【公开课课件】2.1.2植物细胞工程的应用课件-2021-2022学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

1、2.1.2 2.1.2 植物细胞工程的应用植物细胞工程的应用植物细胞工程在农业、医药工业等方面有着广泛的应用，取得植物细胞工程在农业、医药工业等方面有着广泛的应用，取得了显著的社会效益和经济效益。了显著的社会效益和经济效益。一、一、植植物物繁繁殖殖的的新新途途径径二、二、作作物物新新品品种种的的培培育育三、三、细细胞胞产产物物的的工工厂厂化化生生产产1 1单单倍倍体体育育种种2 2突突变变体体的的利利用用2 2作作物物脱脱毒毒1 1快快速速微微型型繁繁殖殖1 1植植物物的的代代谢谢产产物物2 2植植物物细细胞胞培培养养植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径一、一、植植物物繁繁殖殖的的新新途途径径自主

2、学习自主学习（一）快速繁殖（微型繁殖）1.1.概念：概念：2.2.优点：优点：3.3.过程：过程：4.4.实例：实例：用于用于快速繁殖优良品种快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。的植物组织培养技术。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。保持优良品种的保持优良品种的遗传特性遗传特性。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。选材少，选材少，繁殖率高繁殖率高，便于自动化管理，便于自动化管理。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芽、芽、根根试管苗试管苗植株植株移栽移栽一些优良的一些优良的观赏植物、经济林木、无性观赏植物、经济林木、无

3、性繁殖作物繁殖作物和和濒危植物濒危植物等的苗木。等的苗木。原理：原理：植物细胞具有全能性植物细胞具有全能性（二）作物脱毒1.1.原因：原因：2.2.优点：优点：3.3.方法：方法：4.4.实例：实例：无性繁殖无性繁殖的作物，感染的病毒容易传给后代。病毒积的作物，感染的病毒容易传给后代。病毒积累，导致作物产量降低、品质变差。累，导致作物产量降低、品质变差。作物脱毒应选用植物分生区的细胞，因为作物脱毒应选用植物分生区的细胞，因为该部位病该部位病毒极少，甚至无病毒毒极少，甚至无病毒。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茎茎尖尖脱分化脱分化愈伤愈伤组织组织再分化再分化芽、芽、根根试管苗

4、试管苗脱毒苗脱毒苗移栽移栽脱毒草莓普通草莓脱毒苗脱毒苗 抗毒苗抗毒苗作物新品种的培育作物新品种的培育二、二、作作物物新新品品种种的的培培育育（一）单倍体育种1.1.方法：方法：2.2.优点：优点：花药的离体培养花药的离体培养获得单倍体植株获得单倍体植株染色体加倍染色体加倍选择性状相对选择性状相对稳定遗传优良品种稳定遗传优良品种a.a.后代都是后代都是纯合子纯合子，能，能稳定遗传稳定遗传；b.b.明显缩短育种年限明显缩短育种年限，加速育种进程。，加速育种进程。4.4.原理：原理： 染色体数目变异染色体数目变异3.3.过程：过程： 主要包括主要包括花药离体培养花药离体培养和和人工人工诱导染色体加倍

5、诱导染色体加倍两个过程。两个过程。优良品种优良品种花粉花粉离体离体培养培养单倍体单倍体纯合二倍体纯合二倍体人工诱导染色体加倍人工诱导染色体加倍选择选择花药花药植物细胞的全能性植物细胞的全能性（花药离体培养）（花药离体培养）缺点：操作复杂。缺点：操作复杂。（二）突变体的利用1.1.原因：原因：2.2.过程过程：3.3.原理：原理：在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖不断增殖的状态，因此容易受到的状态，因此容易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）的影响而产生突变。质等）的影响而产生突变。诱变处理诱变处

6、理愈伤组织细胞不断分裂，细胞要进愈伤组织细胞不断分裂，细胞要进行行DNA分子复制，因此更易发生突变。分子复制，因此更易发生突变。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筛选对人们有利的突变体筛选对人们有利的突变体, ,进而培育成新品种进而培育成新品种。4.4.优点优点：基因突变基因突变和和植物细胞的全能性植物细胞的全能性。5.5.利用利用：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。缺点：缺点：难以控制突变方向，有利性状少，需要大量实验材料难以控制突变方向，有利性状少，需要大量实验材

7、料。例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产三、三、细细胞胞产产物物的的工工厂厂化化生生产产（一）植物的代谢产物1.1.初生代谢物：初生代谢物：2.2.次次生代谢物：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。（1 1）含义：）含义：（2 2）本质：）本质：（3 3）作用：）作用：（4 4）缺点：）缺点：植物代谢产生的一些一般认为植物代谢产生的一些一般认为不是不是植物植物基本生命活动基本生命活

