1、第二節(jié)植物細(xì)胞工程的應(yīng)用,第二章細(xì)胞工程,學(xué)習(xí)導(dǎo)航 1.舉例說出植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用。 2.簡(jiǎn)述人工種子的制備方法、過程及其意義。 3.舉例說出植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用。 重難點(diǎn)擊 舉例說出植物組織和細(xì)胞培養(yǎng)的應(yīng)用。,課堂導(dǎo)入 方式一拯救國(guó)家極危植物虎顏花 虎顏花為野牡丹科單種屬植物，原產(chǎn)廣東，為罕見的野生觀賞植物，有重要的科研價(jià)值?；㈩伝ㄈ~片基生，葉形巨大、美麗，呈心形，上有老虎斑紋，故稱虎顏花。國(guó)際自然保護(hù)聯(lián)盟已將虎顏花列為極危物種。為拯救虎顏花，我國(guó)華南植物園的科學(xué)家對(duì)虎顏花進(jìn)行了組織培養(yǎng)，獲得1萬株試管苗，又利用生態(tài)恢復(fù)技術(shù)，使虎顏花成功回歸野外。這體現(xiàn)了植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用。那么植

2、物細(xì)胞工程技術(shù)在生產(chǎn)生活中還有哪些方面的應(yīng)用呢？讓我們進(jìn)入本節(jié)的學(xué)習(xí)，一起來了解吧！,方法二具有小靈芝草之稱的金釵石斛是一種名貴的中草藥，它具有生津益胃、潤(rùn)肺止咳之功效。金釵石斛的有效化學(xué)成分為大黃酚和谷甾醇。那么我們能否在工廠內(nèi)大量生產(chǎn)這兩種物質(zhì)呢？ 能！取金釵石斛的莖尖或根尖組織，并培養(yǎng)為愈傷組織，再放入液體培養(yǎng)基中進(jìn)行懸浮培養(yǎng)，獲得大量的金釵石斛細(xì)胞，從混合液中分離純化大黃酚和谷甾醇即可。 這是植物細(xì)胞工程實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例，要了解更多這方面的信息，請(qǐng)跟隨教材一起來學(xué)習(xí)吧。,一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用,內(nèi)容索引,當(dāng)堂檢測(cè),二、植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用,一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用,基礎(chǔ)梳理,

3、1.快速繁殖技術(shù) (1)概念：植物組織培養(yǎng)時(shí)，需要嚴(yán)格執(zhí)行一定的程序， 在實(shí)驗(yàn)室的培養(yǎng)瓶中生長(zhǎng)發(fā)育，整個(gè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)微型化、精密化，所以又被稱為“ ”。 (2)特點(diǎn) 保持優(yōu)良植物品種的 。 高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖。 (3)實(shí)例：蝴蝶蘭、生菜、楊樹等。,微型繁殖技術(shù),幼苗,遺傳特性,2.培育無病毒植物 (1)選材部位：植物 附近的部位。 (2)優(yōu)點(diǎn)：提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。 (3)實(shí)例：馬鈴薯、甘薯和甘蔗等。 3.人工種子 (1)概念：將在 中得到的 、不定芽、頂芽或腋芽，包埋在具有養(yǎng)分和保護(hù)功能的包被中，得到的在適宜的條件下能夠生根發(fā)芽的顆粒體。,分生區(qū),植物組織培養(yǎng),胚狀體,(2)優(yōu)點(diǎn)

4、不受 因素的制約。 繁殖速度快。 有利于保存 。 (3)應(yīng)用：瀕危植物保護(hù)、經(jīng)濟(jì)植物快速繁殖等。,環(huán)境,優(yōu)良性狀,問題探究,1.微型繁殖 右圖為蘭花的微型繁殖，據(jù)圖回答下列問題： (1)微型繁殖的技術(shù)手段及所依據(jù)的原理分別是什么？ (2)從繁殖類型看，微型繁殖的優(yōu)點(diǎn)是什么？,答案,答案植物組織培養(yǎng)；細(xì)胞的全能性。,答案微型繁殖屬于無性繁殖，可以保持所繁殖品種的一切性狀(因?yàn)橹参锝M織培養(yǎng)過程中細(xì)胞進(jìn)行的是有絲分裂，此過程中細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)不發(fā)生改變)。,(3)從所需條件看，微型繁殖與傳統(tǒng)育種方法相比有哪些優(yōu)點(diǎn)？,答案,答案微型繁殖是在具有一定人工設(shè)施的室內(nèi)生產(chǎn)，可以不受季節(jié)、氣候和地域等自然條件

