二

植物細(xì)胞工程的應(yīng)用植物細(xì)胞工程123目錄植物繁殖的新途徑作物新品種的培育細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)作物繁殖的途徑一般有有性繁殖和無(wú)性繁殖，如下圖所示：走進(jìn)社會(huì)有性繁殖無(wú)性繁殖特點(diǎn)：繁殖速度慢，后代易出現(xiàn)性狀分離，不易保持品種的優(yōu)良性狀。特點(diǎn)：保持原品中的優(yōu)良性狀，但易將病毒傳給后代，造成減產(chǎn)。思考：如何解決以上問(wèn)題？一、植物繁育的新途徑1.快速繁殖技術(shù)（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。（2）優(yōu)點(diǎn)：①可以高效、快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖；②無(wú)性繁殖，可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性；外植體脫分化愈傷組織再分化根、芽試管苗③不受自然生長(zhǎng)季節(jié)的限制、培養(yǎng)周期短。一、植物繁育的新途徑1.快速繁殖技術(shù)（3）應(yīng)用：快速繁殖優(yōu)良的觀賞植物、經(jīng)濟(jì)林木、無(wú)性繁殖作物和瀕危植物等。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。鐵皮石斛富含某種糖類和生物堿，可以用來(lái)提取藥物。具有重要的藥用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。鐵皮石斛的產(chǎn)業(yè)化育苗一、植物繁育的新途徑1.快速繁殖技術(shù)思考1：為什么植物組織培養(yǎng)可以進(jìn)行快速繁殖？思考2：為什么快速繁殖技術(shù)可以保持優(yōu)良品種的遺傳特性？思考3：扦插、壓條、嫁接屬于快速繁殖技術(shù)嗎？培養(yǎng)過(guò)程中細(xì)胞分裂速度較快，短時(shí)間獲得大量組織細(xì)胞，經(jīng)分割、移瓶、誘導(dǎo)再分化后形成大量新植株。且該過(guò)程在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，受季節(jié)、氣候等條件限制較小。該技術(shù)屬于無(wú)性繁殖，培養(yǎng)過(guò)程中細(xì)胞有絲分裂、分化過(guò)程遺傳物質(zhì)保持不變，所獲得的品種保持原優(yōu)良品種的遺傳特性。扦插、壓條、嫁接等是營(yíng)養(yǎng)繁殖，也屬于無(wú)性繁殖，但不屬于微型繁殖技術(shù)。馬鈴薯病毒苗原因一、植物繁育的新途徑

在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，用無(wú)性繁殖方式繁殖的作物，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，導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差?！举Y料1】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。頂端分生區(qū)附近（如莖尖）分生區(qū)附近的病毒極少，甚至沒(méi)有病毒。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)）脫毒苗≠抗毒苗！一、植物繁育的新途徑2.作物脫毒（1）作物脫毒原因：用無(wú)性繁殖的方式進(jìn)行繁殖的作物，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(huì)導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差。（2）選材的部位：植物

。

（3）方法：一、植物繁育的新途徑2.作物脫毒（4）優(yōu)點(diǎn)：脫毒作物的產(chǎn)量和品質(zhì)明顯優(yōu)于沒(méi)有脫毒的作物。脫毒產(chǎn)品脫毒草莓普通草莓甘蔗未脫毒馬鈴薯脫毒馬鈴薯一、植物繁育的新途徑1.下列屬于植物的微型繁殖技術(shù)的是(

)A.蘭花的芽尖組織培育成蘭花幼苗

B.水稻種子萌發(fā)并長(zhǎng)成新個(gè)體C.扦插的葡萄枝條長(zhǎng)成新個(gè)體

D.柳樹(shù)芽發(fā)育成枝條2.（多選）甘薯營(yíng)養(yǎng)豐富，有很高的食用價(jià)值和藥用價(jià)值。但甘薯屬無(wú)性繁殖作物，許多品種具有自交不育和雜交不親和性，這使甘薯生產(chǎn)和育種存在諸多常規(guī)方法難以解決的問(wèn)題。下列相關(guān)說(shuō)法不合理的是(

