1、2.1 2.1 植物细胞工程植物细胞工程 选修选修3 3现代生物技术专题现代生物技术专题 专题专题2 2 细胞工程细胞工程 2.1.2植物细胞工程的实际应用 植物细胞工程的实际应用 植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径 作物新品种的培育作物新品种的培育 细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产 突变体的利用突变体的利用 人工种子人工种子 单倍体育种单倍体育种 作物脱毒作物脱毒 微型繁殖微型繁殖 概念概念: : 优点优点: : 快速繁殖优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。 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
2、速地实现种苗的大量繁殖 成就成就: : 、微型繁殖技术、微型繁殖技术 （快速繁殖技术）（快速繁殖技术） 兰花、生菜、杨树以及无籽西瓜的试管兰花、生菜、杨树以及无籽西瓜的试管 苗，都已形成一定规模的产业化生产。苗，都已形成一定规模的产业化生产。 一、植物繁殖的新途径一、植物繁殖的新途径 2、作物脱毒作物脱毒 原因原因: : 长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，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。导致产量降低，品质变差。 材料材料: : 方法方法: : 结果结果: : 成就成就: : 分生区（如茎尖）的细胞分生区（如茎尖）的细胞 进行组织培养进行组织培养 获得
3、脱毒苗获得脱毒苗 在马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝等在马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝等 作物上已获得成功作物上已获得成功 一、植物繁殖的新途径一、植物繁殖的新途径 3.神奇的人工种子神奇的人工种子 天然种子的缺陷天然种子的缺陷 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、顶芽和胚状体、不定芽、顶芽和 腋芽腋芽等为材料，经过等为材料，经过人工薄膜人工薄膜包装得到的种子。包装得到的种子。 人工种子的概念人工种子的概念 胚状体（不定芽、顶芽和腋芽）胚状体（不定芽、顶芽和腋芽）+人工种皮人工种皮 人工种子的组成人工种子的组成 胚状体胚状体 在组织培养过程中，由愈伤组织再分化形在组织培养过程中，由愈
4、伤组织再分化形 成的类似于胚的结构。成的类似于胚的结构。 一、植物繁殖的新途径一、植物繁殖的新途径 【例例1】对人工种子解释正确的是对人工种子解释正确的是( ) A.通过科学手段人工合成的种子通过科学手段人工合成的种子 B.利用植物组织培养技术获得的种子利用植物组织培养技术获得的种子 C.种皮能自我生成的种子种皮能自我生成的种子 D.人工种子发芽率低人工种子发芽率低 【答案答案】B 培植周期短培植周期短 后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 人工种皮的有效成分人工种皮的有效成分： 加入适量的养分、无机盐、
5、有机碳源以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以 及农药、抗生素、有益菌、植物生长调及农药、抗生素、有益菌、植物生长调 节剂等。节剂等。 优点：优点： 讨论讨论 P40 二、作物新品种的培育二、作物新品种的培育 1.单倍体育种单倍体育种 体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体 单倍体定义：单倍体定义： 由配子不经受精作用而直接发育成的个体。由配子不经受精作用而直接发育成的个体。 单倍体形成：单倍体形成： 长得弱小，而且高度不育长得弱小，而且高度不育 单倍体植株的特点：单倍体植株的特点： 二、作物新品种的培育二、作物新品种的培育 方法：方法： 1.单倍体育种单倍
6、体育种 优点：优点： 后代都是纯合子，明显缩短育种年限。后代都是纯合子，明显缩短育种年限。 成就成就： 花药花药 离体培养离体培养 单倍体单倍体 人工诱导染人工诱导染 色体加倍色体加倍 纯合子纯合子 选育选育 优良品种优良品种 1号烟草品种、中花号烟草品种、中花8号、号、11号水稻。号水稻。 2、突变体的利用突变体的利用 植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处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压力的影响而产生突变 产生产生： 筛选对人们有利突变体筛选对人们有利突变体,进而培育新品种进而培育新
7、品种 利用：利用： 成就：成就： 已筛选到抗病、抗盐、含高蛋白及高产的已筛选到抗病、抗盐、含高蛋白及高产的 突变体，如抗烟草花叶病毒的甘蔗。突变体，如抗烟草花叶病毒的甘蔗。 三、细胞产物的工厂化生产三、细胞产物的工厂化生产 蛋白质蛋白质,脂肪脂肪,糖类糖类,药物药物,香料香料,生物碱等生物碱等 细胞产物种类：细胞产物种类： 植物的组织培养植物的组织培养 技术：技术： 成就：成就： 利用植物组织培养技术来大量生产人参皂利用植物组织培养技术来大量生产人参皂 甙干粉甙干粉 离体的植物细胞离体的植物细胞(组织、器官组织、器官) 诱导产生愈伤组织诱导产生愈伤组织 诱导形成胚状体诱导形成胚状体 胚状体机械
