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1、2.1.2植物细胞工程的实际应用1 1、回忆植物组织培养技术的基本原理和过程？、回忆植物组织培养技术的基本原理和过程？2 2、思考利用这项技术能做哪些工作？、思考利用这项技术能做哪些工作？ 再分化再分化脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织外植体外植体试管苗试管苗植株植株 资料资料1 1 科学家应用多倍体育种的方法，科学家应用多倍体育种的方法，培育出的三倍体无子西瓜，具有无子、培育出的三倍体无子西瓜，具有无子、含糖高、口感好等特点。含糖高、口感好等特点。 但因其不结种子，但因其不结种子，每年必须用四倍体和每年必须用四倍体和二倍体西瓜杂交培育二倍体西瓜杂交培育种子，不仅增加了生种子，不仅增加了生产成本，也
2、给无籽西产成本，也给无籽西瓜的普及带来困难。瓜的普及带来困难。 资料资料2 2 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。受害的植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉，受害的植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉，如水稻、小麦、棉花、马铃薯、油菜、大蒜、如水稻、小麦、棉花、马铃薯、油菜、大蒜、苹果、枣、唐菖蒲、兰花等。而且没有有效的苹果、枣、唐菖蒲、兰花等。而且没有有效的防治办法，只能拔除病株，造成很大的经济损防治办法，只能拔除病株，造成很大的经济损失。失。 病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几嫩的器官和
3、未成熟的组织中较少，在分生区几乎不含病毒。乎不含病毒。 资料资料3 3 兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。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，遇到的常规繁殖中，遇到的难题是：用分根法繁难题是：用分根法繁殖速度缓慢，不利于殖速度缓慢，不利于新品种的推广新品种的推广; ;用种子用种子繁殖又很困难，因为繁殖又很困难，因为兰花的种子十分微小，兰花的种子十分微小，胚很纤弱，种子几乎胚很纤弱，种子几乎没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。一 植物繁殖的新途径 1.概念概念:快速繁殖优
4、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养技术2.优点优点:3.成就成就:1 1）保持优良品种的遗传特性）保持优良品种的遗传特性2 2）高效快速地实现种苗的大量繁殖）高效快速地实现种苗的大量繁殖例：用一个兰花茎尖就可以在一年内生产例：用一个兰花茎尖就可以在一年内生产出出400万株兰花苗。万株兰花苗。 微型繁殖技术（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）一 植物繁殖的新途径 讨论讨论 P38利用了植物利用了植物“微型微型”繁殖技术的：繁殖技术的：1）保持优良品种的遗传特性2）高效快速地实现种苗的大量繁殖 在短时间中获得大量的优质种苗讨讨论论：该该技
5、技术术与与传传统统繁繁殖殖技技术术相相比比，有有何何特特点？点？愈伤组织可以传代培养，获得大量愈伤愈伤组织可以传代培养，获得大量愈伤组织，所以繁殖快速；（繁殖速度快）组织，所以繁殖快速；（繁殖速度快）全过程中细胞进行有丝分裂，不涉及减全过程中细胞进行有丝分裂，不涉及减数分裂和受精作用，可以保持亲本优良特性；数分裂和受精作用，可以保持亲本优良特性；（高保真（高保真-无性繁殖）无性繁殖）在室内生产，不受自然环境条件限制在室内生产，不受自然环境条件限制。 繁殖速度快；繁殖速度快；“高保真高保真”（因为是无性繁殖）；（因为是无性繁殖）； 不受自然生长季节的限制（因为在具有不受自然生长季节的限制（因为在
6、具有一定人工设施的室内生产）。一定人工设施的室内生产）。 微型繁殖的应用：兰花杨树生菜无籽西瓜工业化生产作物栽培荷兰花卉 生姜是药食两用的经济作物，具有栽培容易、产生姜是药食两用的经济作物，具有栽培容易、产量高、价格高等特点，近年在各地发展很快。但是量高、价格高等特点，近年在各地发展很快。但是生姜在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病生姜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，一毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产般减产30%30%50%50%。 病病毒毒容容易易沿沿植植物物体体的的维维管管组组织织传传播播，而而分分生生组组织织区区中中
