植物细胞工程的实际应用新新

原理？过程？专题2细胞工程植物细胞工程的基本技术包括？

植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术第一页，共九十二页。

在

条件下，将

，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生

、丛芽，最终形成

。概念植物组织培养无菌和人工控制离体的植物器官、组织、细胞愈伤组织完整的植株细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件必要条件：注意：全程无菌操作第二页，共九十二页。离体的植物器官、组织或细胞（外植体）愈伤组织胚状体或丛芽植物体脱分化再分化①无菌②营养：③一定的外界条件④植物激素：细胞分裂素生长素有机物无机盐水分遮光一定的光照芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…植物组织培养技术第三页，共九十二页。二、植物体细胞杂交1、概念在一定条件下将融合成并将其培养成

不同种的植物体细胞杂种细胞新的植物体2、原理（1）细胞膜的流动性（2）细胞的全能性可以克服远缘杂交不亲和的障碍，拓展了可用于杂交的亲本组合范围。定向改变生物性状3、不足①技术复杂、操作繁琐、工作量大②不一定按人们需要表达优良性状4、优势、意义主要：原生质体融合结果第四页，共九十二页。植物细胞A植物细胞B原生质体A原生质体B原生质体融合正在融合的原生质体再生出细胞壁杂种细胞愈伤组织杂种植株去细胞壁纤维素酶果胶酶物理方法化学方法：离心振动电激聚乙二醇细胞分裂植物组织培养植物细胞融合酶解法人工诱导方法2、过程原理：植物细胞的全能性和细胞膜的流动性第五页，共九十二页。请欣赏第六页，共九十二页。凌霜傲雪梅花第七页，共九十二页。从容优雅兰花第八页，共九十二页。繁花似锦杜鹃第九页，共九十二页。花中贞女茶花第十页，共九十二页。热情如火月季第十一页，共九十二页。总领群芳牡丹第十二页，共九十二页。寒秋之魂菊花第十三页，共九十二页。清新脱俗荷花第十四页，共九十二页。十里飘香第十五页，共九十二页。寒冬仙女第十六页，共九十二页。纤维作物棉花第十七页，共九十二页。油料作物大豆第十八页，共九十二页。糖料作物甘蔗第十九页，共九十二页。

实际问题：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因性状分离而不易保持……第二十页，共九十二页。第二十一页，共九十二页。资料一兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的繁殖中，遇到难题的是：用分根法繁殖速度缓慢，不利于新品种的推广；用种子繁殖又很困难，因为兰花的种子十分微小、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。第二十二页，共九十二页。没有种子，如何繁殖？资料2科学家应用多倍体育种的方法，培育出的三倍体无籽西瓜具有无子、含糖高、口感好等特点。但因其不结种子，每年必须用四倍体和二倍体西瓜杂交培养种子，不仅增加了生产成本，也给无籽西瓜的普及带来困难。第二十三页，共九十二页。植物组织培养车间一、植物繁殖的新途径1、微型繁殖第二十四页，共九十二页。

（也叫快速繁殖技术）

一、植物繁殖的新途径1、微型繁殖植物细胞的全能性（2）原理：（1）概念:快速高效实现种苗繁殖,培育优良植物品种的植物组织培养技术。第二十五页，共九十二页。第二十六页，共九十二页。讨论：该技术与传统繁殖技术相比，有何特点？繁殖速度快；“高保真”保持优良品种的遗传特性;全过程中细胞进行有丝分裂，不涉及减数分裂和受精作用，无性繁殖；保持亲本优良特性。不受自然环境条件限制。（因为在具有一定人工设施的室内生产）。第二十七页，共九十二页。（2）特点：①高效快速地实现种苗的大量繁殖；②保持优良品种的遗传特性；③周期短，不受自然生长季节、气候、自然灾害等因素的限制。（3）优点：

从植物体上取材少，培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理。

（4）应用例如：用一个兰花茎尖就可以在一年内生产出400万株兰花苗第二十八页，共九十二页。微型繁殖的应用：兰花杨树无籽西瓜一、植物繁殖的新途径组织培养的兰花

第二十九页，共九十二页。兰花工业组培苗第三十页，共九十二页。工业化生产作物栽培荷兰花卉一、植物繁殖的新途径第三十一页，共九十二页。一、植物繁殖的新途径讨论1.人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化育苗生产，这是利用了该项技术的哪些特点？