8、动所必需所必需的产物。的产物。一类一类小分子小分子有机化合物有机化合物( (如酚类、萜类和含氮化合物等如酚类、萜类和含氮化合物等) )在植物的抗虫、抗病等方面发挥作用；在植物的抗虫、抗病等方面发挥作用；很多药物、香料和色素等的重要来源。很多药物、香料和色素等的重要来源。植物细胞的次生代谢物含量植物细胞的次生代谢物含量很低很低。有些产物有些产物不能或难以不能或难以通过化学途径得到。通过化学途径得到。（二）细胞产物的工厂化生产1.1.概念概念：利用利用植物细胞培养植物细胞培养来获得目标产物的过程。来获得目标产物的过程。植物细胞培养：植物细胞培养：指在离体条件下对指在离体条件下对单个细胞或细胞单个细

9、胞或细胞团进行培养团进行培养使其使其增殖增殖的技术。原理：的技术。原理：细胞增殖细胞增殖2.2.过程过程：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3.3.优点优点： 不占用耕地，几乎不受不占用耕地，几乎不受季节、天气季节、天气等的限制；等的限制；因此对于因此对于社会、经济、环境保护社会、经济、环境保护具有重要意义。具有重要意义。4.4.实例实例：紫草宁紫草宁抗菌、消炎和抗肿瘤抗菌、消炎和抗肿瘤紫杉醇紫杉醇具有高抗癌活性，已被用于具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌乳腺癌等癌症的治疗等癌症的治疗外植体外植体愈伤组织愈伤组织

10、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后悬浮培养悬浮培养细胞产物的工厂化细胞产物的工厂化生产生产植植物物新新品品质质的的培培育育植植物物繁繁殖殖的的新新途途径径筛选筛选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。化生产。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

11、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 紫色非甜玉米（基因型为AASS ）和白色甜玉米（基因型为aass ）

12、杂交,得到的F1（ AaSs ）再进行自交，F2会有紫色甜玉米的表型产生。如果运用常规育种方法，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，又应该怎样做呢？请你设计相关实验的思路。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紫色非甜玉米紫色非甜玉米AaSs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F2A_S_A_ss aaS_aass紫甜紫甜传统方法：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A_ssF3第第4年年配子：配子： ASAsaSasASAsaSas秋水秋水 仙素仙素AAssaaSSaassAASS紫甜紫甜P紫色非甜紫色非

13、甜 AASS白色甜白色甜 aassF1紫色非甜紫色非甜 AaSs第1年单倍体单倍体幼苗幼苗：纯合体纯合体:单倍体育种单倍体育种第2年均为有性生殖单倍体育种与杂交育种比较杂交育种杂交育种单倍体育种单倍体育种流程不同亲本不同子代不同周期不同优点不同原理不同杂交杂交+ +筛选筛选花药离体培养花药离体培养+ +诱导染色体加倍诱导染色体加倍同一物种的两性亲本同一物种的两性亲本只需要雄性亲本的花药只需要雄性亲本的花药通常杂合子和纯合子均通常杂合子和纯合子均存在存在均为纯合子均为纯合子一般需要一般需要5656年年当年就可获得当年就可获得操作较为简单操作较为简单大大缩短育种年限大大缩短育种年限基因重组基因重组

14、植物细胞全能性、染色体数植物细胞全能性、染色体数目变异目变异 用基因型分别为AABBDD、aabbdd(三对基因独立遗传)的甲、乙两个品种进行如图212所示的育种，下列相关叙述正确的是（ ）甲品种甲品种乙品种乙品种F1(丙品种丙品种) F2(丁品种丁品种) 新品种新品种 花药花药 戊幼苗戊幼苗 己植株己植株 新品种新品种 A.培育新品种的过程中，戊、己的染色体数目相同培育新品种的过程中，戊、己的染色体数目相同B.过程获得的丁植株中不能稳定遗传的个体占总数的过程获得的丁植株中不能稳定遗传的个体占总数的7/8C.过程中可用秋水仙素处理戊萌发的种子获得己植株过程中可用秋水仙素处理戊萌发的种子获得己植

15、株D.过程使用的花药在甲、乙两个品种的植株上都可以采集到过程使用的花药在甲、乙两个品种的植株上都可以采集到戊为单倍体植株，己为二倍体植株，染色体组成不相同B丙基因型：AaBbDd，纯合子：1/2*1/2*1/2=1/8,杂合子：7/8戊为单倍体植株，高度不育，几乎不结种子，只能处理幼苗只有在丙植株才能采集花药花药离体培养离体培养单倍体幼苗单倍体幼苗秋水仙素诱导秋水仙素诱导纯合二倍纯合二倍体植株体植株选择选择优良优良品种品种单倍体育种单倍体育种植物体细胞杂交育种植物体细胞杂交育种A细胞细胞B细胞细胞A原生质体原生质体B原生质体原生质体杂种细胞杂种细胞愈伤组织愈伤组织试管苗试管苗杂种植株杂种植株花

