决？如何解决？铁皮石斛的工厂化生产一、植物繁殖的新途径1.快速繁殖（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技术植物组织培养技术。也叫也叫微型繁殖。微型繁殖。（2 2）生殖方式：）生殖方式：（4 4）实例：）实例：一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等。一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等。一般为无性生殖一般为无性生殖（3 3）优点：）优点：可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖；可以保持优良品种的遗传特性可以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运用组织培养的途径，一个单株一年可以繁殖几万到几百万个植株，运用组织培养的途径，一个单株一年可以繁殖几万到几百万个植株，而且均来自单一的个体，而且均来自单一的个体，可以保持优良品种的遗传特性可以保持优良品种的遗传特性。例如一株。例如一株葡萄一年繁殖到葡萄一年繁殖到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。19601960年，荷兰科学家通过对年，荷兰科学家通过对兰花茎尖进行培养，获得了兰花茎尖进行培养，获得了快速繁殖的脱毒兰花，随后快速繁殖的脱毒兰花，随后在国内外进行了在国内外进行了“兰花试管兰花试管苗产业化苗产业化”。无籽西瓜无籽西瓜杨树杨树生菜生菜兰花、生菜、杨树以兰花、生菜、杨树以及无子西瓜及无子西瓜试管苗的试管苗的产业化生产产业化生产。实际问题：实际问题：生姜是药食两用的经济作物，在生产上长期采用无性繁殖，生姜是药食两用的经济作物，在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产产30%-50%30%-50%。病毒引起的植物病害有病毒引起的植物病害有500500多种。多种。受害植物包括粮食作物、受害植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉等。而且没有有效的防治办法，只能拔除，造成经济蔬菜、果树和花卉等。而且没有有效的防治办法，只能拔除，造成经济损失。病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组损失。病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几乎不含病毒。织中较少，在分生区几乎不含病毒。2.作物脱毒（1 1）作物脱毒的原因：）作物脱毒的原因：。（2 2）作物脱毒的材料：）作物脱毒的材料：。选择该种细胞。选择该种细胞更易获得脱毒苗的理由是更易获得脱毒苗的理由是 。（3 3）脱毒）脱毒过程：过程：无性繁殖的作物，容易将病毒传染给后代。病毒积累，导致作物无性繁殖的作物，容易将病毒传染给后代。病毒积累，导致作物产量降低、品质变差。产量降低、品质变差。分生区（如茎尖）的细胞分生区（如茎尖）的细胞植物分生区细胞病毒少，甚至没有病毒植物分生区细胞病毒少，甚至没有病毒 无病毒组织无病毒组织 （切取切取茎尖组织）茎尖组织）脱分化脱分化愈伤愈伤组织组织再分化再分化根、芽根、芽幼苗幼苗完整植株完整植株移栽成活移栽成活注：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。（4 4）脱毒产品）脱毒产品马铃薯、草莓、大蒜、马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。甘蔗、菠萝和香蕉等。脱毒草莓普通草莓脱毒马铃薯田脱毒马铃薯田与与被病毒感染未脱被病毒感染未脱毒马铃薯叶片毒马铃薯叶片香蕉菠萝甘蔗实际问题：实际问题：传统的育种方法是通过传统的育种方法是通过杂交把两亲本的优良性状组合在同杂交把两亲本的优良性状组合在同一后代中。一后代中。但缺点是：但缺点是：要不断进行要不断进行(多年多年)纯化和选择，才得到一种符纯化和选择，才得到一种符合理想要求的新品种。如何解决育合理想要求的新品种。如何解决育种时间过长的问题？种时间过长的问题？P：高杆抗病高杆抗病 DDTT矮杆感病矮杆感病 ddttF1高杆抗病高杆抗病 DdTt第第1年年选育出需要选育出需要的矮抗纯种的矮抗纯种F2D_T_ D_tt ddT_ddtt矮抗矮抗传统方法：传统方法：杂交育种杂交育种第第2年年第第3年年生长生长ddTTF3第第4年年配子：配子：DTDtdTdt单倍体单倍体幼苗幼苗：DTDtdTdt花药离体培养花药离体培养秋水秋水 仙素仙素第第2 2年年DDttddTT ddtt纯合体纯合体:DDTT矮抗矮抗 P高杆抗病高杆抗病 DDTT矮杆感病矮杆感病 ddttF1高杆抗病高杆抗病 DdTt第第1 1年年单倍体育种单倍体育种选择矮秆抗病即为新品种选择矮秆抗病即为新品种1.1.单倍体育种单倍体育种二、作物新品种的培育选择亲本选择亲本有性杂交有性杂交F F1 1代代花粉离体花粉离体培养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（1 1）过程）过程（2 2）原理：）原理：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。（3 3）优点：）优点：极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。杂交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，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，常需常需5 56 6年年。而。而单倍体育种当年单倍体育种当年就能培育出所需纯合体。就能培育出所需纯合体。后代都是纯合子，能稳定遗传。后代都是纯合子，能稳定遗传。可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。