植物“微型”繁殖技术具有高效性和可以保持种苗的优良遗传特性的优势。工厂化大规模育苗生产正是利用了植物“微型”繁殖技术的这两方面优势。利用植物“微型”繁殖技术我们可以在短时间中获得大量的优质种苗。第三十二页，共九十二页。

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，一般减产30%～50%。资料三第三十三页，共九十二页。有人戏称“洋芋、土豆、马铃薯”是甘肃三宝，现在甘肃省专家成功培育出的黑色土豆，一改土豆白色、灰色、“老面孔”，成为了土豆家族中的新贵。资料四第三十四页，共九十二页。但是，薯类同大蒜一样，由于同属营养体繁殖，在每年的繁殖过程中，病毒侵染并逐代累积，致使种薯退化严重，造成马铃薯植株变矮小，叶片翻卷或花叶、皱缩，产量低而不稳。第三十五页，共九十二页。一、植物繁殖的新途径2、作物脱毒无性繁殖的作物，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。植物分生区（如茎尖）病毒极少。切取茎尖进行组织培养，可获得脱毒苗。脱毒草莓第三十六页，共九十二页。2.作物脱毒（1）作物脱毒的原因:

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，而植物的分生区一般不会感染病毒，用分生区的细胞进行组织培养，就能得到大量的脱毒苗。为什么需要进行作物脱毒？第三十七页，共九十二页。（1）作物脱毒材料:（2）作物脱毒方法:（3）作物脱毒结果:（4）优点：分生区的细胞植物组织培养脱毒苗使农作物不会或极少感染病毒一、植物繁殖的新途径2、作物脱毒第三十八页，共九十二页。一、植物繁殖的新途径实例：甘蔗香蕉马铃薯菠萝第三十九页，共九十二页。脱毒草莓第四十页，共九十二页。子房壁果皮珠被种皮胚乳胚受精极核受精卵种子果实一、植物繁殖的新途径果实和种子的形成第四十一页，共九十二页。菜豆种子结构玉米种子结构蓖麻种子第四十二页，共九十二页。(胚)胚第四十三页，共九十二页。自然种子胚种皮胚乳一、植物繁殖的新途径探究：天然种子的缺陷有哪些？第四十四页，共九十二页。3、神奇的人工种子树木需生长数年才能结出种子。优良杂交种后代会因发生性状分离而丧失优良特性。受季节、气候和地域的限制。制种时需要占用大量土地。如何克服缺陷？常规种子植物生产的不足第四十五页，共九十二页。实际问题：但是微型繁殖试管苗的大量贮藏和运输也是相当困难的。运种子省事儿，但天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象，因而会造成某些遗传性状的改变；天然种子在生产上受季节等自然环境条件限制，一般每年只繁殖1～2次，有些甚至十几年才繁殖一次。能否找到天然种子的替代品？3、神奇的人工种子第四十六页，共九十二页。（三）神奇的人工种子一植物繁殖的新途径讨论P40①培植周期短②后代无性状分离③不受气候,季节和地域限制④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）优点：2）人工种皮的有效成分第四十七页，共九十二页。以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子3.神奇的人工种子一、植物繁殖的新途径技术：原理：结构：优点：胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）人工薄膜：胚乳加入适量无机盐、有机碳源等养分，农药、抗生素、有益菌及生长调节剂等组织培养细胞全能性与天然种子比：①解决某些作物繁殖力低、结子困难、发芽率低问题②后代不会发生性状分离，保持优良品种遗传特性③不受气候、季节、地域的限制，时间短，占地少与试管苗比：有人工薄膜保护，方便地贮藏和运输？藻酸钠第四十八页，共九十二页。3.神奇的人工种子人工种子：以植物组培技术得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。胚胚乳种皮人工薄膜相当于种皮，包埋胶状体物质可以看做胚乳第四十九页，共九十二页。（三）神奇的人工种子人工种子组成胚状体（或不定芽、顶芽和腋芽）+人工种皮(透气透水易降解+胚乳（营养物质、固氮菌、抗生素等）