16、药离体培养花药离体培养人工诱导染色体加倍人工诱导染色体加倍原生质体融合原生质体融合植物组织培养植物组织培养原理：均为染色体变异单倍体育种与植物体细胞杂交育种比较单倍体育种单倍体育种植物体细胞杂交育种植物体细胞杂交育种流程不同起点不同终点不同优点不同花药离体培养花药离体培养+ +诱导染色诱导染色体加倍体加倍花粉花粉体细胞体细胞一般为二倍体纯合子一般为二倍体纯合子一般为四倍体杂种植株一般为四倍体杂种植株大大缩短育种年限大大缩短育种年限后代一般为纯合子后代一般为纯合子打破种间生殖隔离打破种间生殖隔离实现远缘杂交实现远缘杂交原生质体融合原生质体融合+ +植物组织培养植物组织培养传统杂交育种传统杂交育种

17、甲品种甲品种乙品种乙品种F1(丙品种丙品种) F2(丁品种丁品种) 新品种新品种 植物体细胞杂交育种植物体细胞杂交育种A细胞细胞B细胞细胞A原生质体原生质体B原生质体原生质体杂种细胞杂种细胞愈伤组织愈伤组织试管苗试管苗杂种植株杂种植株原生质体融合原生质体融合植物组织培养植物组织培养人工杂交人工杂交筛选筛选植物体细胞杂交育种与传统杂交育种比较传统杂交育种传统杂交育种植物体细胞杂交育种植物体细胞杂交育种流程不同亲本不同子代不同周期不同优点不同原理不同人工杂交人工杂交+ +筛选筛选原生质体融合原生质体融合+ +植物组织培养植物组织培养必须为同种生物的两性必须为同种生物的两性亲本亲本可以为不同植物的体

18、细胞可以为不同植物的体细胞一般为二倍体一般为二倍体一般为四倍体杂种植株一般为四倍体杂种植株一般需要一般需要5656年年当年就可获得当年就可获得操作较为简单操作较为简单可以实现种间杂交可以实现种间杂交基因重组基因重组染色体数目变异染色体数目变异下列有关传统植物杂交与植物体细胞杂交的比较，正确的是( )A.两者涉及的变异类型依次是基因重组、基因突变B.两者的操作中都需要使用纤维素酶和果胶酶C.两项技术培育出的新个体与亲代之间均不存在生殖隔离与传统植物杂交相比，植物体细胞杂交可以克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍D染色体变异传统杂交育种不植物体细胞杂交育种获得的新个体与亲代间归纳归纳1.1.操作简便的

19、育种方法：操作简便的育种方法：2.2.能产生新性状的育种方法：能产生新性状的育种方法：3.3.能打破生殖隔离的育种方法：能打破生殖隔离的育种方法：4.4.显著缩短育种周期的育种方法：显著缩短育种周期的育种方法：5.5.能产生无子果实的育种方法：能产生无子果实的育种方法：杂交育种诱变育种植物体细胞杂交育种单倍体育种多倍体育种1.某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的有机化合物A，其研究团队用化合物A、磷酸盐、镁盐和微量元素等配制了培养基，成功地筛选出能高效降解化合物A的细菌(目的菌)。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。（2）培养若干天后，应选择培养瓶中化合物A含量 的培养液，

20、接入新的培养中续培养，使目的菌的数量 。筛选出可降解化合物筛选出可降解化合物A A的微生物的微生物选择选择显著降低显著降低扩增扩增（1）在培养基中加入化合物A的目的是 ，这种培养基属于 培养基。（3）若要研究目的菌的生长规律，可挑取单个菌落进行液体培养，再采用 方法进行计数。请你预测目的菌的种群数量会发生怎样的变化。细菌计数板计数细菌计数板计数S型增长型增长（4）将目的菌用于环境保护实践时，还有哪些问题需要解决? 是否会产生对环境有害的代谢物、降解化合物是否会产生对环境有害的代谢物、降解化合物A后是否会产生二后是否会产生二次污染等问题都需要研究清楚后，才能进行实践。次污染等问题都需要研究清楚后，才能进行实践。（5）有人提出，可以通过改造细菌的基因来获得能够降解化合物A的细菌，请分析这种方法是否可行。可行。这是基因工程的基本思路。可行。这是基因工程的基本思路。2.育种工作者利用不同的方法进