1、第二章 细胞工程第第2 2节节植物细胞工程的应用植物细胞工程的应用生物（苏教版）高中生物 选择性必修31.通过对植物细胞工程应用实例的分析，了解这些通过对植物细胞工程应用实例的分析，了解这些应用应用 涉及涉及的技术流程和应用的优势的技术流程和应用的优势。2.认同植物细胞工程在生产实践中具有重要的应用价值。认同植物细胞工程在生产实践中具有重要的应用价值。学习目标1.科学思维：结合单倍体育种等育种方法来理解植物科学思维：结合单倍体育种等育种方法来理解植物细细 胞胞工程在作物新品种培育方面的应用工程在作物新品种培育方面的应用。2.社会责任：尝试运用所学植物细胞工程的知识解决社会责任：尝试运用所学植物
2、细胞工程的知识解决生生 产产、生活中的问题。、生活中的问题。素养要求一、植物组织培养技术的应用1.人工种子（1）概念：将在植物组织培养中得到将在植物组织培养中得到的的胚状体胚状体和和具有养分具有养分的的人人工胚乳工胚乳包埋包埋在具有在具有保护功能保护功能的的人工种皮人工种皮中，在适宜条件下能够生中，在适宜条件下能够生根发芽的颗粒体。根发芽的颗粒体。（2）基本结构（3）植物人工种子制备技术的主要流程：外植体外植体诱导植物愈伤组织诱导植物愈伤组织体细胞胚状体的诱导体细胞胚状体的诱导胚状体胚状体的成熟的成熟胚状体的机械化包裹胚状体的机械化包裹贮藏或种植贮藏或种植（4）优点：培植周期短；培植周期短；后
3、代无性状分离；后代无性状分离；不受气候不受气候,季节和地域限制季节和地域限制可以很方便地贮藏和运输可以很方便地贮藏和运输人工胚乳可提供更好人工胚乳可提供更好的营养的营养供应供应，还可提供相应成分增强，还可提供相应成分增强抵抗疾病的能力。抵抗疾病的能力。2.快速繁殖（1）概念：利用植物组织培养技术不仅可以利用植物组织培养技术不仅可以保持优良植物品种保持优良植物品种的的遗传特性遗传特性，而且可以实现而且可以实现种苗种苗的快速繁殖的快速繁殖，植物组织培养技术也植物组织培养技术也因此被称为因此被称为“快速繁殖技术快速繁殖技术”。在进行植物组织培养的过程中，在进行植物组织培养的过程中，幼苗在实验室的培养
4、瓶中生长发育，所以又被称为幼苗在实验室的培养瓶中生长发育，所以又被称为“微型繁殖技微型繁殖技术术”。（2）实际应用：快速繁殖快速繁殖经济苗木、名贵花卉、珍稀濒危植物经济苗木、名贵花卉、珍稀濒危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的植物。等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持的植物。石斛百年牡丹树连翘（3）特点：保持优良植物品种的保持优良植物品种的遗传特性遗传特性。（。（无性繁殖无性繁殖）繁殖繁殖速度速度快快。不受不受季节和恶劣天气的季节和恶劣天气的影响影响。（因为在具有一定人工设施的室因为在具有一定人工设施的室内生产内生产）可以进行全年连续生产，大大提高可以进行全
5、年连续生产，大大提高了了生产效益生产效益。例：用一个兰花茎尖就可以在一年内生产出400400万株兰花苗。生姜生姜是药食两用的经济作物是药食两用的经济作物，在，在生产上长期采用无性繁殖，容易感染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%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、蔬菜、果树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，造成经济损失。病毒多和花卉等。而且没有有效的防治办法，只能拔除
6、，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织中较少，在分集中在种子、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。生区几乎不含病毒。背景资料 3.培育脱毒植物（1）脱毒的原因：长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病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。毒，导致产量降低，品质变差。（2）选材部位及原因：植物生长点部位植物生长点部位的病毒浓度很低甚至无病毒。的病毒浓度很低甚至无病毒。这是因为这些部位这是因为这些部位没有维管束，没有维管束，病毒难以进入。病毒难以进入。（3）优点：可以降低或者可以降低或者去除病毒的感染。