7、缺缺乏乏维维管管系系统统，因因此此不不含含病病毒毒。用用做做组组织织培培养养的的植植物物材材料料可可以以是是植植物物体体任任何何类类型型的的组组织织细细胞胞。怎怎样样利利用用植植物物组织培养技术解决？组织培养技术解决？ 一 植物繁殖的新途径 （二）（二）作物脱毒作物脱毒1.作物脱毒的原因作物脱毒的原因:2.作物脱毒的材料作物脱毒的材料:3.作物脱毒的方法作物脱毒的方法:4.作物脱毒的结果作物脱毒的结果:长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差分生区（如茎尖）的细胞进行组织培养获得脱毒苗5.成就成就:脱毒草莓脱毒产品甘蔗香蕉马铃薯菠萝种种子子的的结结构构自然种子胚胚种皮种
8、皮胚乳胚乳（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子一 植物繁殖的新途径 1.天然种子的局限天然种子的局限 1 1）培育周期长）培育周期长 2 2）优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其优良特性）优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其优良特性 3 3）生生产产会会受受到到季季节节、气气候候和和地地域域的的限限制制，并并且且需需要要占占用用大大量量的的土土地地实现制种实现制种（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子一 植物繁殖的新途径 2.2.人工种子人工种子胚状体（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子一 植物繁殖的新途径 通过植物组织培养得到的通过植物组织培养得到的胚状体、不定芽、胚状体、不定芽、
9、顶芽和腋芽顶芽和腋芽等为材料，经过等为材料，经过人工薄膜人工薄膜包装包装得到的种子。得到的种子。（1 1）人工种子概念）人工种子概念（2 2）人工种子组成）人工种子组成胚状体（或不定芽、顶芽和腋芽）胚状体（或不定芽、顶芽和腋芽）+ +人工种皮人工种皮（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子一 植物繁殖的新途径 诱导植物愈伤组织诱导植物愈伤组织 体细胞胚的诱导体细胞胚的诱导 体细胞胚的成熟体细胞胚的成熟 体细胞胚的机械化包裹体细胞胚的机械化包裹 贮藏或种植贮藏或种植思考思考 设计人工种子制备技术的主要流程图设计人工种子制备技术的主要流程图（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子一 植物繁殖的新途
10、径 讨论讨论 P40培植周期短 后代无性状分离不受气候,季节和地域限制可以很方便地贮藏和运输 加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌、植物生长调节剂等1 1）优点）优点：2 2）人工）人工种皮种皮的有效成分的有效成分人工种子应用花椰菜桉树水稻芹菜二.作物的新品种培育复习复习: :1 1传统方法传统方法( (杂杂 交交) ) 杂交育种依据的原理是杂交育种依据的原理是: : 基基因因的的自自由由组组合合定定律律，优优良良的的基基因因自自由组合。由组合。结果:通过基因重组，把两亲本的优良性状组合在同一后代中 缺点:要不断进行(多年)纯化和选择，才得到一种符合理想要求的新品种 （一）
11、单倍体育种（一）单倍体育种二 作物新品种的培育 体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体1.单倍体定义：单倍体定义：2.单倍体形成：单倍体形成：3.单倍体植株的特点：单倍体植株的特点：由配子不经过受精作用而直接发育成的个体。例：蜜蜂中的雄蜂长得弱小，而且高度不育（一）单倍体育种（一）单倍体育种二 作物新品种的培育 4.回顾单倍体育种的一般过程并设计出一种通过回顾单倍体育种的一般过程并设计出一种通过植物花药组织培养生成正常植株的实验流程。植物花药组织培养生成正常植株的实验流程。花药花药花粉细胞培养花粉细胞培养接种脱分化脱分化愈伤愈伤组织组织分化出分化出分化出分化出小植物小植物小植物小植物再分化再分
