【本節(jié)聚焦】1.植物細胞工程在生產(chǎn)實踐中有哪些應用？2.植物細胞工程應用于生產(chǎn)實踐的主要優(yōu)勢是什么？第二章

細胞工程第2節(jié)

植物細胞工程的應用問題探討鐵皮石斛經(jīng)濟苗木、名貴花卉、珍稀植物等自然繁殖速度緩慢，繁殖效率低下或優(yōu)良性狀不易保持……如何解決？石斛：驅解虛熱，養(yǎng)胃生津、提高免疫力、延年益壽等療效、觀賞價值。

快速繁殖思考一、植物繁殖的新途徑用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術，也叫作微型繁殖技術。外植體愈傷組織人工胚狀體(或根/芽)幼苗脫分化再分化完整植株一般為無性生殖植物細胞的全能性（2)生殖方式：（3)原理：(1)概念：注意：扦插、壓條、嫁接等不屬于微型繁殖技術。1.快速繁殖一些優(yōu)良的觀賞植物、經(jīng)濟林木、無性繁殖作物和瀕危植物等都實現(xiàn)了利用快速繁殖技術來提供苗木。實例：鐵皮石斛甘蔗、桉樹和鐵皮石斛等試管苗的產(chǎn)生已形成一定規(guī)模。思考：1.快速繁殖中能否用花粉作為外植體？不能，因為用花粉作外植體會出現(xiàn)性狀分離。

思考：2.快速繁殖得到的產(chǎn)物會不會出現(xiàn)性狀分離？為什么？不會?？焖俜敝忱玫氖侵参锝M織培養(yǎng)技術，屬于無性繁殖，可以保持親本的優(yōu)良性狀。（4）優(yōu)點：①無性繁殖，保持優(yōu)良品種的遺傳特性②高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖③保持優(yōu)良品種的遺傳特性，可實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)試管苗大規(guī)模培養(yǎng)植物繁殖的新途徑還有什么呢？一、植物繁殖的新途徑馬鈴薯草莓香蕉脫分化愈傷組織頂端分生區(qū)（如莖尖）：病毒極少，甚至無毒注：脫毒苗不等于抗毒苗，與微型繁殖相比較，二者無本質區(qū)別，只是取材部位不同。（3）優(yōu)點：明顯提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質感染的病毒很容易傳給后代無性繁殖病毒在作物體內積累作物產(chǎn)量降低品質變差（1）脫毒原因（2）脫毒方法再分化脫毒苗

作物脫毒

經(jīng)水浴處理后，再組織培養(yǎng)效果更好：

因水浴處理可延緩病毒增殖和擴散速度。一、植物繁殖的新途徑脫毒苗不等于抗毒苗。

脫毒苗是選擇植物的莖尖進行組織培養(yǎng)而獲得的，只是體內不含病毒，不能抵抗病毒侵染，屬于細胞工程的范疇；抗毒苗是把某抗病基因導入植物細胞，屬于基因工程的范疇；（4）脫毒產(chǎn)品甘蔗香蕉菠蘿脫毒草莓作物脫毒一、植物繁殖的新途徑課堂練習1.葡萄的扦插、桃樹的嫁接、石榴的壓條繁殖方式都屬于微型繁殖。()2.脫毒苗培育所選的組織培養(yǎng)材料可以來自植株的任何部位。()3.取莖尖分生組織進行組織培養(yǎng)，可獲得抗毒苗。()4.作物脫毒與微型繁殖相比較，二者無本質區(qū)別，只是取材部位不同。（）5.從植物體上獲取任何細胞，經(jīng)組織培養(yǎng)得到的植株與親本性狀一定都完全一致。（）××××√[注意]脫毒苗≠抗毒苗體細胞VS花粉（生殖細胞）沒有經(jīng)過組織培養(yǎng)頂端分生區(qū)附近（如莖尖）當以花粉為外植體進行植物組織培養(yǎng)時，得到的植株與親本性狀還一致嗎？實際問題：傳統(tǒng)的育種方法：原理：缺點：傳統(tǒng)方法：雜交育種P：紫色非甜玉米

AASS×白色甜玉米

aassF1紫色非甜玉米AaSs↓第1年↓×選育出需要的純種F2A_S_A_ssaaS_aass紫甜第2年第3年×生長A_ssF3第4年現(xiàn)有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何獲得純種的紫色甜玉米（基因型AAss）？通過雜交把兩親本的優(yōu)良性狀組合在同一后代中(基因重組)雜交育種多年純化和選擇，才得到符合理想要求的新品種如何解決育種時間過長的問題？二、作物新品種的培育1.單倍體育種（1）過程：（2）原理：（其中花藥離體培養(yǎng)利用了植物細胞的全能性）染色體數(shù)目變異花藥離體培養(yǎng)誘導染色體加倍二倍體植株單倍體植株二倍體植株（純合子）（秋水仙素處理）單倍體育種包括哪些主要步驟？二、作物新品種的培育①后代都是純合子，能穩(wěn)定遺傳②明顯縮短育種年限，加速育種進程③作為體細胞誘變育種和研究遺傳突變的理想材料(3)優(yōu)點:1.單倍體育種