)A.利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)繁殖甘薯的方法稱為微型繁殖B.利用莖尖分生組織培養(yǎng)得到的脫毒苗，具備抗病毒的能力，產(chǎn)品質(zhì)量也有所提高C.植物快速繁殖技術(shù)和作物脫毒技術(shù)利用的原理均為細(xì)胞的全能性D.作物脫毒技術(shù)可以提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，培育出作物所沒(méi)有過(guò)的新性狀A(yù)BD

現(xiàn)有純合的高稈抗病小麥（DDTT）和矮稈感病小麥(ddtt)，怎樣盡快得到純合的矮稈抗病的優(yōu)良品種(ddTT)？你能想到幾種育種方法？二、作物新品種的培育以培育矮桿抗病水稻（ddTT）為例常規(guī)選育出一個(gè)可穩(wěn)定遺傳的作物優(yōu)良品種，一般要經(jīng)過(guò)5～6年的連續(xù)篩選。缺點(diǎn)：耗時(shí)長(zhǎng)優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單明顯縮短育種年限單倍體育種過(guò)程如何進(jìn)行？依據(jù)原理是什么？有何優(yōu)點(diǎn)？1.單倍體育種（以親本為二倍體為例）（1）過(guò)程：花藥中的花粉單倍體幼苗秋水仙素處理純合體篩選優(yōu)良性狀純合體愈傷組織離體培養(yǎng)脫分化再分化單倍體：由配子（如卵細(xì)胞、花粉等）直接發(fā)育而來(lái)的個(gè)體。單倍體植株矮小，而且一般高度不育。二、作物新品種的培育（其中花藥培養(yǎng)的原理是植物細(xì)胞的全能性。）a、明顯縮短育種年限，節(jié)約大量的人力和物力。（2）原理：（3）優(yōu)點(diǎn)：花藥中的花粉單倍體幼苗秋水仙素處理純合體篩選優(yōu)良性狀純合體能夠抑制紡錘體的形成，導(dǎo)致染色體不能移向細(xì)胞的兩極，從而引起細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍。愈傷組織離體培養(yǎng)脫分化再分化染色體數(shù)目變異c、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。b、二倍體的子代全是純合子，自交后代不發(fā)生性狀分離，能穩(wěn)定遺傳。注意：?jiǎn)伪扼w育種的目的不是獲得單倍體植株。1.單倍體育種（1）過(guò)程：二、作物新品種的培育a、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。b、與常規(guī)育種結(jié)合，育成水稻、玉米、油菜、甘藍(lán)和甜椒等新品種。1.單倍體育種（4）單倍體育種的應(yīng)用：二、作物新品種的培育2.突變體的利用①突變體的來(lái)源：

植物的組織培養(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)，容易受到培養(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。②

過(guò)程：誘變處理（紫外線，輻射）新品種愈傷組織再分化突變體外植體脫分化篩選培育愈傷組織

愈傷組織細(xì)胞不斷分裂，細(xì)胞要進(jìn)行DNA分子復(fù)制，因此更易發(fā)生突變。不一定，因?yàn)橥蛔兪遣欢ㄏ虻??！舅伎肌空T變處理的對(duì)象為什么要選擇愈傷組織？產(chǎn)生的變異一定符合需要嗎？③

原理：基因突變、植物細(xì)胞的全能性二、作物新品種的培育④

優(yōu)點(diǎn)：⑤

缺點(diǎn)：通過(guò)人工誘變提高愈傷組織的突變率，加快育種進(jìn)程。突變具有不定向性、多害少利和低頻性，因此需要處理大量突變材料，并從中篩選出符合人們需要的品種。⑥