7、去除病毒的感染。（4）实例：马铃薯、甘蔗、草莓等马铃薯、甘蔗、草莓等。脱毒草莓普通草莓（5）方法物理方法a.a.高温处理又高温处理又称称热疗法热疗法，其原理是一些其原理是一些病毒对病毒对热不稳定热不稳定。b.b.低温处理又低温处理又称称冷疗法冷疗法，其原理是其原理是降低温度，使降低温度，使病毒活力下降病毒活力下降。化学方法：一般指一般指利用嘌呤和嘧啶类似物或抗生素等利用嘌呤和嘧啶类似物或抗生素等化学药品化学药品处理患病植株的方法，其原理是处理患病植株的方法，其原理是抑制植物体内病毒的复制抑制植物体内病毒的复制。生物方法：植物植物分生区分生区病毒极少，切取病毒极少，切取茎尖进行组织培养茎尖进行组
8、织培养，可，可获得获得脱毒苗脱毒苗。注意：脱毒苗不等于抗毒苗，与微型繁殖相比较，二者无本质区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。别，只是取材部位不同。4.种质保存(1)保存材料：可以是植物可以是植物的的悬浮细胞悬浮细胞，也可以也可以是是愈伤组织愈伤组织或或胚状体胚状体，还，还包括包括原生质体原生质体、花粉花粉、幼胚幼胚、芽芽或或茎尖分生组织茎尖分生组织等。等。(2)原理：在在196 196 的条件下，活细胞内的条件下，活细胞内的的物质代谢和物质代谢和生命生命活动几乎完全停止活动几乎完全停止，细胞、组织、器官在超低温保存过程中，细胞、组织、器官在超低温保存过程
9、中不会不会引起遗传性状的引起遗传性状的改变改变，也，也不会不会丧失形态发生的丧失形态发生的潜能潜能。(3)优点：比保存植物的种子比保存植物的种子更为更为有利和经济有利和经济，还能在需要的还能在需要的时候迅速且时候迅速且大量地繁殖大量地繁殖植物。植物。(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良品种的遗传特性特性()(2)作物脱毒后不再感染作物脱毒后不再感染病毒病毒()(3)人工种子的基本结构包括人工种皮、胚状体和人工人工种子的基本结构包括人工种皮、胚状体和人工胚乳胚乳()(4)植物生长点部位没有维管
10、束，病毒难以进入，因此这些部位病毒浓度植物生长点部位没有维管束，病毒难以进入，因此这些部位病毒浓度很低甚至无很低甚至无病毒病毒()(5)植物细胞、组织等在超低温保存过程中不会引起遗传性状的改变，也植物细胞、组织等在超低温保存过程中不会引起遗传性状的改变，也不会丧失形态发生的不会丧失形态发生的潜能潜能()判断正误核心探讨1.结合结合右右面面人人工种子的结构工种子的结构示意图，探究示意图，探究下列问题：下列问题：突破重难强化素养提示周期长；发生性状分离而丧失其优良特性；受到季节、气候和地域的限制。(1)常规的种子繁殖存在哪些缺陷？常规的种子繁殖存在哪些缺陷？(2)人工种子的胚状体和常规种子的胚在来
11、源上有何区别？人工种子的胚状体和常规种子的胚在来源上有何区别？提示人工种子的胚状体是无性繁殖的结果，常规种子的胚是有性繁殖的结果。提示植物组织培养；细胞的全能性。2.微型繁殖微型繁殖下图为兰花的微型繁殖，据图回答下列问题：下图为兰花的微型繁殖，据图回答下列问题：(1)微型繁殖的技术手段及所依据的原理分别是什么？微型繁殖的技术手段及所依据的原理分别是什么？提示微型繁殖是在具有一定人工设施的室内生产，可以不受季节、气候和地域等自然条件的限制。(2)快速繁殖技术得到的产品会不会出现性状分离？原因快速繁殖技术得到的产品会不会出现性状分离？原因是什么？是什么？(3)从所需条件看，微型繁殖与传统育种方法相
12、比有哪些优点？从所需条件看，微型繁殖与传统育种方法相比有哪些优点？提示不会；快速繁殖利用了植物组织培养技术，属于无性繁殖，可以保持亲本的优良性状。提示对于无性繁殖的作物，它们感染的病毒很容易传播给后代。病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低，品质变差。3.比较脱毒草莓与未脱毒草莓比较脱毒草莓与未脱毒草莓(1)为什么许多通过无性繁殖的作物繁殖多代之后产量会下降？为什么许多通过无性繁殖的作物繁殖多代之后产量会下降？提示植物生长点部位。因为这些部位没有维管束，病毒难以进入，故病毒浓度很低或无病毒，通过组织培养的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。(2)作物脱毒进行组织培养时一般选取什么部位？