人工种子：胚状体第五十页，共九十二页。人工种子应用花椰菜桉树水稻芹菜一、植物繁殖的新途径现在已有胡萝卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡胶等几十种植物的人工种子试种成功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。

第五十一页，共九十二页。一、植物繁殖的新途径讨论

（1）天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象，因而会造成某些遗传性状的改变；天然种子在生产上受季节限制，一般每年只繁殖1～2次，有些甚至十几年才繁殖一次。而人工种子则可以完全保持优良品种的遗传特性，生产上也不受季节的限制。（2）试管苗的大量贮藏和运输也是相当困难的。人工种子则克服了这些缺点，人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地贮藏和运输。第五十二页，共九十二页。一、植物繁殖的新途径讨论3.人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分，请探讨人工种皮中应该具有的有效成分是什么？为了促进胚状体的生长发育，我们还可以向人工种皮中加入哪些物质？针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。第五十三页，共九十二页。复习:传统方法：(杂交)

杂交育种依据的原理是:基因的自由组合定律，优良的基因自由组合。第五十四页，共九十二页。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第五十五页，共九十二页。**作物新品种的培育思考：1该育种方式的名称？

2和杂交育种相比，它的优势？

3在该育种过程中，涉及到了我们刚刚学过的什么技术？组织培养第五十六页，共九十二页。（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：2.单倍体形成：3.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，而且高度不育第五十七页，共九十二页。P AARR（有芒抗病）×aarr(无芒不抗)

配子AR arF1

AaRr（有芒抗病）

配子 AR Ar aRar花药离 体培养单倍体幼苗 AR Ar aR ar秋水仙素处理

F2

AARR AArr aaRR aarr

（有芒抗）（有芒不抗）（无芒抗病）（无芒不抗）ⅠⅡ第五十八页，共九十二页。二、作物新品种的培育正常植物花药实质是花粉细胞培养愈伤组织单倍体幼苗脱分化再分化染色体加倍秋水仙素处理1.单倍体育种

(1)方法:

(2)优点:花药的离体培养获得单倍体植株，染色体加倍选择优良品种种子纯合体选优自交第五十九页，共九十二页。花药离体培养→P高杆抗病

DDTT×矮杆感病

ddttF1高杆抗病

DdTt配子DTDtdTdtDTDtdTdtDDTTDDttddTTddtt↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓纯合体秋水仙素处理→↑需要的矮抗品种第1年第2年举例单倍体育种：利用高杆抗病DDTT和矮杆感病ddtt

品种培育矮杆抗病ddTT品种单倍体幼苗第六十页，共九十二页。举例：利用高杆抗病DDTT和矮杆感病ddtt品种培育矮杆抗病ddTT品种P高杆抗病

DDTT×矮杆感病

ddttF1高杆抗病

DdTt↓F2D_T_D_ttddT_ddttddTT↓第1年第2年第3—6年××↑矮抗品种矮抗花药离体培养→P高杆抗病

DDTT×矮杆感病

ddttF1高杆抗病

DdTt配子DTDtdTdtDTDtdTdtDDTTDDttddTTddtt↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓纯合体秋水仙素→↑矮抗品种第1年第2年单倍体幼苗杂交育种单倍体育种常规选育优良品种需5～6年单倍体育种只需两年第六十一页，共九十二页。二、作物新品种的培育明显缩短育种年限，后代都是纯合子能稳定遗传,单倍体育种只需两年即可得到纯合新品种正常植物花药实质是花粉细胞培养愈伤组织单倍体幼苗脱分化再分化染色体加倍秋水仙素处理1.单倍体育种

(1)方法:

(2)优点:花药的离体培养获得单倍体植株，染色体加倍选择优良品种种子纯合体选优自交第六十二页，共九十二页。植物细胞工程的实际应用水稻花药单倍体愈伤组织快水稻第六十三页，共九十二页。草莓花药愈伤组织草莓花药再生植株第六十四页，共九十二页。二、作物新品种的培育柏树小麦烟草第六十五页，共九十二页。植物的单倍体应用于育种，其最主要的优势不包括()。

