第2章

細(xì)胞工程第1節(jié)植物細(xì)胞工程二

植物細(xì)胞工程的應(yīng)用Contents目錄一植物繁殖的新途徑二作物新品種的培育三細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)四習(xí)題鞏固一植物繁殖的新途徑

20世紀(jì)60年代，荷蘭科學(xué)家成功地利用組織培養(yǎng)技術(shù)來(lái)培育蘭花。目前，荷蘭的蘭花生產(chǎn)已經(jīng)發(fā)展成為舉世聞名的蘭花產(chǎn)業(yè)。

我國(guó)組織培養(yǎng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于蘭花種苗的規(guī)?；敝?，使得名貴的蘭花價(jià)格大幅下降。蝴蝶蘭鐵皮石斛一植物繁殖的新途徑——快速繁殖（1）概念：用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)。也叫微型繁殖。外植體脫分化愈傷組織再分化根、芽試管苗（2）優(yōu)點(diǎn)：①高效、快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖。②無(wú)性繁殖，保持優(yōu)良品種的遺傳特性。③不受自然生長(zhǎng)季節(jié)的限制，培養(yǎng)周期短。（3）應(yīng)用：快速繁殖經(jīng)濟(jì)林木、名貴花卉、珍稀瀕危植物等自然繁殖速度緩慢，繁殖效率低下或優(yōu)良性狀不易保持的植物。（4）實(shí)例：甘蔗、桉樹(shù)和鐵皮石斛等試管苗的生產(chǎn)，已形成一定規(guī)模。鐵皮石斛的工廠化生產(chǎn)一植物繁殖的新途徑——快速繁殖注意說(shuō)明

①快速繁殖實(shí)際上是一種無(wú)性繁殖。其細(xì)胞分裂方式是有絲分裂，親、子代細(xì)胞DNA相同，所以可以保持親代優(yōu)良的遺傳特性。②快速繁殖的培養(yǎng)基中需加入細(xì)胞生命活動(dòng)所需的水、礦質(zhì)元素、小分子有機(jī)物以及植物激素等，培養(yǎng)基必須進(jìn)行滅菌處理，操作過(guò)程必須在無(wú)菌條件下進(jìn)行。一植物繁殖的新途徑——快速繁殖一植物繁殖的新途徑——快速繁殖【思考】為什么植物組織培養(yǎng)可以進(jìn)行快速繁殖？

植物組織培養(yǎng)到愈傷組織階段，細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂，細(xì)胞分裂速度較快，從而獲得大量的組織細(xì)胞，然后不斷地分割、移瓶、誘導(dǎo)再分化形成新植株。

并且，植物組織培養(yǎng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，受季節(jié)、氣候等條件限制較小。一植物繁殖的新途徑——快速繁殖實(shí)際問(wèn)題：生姜是藥食兩用的經(jīng)濟(jì)作物，在生產(chǎn)上長(zhǎng)期采用無(wú)性繁殖，容易感染多種病毒病，使生姜品質(zhì)變差，葉子皺縮，生長(zhǎng)緩慢，一般減產(chǎn)30%-50%。病毒引起的植物病害有500多種。受害植物包括糧食作物、蔬菜、果樹(shù)和花卉等。而且沒(méi)有有效的防治辦法，只能拔除，造成經(jīng)濟(jì)損失。病毒多集中在種子、老葉等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的組織中較少，在分生區(qū)幾乎不含病毒。你有什么啟發(fā)？一植物繁殖的新途徑——作物脫毒(1)培育脫毒苗的原因：無(wú)性繁殖的方式進(jìn)行繁殖的作物，感染的病毒很容易傳給后代，并在作物體內(nèi)逐年積累，會(huì)導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差。(2)選材部位及原因：部位：植物

