第2章細胞工程第1節(jié)

植物細胞工程的應(yīng)用01植物繁殖的新途徑一、植物繁殖的新途徑—快速繁殖

20世紀(jì)60年代，荷蘭科學(xué)家成功地利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)來培育蘭花。目前，荷蘭的蘭花生產(chǎn)已發(fā)展成舉世聞名的蘭花產(chǎn)業(yè)。

我國組織培養(yǎng)技術(shù)也已經(jīng)廣泛應(yīng)用于蘭花種苗的規(guī)?；敝常沟妹F蘭花的價格大幅下降，普通百姓也能購買和觀賞?！举Y料一】結(jié)合上述資料和閱讀教材39頁，回答以下問題：1.資料中的蘭花繁殖利用了什么技術(shù)大量規(guī)?；a(chǎn)？2.什么是快速繁殖技術(shù)？3.快速繁殖技術(shù)有哪些優(yōu)點？4.快速繁殖技術(shù)用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的實例有哪些？一、植物繁殖的新途徑—快速繁殖用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)，稱為快速繁殖技術(shù)，也叫微型繁殖技術(shù)。1.概念：外植體脫分化愈傷組織再分化根、芽試管苗2.優(yōu)點：①高效、快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖；②無性繁殖，保持優(yōu)良品種的遺傳特性；③可實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。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(shù)來提供苗木。3.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。一、植物繁殖的新途徑—快速繁殖

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。快速繁殖利用的是植物組織培養(yǎng)技術(shù)，屬于無性繁殖，可以保持親本的優(yōu)良性狀。一、植物繁殖的新途徑—作物脫毒

馬鈴薯、草莓和香蕉等通常是用無性繁殖的方式進行繁殖的，它們感染的病毒很容易傳給后代。病毒在作物體內(nèi)逐年積累，就會導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差。采取怎樣的措施能避免這些情況發(fā)生?

脫毒馬鈴薯田和被病毒感染的未脫毒的馬鈴薯葉片（左上）

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)植物頂端分生區(qū)附近（如莖尖）的病毒極少，甚至無病毒。你有什么啟發(fā)？【資料二】選材原因：_________________________________1.選用材料：___________________________________________該部位的病毒極少，甚至無病毒植物頂端分生區(qū)附近（如莖尖、芽尖、根尖）2.脫毒過程：莖尖脫分化愈傷組織再分化芽、根脫毒苗3.實例：馬鈴薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠蘿和香蕉等。一、植物繁殖的新途徑—作物脫毒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(nèi)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?qū)胫参锛毎?，屬于基因工程的范疇；脫毒苗≠抗毒?/p>

一、植物繁殖的新途徑—作物脫毒思考：經(jīng)植物組織培養(yǎng)培育出的脫毒苗抗病毒嗎？為什么?以植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經(jīng)過人工薄膜包裝得到的種子。人工種皮：保持胚狀體的活力和有利于人工種子萌發(fā)。胚狀體：相當(dāng)于天然種子的胚，是有生命的物質(zhì)結(jié)構(gòu)。人工胚乳：供胚狀體維持生命力、保證其在適宜的環(huán)境條件下生長發(fā)育。概念：組成及作用：一、植物繁殖的新途徑—人工種子人工種子外植體愈傷組織胚狀體、不定芽、頂芽、腋芽等包裹人工種皮和胚乳人工種子脫分化再分化①繁殖周期短。②后代不發(fā)生性狀分離，能夠保持親本的優(yōu)良性狀。③不受季節(jié)、氣候和地域的限制，并可節(jié)約土地。芹菜、花椰菜、桉樹、水稻。制備過程：優(yōu)點實例：一、植物繁殖的新途徑—人工種子人工種子02作物新品種的培育PDDBBddbbF1DdBbF2D_B_D_bbddB_ddbb高莖抗病矮莖不抗病F3連續(xù)的自交直至不發(fā)生性狀分離選出ddBB

用高桿抗?。―DTT）和矮桿不抗?。╠dtt）小麥品種培育矮桿抗病小麥（ddTT），如果要篩選出純合的矮莖抗病的優(yōu)良性狀的小麥，你可以想到幾種育種方法？雜交育種缺點：獲得新品種的周期長

選育出需要的矮抗純種生長F4缺點：不定向性二、作物新品種的培育誘變育種PDDTT

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ddttF1DdTtDdTtDTDtdTdtDTDtdTdtDDTTDDttddTTddtt（種子）第一年（植物體）

減數(shù)分裂

（花粉）花藥離體培養(yǎng)

