2.1.2 2.1.2 植物细胞工程的实际应用植物细胞工程的实际应用 实际问题实际问题：经济苗木、名贵花卉、珍稀植物等：经济苗木、名贵花卉、珍稀植物等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持保持一、植物繁殖的新途径一、植物繁殖的新途径 、微型繁殖、微型繁殖 概念概念: :是快速高效实现种苗繁植培育优良植物是快速高效实现种苗繁植培育优良植物品种的植物组织培养技术。品种的植物组织培养技术。讨论：讨论：该技术与传统繁殖技术相比，有何优点？该技术与传统繁殖技术相比，有何优点？ 繁殖速度快；繁殖速度快；“高保真高保真”（因为是无性繁殖）；（因为是无性繁殖）； 不受自然生长季节的限制（因为在具有一定人工不受自然生长季节的限制（因为在具有一定人工设施的室内生产）。设施的室内生产）。 正文中讨论题正文中讨论题 1. 1.人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化育人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化育苗生产，这是利用了该项技术的哪些特点？苗生产，这是利用了该项技术的哪些特点？ 植物植物“微型微型”繁殖技术具有高效性和可以保持种繁殖技术具有高效性和可以保持种苗的优良遗传特性的优势。工厂化大规模育苗生产正苗的优良遗传特性的优势。工厂化大规模育苗生产正是利用了植物是利用了植物“微型微型”繁殖技术的这两方面优势。利繁殖技术的这两方面优势。利用植物用植物“微型微型”繁殖技术我们可以在短时间中获得大繁殖技术我们可以在短时间中获得大量的优质种苗。量的优质种苗。 生姜是药食两用的经济作物，具有栽培容易、产量生姜是药食两用的经济作物，具有栽培容易、产量高、价格高等特点，近年在各地发展很快。但是生姜在高、价格高等特点，近年在各地发展很快。但是生姜在生产上长期采用生产上长期采用无性繁殖无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生，容易感染多种病毒病，使生 姜品质变差，叶姜品质变差，叶 子皱缩，生长缓子皱缩，生长缓 慢，一般减产慢，一般减产 30% 30%50%50%。 病毒容易沿植物体的维管组织传播，而分生组织病毒容易沿植物体的维管组织传播，而分生组织区中缺乏维管系统，因此不含病毒。用做组织培养的区中缺乏维管系统，因此不含病毒。用做组织培养的植物材料可以是植物体任何类型的组织细胞。怎样利植物材料可以是植物体任何类型的组织细胞。怎样利用植物组织培养技术解决？用植物组织培养技术解决？ 2 2、作物脱毒、作物脱毒作作物脱毒的原因物脱毒的原因: : 长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差，而植物的分生区一般不会导致产量降低，品质变差，而植物的分生区一般不会感染病毒，用感染病毒，用分生区分生区的细胞进行组织培养，就能得到的细胞进行组织培养，就能得到大量的脱毒苗。大量的脱毒苗。作物脱毒材料作物脱毒材料: :分生区的细胞分生区的细胞作物脱毒方法作物脱毒方法: :进行组织培养进行组织培养结果结果: :脱毒苗脱毒苗优点：使作物增产优点：使作物增产脱毒草莓脱毒草莓 甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的（ ） A.A.有丝分裂有丝分裂 B.B.分化分化 C.C.减数分裂减数分裂 D.D.全能性全能性 实际问题：但是微型繁殖试管苗的大量贮藏和运实际问题：但是微型繁殖试管苗的大量贮藏和运输也是相当困难的。天然种子由于在遗传上具有因减输也是相当困难的。天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象，因而会造成某些遗传性状的数分裂引起的重组现象，因而会造成某些遗传性状的改变；天然种子在生产上受季节等自然环境条件限制，改变；天然种子在生产上受季节等自然环境条件限制，一般每年只繁殖一般每年只繁殖1 12 2次，有些甚至十几年才繁殖一次。次，有些甚至十几年才繁殖一次。能否找到天然种子的替代品？能否找到天然种子的替代品？种种 子子 的的 结结 构构自然种子自然种子胚胚种皮种皮胚乳胚乳常规种子植物生产的不足常规种子植物生产的不足p 不少植物需要生长数年才能结出种子不少植物需要生长数年才能结出种子p 优良杂种的后代因发生性状分离而丧失其优良特性优良杂种的后代因发生性状分离而丧失其优良特性p 种子的生产受季节、气候和地域的限制种子的生产受季节、气候和地域的限制p 制种需要占用大量土地制种需要占用大量土地人工种子人工种子 通过植物组织培养的方法获得的胚状体、不定芽、通过植物组织培养的方法获得的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料外面包被着人工薄膜，在适宜的条顶芽和腋芽等材料外面包被着人工薄膜，在适宜的条件下可以萌发成幼苗的种子。