。頂端分生區(qū)附近（如莖尖）原因：

的病毒極少，甚至

。分生區(qū)附近無(wú)病毒一植物繁殖的新途徑——作物脫毒（4）優(yōu)點(diǎn)：明顯提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)與微型繁殖相比較，二者無(wú)本質(zhì)區(qū)別，只是取材部位不同。(3)方法：切取莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)獲得脫毒苗。（即：莖尖組織培養(yǎng)技術(shù)）莖尖脫分化愈傷組織再分化芽、根試管苗脫毒苗移栽通過(guò)組織培養(yǎng)技術(shù)獲得的脫毒苗是否具有抗病毒能力？脫毒苗≠抗毒苗一植物繁殖的新途徑——作物脫毒（5）實(shí)例：在馬鈴薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠蘿和香蕉等許多作物上獲得成功。脫毒馬鈴薯田與被病毒感染未脫毒馬鈴薯葉片脫毒草莓普通草莓一植物繁殖的新途徑（1）單倍體：由配子（如卵細(xì)胞、花粉等）直接發(fā)育而成的個(gè)體。

枝葉莖桿弱小，果實(shí)多而小，一般高度不育。特點(diǎn)：（2）單倍體育種原理：植物細(xì)胞的全能性、染色體（數(shù)目）變異。二作物新品種的培育——單倍體育種二作物新品種的培育——單倍體育種單倍體育種aaBB×AAbb第一年AaBb第二年ABAbaBab減數(shù)分裂花藥（花粉）離體培養(yǎng)ABAbaBab人工誘導(dǎo)染色體加倍AABBAAbbaaBBaabb雜交育種aaBBAAbb×AaBb第一年第二年自交A_B_淘汰第三-六年連續(xù)自交多代穩(wěn)定遺傳性狀分離AA

BB淘汰二作物新品種的培育——單倍體育種(3)優(yōu)點(diǎn):①極大地縮短育種年限，節(jié)約大量人力和無(wú)力；②后代大是純合子，能穩(wěn)定遺傳;③可作為進(jìn)行體細(xì)胞誘變育種和研究遺傳突變的理想材料。為什么？大多數(shù)單倍體植株的細(xì)胞中只含一套染色體，染色體加倍后得到的植株的隱性性狀容易顯現(xiàn)。二作物新品種的培育——單倍體育種(4)實(shí)例：我國(guó)科學(xué)家在1974年成功培育出世界上第一個(gè)單倍體作物新品種——單育1號(hào)煙草。我國(guó)科學(xué)家把單倍體育種與常規(guī)育種結(jié)合起來(lái)，育成水稻、玉米、油菜、甘藍(lán)和甜椒等作物的新品種。二作物新品種的培育——突變體的利用（1）原理在植物組織培養(yǎng)過(guò)程中，由于培養(yǎng)細(xì)胞一直處于不斷增殖的狀態(tài)，因此它們?nèi)菀资艿脚囵B(yǎng)條件和誘變因素(如射線、化學(xué)物質(zhì)等)的影響而產(chǎn)生突變突變=基因突變＋染色體變異外植體愈傷組織試管苗脫分化再分化植株誘變突變體篩選有用的突變體抗病、抗鹽、含高蛋白、高產(chǎn)二作物新品種的培育——突變體的利用（2）優(yōu)點(diǎn)：提高變異的頻率，加速育種進(jìn)程。（3）缺點(diǎn)：難以控制突變方向，需要大量處理實(shí)驗(yàn)材料。白三葉草（4）實(shí)例：抗除草劑的白三葉草抗花葉病毒的甘蔗抗鹽堿的野生煙草三細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)1.次生代謝產(chǎn)物(1)概念：植物代謝產(chǎn)生的，不是植物基本生命活動(dòng)所必需的產(chǎn)物。一類(lèi)小分子有機(jī)化合物（如酚類(lèi)、萜類(lèi)和含氮化合物等）(2)用途：在植物抗病、抗蟲(chóng)等方面發(fā)揮作用，也是很多藥物、香料和色素等的重要來(lái)源。相關(guān)信息=====出生代謝：生物生長(zhǎng)生存所必需的代謝活動(dòng)，一直進(jìn)行著。如糖類(lèi)、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸等。次生代謝：在特定的組織或器官中，并在一定的環(huán)境和時(shí)間條件下才進(jìn)行。紅豆杉→紫杉醇紫草→紫草寧應(yīng)用多、產(chǎn)量低、破壞植物資源三細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)(3)過(guò)程：外植體脫分化愈傷組織振蕩分散細(xì)胞懸液細(xì)胞懸浮培養(yǎng)提取細(xì)胞產(chǎn)物（4）結(jié)果：只培養(yǎng)到愈傷組織階段該過(guò)程不能體現(xiàn)植物細(xì)胞的全能性（5）優(yōu)點(diǎn)：不占用耕地，幾乎不受季節(jié)、天氣等的限制，因此對(duì)于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境保護(hù)具有重要意義三細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)（6）實(shí)例：紫草寧、紫杉醇、人參皂苷的植物細(xì)胞工程產(chǎn)品。