（單倍體幼苗）

秋水仙素處理

（二倍體純合植株）第二年播種單倍體育種:花藥的離體培養(yǎng)獲得單倍體植株，染色體加倍選擇優(yōu)良品種二、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1.過程：秋水仙素單倍體幼苗優(yōu)良品種愈傷組織純合二倍體植株花藥（花粉）染色體數(shù)目加倍脫分化再分化秋水仙素處理花藥離體培養(yǎng)（原理：植物細胞的全能性）（原理：染色體數(shù)目變異）選擇單倍體育種:明顯縮短育種年限，節(jié)約大量人力物力；可獲得純合子，后代不發(fā)生性狀分離，能穩(wěn)定遺傳。技術(shù)相對比較復(fù)雜，需要與雜交育種結(jié)合，其中的花藥培養(yǎng)需要組織培養(yǎng)技術(shù)的支持。2.優(yōu)點：3.缺點：是作物育種的有效途徑；為體細胞誘變育種和研究遺傳突變提供理想材料。4.應(yīng)用：二、作物新品種的培育—單倍體育種單倍體育種:因為大多數(shù)單倍體植株的細胞中只含有一套染色體，染色體加倍后得到的植株的隱性性狀容易顯現(xiàn)。

我國科學(xué)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。5.實例：

把單倍體育種與常規(guī)育種結(jié)合起來，培育成了水稻、玉米、油菜、甘藍和甜椒等作物的新品種。二、作物新品種的培育—單倍體育種單倍體育種:二、作物新品種的培育—突變體的利用

彩色馬鈴薯不僅營養(yǎng)成分高，且含多酚類化合物，有較強的保健功能和藥用價值。我國通過品種引進等方式獲得的彩色馬鈴薯品種數(shù)量有限，且多為晚熟品種，產(chǎn)量和品質(zhì)較低。所以通過誘變途徑獲得新的彩色馬鈴薯品種可以豐富馬鈴薯市場，滿足人們的需要?！举Y料三】突變體的利用1.來源：在植物的組織培養(yǎng)過程中，由于培養(yǎng)細胞一直處于不斷增殖的狀態(tài)，因此它們?nèi)菀资艿脚囵B(yǎng)條件和誘變因素（射線、化學(xué)物質(zhì)等）的影響而產(chǎn)生突變，從產(chǎn)生突變的個體中可以篩選出人們有用的突變體，進而培育成新品種。3.原理：基因突變和植物細胞的全能性2.過程：外植體突變體新品種篩選培育脫分化愈傷組織再分化誘變處理二、作物新品種的培育—突變體的利用可產(chǎn)生新基因，大幅度改良某些性狀?；蛲蛔兙哂胁欢ㄏ蛐院投嗪ι倮?，需要處理大量的突變材料。4.優(yōu)點：5.缺點：抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的野生煙草等。6.實例：二、作物新品種的培育—突變體的利用抗花葉病毒的甘蔗抗鹽堿的煙草03細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)

紅豆杉，又名紫杉。1971年，科學(xué)家從紅豆杉樹皮中分離出了紫杉醇，發(fā)現(xiàn)它具有獨特的抗腫瘤作用。2000年國際市場上優(yōu)質(zhì)紫杉醇的售價已高達每千克18萬美元。1994-1996年，在紅豆杉分布最多、最集中的云南，紅豆杉遭受了一場浩劫。盜伐者大量砍伐紅豆杉，使大大小小的山溝里，躺滿了被剝光樹皮的裸樹，溪河里浸出鮮血般的紅色樹汁……野生紅豆杉是瀕危植物，直接從它的樹皮和樹葉中提取紫杉醇的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，不僅產(chǎn)量低，還會對野生紅豆杉資源造成嚴(yán)重破壞，這種方法不利于對它們的保護?！举Y料四】能不能運用植物細胞工程技術(shù)來生產(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(zhì)、蛋白質(zhì)、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。紅豆杉→紫杉醇紫草→紫草寧（1）初生代謝：（2）次生代謝物：三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)植物的代謝產(chǎn)物①植物次生代謝物含量很低；②從植物組織提取會大量破壞植物資源；③有些產(chǎn)物又不能或難以通過化學(xué)合成途徑得到。因此，人們期望利用植物細胞培養(yǎng)來獲得目標(biāo)產(chǎn)物，這個過程就是細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。植物細胞培養(yǎng)反應(yīng)器三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)思考：為什么要進行細胞產(chǎn)物工廠化生產(chǎn)？細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)的流程：外植體細胞懸浮細胞產(chǎn)物培養(yǎng)提取脫分化愈傷組織分散開細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)的優(yōu)點和意義：不占用耕地、幾乎不受季節(jié)、天氣等的限制，因此對于社會、經(jīng)濟、環(huán)境保護具有重要意義。三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)植物細胞培養(yǎng)是指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(shù)。原理：細胞增殖該過程不能體現(xiàn)植物細胞的全能性世界上首例藥用植物細胞工程新產(chǎn)品紫草

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紫草寧（具有抗菌、消炎和抗腫瘤等活性