件下可以萌发成幼苗的种子。 u技术：植物组织培养。技术：植物组织培养。u特性：在适宜条件下可以萌发长成幼苗。特性：在适宜条件下可以萌发长成幼苗。u优点优点后代无性状分离，保持优良特性后代无性状分离，保持优良特性不受季节、气候和地域的限制不受季节、气候和地域的限制易于储藏和运输易于储藏和运输产生途径产生途径： 外植体外植体愈伤组织愈伤组织胚状体胚状体人工种子的结构人工种子的结构 下图为一人工种子。下列与人工种子培育过程的下图为一人工种子。下列与人工种子培育过程的下图为一人工种子。下列与人工种子培育过程的下图为一人工种子。下列与人工种子培育过程的有关叙述中不正确的是有关叙述中不正确的是有关叙述中不正确的是有关叙述中不正确的是 （ ） A A A A人工种子一般是用离体的植物细胞通过组织人工种子一般是用离体的植物细胞通过组织人工种子一般是用离体的植物细胞通过组织人工种子一般是用离体的植物细胞通过组织培养技术获得培养技术获得培养技术获得培养技术获得 B B B B胚状体是由愈伤组织分化而成，离体细胞只胚状体是由愈伤组织分化而成，离体细胞只胚状体是由愈伤组织分化而成，离体细胞只胚状体是由愈伤组织分化而成，离体细胞只有形成愈伤组织才能表现出全能性有形成愈伤组织才能表现出全能性有形成愈伤组织才能表现出全能性有形成愈伤组织才能表现出全能性 C C C C同一批次人工种子可同一批次人工种子可同一批次人工种子可同一批次人工种子可以保证具有相同的基因型以保证具有相同的基因型以保证具有相同的基因型以保证具有相同的基因型 D D D D胚状体是由未分化的，胚状体是由未分化的，胚状体是由未分化的，胚状体是由未分化的，具有分裂能力细胞构成具有分裂能力细胞构成具有分裂能力细胞构成具有分裂能力细胞构成 人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分，请探讨人工种皮中应该具有的有小植株的关键部分，请探讨人工种皮中应该具有的有效成分是什么？为了促进胚状体的生长发育，我们还效成分是什么？为了促进胚状体的生长发育，我们还可以向人工种皮中加入哪些物质？可以向人工种皮中加入哪些物质？问题问题 针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及剂中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。为了促进胚状体的生长发农药、抗生素、有益菌等。为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。 二二. .作物新品种的培育作物新品种的培育复习复习: : 传统方法：杂交育种传统方法：杂交育种 依据的原理是依据的原理是: :基因重组基因重组 （即优良的基因自由组合。）（即优良的基因自由组合。）结果结果: : 通过基因重组，把两亲本的优良性状组合在同通过基因重组，把两亲本的优良性状组合在同一后代中一后代中 缺点缺点: : 要不断进行要不断进行( (多年多年) )纯化和选择，才得到一种符纯化和选择，才得到一种符合理想要求的新品种合理想要求的新品种 1.1.单倍体育种单倍体育种复习复习 单倍体单倍体的概念的概念: :是指由配子发育成的个体是指由配子发育成的个体 单倍体的例子单倍体的例子: : 蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵发育来的单倍体蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵发育来的单倍体 多数植物都可通过花药或花粉来获得单倍体多数植物都可通过花药或花粉来获得单倍体 选择选择亲本亲本有性有性杂交杂交F F1 1代代花粉离花粉离体培养体培养单倍体单倍体植植 株株诱诱 导导染色体加倍染色体加倍可可 育育纯合子纯合子选择所选择所需类型需类型u 过程过程u 优点优点后代都是纯合子，能稳定遗传后代都是纯合子，能稳定遗传明显缩短育种年限，加速育种进程明显缩短育种年限，加速育种进程（1 1）突变体的产生）突变体的产生 在植物组织培养的过程中，由于培养的细胞一直在植物组织培养的过程中，由于培养的细胞一直处于不断的处于不断的分生分生状态，因此容易受到培养条件和外界状态，因此容易受到培养条件和外界压力（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。