A．大大缩短育种年限B．直接显示突变表型而被选择

C．通过诱导能产生纯合体D．能产生较高的突变频率D第六十六页，共九十二页。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20世纪70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、高产。以及高产的突变体，有的已用于生产。白三叶草2.突变体的利用第六十七页，共九十二页。二、作物新品种的培育2.突变体的利用对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，对愈伤组织进行诱变处理，促其发生突变，诱导分化成植株，筛选对人们有利突变体,进而培育新品种新品种外植体愈伤组织多种突变体

筛选脱分化再分化诱变处理3、转基因植物的培育转基因细胞转基因植物植物组织培养4、植物体细胞杂交植物细胞融合杂种细胞杂种植物植物组织培养转基因技术第六十八页，共九十二页。三、细胞产物的工厂化生产细胞产物种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。人参皂甙干粉人参细胞发酵罐20～30天6～7年2.技术：植物的组织培养[dài]第六十九页，共九十二页。第七十页，共九十二页。

利用人参细胞生产人参皂甙。三、细胞产物的工厂化生产

用组织培养技术生产的人参生长速度比栽培人参快100倍以上。第七十一页，共九十二页。

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而且细胞内人参皂甙干粉含量高的细胞细胞增殖提取人参皂甙干粉

脱分化培养选择破碎细胞放入发酵罐第七十二页，共九十二页。植物组织培养大量生产紫草素现在已有胡萝卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡胶等几十种植物的人工种子试种成功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。

紫草紫草素愈伤组织第七十三页，共九十二页。红豆杉第七十四页，共九十二页。第七十五页，共九十二页。卵巢癌和乳腺癌及非小细胞肺癌（NSCLC）的一线和二线治疗。以及头颈癌、食管癌，精原细胞瘤，复发非何金氏淋巴瘤。第七十六页，共九十二页。红豆杉与紫杉醇第七十七页，共九十二页。第七十八页，共九十二页。怎样拯救红豆杉并且生产大量紫杉醇？讨论∶作业第七十九页，共九十二页。提示：可以利用植物组织培养技术来大量生产紫杉醇。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。国内外许多实验室开展了用组织培养法生产紫杉醇的研究，红豆杉属的11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杉醇的含量是树皮的2～5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。第八十页，共九十二页。植物组织培养技术在我们生活中的另外一些应用：a.拯救濒危植物；b.提供食品制作的原料；c.转基因植物的培育,也要用到植物组织培养的方法.第八十一页，共九十二页。转基因细胞杂种细胞茎尖、根尖等分生区花药（花粉）外植体脱分化愈伤组织再分化丛芽或胚状体工厂化生产药物人工种子转基因植物杂种植物作物脱毒单倍体育种微型繁殖、根植物体诱变处理突变细胞2·1·2植物细胞工程的实际应用突变体的利用+人工薄膜培养第八十二页，共九十二页。常见育种方式比较第八十三页，共九十二页。植物繁殖的新途径作物新品种的培育微型繁殖作物脱毒人工种子植物细胞工程的实际应用单倍体育种突变体的利用细胞产物的工厂化生产第八十四页，共九十二页。思考与探究1.通过查阅资料，请你再列举出植物组织培养技术在我们生活中的另外一些应用。

a.拯救濒危植物；

b.提供食品制作的原料；

c.利用愈伤组织进行转基因操作。第八十五页，共九十二页。思考与探究2.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。诱导植物愈伤组织↓体细胞胚的诱导↓体细胞胚的成熟↓体细胞胚的机械化包裹↓贮藏或种植第八十六页，共九十二页。3.请查阅相关文献，设计出一种植物花药组织培养和染色体加倍的实验流程。花药花粉细胞培养愈伤组织分化出小植物单倍体植株正常植株脱分化接种再分化移栽染色体加倍思考与探究第八十七页，共九十二页。1．马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是（）A．选择优良品种进行杂交B．进行远缘植物体细胞杂交C．利用芽尖进行组织培养D．人工诱导基因突变c2.人