我國科學家在1974年成功培育出世界上第一個單倍體作物新品種——單育1號煙草。我國科學家把單倍體育種與常規(guī)育種結合起來，育成水稻、玉米、油菜、甘藍和甜椒等作物的新品種。(4)實例：二、作物新品種的培育2.突變體的利用愈傷組織細胞不斷分裂，細胞要進行DNA分子復制，因此更易發(fā)生突變。（1）產(chǎn)生原因：在植物組織培養(yǎng)過程中，由于培養(yǎng)細胞一直處于不斷增殖的狀態(tài)，因此容易受到培養(yǎng)條件和誘變因素（如射線、化學物質等）的影響而產(chǎn)生突變。（2）過程：外植體脫分化愈傷組織再分化突變體篩選培育新品種誘變處理不一定，因為突變是不定向的。誘變處理的對象？為什么？產(chǎn)生的變異一定符合需要嗎？二、作物新品種的培育（5）實例：（3）原理：（4）優(yōu)缺點：2.突變體的利用基因突變（或染色體變異）；植物細胞的全能性。提高愈傷組織的突變率，加速育種進程。難以控制突變的方向，有利性狀比較少，需要大量處理實驗材料。已篩選出抗病、抗鹽、高產(chǎn)以及蛋白質含量高的突變體，抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的煙草等。

紫草寧（紫草的一種藥物和色素）

具有抗菌、消炎和抗腫瘤等活性（首例藥用植物細胞工程產(chǎn)品）

紫杉醇（紅豆杉的一種次生代謝物）具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌癥的治療

問題:能不能利用植物細胞工程技術生產(chǎn)紫杉醇？①是生物生長和生存所必需的代謝活動；②在整個生命過程中一直進行；③初生代謝物有糖類、脂質、蛋白質、核酸等。①概念：植物代謝產(chǎn)生的，不是植物基本生命活動所必需的產(chǎn)物。

一類小分子有機化合物（如酚類、萜類和含氮化合物等）②用途：在植物抗病、抗蟲等方面發(fā)揮作用，也是很多藥物、香料

和色素等的重要來源。應用多、產(chǎn)量低、破壞植物資源紅豆杉→紫杉醇紫草→紫草寧（1）初生代謝：（2）次生代謝物：

植物的代謝產(chǎn)物1三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)利用植物細胞培養(yǎng)來獲得目標產(chǎn)物，這個過程就是細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。在離體條件下對單個植物細胞或細胞團進行培養(yǎng)使其增殖的技術。2.植物細胞培養(yǎng)(1)概念：外植體脫分化愈傷組織細胞懸液細胞產(chǎn)物培養(yǎng)、提取、破碎振蕩分散（2)過程：注意：Ⅰ.一般培養(yǎng)到愈傷組織階段，從愈傷組織的細胞中獲得細胞產(chǎn)物。因為此時細胞分裂能力強，代謝快，產(chǎn)物多；Ⅱ.液體培養(yǎng)基（培養(yǎng)液）有利于培養(yǎng)的細胞與營養(yǎng)物質充分接觸。（液體培養(yǎng)基）該過程不能體現(xiàn)植物細胞的全能性三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)（3）優(yōu)點：快速高效，不占用耕地，幾乎不受季節(jié)、天氣等的限制。（4）意義：對于社會、經(jīng)濟、環(huán)境保護具有重要意義。（5）實例：a.工廠化生產(chǎn)人參皂甙干粉的基本流程：脫分化培養(yǎng)選擇破碎細胞放入發(fā)酵罐人參根愈傷組織增長速度快人參皂甙干粉含量高的細胞愈傷組織人參皂苷粉三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)（5）實例：b.工廠化生產(chǎn)紫杉醇的基本流程：離體植物組織脫分化愈傷組織從愈傷組織中提取紫杉醇紅豆杉紫杉醇植物細胞培養(yǎng)與植物組織培養(yǎng)有什么區(qū)別?思考三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)植物組織培養(yǎng)和植物細胞培養(yǎng)的比較比較項目植物組織培養(yǎng)植物細胞培養(yǎng)目的原理過程應用獲得植物體獲得細胞產(chǎn)物植物細胞的全能性細胞增殖快速繁殖、作物脫毒、單倍體育種等細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)，如紫草寧、人參皂苷、紫杉醇等三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)育種方法原理過程優(yōu)點快速繁殖