压力（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。 产生的突变属于什么？产生的突变属于什么？ 为什么不断分生的细胞容易突变？为什么不断分生的细胞容易突变？（2 2）利用：）利用： 筛选对人们有利突变体筛选对人们有利突变体, ,进而培育新品种进而培育新品种2.2.突变体的利用突变体的利用比较：比较：单倍体育种：单倍体育种：突变体的利用：突变体的利用：植物体细胞杂交育种植物体细胞杂交育种优点：优点：育种原理：育种原理：优点：优点：育种原理：育种原理：优点：优点：育种原理：育种原理：明显缩短育种年限明显缩短育种年限染色体变异染色体变异能够产生新性状能够产生新性状基因突变基因突变克服远缘杂交不亲和障碍克服远缘杂交不亲和障碍染色体变异染色体变异(1)(1)产物种类产物种类: :蛋白质蛋白质, ,脂肪脂肪, ,糖类糖类, ,药物药物, ,香料香料, ,生物碱等生物碱等. .(2)(2)技术技术: :植物的组织培养植物的组织培养. .3.3.细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产 工厂化生产人参皂甙干粉的基本流程：工厂化生产人参皂甙干粉的基本流程：人参根人参根 愈伤组织愈伤组织 增长速度快而且细增长速度快而且细胞内人参皂甙干粉含量高的细胞胞内人参皂甙干粉含量高的细胞细胞增殖细胞增殖 提取人参皂甙干粉提取人参皂甙干粉 脱分化脱分化培养选择培养选择破碎细胞破碎细胞放入发酵罐放入发酵罐 高效抗癌的药物紫杉醇，虽然能造福人类，但高效抗癌的药物紫杉醇，虽然能造福人类，但却为濒危的红豆杉带来一场灭顶之灾。以却为濒危的红豆杉带来一场灭顶之灾。以“我们能我们能否利用植物组织培养技术大量生产紫杉醇，从而拯否利用植物组织培养技术大量生产紫杉醇，从而拯救红豆杉救红豆杉”为题，与同学展开讨论，说出植物组织为题，与同学展开讨论，说出植物组织培养技术在节约资源、保护环境方面的重要意义。培养技术在节约资源、保护环境方面的重要意义。 提示：提示：可以利用植物组织培养技术来大量生产紫可以利用植物组织培养技术来大量生产紫杉醇。现在国内外的科学家们正在研究利用植物细胞培杉醇。现在国内外的科学家们正在研究利用植物细胞培养技术来大量培育红豆杉细胞，希望利用这种方法来大养技术来大量培育红豆杉细胞，希望利用这种方法来大量生产紫杉醇。国内外许多实验室开展了用组织培养法量生产紫杉醇。国内外许多实验室开展了用组织培养法生产紫杉醇的研究，红豆杉属的生产紫杉醇的研究，红豆杉属的1111种植物现都在进行组种植物现都在进行组织培养。织培养。ESC AgeneticsESC Agenetics公司宣布他们用细胞培养法所公司宣布他们用细胞培养法所得紫杉醇的含量是树皮的得紫杉醇的含量是树皮的2 25 5倍。国内外在分化细胞株倍。国内外在分化细胞株系和培养条件方面做了不少工作，摸索了外植体、光照、系和培养条件方面做了不少工作，摸索了外植体、光照、培养基组成等因素对细胞培养及紫杉醇生成的影响。现培养基组成等因素对细胞培养及紫杉醇生成的影响。现在工艺条件已基本摸清，正研究反应的放大技术等，有在工艺条件已基本摸清，正研究反应的放大技术等，有望实现通过细胞培养进行工业化生产紫杉醇的目标。望实现通过细胞培养进行工业化生产紫杉醇的目标。思考与探究思考与探究 1. 1.通过查阅资料，请你再列举出植物组织培养通过查阅资料，请你再列举出植物组织培养技术在我们生活中的另外一些应用。技术在我们生活中的另外一些应用。提示：提示：a. a. 拯救濒危植物；拯救濒危植物； b. b. 提供食品制作的原料；提供食品制作的原料； c. c. 利用愈伤组织进行转基因操作。利用愈伤组织进行转基因操作。 2. 2.请查阅植物人工种子制备技术的详细过程，请查阅植物人工种子制备技术的详细过程，设计出制备技术的主要流程图。设计出制备技术的主要流程图。提示：提示：诱导植物愈伤组织诱导植物愈伤组织体细胞胚的诱导体细胞胚的诱导体细胞胚的成熟体细胞胚的成熟体细胞胚的机械化包裹体细胞胚的机械化包裹贮藏或种植贮藏或种植 3. 3.请查阅相关文献，设计出一种植物花药组织请查阅相关文献，设计出一种植物花药组织培养和染色体加倍的实验流程。培养和染色体加倍的实验流程。提示：提示：花药花药 花粉细胞培养花粉细胞培养 愈伤组织愈伤组织 分化出小植物分化出小植物 单倍体植株单倍体植株 正常植株正常植株接种接种脱分化脱分化再分化再分化移栽移栽染色体加倍染色体加倍个人观点供参考，欢迎讨论