12、化单倍体单倍体单倍体单倍体植株植株植株植株移栽移栽正常正常植株植株染色体加倍染色体加倍（一）单倍体育种（一）单倍体育种二 作物新品种的培育 后代都是纯合子，明显缩短育种年限5.优点：优点：6.成就成就应用：柏树小麦烟草水稻（二）（二）突变体的利用突变体的利用二 作物新品种的培育 植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变1.产生产生：筛选对人们有利突变体,进而培育新品种2.利用：利用：3.3.成就：成就：2020世纪世纪7070年代以来，各国的科学家用年代以来，各国的科学家用这种方法已经筛选到抗病、抗盐、含高蛋白，这种方法已经筛选到抗病、抗
13、盐、含高蛋白，以及高产的突变体，有的已用于生产。以及高产的突变体，有的已用于生产。突变体的利用组织培养过程受外界影响突变筛选有利突变体培育新品种抗病、抗盐、含高蛋白、高产。白三叶草蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等1.细胞产物种类：细胞产物种类：三 细胞产物的工厂化生产植物的组织培养2.技术：技术：3.成就：成就：细胞产物：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。67年人参皂甙干粉2030天发酵罐三、细胞产物的工厂化的生产工厂化生产人参皂甙的基本过程是什么？工厂化生产人参皂甙的基本过程是什么？ 第第一一步步，选选择择人人参参根根作作为为外外植植体体进进行行培培养养，产产生生愈愈伤伤组组
14、织织，经经过过培培养养选选择择找找到到增增殖殖速速度度快快而而且且细细胞胞内内人人参参皂皂甙甙含含量量高高的的细细胞胞株株作作为为种种质质，其其中中一部分作为保存用，以备下一次生产用，一部分进行发酵生产。一部分作为保存用，以备下一次生产用，一部分进行发酵生产。第第二二步步，将将第第一一步步选选择择到到的的细细胞胞株株在在发发酵酵罐罐中中的的适适合合培培养养液液中中进进行行液液体体培养，增加细胞数量。培养，增加细胞数量。第三步，将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。第三步，将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。怎样拯救红豆杉并且生产大量紫杉醇？怎样拯救红豆杉并且生产大量紫杉醇
15、？讨论讨论 作业作业思考：思考：1、高效抗癌的药物紫杉醇，虽然能造、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一场灭顶福人类，但却为濒危的红豆杉带来一场灭顶之灾。以之灾。以“我们能否利用植物组织培养技术我们能否利用植物组织培养技术大量生产紫杉醇，从而拯救红豆杉大量生产紫杉醇，从而拯救红豆杉”为题，为题，与同学展开讨论，说出植物组织培养技术在与同学展开讨论，说出植物组织培养技术在节约资源、保护环境方面的重要意义。节约资源、保护环境方面的重要意义。可以利用可以利用植物组织培养技术植物组织培养技术来大量生产紫杉醇。来大量生产紫杉醇。现在国内外的科学家们正在研究利用植物细胞现在国内外
16、的科学家们正在研究利用植物细胞培养技术来大量培育红豆杉细胞，希望利用这培养技术来大量培育红豆杉细胞，希望利用这种方法来大量生产紫杉醇。国内外许多实验室种方法来大量生产紫杉醇。国内外许多实验室开展了用组织培养法生产紫杉醇的研究，红豆开展了用组织培养法生产紫杉醇的研究，红豆杉属的杉属的11种植物现都在进行组织培养。种植物现都在进行组织培养。ESCAgenetics公司宣布他们用细胞培养法所得紫公司宣布他们用细胞培养法所得紫杉醇的含量是树皮的杉醇的含量是树皮的25倍。国内外在分化细倍。国内外在分化细胞株系和培养条件方面做了不少工作，摸索了胞株系和培养条件方面做了不少工作，摸索了外植体、光照、培养基组
17、成等因素对细胞培养外植体、光照、培养基组成等因素对细胞培养及紫杉醇生成的影响。现在工艺条件已基本摸及紫杉醇生成的影响。现在工艺条件已基本摸清，正研究反应的放大技术等，有望实现通过清，正研究反应的放大技术等，有望实现通过细胞培养进行工业化生产紫杉醇的目标。细胞培养进行工业化生产紫杉醇的目标。1 1植植物物组组织织培培养养技技术术在在我我们们生生活活中中的的另外一些应用另外一些应用 ： a. a. 拯救濒危植物；拯救濒危植物； b. b. 提供食品制作的原料；提供食品制作的原料； c. c. 转转基基因因植植物物的的培培育育, ,也也要要用用到到植植物物组织培养的方法组织培养的方法. .提示：诱导