5、的限制。,2.比較脫毒草莓與未脫毒草莓 (1)為什么許多通過無性繁殖的作物繁殖多代之后產(chǎn)量會(huì)下降？,答案對(duì)于無性繁殖的作物，它們感染的病毒很容易傳播給后代。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。,答案,(2)作物脫毒進(jìn)行組織培養(yǎng)時(shí)一般選取什么部位？為什么？,答案莖尖分生區(qū)。植物分生區(qū)附近的病毒極少，甚至無病毒，因此切取一定大小的莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)，再生的植株就有可能不帶病毒，從而獲得脫毒苗。,答案,3.結(jié)合下面人工種子的結(jié)構(gòu)示意圖，探究下列問題： (1)常規(guī)的種子繁殖存在哪些缺陷？,答案周期長(zhǎng)； 發(fā)生性狀分離而喪失其優(yōu)良特性； 受到季節(jié)、氣候和地域的限制。,答案,答案人工種子的

6、胚狀體是無性繁殖的結(jié)果，常規(guī)種子的胚是有性繁殖的結(jié)果。,(2)人工種子的胚狀體和常規(guī)種子的胚在來源上有何區(qū)別？,答案,答案針對(duì)植物種類和土壤等條件，在人工種子的包裹劑(人工種皮)中應(yīng)具有適量的養(yǎng)分、無機(jī)鹽、有機(jī)碳源以及農(nóng)藥、抗生素、有益菌等。 為了促進(jìn)胚狀體的生長(zhǎng)發(fā)育，還可以向人工種皮中加入一些植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。,(3)人工種皮是保證包裹在其中的胚狀體順利生長(zhǎng)成小植株的關(guān)鍵部分。人工種皮中應(yīng)該具有的有效成分是什么？為了促進(jìn)胚狀體的生長(zhǎng)發(fā)育，我們還可以向人工種皮中加入哪些物質(zhì)？,答案,可依據(jù)植物組織培養(yǎng)的特點(diǎn)理解各“繁殖新途徑”的優(yōu)點(diǎn) (1)根據(jù)植物組織培養(yǎng)“無性繁殖，后代能保持親本優(yōu)良性狀”的特

7、點(diǎn)，理解微型繁殖、人工種子的優(yōu)點(diǎn)。 (2)根據(jù)植物組織培養(yǎng)“外植體用量少，培養(yǎng)周期短”的特點(diǎn)，理解微型繁殖、人工種子的優(yōu)點(diǎn)。 (3)根據(jù)植物組織培養(yǎng)“取材廣泛，可根據(jù)生產(chǎn)需要取材”的特點(diǎn)，理解作物脫毒的優(yōu)點(diǎn)。 (4)根據(jù)植物組織培養(yǎng)“在實(shí)驗(yàn)室或工廠進(jìn)行，可人工控制，不受季節(jié)等限制”的特點(diǎn)，理解微型繁殖、人工種子的優(yōu)點(diǎn)。,歸納總結(jié),拓展應(yīng)用,1.如圖為培育甘蔗脫毒苗的兩條途徑，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過程獲得的幼苗脫毒效果更好。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是 A.過程所取莖尖中的葉原基具有較高 的分裂、分化能力 B.過程的作用可能是阻礙病毒等進(jìn)入莖尖分生組織 C.過程中基因的選擇性表達(dá)導(dǎo)致了細(xì)胞脫分化 D.培養(yǎng)基A、B

8、中生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的含量和比例不同,解析過程中基因的選擇性表達(dá)導(dǎo)致了細(xì)胞再分化，C錯(cuò)誤。,解析,答案,答案不一定。如培養(yǎng)植物的花粉細(xì)胞，得到的是單倍體，與親本性狀不完全一致。,一題多變 (1)經(jīng)植物組織培養(yǎng)技術(shù)培育出的脫毒苗抗病毒嗎？ (2)從植物體上獲取的任何細(xì)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嗎？,答案不抗病毒?！懊摱尽迸c“抗毒”不同，前者指的是本身無病毒，受病毒感染的機(jī)會(huì)少，而后者指的是能抵抗病毒的感染。,答案,脫毒苗與抗毒苗的區(qū)別 脫毒苗是選擇植物的莖尖(剛形成，不含有病毒)進(jìn)行組織培養(yǎng)而獲得的，屬于細(xì)胞工程的范疇?？苟久缡前涯晨共』?qū)胫参锛?xì)胞，屬于基因工程的范疇。