13、为什么？作物脱毒进行组织培养时一般选取什么部位？为什么？提示不抗病毒。“脱毒”与“抗毒”不同，前者指的是本身病毒少，甚至无病毒，受病毒感染的机会少，而后者指的是能抵抗病毒的感染。(3)经植物组织培养技术培育出的脱毒苗抗病毒吗？为什么？经植物组织培养技术培育出的脱毒苗抗病毒吗？为什么？核心归纳比较两种植物繁殖新途径比较两种植物繁殖新途径繁殖新繁殖新途径途径取材取材优点优点技术技术快速繁殖快速繁殖(微型繁殖微型繁殖)取材广泛取材广泛高效、快速地实现种苗的大量繁高效、快速地实现种苗的大量繁殖；殖；保持优良品种的遗传特性保持优良品种的遗传特性植物组植物组织培养织培养作物脱毒作物脱毒生长点部位生长点部位
14、获得高产、优质的无病毒植物获得高产、优质的无病毒植物典题应用1.某株名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离。为了防止性状分离并快速某株名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离。为了防止性状分离并快速繁殖，可利用该植株的一部分器官或组织进行离体培养，发育出完整的繁殖，可利用该植株的一部分器官或组织进行离体培养，发育出完整的植株。进行离体培养时不应采用该植株的植株。进行离体培养时不应采用该植株的A.茎尖茎尖 B.子房壁子房壁C.叶片叶片 D.花粉粒花粉粒及时反馈知识落实2.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
15、都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病病毒而减产，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方法是毒幼苗的最佳方法是A.选择优良品种进行杂交选择优良品种进行杂交 B.进行远缘植物体细胞杂交进行远缘植物体细胞杂交C.利用芽尖进行组织培养利用芽尖进行组织培养 D.人工诱导基因突变人工诱导基因突变二、植物细胞培养技术的应用1.(1)初生代谢与次生代谢的区别初生代谢与次生代谢的区别(2)植物组织培养与植物细胞培养的区别植物组织培养与植物细胞培养的区别2.作物新品种的培育（1）单倍体育种选择亲本选择亲本有性杂交有性杂交F F1 1代代花粉花粉离体离体培养培养单倍体单倍体植株植株 诱变
16、诱变染色体加倍染色体加倍可育纯合子可育纯合子选择选择所需所需类型类型后代都是纯合子，能后代都是纯合子，能稳定遗传稳定遗传；明显明显缩短育种年限缩短育种年限，加，加速育种速育种进程。进程。方法：花药的离体培养获得单倍体植株花药的离体培养获得单倍体植株，染色体加倍，选择，染色体加倍，选择稳稳定遗传优良品种定遗传优良品种优点：过程：具体思路配子：DTDtdTdt单倍体幼苗：DTDtdTdt花药离体培养秋 水 仙 素第2年DDttddTTddtt纯合体:DDTT矮抗 P高杆抗病 DDTT矮杆感病 ddttF1高杆抗病 DdTt第1年选择矮秆抗病即为新品种实例：小麦、黑麦、玉米单倍体植株。小麦、黑麦、玉
17、米单倍体植株。对对植物组织培养过程中得植物组织培养过程中得愈伤组织愈伤组织进行进行诱变诱变处理，促其发生突处理，促其发生突变，诱导分化成植株，变，诱导分化成植株，筛选筛选对人们对人们有利突变体有利突变体,进而培育新品种。进而培育新品种。外植体新品种筛选培育愈伤组织 脱分化多种突变体诱导分化诱变处理白三叶草抗病、抗盐、含高蛋白、高产（2）突变体的利用原理：原理：基因突变和植物细胞的全能性。基因突变和植物细胞的全能性。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。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。难以控制突
18、变方向，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。缺点：缺点：产生产生：植物组织培养中，培养细胞不断分裂易突变植物组织培养中，培养细胞不断分裂易突变利用利用：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（2）突变体的利用(1)单倍体育种的过程就是花药离体培养的单倍体育种的过程就是花药离体培养的过程过程()(2)植物细胞培养的原理利用了植物细胞的植物细胞培养的原理利用了植物细胞的全能性全能性()(3)花药经组织培养后形成的幼苗既可能是二倍体幼苗又可能是单倍体花药经组织培养后形成的幼苗既可能是二倍体幼苗又可能是单倍体幼苗幼苗 ()(4)小孢子中染色体的数目是小孢子母细