18、植物愈伤组织提示：诱导植物愈伤组织体细胞胚的诱导体细胞胚的诱导体细胞胚的成熟体细胞胚的成熟体细胞胚的机械化包裹体细胞胚的机械化包裹贮藏或种植贮藏或种植2.2.请查阅植物人工种子制备技术的详细过程，请查阅植物人工种子制备技术的详细过程，设计出制备技术的主要流程图。设计出制备技术的主要流程图。3.3.请请查查阅阅相相关关文文献献，设设计计出出一一种种植植物物花花药组织培养和染色体加倍的实验流程。药组织培养和染色体加倍的实验流程。花药花药 花粉细胞培养花粉细胞培养 愈伤组愈伤组织织 分化出小植物分化出小植物 单倍体单倍体植株植株 正常植株正常植株植物细胞工程的实际应用植物细胞工程的实际应用1 1、植
19、物繁殖的新途径、植物繁殖的新途径1 1）微型繁殖）微型繁殖2 2）作物脱毒）作物脱毒3 3）神奇的人工种子）神奇的人工种子2 2、作物新品种的培育、作物新品种的培育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3 3、细胞产物的工厂化生产、细胞产物的工厂化生产例例1：03江苏用高度分化的植物细胞、组织用高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织，和器官进行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误的是下列叙述错误的是A.该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的B.该愈伤组织的细胞没有全能性该愈伤组织的细胞没有全能性C.该愈伤组织
20、是由排列疏松的薄壁细胞组成该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成D.该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构胚状结构典例精析典例精析例例2：右图为植物体细胞杂交过程：右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：示意图。据图回答：1 1）步骤）步骤）步骤）步骤是是是是_最常用的方法是最常用的方法是最常用的方法是最常用的方法是_._.2 2）步骤）步骤）步骤）步骤一般常用的化学试剂是一般常用的化学试剂是一般常用的化学试剂是一般常用的化学试剂是_目的是目的是目的是目的是_._.3 3）在利用杂种细胞培育成为杂种）在利用杂种细胞培育成为杂种）在利用杂种细胞培育成为杂
21、种）在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段植株的过程中，运用的技术手段植株的过程中，运用的技术手段植株的过程中，运用的技术手段是是是是_，其中步骤，其中步骤，其中步骤，其中步骤相相相相当于当于当于当于_，步骤，步骤，步骤，步骤相当于相当于相当于相当于_去掉细胞壁分离出有去掉细胞壁分离出有去掉细胞壁分离出有去掉细胞壁分离出有活力的原生质体活力的原生质体活力的原生质体活力的原生质体酶解法酶解法酶解法酶解法 聚乙二醇（聚乙二醇（聚乙二醇（聚乙二醇（PEGPEGPEGPEG）诱导原生质体融合诱导原生质体融合诱导原生质体融合诱导原生质体融合植物组织培养植物组织培养植物组织培养植物组织培养
22、脱分化脱分化脱分化脱分化再分化再分化再分化再分化例例2：右图为植物体细胞杂交过程：右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：示意图。据图回答：44）植物体细胞杂交的目的是获得）植物体细胞杂交的目的是获得）植物体细胞杂交的目的是获得）植物体细胞杂交的目的是获得 新的杂种植株。使新的杂种植株。使新的杂种植株。使新的杂种植株。使_ 能够在新的植物体上有所表现，能够在新的植物体上有所表现，能够在新的植物体上有所表现，能够在新的植物体上有所表现， 其根本原因其根本原因其根本原因其根本原因: :55）从理论上讲，杂种植株的育性）从理论上讲，杂种植株的育性）从理论上讲，杂种植株的育性）从理论上讲，杂种植株的
23、育性_。若运用传统有性杂交方法。若运用传统有性杂交方法。若运用传统有性杂交方法。若运用传统有性杂交方法 能否实现？能否实现？能否实现？能否实现？_。并说明理由：。并说明理由：。并说明理由：。并说明理由： 因此，这项研究对于培养作物新品因此，这项研究对于培养作物新品因此，这项研究对于培养作物新品因此，这项研究对于培养作物新品 种方面的重大意义在于：种方面的重大意义在于：种方面的重大意义在于：种方面的重大意义在于：.两个亲本的遗传性状两个亲本的遗传性状两个亲本的遗传性状两个亲本的遗传性状 杂种植株获得了双亲的遗传物质杂种植株获得了双亲的遗传物质杂种植株获得了双亲的遗传物质杂种植株获得了双亲的遗传物