8、化包裹人工种皮胚状体机械化包裹人工种皮 贮藏或种植贮藏或种植 思考与探究思考与探究2 【例例2】明党参是我国珍稀药用植物，对其进明党参是我国珍稀药用植物，对其进 行保护性开发利用的方法有行保护性开发利用的方法有 A设计细胞培养反应器，实现药用成分的设计细胞培养反应器，实现药用成分的 工厂化生产工厂化生产 B大量培养愈伤组织，直接提取药用成分大量培养愈伤组织，直接提取药用成分 C大规模栽培组织培养苗，获取药用成分大规模栽培组织培养苗，获取药用成分 D利用组织培养获得胚状体，制成人工种子利用组织培养获得胚状体，制成人工种子 (ABCD) 四、植物生长调节剂在植物组织培养中四、植物生长调节剂在植物组
9、织培养中 的作用的作用 1.生长素类：生长素类：用于诱导愈伤组织的形成，胚用于诱导愈伤组织的形成，胚 状体的产生以及试管苗的生根，更重要的状体的产生以及试管苗的生根，更重要的 是配合一定比例的细胞分裂素诱导腋芽和是配合一定比例的细胞分裂素诱导腋芽和 不定芽的产生。不定芽的产生。 常见的生长素类调节剂：常见的生长素类调节剂： 2,4-二氯苯氧乙酸二氯苯氧乙酸(2,4-D)、 萘乙酸萘乙酸(NAA)、 吲哚乙酸吲哚乙酸(IAA)和吲哚丁酸和吲哚丁酸(IBA)等等。 2.细胞分裂素类：细胞分裂素类： 促进细胞分裂与分化，延缓组织衰老，促进细胞分裂与分化，延缓组织衰老， 促进侧芽生长及显著改变其他激素
10、的作用。促进侧芽生长及显著改变其他激素的作用。 常见的细胞分裂素：常见的细胞分裂素： 2-异戊烯腺嘌呤异戊烯腺嘌呤(2-iP)、 玉米素玉米素(ZT)、 6-苄基氨基腺嘌呤苄基氨基腺嘌呤(6-BA)、 激动素激动素(KT)、 苯基噻二唑基脲苯基噻二唑基脲(TDZ)。 3.赤霉素类：赤霉素类： 在植物组织培养中应用的仅有在植物组织培养中应用的仅有GA3，它，它 是一种天然产物，能促进已分化芽的伸长是一种天然产物，能促进已分化芽的伸长 生长。生长。 4.其他植物生长调节剂：其他植物生长调节剂： 如脱落酸如脱落酸(ABA)、 乙烯利乙烯利(CEDP)等在植物组织培养中也有等在植物组织培养中也有 一定
11、的应用。一定的应用。 【例例3】植物组织培养依据的原理、培养过程的植物组织培养依据的原理、培养过程的 顺序及诱导的植物激素分别是顺序及诱导的植物激素分别是( ) 体细胞全能性体细胞全能性 离体植物器官、组织或细离体植物器官、组织或细 胞胞 根、芽根、芽 生长素和细胞分裂素生长素和细胞分裂素 生长素和乙烯生长素和乙烯 愈伤组织愈伤组织 再分化再分化 脱分化脱分化 植物体植物体 A.、 B.、 C.、 D.、 【答案答案】A 【例例4】 请回答：请回答： （1）植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴。）植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴。 该技术可以保持品种的该技术可以保持品种的 ，繁殖种苗的
12、速，繁殖种苗的速 度度 。离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养，。离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养， 最终能够形成完整的植株，说明该叶肉细胞具有最终能够形成完整的植株，说明该叶肉细胞具有 该植物的全部该植物的全部 。 （2）把试管苗转接到新的培养基上时，需要在超）把试管苗转接到新的培养基上时，需要在超 净工作台上进行，其原因是避免净工作台上进行，其原因是避免 的污染。的污染。 （3）微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单独使）微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单独使 用可诱导试管苗用可诱导试管苗 ，而与，而与 配比适配比适 宜时可促进芽的增殖。若要抑制试管苗的生长，宜时可促进芽的增殖。若要抑制试管苗的生
13、长， 促进愈伤组织产生和生长，需要使用的生长素调促进愈伤组织产生和生长，需要使用的生长素调 节剂是节剂是 （脱落酸、（脱落酸、2、4D）。）。 遗传特性遗传特性 快快 遗传信息遗传信息 微生物微生物 生根生根 2,4D 细胞分裂素细胞分裂素 （4）将某植物试管苗培养）将某植物试管苗培养 在含不同浓度蔗糖的培养基在含不同浓度蔗糖的培养基 上一段时间后，单株鲜重和上一段时间后，单株鲜重和 光合作用强度的变化如图。光合作用强度的变化如图。 据图分析，随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作据图分析，随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作 用强度的变化趋势是用强度的变化趋势是 ，单株鲜重的，单株鲜重的 变化趋势是变化趋势是 。据图判断，培养基。据图判断，培养基 中不含蔗糖时，试管苗光合作用产生的有机物的中不含蔗糖时，试管苗光合作用产生的有机物的 量量 （能、不能）满足自身最佳生长的需要。（能、不能）满足自身最佳生长的需要。 （5）据图推测，若要在诱导试管苗生根的过程中）据图推测，若要在诱导试管苗生根的过程中 提高其光合作用能力，应提高其光合作用能力，应 （降低，增加）（降低，增加） 培养基中蔗糖浓度，以便提高试管苗的自养能力。培养基中蔗糖浓度，以便提高试管苗的自养能力。 逐渐减小逐渐减小 先增加后下降先增加后下降 不能不能 降低降低