9、,解析人工種子能發(fā)育成完整的植株，說明其細(xì)胞內(nèi)含有個(gè)體發(fā)育所需要的全套遺傳物質(zhì)，因此依據(jù)的原理是細(xì)胞的全能性，人工種子是經(jīng)過植物組織培養(yǎng)技術(shù)得到的。,2.人工種子是人們模仿天然種子的結(jié)構(gòu)制造出來的生命有機(jī)體，它能像種子一樣萌發(fā)生長(zhǎng)，長(zhǎng)成植物。人工種子的核心部位是被外層物包埋的具有類似于胚功能的胚狀體。將胚狀體包埋在一個(gè)能提供營(yíng)養(yǎng)的膠質(zhì)中，便成了所謂的“人工種子”。根據(jù)材料分析回答下列問題： (1)人工種子依據(jù)的原理是_， 培育胚狀體利用了_技術(shù)。,解析,答案,植物細(xì)胞的全能性,植物組織培養(yǎng),解析包裹胚狀體的膠質(zhì)有保護(hù)胚狀體的作用，同時(shí)又可以為胚狀體提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，所以可看作種皮及胚乳或子葉。,(

10、2)包埋胚狀體的膠質(zhì)可看作自然種子的哪部分結(jié)構(gòu)？ _。,解析,答案,種皮及提供營(yíng)養(yǎng)的胚乳或子葉,解析使植物細(xì)胞彼此分離可以使用纖維素酶和果膠酶，因?yàn)橹参锛?xì)胞壁的主要成分是纖維素和果膠。,(3)如果外植體是植物的莖尖，通過過程的處理可使細(xì)胞彼此分離，過程中可加入 A.蛋白酶 B.淀粉酶 C.纖維素酶和果膠酶 D.胰蛋白酶,解析,答案,(4)過程表示脫分化過程，其實(shí)質(zhì)是_；表示再分化過程，其實(shí)質(zhì)是_。 (5)由人工種子萌發(fā)成的植株是否可育？_。,解析脫分化的實(shí)質(zhì)是使細(xì)胞恢復(fù)分裂能力，而再分化的實(shí)質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)。,解析,答案,使細(xì)胞恢復(fù)分裂能力,基因的選擇性表達(dá),不一定,解析人工種子是否可育取

11、決于培育胚狀體所用的材料。,答案不可育。若植物體的基因型為DdTt，利用花藥離體培養(yǎng)得到的“花粉胚”長(zhǎng)成的植株基因型可能為DT、Dt、dT、dt，均屬于單倍體，因此不可育。,一題多變 (1)經(jīng)圖示過程得到的人工種子基因型是否相同？ (2)若題圖中植物體的基因型為DdTt，利用花藥離體培養(yǎng)得到的“花粉胚”長(zhǎng)成的植株可育嗎？為什么？,答案相同。,答案,二、植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用,1.植物細(xì)胞代謝產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn) (1)技術(shù)手段： 。 (2)優(yōu)點(diǎn)： ，不受季節(jié)、外部環(huán)境等條件的限制。 (3)實(shí)例：人參、金雞納樹、紅豆杉等的細(xì)胞產(chǎn)物都已實(shí)現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)。 2.單位體育種 (1)方法： 。,基礎(chǔ)梳理,植