24、质 可育可育可育可育不能不能不能不能因为不同种生物之间存在生殖隔离因为不同种生物之间存在生殖隔离因为不同种生物之间存在生殖隔离因为不同种生物之间存在生殖隔离克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围可用于杂交的亲本组合范围可用于杂交的亲本组合范围可用于杂交的亲本组合范围1 1、植物的微型繁殖技术是指、植物的微型繁殖技术是指（ ） A A植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术 B B嫁接嫁接 C C营养繁殖营养繁殖 D D D D植物组织培养植物组织培养植物组织培养植物组织
25、培养2 2、科科学学工工作作者者把把胡胡萝萝卜卜的的韧韧皮皮部部细细胞胞分分离离出出来来，将将单单个个细细胞胞放放入入培培养养基基中中培培养养，获获得得了了许许多多完完整整的的植植株株，这些植株的特点是这些植株的特点是（ ） A A彼此性状相似彼此性状相似 B B变异频率较高变异频率较高 C C单倍体单倍体 D D都是纯合子都是纯合子课堂演练课堂演练3 3用植物组织培养技术，可以培养或生产（用植物组织培养技术，可以培养或生产（ ） A A食品添加剂食品添加剂 B B无病毒植物无病毒植物 C. C. 人工种子人工种子 D D前三项都是前三项都是4 4下列四个选项中没有采取植物组织培养技术的是下列
26、四个选项中没有采取植物组织培养技术的是（ ） A A花药离体培养得到单倍体植株花药离体培养得到单倍体植株 B.B.秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株 C C人工种子的培育人工种子的培育 D D“番茄番茄马铃薯马铃薯”杂种植株的培育过程杂种植株的培育过程 5 5、马马铃铃薯薯利利用用它它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行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是（进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是（ ） A A选择优良品种进行杂交选择
27、优良品种进行杂交 B B进行远缘植物体细胞杂交进行远缘植物体细胞杂交 C C利有芽尖进行组织培养利有芽尖进行组织培养 D D人工诱导基因突变人工诱导基因突变6.6.甘甘薯薯种种植植多多年年后后易易积积累累病病毒毒而而导导致致品品种种退退化化。目目前前生生产产上上采采用用茎茎尖尖分分生生组组织织离离体体培培养养的的方方法法快快速速繁繁殖殖脱脱毒毒的的种种苗苗，以以保保证证该该品品种种的的品品质质和和产产量量水水平平。这这种种通通过过分分生生组组织织离离体体培培养养获获得种苗的过程不涉及细胞的（）得种苗的过程不涉及细胞的（） A.A.有丝分裂有丝分裂 B.B.分化分化 C.C.减数分裂减数分裂 D
28、.D.全能性全能性7.7.基因型为基因型为AaBbAaBb的水稻（含的水稻（含2424条染色体）的花药通过条染色体）的花药通过无菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗，问无菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗，问：（1 1）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基中获得中获得_ _ 等营养物质。等营养物质。（2 2）要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有）要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有_ _和和_两类激素。两类激素。水、无机盐、维生素和小分子有机物水、无机盐、维生素和小分子有机物细胞分裂素细胞分裂素植物生长素植物生长素（3 3）愈愈伤伤组组织织分分化化是是指指愈愈伤伤组组织织形形成成芽芽和和根根，再再由由芽芽发发育育成成叶叶和和茎茎。这这一一过过程程必必须须给给予予光光照照，其其原原因因是是_能能利利用用光光能能制制造造有有机机物物，供供试试管管苗苗生生长发育。长发育。（4 4）试管苗的细胞核中含）试管苗的细胞核中含_条脱氧核糖核苷酸链。条脱氧核糖核苷酸链。（ 5 5） 培培 育育 成成 的的 试试 管管 苗苗 可可 能能 出出 现现 的的 基基 因因 型型 有有_。 叶绿体叶绿体2424ABAB、aBaB、AbAb、abab
