植物细胞工程的实际应用

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…植物组织培养技术当前第1页\共有65页\编于星期四\8点①②③④⑤融合的原生质体原生质体B原生质体A去壁去壁植物A细胞植物B细胞诱导融合再生出细胞壁杂种细胞脱分化（细胞分裂）愈伤组织再分化杂种植株植物组织培养植物细胞融合植物体细胞杂交意义：克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍当前第2页\共有65页\编于星期四\8点请伢儿们欣赏当前第3页\共有65页\编于星期四\8点凌霜傲雪梅花当前第4页\共有65页\编于星期四\8点从容优雅兰花当前第5页\共有65页\编于星期四\8点繁花似锦杜鹃当前第6页\共有65页\编于星期四\8点花中贞女茶花当前第7页\共有65页\编于星期四\8点热情如火月季当前第8页\共有65页\编于星期四\8点总领群芳牡丹当前第9页\共有65页\编于星期四\8点寒秋之魂菊花当前第10页\共有65页\编于星期四\8点清新脱俗荷花当前第11页\共有65页\编于星期四\8点十里飘香当前第12页\共有65页\编于星期四\8点寒冬仙女当前第13页\共有65页\编于星期四\8点纤维作物棉花当前第14页\共有65页\编于星期四\8点油料作物大豆当前第15页\共有65页\编于星期四\8点糖料作物甘蔗当前第16页\共有65页\编于星期四\8点

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……当前第17页\共有65页\编于星期四\8点2.1.2植物细胞工程的实际应用当前第18页\共有65页\编于星期四\8点植物组织培养车间一、植物繁殖的新途径1、微型繁殖当前第19页\共有65页\编于星期四\8点（1）概念：

应用植物组织培养技术，快速繁殖植物

（也叫快速繁殖技术）

①繁殖速度快，可大批量生产；②能够保持优良品种的遗传性状；③取材少，培养周期短。（3）优点：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：当前第20页\共有65页\编于星期四\8点微型繁殖的应用：兰花杨树无籽西瓜一、植物繁殖的新途径组织培养的兰花当前第21页\共有65页\编于星期四\8点工业化生产作物栽培荷兰花卉一、植物繁殖的新途径当前第22页\共有65页\编于星期四\8点一、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。当前第23页\共有65页\编于星期四\8点

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%。当前第24页\共有65页\编于星期四\8点一、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。脱毒草莓当前第25页\共有65页\编于星期四\8点（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、作物脱毒当前第26页\共有65页\编于星期四\8点一、植物繁殖的新途径实例：甘蔗香蕉马铃薯菠萝当前第27页\共有65页\编于星期四\8点脱毒草莓当前第28页\共有65页\编于星期四\8点

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、神奇的人工种子当前第29页\共有65页\编于星期四\8点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？当前第30页\共有65页\编于星期四\8点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：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？胚(胚)当前第31页\共有65页\编于星期四\8点当前第32页\共有65页\编于星期四\8点

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。

（1）人工种子的概念：一、植物繁殖的新途径3、神奇的人工种子（2）技术：植物组织培养。（3）特性：在适宜条件下可以萌发长成幼苗。人工薄膜相当于种皮，包埋胚状体的物质可以看做胚乳当前第33页\共有65页\编于星期四\8点一、植物繁殖的新途径（4）优点：后代不会发生性状分离，保持亲本优良性状不受季节、气候和地域的限制易于储藏和运输当前第34页\共有65页\编于星期四\8点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。

当前第35页\共有65页\编于星期四\8点一、植物繁殖的新途径讨论2.人工种子之所以神奇，是由于它具有天然种子不可比拟的特点，想一想它们具有哪些优点？（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。当前第36页\共有65页\编于星期四\8点一、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。当前第37页\共有65页\编于星期四\8点二、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当前第38页\共有65页\编于星期四\8点花药离体培养→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品种单倍体幼苗当前第39页\共有65页\编于星期四\8点举例：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当前第40页\共有65页\编于星期四\8点二、作物新品种的培育明显缩短育种年限，后代稳定遗传,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当前第41页\共有65页\编于星期四\8点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当前第42页\共有65页\编于星期四\8点二、作物新品种的培育应用：柏树小麦烟草水稻当前第43页\共有65页\编于星期四\8点二、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得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当前第44页\共有65页\编于星期四\8点三、细胞产物的工厂化生产细胞产物：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年当前第45页\共有65页\编于星期四\8点

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当前第46页\共有65页\编于星期四\8点

紫草紫草素

愈伤组织植物组织培养大量生产紫草素当前第47页\共有65页\编于星期四\8点当前第48页\共有65页\编于星期四\8点

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之灾。以“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”为题，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。

三、细胞产物的工厂化生产当前第49页\共有65页\编于星期四\8点提示：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。当前第50页\共有65页\编于星期四\8点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+人工薄膜培养当前第51页\共有65页\编于星期四\8点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.当前第52页\共有65页\编于星期四\8点无菌、温度营养条件：水、无机盐、蔗糖、氨基酸、有机酸等植物激素：外植体脱分化愈伤组织再分化胚状体或丛芽生长素、细胞分裂素比例条件光工厂化生产药物人工种子微型繁殖突变体的利用转基因植物杂种植物作物脱毒单倍体育种、根植物体转基因细胞杂种细胞茎尖、根尖等分生区花药（花粉）诱变处理突变细胞过程应用原理（基础）植物细胞全能性（概念、原因、表达条件、）适宜（1）增大减小植物克隆技术或植物组织培养当前第53页\共有65页\编于星期四\8点常见育种方式比较方法原理原因实例优点杂交育种基因重组非同源染色体上的非等位基因自由组合抗倒伏抗锈病小麦集中优良性状诱变育种基因突变人工方法使DNA复制过程发生差错青霉素高产菌株提高变异频率，出现新性状单倍体育种染色体变异秋水仙素处理单倍体使其染色体加倍小麦新品种缩短育种年限,得到纯合体多倍体育种染色体变异秋水仙素处理使染色体加倍无籽西瓜器官大，营养成分含量高细胞工程育种染色体变异实现不同种植物之间的核质融合白菜-甘蓝克服远源杂交不亲和的障碍基因工程育种基因重组将不同生物的基因拼接在一起抗虫棉目的性强，打破物种界限当前第54页\共有65页\编于星期四\8点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本节课内容小结当前第55页\共有65页\编于星期四\8点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.人参皂苷干粉可以通过下列何种技术获得（）A．杂交育种B．植物细胞培养C．多倍体育种D．单倍体育种B评价反馈当前第56页\共有65页\编于星期四\8点3．将花粉细胞单倍体技术培养成幼苗时，下列条件不需要的是（）A．具有完整细胞核的细胞B．一定营养化物质和植物激素C．离体培养D．导入