紫杉醇——具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌癥的治療

紫草寧——具有抗菌、消炎和抗腫瘤等活性人參→人參皂苷紫草→紫草寧紅豆杉→紫杉醇三細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)工廠化生產(chǎn)人參皂甙干粉的基本流程：人參根愈傷組織增長(zhǎng)速度快而且細(xì)胞內(nèi)人參皂甙干粉含量高的細(xì)胞細(xì)胞增殖提取人參皂甙干粉脫分化培養(yǎng)選擇放入發(fā)酵罐破碎細(xì)胞三細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)分析生產(chǎn)實(shí)踐中遇到的問(wèn)題：

人參為我國(guó)名貴藥材，現(xiàn)今因野生資源短缺，多用人工栽培，但人工栽培生長(zhǎng)緩慢，6年才能生成10克左右（干重）人參根。

解決辦法：利用植物組培工廠化生成細(xì)胞產(chǎn)物細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)

利用植物細(xì)胞培養(yǎng)來(lái)獲得目標(biāo)產(chǎn)物，這個(gè)過(guò)程就是細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。到社會(huì)中去市場(chǎng)上有一種叫作“手指植物“的工藝品受到很多人的歡迎這些“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(bǔ)充水分或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，它們就能在玻璃瓶中生長(zhǎng)三四個(gè)月之久學(xué)習(xí)了本節(jié)課之后，你也可以嘗試制作“手指植物”。如果有商店正在出售這種植物，你還可以做個(gè)市場(chǎng)調(diào)查，了解它們的銷(xiāo)售情況和經(jīng)濟(jì)效益，分析它們?yōu)槭裁词軞g迎，并寫(xiě)出調(diào)查報(bào)告。手指植物的制作方法用到了植物組織培養(yǎng)技術(shù)。在制作過(guò)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(gè)人喜好，在培養(yǎng)基中加人適量的色素或者熒光劑，使“手指植物”更具有觀賞價(jià)值。四習(xí)題鞏固1.青蒿素來(lái)自黃花蒿，被譽(yù)為“世界上唯一有效的瘧疾治療藥物”，幾乎不溶于水，且具有熱不穩(wěn)定性，所以提取工藝一直難以突破。中國(guó)科學(xué)家屠呦呦因在抗瘧疾藥物青蒿素的提取方面做出的突出貢獻(xiàn)而獲得2015年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，下列關(guān)于利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)青蒿素的敘述，錯(cuò)誤的是()A.黃花蒿葉片作為外植體一般需經(jīng)消毒后使用B.該過(guò)程中利用了植物細(xì)胞的全能性C.誘導(dǎo)黃花蒿生根時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高培養(yǎng)基中細(xì)胞分裂素與生長(zhǎng)素含量的比值D.青蒿素不是黃花蒿基本的生命活動(dòng)所必需的產(chǎn)物，青蒿素屬于次生代謝物√四習(xí)題鞏固2.植物細(xì)胞工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等方面有著廣泛的應(yīng)用，并且取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()A.玉米花粉粒經(jīng)花藥離體培養(yǎng)得到的植株能穩(wěn)定遺傳B.取草莓莖尖進(jìn)行植物組織培養(yǎng)可獲得脫毒苗C.紅豆杉細(xì)胞經(jīng)植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)可工廠化