12、物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù),快速、高效,花藥離體培養(yǎng),(2)過程 花藥 植株 植株。 (3)優(yōu)點(diǎn) 后代是純合子，能穩(wěn)定遺傳。 明顯 了育種年限。 (4)實(shí)例：小麥、小黑麥、玉米、辣椒、油菜等。,純合子,縮短,單倍體,問題探究,1.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn) 分析工廠化生產(chǎn)人參皂甙干粉的流程，探究下列問題： (1)歸納細(xì)胞產(chǎn)物工廠化生產(chǎn)的過程。,答案,答案,(2)細(xì)胞產(chǎn)物工廠化生產(chǎn)實(shí)質(zhì)上是植物組織培養(yǎng)的過程，在生產(chǎn)中通常要培養(yǎng)到什么階段？ (3)與傳統(tǒng)的從植物體內(nèi)提取相比，工廠化生產(chǎn)細(xì)胞產(chǎn)物有哪些優(yōu)點(diǎn)？,答案愈傷組織。,答案沒有時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境的影響，克服了植物體生長(zhǎng)緩慢的缺點(diǎn)，提取方便等。,答案,2.單倍體育種

13、 (1)以流程圖的形式表示單倍體育種過程。 (2)該過程可分為哪兩個(gè)階段？分別利用了什么原理？,答案分為花藥離體培養(yǎng)為單倍體植株和秋水仙素誘導(dǎo)單倍體幼苗細(xì)胞染色體數(shù)目加倍兩個(gè)階段。分別利用了植物細(xì)胞的全能性和染色體(數(shù)目)變異的原理。,答案,拓展應(yīng)用,3.下圖是利用某植物(基因型為AaBb)產(chǎn)生的花粉進(jìn)行單倍體育種的示意圖，據(jù)圖判斷下列說法錯(cuò)誤的是 A.過程通常使用的試劑是秋水仙素，作用時(shí)期為有絲分裂前期 B.通過過程得到的植株既有純合子又有雜合子 C.過程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 D.與雜交育種相比，該育種方法的優(yōu)點(diǎn)是能明顯縮短育種年限,解析,答案,解析該過程是

14、單倍體育種過程，所以過程是花藥離體培養(yǎng)，獲得的是單倍體，基因型為AB、Ab、aB、ab 4種，經(jīng)染色體加倍后的植株B都為純合子；過程使用秋水仙素使染色體數(shù)目加倍，作用的機(jī)理是抑制有絲分裂前期紡錘體的形成，到后期染色單體分開后不能向細(xì)胞兩極移動(dòng)；過程屬于植物的組織培養(yǎng)，需要生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的誘導(dǎo)。,一題多變 (1)題中過程包括哪兩個(gè)階段？ (2)單倍體幼苗經(jīng)秋水仙素誘導(dǎo)處理后得到的都是純合子嗎？試分析原因。,答案包括脫分化和再分化兩個(gè)階段。,答案,答案不一定。對(duì)于二倍體植物形成的單倍體，這句話是對(duì)的。對(duì)于多倍體，這句話不對(duì)。例如，四倍體植物(AAaa)形成的單倍體幼苗(基因型有AA、Aa、aa

15、三種)，經(jīng)秋水仙素誘導(dǎo)后形成的仍然是四倍體，基因型分別為AAAA、AAaa、aaaa，其中AAaa是雜合子。,單倍體育種與多倍體育種的異同 (1)相同點(diǎn)：?jiǎn)伪扼w育種和多倍體育種均需要用秋水仙素誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍。 (2)不同點(diǎn)：?jiǎn)伪扼w育種需要植物組織培養(yǎng)先形成單倍體幼苗，但多倍體育種一般不使用植物組織培養(yǎng)技術(shù)。,4.辣椒素作為一種生物堿廣泛用于食品保健、醫(yī)藥工業(yè)等領(lǐng)域，其獲得途徑如圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是 A.圖中愈傷組織、脫毒苗和高產(chǎn)細(xì)胞系的獲得都體現(xiàn)了植物細(xì)胞的全能性 B.圖中和分別表示辣椒組織培養(yǎng)中細(xì)胞的脫分化和再分化過程 C.過程中需要用適宜配比的生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素溶液處理 D.用酶解