（4 4）实例：）实例：单单育育1 1号号烟烟草草、水水稻稻、玉玉米米、油油菜菜、甘甘蓝蓝和和甜椒等作物。甜椒等作物。我国培育的单育我国培育的单育1 1号烟草是世界号烟草是世界上第一个单倍体上第一个单倍体作物新品种作物新品种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到的植株的隐性性状容易显现。隐性性状容易显现。2.2.突变体的利用突变体的利用（1 1）原理：）原理：在植物组织培养过程中，在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增由于培养细胞一直处于不断增殖殖的状态，因此容的状态，因此容易受到培养条件和诱变因素易受到培养条件和诱变因素（如射线、化学物质等）（如射线、化学物质等）的影响而产生突变的影响而产生突变。（2 2）过程：）过程：外植体外植体脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织再分化再分化突变体突变体筛选筛选培育培育新品种新品种诱变处理诱变处理（3 3）原理：）原理：基因突变基因突变（或染色体变异）（或染色体变异）和和植物细胞的全能性植物细胞的全能性。（4 4）优点：）优点：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。（5 5）缺点：）缺点：难以控制突变方向，有利性状比较少，需要大量处理实验难以控制突变方向，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。材料。（6 6）实例：）实例：白三叶草（抗病、抗盐、含高蛋白、高产）三、细胞产物的工厂化生产1.1.植物的代谢产物植物的代谢产物（1 1）初生代谢物：）初生代谢物：初生代谢是初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动生物生长和生存所必需的代谢活动，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 2）次生代谢物：）次生代谢物：次生代谢次生代谢不是生物生长所必需的不是生物生长所必需的，在特定条件下进行。在特定条件下进行。次生代谢物是次生代谢物是一类小分子有机化合物一类小分子有机化合物（如（如酚类、萜类和含氮酚类、萜类和含氮化合物化合物等）。等）。在植物的抗虫、抗病等方面发挥作用，也是很多药物、香料在植物的抗虫、抗病等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。和色素等的重要来源。含量很低含量很低，从植物组织中提取会大量破坏植物资源，有些，从植物组织中提取会大量破坏植物资源，有些产物又产物又不能或难以通过化学合成途径得到不能或难以通过化学合成途径得到。2.2.细胞产物的工厂化生产的概念：细胞产物的工厂化生产的概念：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，这个过程，这个过程就是就是细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产。3.3.特点：特点：不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义对于社会、经济、环境保护具有重要意义。4.4.实例：实例：紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。5 5.细胞产物的工厂化生产的过程细胞产物的工厂化生产的过程外植体外植体脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织细胞产物细胞产物培养、提取培养、提取注意：注意：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。因为此因为此时时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。液体培养基（培养液）有利于培养的细胞与营养液体培养基（培养液）有利于培养的细胞与营养物质充分接触。物质充分接触。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：人参根人参根 愈伤组织愈伤组织 增长速度快而增长速度快而且细胞内人参皂甙干粉含量高的细胞且细胞内人参皂甙干粉含量高的细胞细胞增殖细胞增殖 提取人参皂甙干粉提取人参皂甙干粉 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利用植物细胞培养技术来大量生产紫杉醇利用植物细胞培养技术来大量生产紫杉醇到社会中去 “手指植物”通常培育在装有彩色固体培养基的小玻璃瓶中，只要保证充足的光照和适宜的温度，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三四个月之久。“手指植物”的制作方法用到了植物组织培养技术。在制作过程中，一定要注意做好灭菌和消毒工作，为了防止污染可在培养基中加入一定量的抑菌剂。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“手指植物”更具有观赏价值。植植物物繁繁殖殖的的新新途径途径作作物物新新品品种种的的培育培育快速繁殖快速繁殖作物脱毒作物脱毒 植植 物物细细 胞胞工工 程程的的 实实际际 应应用用单倍体育种单倍体育种突变体的利用突变体的利用细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产【课堂小结课堂小结】药物，香料，蛋白质等(1)快速繁殖不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性。()(2)作物脱毒后不再感染病毒。()(3)单倍体育种只是为了获得单倍体。()(4)突变体育种常用射线、化学物质处理愈伤组织。()(5)快速繁殖本质上是一种无性繁殖。()【基础过关基础过关】(6)植物的次生代谢物主要是酚类、萜类和含氮化合物等小分子有机物，