脫分化、再分化保持優(yōu)良品種的遺傳特性突變體的利用基因突變、細胞的

;

對愈傷組織進行誘變處理后再篩選提高

，獲得優(yōu)良性狀單倍體育種細胞的

、

;

、

誘導染色體數(shù)目加倍明顯縮短？

植物體細胞雜交細胞膜的

、細胞的

;

融合、雜種細胞組織培養(yǎng)打破

，實現(xiàn)

。

細胞的全能性全能性突變率全能性染色體變異先花藥離體培養(yǎng)再秋水仙素育種年限流動性全能性植物細胞生殖隔離遠緣雜交四種育種方法的比較三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)到社會中去“手指植物”通常培育在裝有彩色固體培養(yǎng)基的小玻璃瓶中，只要保證充足的光照和適宜的溫度，不需要額外補充水分和營養(yǎng)物質，它們就能在玻璃瓶中生長三四個月之久?！笆种钢参铩钡闹谱鞣椒ㄓ玫搅酥参锝M織培養(yǎng)技術。在制作過程中，一定要注意做好滅菌和消毒工作，為了防止污染可在培養(yǎng)基中加入一定量的抑菌劑。另外，還可以根據(jù)個人喜好，在培養(yǎng)基中加入適量的色素或者熒光劑，使“手指植物”更具有觀賞價值。手指植物外植體愈傷組織試管苗脫分化再分化植株作物脫毒選擇頂端分生組織快速繁殖單倍體育種選擇花藥進行誘變突變體的利用分散后懸浮培養(yǎng)3.細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)2.植物新品質的培育1.植物繁殖的新途徑篩選課堂小結單倍體育種得到的都是純合子課堂練習A.過程②通常使用的試劑是秋水仙素，作用時期為細胞有絲分裂前期B.通過過程①②得到的植株既有純合子又有雜合子C.過程①屬于植物的組織培養(yǎng)，在此過程中必須使用一定量的植物激素

或植物生長調節(jié)劑D.與雜交育種相比，該育種方法的優(yōu)點是能明顯縮短育種的年限√1.如圖是利用某種植物(基因型為AaBb)產(chǎn)生的花粉進行單倍體育種的示意圖。據(jù)圖判斷，下列敘述錯誤的是課堂練習2.如圖是通過植物細胞工程獲得紫杉醇的途徑，下列敘述不正確的是A.該生產(chǎn)途徑依據(jù)的原理是植物細胞具有全能性B.過程①需控制好培養(yǎng)基中植物激素或植物生長調節(jié)劑的比例C.經(jīng)過過程①，細胞的形態(tài)和結構發(fā)生變化D.過程③需使用液體培養(yǎng)基，有利于細胞增殖√細胞增殖3.運用植物細胞工程技術可以培育單倍體植株和進行細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。判斷下列相關表述是否正確。（1）用花藥培養(yǎng)得到單倍體植株需要用到植物組織培養(yǎng)技術。（

）（2）細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)主要是利用促進細胞生長的培養(yǎng)條件，提高了單個細胞中次生代謝物的含量。（）4.生產(chǎn)中培育香蕉脫毒苗常用的方法是（）

A.人工誘導基因突變

B.選擇優(yōu)良品種進行雜交

C.進行遠緣植物體細胞雜交

D.取莖尖分生組織進行組織培養(yǎng)√×D課堂練習

1．紫色非甜玉米（基因型為AASuSu）和白色甜玉米（基因型為aasusu）雜交（Su和su代表一對等位基因），得到的F1（AaSusu）再進行自交，F(xiàn)2會有紫色甜玉米的表型產(chǎn)生。如果運用常規(guī)育種方法，應該如何篩選出純合的紫色甜玉米？如果利用花藥培養(yǎng)的技術，又應該怎樣做呢？請你設計相關實驗的思路。

【答案】F2中的紫色甜玉米的基因型可能為Aasusu或AAsusu。如果運用常規(guī)育種方法，將F2中的紫色甜玉米與白色甜玉米(aasusu)進行測交，可以選擇出基因型為AAsusu的純種紫色甜玉米。但這種方法比較煩瑣，耗時也較長，需要至少三年的選種和育種時間。其實在F1產(chǎn)生的花粉中就可能有Asu的組合，如果利用花藥培養(yǎng)的技術獲得單倍體植株，再經(jīng)過誘導染色體加倍，就可以直接得到紫色甜玉米的純合體。這種方法可以大大縮短育種周期。拓展應用【提示】積極探索其他的繁育途徑。例如，研究如何利用植物組織培養(yǎng)技術繁育甜葉菊，研究內容涉及植物組織培