16、法將愈傷組織分離成單細(xì)胞時(shí)，常用的酶是纖維素酶和果膠酶,解析,答案,解析細(xì)胞的全能性是指已經(jīng)分化的細(xì)胞仍具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能，圖中脫毒苗的獲得體現(xiàn)了植物細(xì)胞的全能性，愈傷組織和高產(chǎn)細(xì)胞系的獲得都沒有體現(xiàn)植物細(xì)胞的全能性，A錯(cuò)誤； 圖中和分別表示辣椒組織培養(yǎng)中細(xì)胞的脫分化和再分化過程，B正確； 再分化過程中需要用適宜配比的生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素溶液處理，以誘導(dǎo)細(xì)胞分化的方向，C正確； 用酶解法將愈傷組織分離成單細(xì)胞時(shí)，常用的酶是纖維素酶和果膠酶，以分解植物細(xì)胞之間的成分，D正確。,培養(yǎng)目的不同，利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)到達(dá)的階段不同 (1)微型繁殖、脫毒苗、單倍體育種：到完整植株。 (2)人工種子：

17、到胚狀體階段。 (3)細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)：可以培養(yǎng)到植株階段，也可以培養(yǎng)到愈傷組織階段。,_繁殖 培育無病毒植物 制造_,植物細(xì)胞代謝產(chǎn)物的_ _育種,課堂小結(jié),快速,人工種子,工業(yè)化生產(chǎn),單倍體,植物細(xì)胞工程的應(yīng)用,植物組織培養(yǎng) 技術(shù)的應(yīng)用,植物細(xì)胞培養(yǎng) 技術(shù)的應(yīng)用,當(dāng)堂檢測(cè),1.下列屬于植物的微型繁殖技術(shù)的是 A.蘭花的莖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.扦插的葡萄枝長(zhǎng)成新個(gè)體 D.柳樹芽發(fā)育成枝條,2,3,4,5,1,解析水稻種子萌發(fā)并長(zhǎng)成新個(gè)體、柳樹芽發(fā)育成枝條均屬于個(gè)體發(fā)育部分；扦插的葡萄枝長(zhǎng)成新個(gè)體屬于無性生殖中的營(yíng)養(yǎng)生殖。,答案,解析,2.人工種子比天然種

18、子有許多優(yōu)越性，下列對(duì)其優(yōu)越性的敘述不正確的是 A.可使自然狀態(tài)下不結(jié)實(shí)的植物得以繁殖 B.方便儲(chǔ)藏和運(yùn)輸 C.可隨意改變植物的遺傳性狀 D.可快速、大量繁殖,答案,2,3,4,1,5,解析人工種子是通過細(xì)胞工程完成的，所以可使在自然條件下不結(jié)實(shí)或結(jié)實(shí)困難的植物得以繁殖；天然種子的大量?jī)?chǔ)藏和運(yùn)輸也是相當(dāng)困難的，人工種子則克服了這些缺點(diǎn)，人工種子外層是起保護(hù)作用的薄膜，類似天然種子的種皮，因此，可以很方便地儲(chǔ)藏和運(yùn)輸；天然種子在生產(chǎn)上受季節(jié)的限制，而人工種子的生產(chǎn)則不受季節(jié)限制，而且快捷高效。,解析,2,3,4,1,5,3.下列關(guān)于細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)的敘述中，錯(cuò)誤的是 A.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)

19、是植物細(xì)胞工程的重要用途之一 B.培養(yǎng)過程中需要脫分化形成愈傷組織，然后懸浮培養(yǎng)愈傷組織細(xì)胞 C.培養(yǎng)的愈傷組織需要經(jīng)過再分化產(chǎn)生特定的組織細(xì)胞后才能產(chǎn)生特 定的細(xì)胞產(chǎn)物 D.培養(yǎng)的細(xì)胞收集后一般要破碎提取有效成分,答案,解析,解析在細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)過程中只需要懸浮培養(yǎng)愈傷組織細(xì)胞，利用愈傷組織細(xì)胞的分裂和代謝產(chǎn)生所需要的產(chǎn)物即可，不需要再分化。,4.下列屬于植物細(xì)胞工程實(shí)際應(yīng)用的是 制備水稻的人工種子培育抗鹽堿的煙草培育抗蟲棉培育單育1號(hào)煙草生產(chǎn)四倍體草莓從野生人參細(xì)胞內(nèi)提取人參甙干粉培育無子西瓜 生產(chǎn)脫毒馬鈴薯工廠化生產(chǎn)紫杉醇 A. B. C. D.,2,3,4,1,答案,5,解析,2,3,4,1,5,解析植物細(xì)胞工程的核心技術(shù)是植物組織培養(yǎng)技術(shù)，其在生產(chǎn)上的每一項(xiàng)實(shí)際應(yīng)用