實(shí)例：已篩選出抗病、抗鹽、高產(chǎn)以及蛋白質(zhì)含量高的新品種，如抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的煙草等。大幅度地改良某些性狀。2.突變體的利用二、作物新品種的培育抗除草劑白三葉草抗花葉病毒的甘蔗抗鹽堿的煙草二、作物新品種的培育1.為快速培育抗除草劑的水稻(2N=24)，育種工作者用如圖所示方法進(jìn)行育種，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.過(guò)程①花藥離體培養(yǎng)的理論依據(jù)是植物細(xì)胞的全能性B.過(guò)程②用γ射線照射單倍體幼苗,目的是提高幼苗的基因突變頻率C.過(guò)程③用除草劑噴灑單倍體幼苗,目的是篩選出抗除草劑的葉片D.通過(guò)過(guò)程④和過(guò)程⑤培育出的抗除草劑植株屬于四倍體植株D二、作物新品種的培育2.如圖為利用體細(xì)胞誘變育種技術(shù)獲得抗除草劑白三葉草新品種的過(guò)程。下列敘述不正確的是(

)A.該育種過(guò)程依據(jù)的原理有基因突變和植物細(xì)胞具有全能性B.過(guò)程①②培養(yǎng)基中,不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的濃度比例不同C.白三葉草愈傷組織和胚狀體的細(xì)胞中DNA和RNA種類相同D.過(guò)程③通常采用的篩選方法是向白三葉草幼苗噴灑除草劑C二、作物新品種的培育4.通過(guò)植物組織培養(yǎng)技術(shù)繁育農(nóng)作物,其優(yōu)點(diǎn)不包括(

)A.加快繁育速度

B.保持親本優(yōu)良性狀C.培育出無(wú)病毒植株

D.改變植物的基因型D1.葡萄的扦插、桃樹(shù)的嫁接都屬于微型繁殖。（）2.脫毒苗培育所選的組織培養(yǎng)材料可以來(lái)自植株的任何部位。（）3.外植體長(zhǎng)成的植株性狀不分離。（）××√三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)資料分析：

紅豆杉，又名紫杉。1971年，科學(xué)家從紅豆杉樹(shù)皮中分離出了紫杉醇，發(fā)現(xiàn)它具有獨(dú)特的抗腫瘤作用。距《人民日?qǐng)?bào)》2001年10月17日?qǐng)?bào)道，2000年國(guó)際上優(yōu)質(zhì)紫杉醇的售價(jià)已高達(dá)每千克18萬(wàn)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(chǎng)浩劫。盜伐者大量砍伐紅豆杉，使大大小小的山溝里，到處都是被剝光樹(shù)皮的裸樹(shù)，溪河的水浸出鮮血般的紅色樹(shù)汁……野生紅豆杉是瀕危植物，直接從它的樹(shù)皮和樹(shù)葉中提取紫杉醇的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，不僅產(chǎn)量低，還會(huì)對(duì)野生紅豆杉資源造成嚴(yán)重破壞，而紫杉醇的化學(xué)全合成法尚不具備生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值。思考·討論：能不能運(yùn)用植物細(xì)胞工程技術(shù)來(lái)生產(chǎn)紫杉醇？注意：紫杉醇是存在于紅豆杉屬植物體內(nèi)的一種次生代謝物，具有高抗癌活性。

三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)閱讀教材P41，解決下列問(wèn)題：1.什么是次生代謝物？該類物質(zhì)有何用途？2.什么是細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)？生產(chǎn)過(guò)程如何進(jìn)行？有何特點(diǎn)？3.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)實(shí)例有哪些？1.植物的代謝產(chǎn)物植物代謝初生代謝：次生代謝：