19、胞中的小孢子中染色体的数目是小孢子母细胞中的一半一半()判断正误核心探讨1.植物细胞代谢产物的工厂化生产植物细胞代谢产物的工厂化生产分析工厂化生产人参皂苷的流程，探究下列问题：分析工厂化生产人参皂苷的流程，探究下列问题：突破重难强化素养(1)归纳植物细胞代谢产物工厂化生产的过程。归纳植物细胞代谢产物工厂化生产的过程。(2)植物细胞代谢产物工厂化生产实质上是植物组织培养的过程，在生产植物细胞代谢产物工厂化生产实质上是植物组织培养的过程，在生产中通常要培养到什么阶段？中通常要培养到什么阶段？提示愈伤组织。(3)与传统的从植物体内提取相比，工厂化生产细胞产物有哪些优点？与传统的从植物体内提取相比，工
20、厂化生产细胞产物有哪些优点？提示不仅快速高效，而且不受季节、外部环境等条件的限制。2.单倍体育种单倍体育种(1)以流程图的形式表示单倍体育种过程以流程图的形式表示单倍体育种过程。(2)该过程可分为哪两个阶段？分别利用了什么原理？该过程可分为哪两个阶段？分别利用了什么原理？提示分为花药离体培养为单倍体植株和秋水仙素诱导单倍体幼苗细胞染色体数目加倍两个阶段。分别利用了植物细胞的全能性和染色体(数目)变异的原理。(3)单倍体育种可为体细胞诱变育种和研究遗传突变提供理想材料，其原单倍体育种可为体细胞诱变育种和研究遗传突变提供理想材料，其原因是什么？因是什么？提示由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染
21、色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。核心归纳几种育种方法的比较几种育种方法的比较育种方法育种方法原理原理过程过程优点优点快速繁殖快速繁殖细胞的全能性细胞的全能性脱分化、再分化脱分化、再分化保持优良品种保持优良品种的遗传特性的遗传特性单倍体单倍体育种育种细胞的全能性、染细胞的全能性、染色体变异色体变异花药离体培养、秋水仙花药离体培养、秋水仙素诱导染色体数目加倍素诱导染色体数目加倍明显缩短育种明显缩短育种年限年限植物植物体细体细胞杂交胞杂交细胞质膜的流动性、细胞质膜的流动性、细胞的全能性细胞的全能性原生质体融合、杂种细原生质体融合、杂种细胞组织培养胞组织培养打破生殖隔离，打破生殖隔离，
22、实现远缘杂交实现远缘杂交典题应用3.如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，下列叙述正确的是如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，下列叙述正确的是及时反馈知识落实A.该途径依据的原理是植物细胞具有全能性该途径依据的原理是植物细胞具有全能性B.过程过程需控制好培养基中植物激素的比例需控制好培养基中植物激素的比例C.经过程经过程细胞的形态和结构未发生变化细胞的形态和结构未发生变化D.过程过程需使用固体培养基，有利于细胞增殖需使用固体培养基，有利于细胞增殖4.如图是利用某种植物如图是利用某种植物(基因型为基因型为AaBb)产生的花粉进行单倍体育种的示产生的花粉进行单倍体育种的示意图。据图判
23、断，下列叙述错误的是意图。据图判断，下列叙述错误的是A.过程过程通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为细胞有丝分裂前期通常使用的试剂是秋水仙素，作用时期为细胞有丝分裂前期B.通过过程通过过程得到的植株既有纯合子又有杂合子得到的植株既有纯合子又有杂合子C.过程过程属于植物的组织培养，在此过程中必须使用一定量的属于植物的组织培养，在此过程中必须使用一定量的植物激素植物激素 或或植物生长调节剂植物生长调节剂D.与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种的年限与杂交育种相比，该育种方法的优点是能明显缩短育种的年限植 物 细植 物 细胞 工 程胞 工 程的应用的应用植物组织培养植物组织培养技术的应用技术的应用人工种子人工种子快速繁殖快速繁殖培育脱毒植物培育脱毒植物种质保存种质保存植物细胞培养植物细胞培养技术的应用技术的应用植物细胞代谢产植物细胞代谢产物的工厂化生产物的工厂化生产紫杉醇紫杉醇人参皂苷人参皂苷单倍体育种单倍体育种花药离体培养花药离体培养秋水仙素诱导秋水仙素诱导