生物生長(zhǎng)生存所必需的代謝活動(dòng)，整個(gè)生命過(guò)程一直進(jìn)行。不是植物基本的生命活動(dòng)所必需的，一般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。產(chǎn)物如糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸等。產(chǎn)物應(yīng)用一類小分子有機(jī)化合物（如酚類、萜類和含氮化合物等）①植物次生代謝物含量很低；②從植物組織提取會(huì)大量破壞植物資源；③有些產(chǎn)物又不能或難以通過(guò)化學(xué)合成途徑得到。缺點(diǎn)a、在植物抗病、抗蟲(chóng)方面發(fā)揮作用b、也是很多藥物、香料和色素等的重要來(lái)源應(yīng)用多、產(chǎn)量低三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)2.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）植物細(xì)胞培養(yǎng)①概念：是指離體條件下對(duì)單個(gè)植物細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)使其增殖的技術(shù)。植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器②流程：愈傷組織振蕩分散細(xì)胞懸液細(xì)胞懸浮培養(yǎng)外植體脫分化培養(yǎng)細(xì)胞產(chǎn)物提取③材料：最好是愈傷組織。④培養(yǎng)基：液體培養(yǎng)基（使培養(yǎng)物與培養(yǎng)液充分接觸）。⑤原理：細(xì)胞增殖三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)植物細(xì)胞培養(yǎng)到愈傷組織即可，因?yàn)榇藭r(shí)細(xì)胞分裂能力旺盛，代謝快，有利于產(chǎn)物生成。優(yōu)點(diǎn)和意義：實(shí)例：優(yōu)點(diǎn)：不占用耕地、幾乎不受季節(jié)、天氣等的限制。意義：對(duì)于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境保護(hù)具有重要意義。紅豆杉

→

紫杉醇紫草

→

紫草寧人參

→

人參皂苷2.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)具有抗菌、消炎和抗腫瘤等活性（世上首例藥用植物細(xì)胞工程產(chǎn)品）具有高抗癌活性，已用于乳腺癌等癌癥的治療三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)思考1：植物細(xì)胞培養(yǎng)與植物組織培養(yǎng)技術(shù)有何區(qū)別？項(xiàng)目植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞培養(yǎng)目的獲得植物體獲得細(xì)胞及產(chǎn)物原理植物細(xì)胞的全能性細(xì)胞增殖培養(yǎng)基固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基過(guò)程實(shí)例植物快速繁殖技術(shù)、脫毒苗細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)課堂小結(jié)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(jìn)行誘變突變體的利用分散后懸浮培養(yǎng)3.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)2.植物新品質(zhì)的培育1.植物繁殖的新途徑篩選三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)1.(2023·山東卷)利用植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)在離體條件下對(duì)單個(gè)細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)使其增殖,可獲得植物細(xì)胞的某些次生代謝物。下列說(shuō)法正確的是(

)A.利用該技術(shù)可獲得某些無(wú)法通過(guò)化學(xué)合成途徑得到的產(chǎn)物B.植物細(xì)胞體積小，故不能通過(guò)該技術(shù)進(jìn)行其產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)C.次生代謝物是植物所必需的，但含量少，應(yīng)選擇產(chǎn)量高的細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)D.該技術(shù)主要利用促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)的培養(yǎng)條件提高單個(gè)細(xì)胞中次生代謝物的含量A【概念檢測(cè)】1.

運(yùn)用植物細(xì)胞工程技術(shù)可以培育單倍體植株和進(jìn)行細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。判斷下列相關(guān)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(shù)。（

）（2）細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)主要是利用促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)的培養(yǎng)條件，提高了單個(gè)細(xì)胞中次生代謝物的含量。（

）√×2.

生產(chǎn)中培育香蕉脫毒苗常用的方法是（

）

A.人工誘導(dǎo)基因突變

B.選擇優(yōu)良品種進(jìn)行雜交

C.進(jìn)行遠(yuǎn)緣植物體細(xì)胞雜交

D.取莖尖分生組織進(jìn)行組織培養(yǎng)D練習(xí)與應(yīng)用真題檢測(cè)2.甜葉菊是一種菊科植物，植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右，而它的熱